巖石粉狀乳化炸藥生產(chǎn)中的安全問題與對策

吳東升 句超 陳慧 崔智慧

內(nèi)蒙古日盛民爆集團(tuán)有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 013750

巖石粉狀乳化炸藥生產(chǎn)中的安全問題與對策

吳東升 句超 陳慧 崔智慧

內(nèi)蒙古日盛民爆集團(tuán)有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 013750

通過對巖石粉狀乳化炸藥生產(chǎn)過程的闡述，列出目前該炸藥生產(chǎn)過程中存在的主要安全問題，在此基礎(chǔ)上提出了一些對策和建議，這對我國巖石粉狀乳化炸藥的安全生產(chǎn)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

粉狀乳化炸藥；乳膠基質(zhì)；設(shè)備；安全生產(chǎn)

powdery emulsion explosive; emulsion matrix; equipments; safety production

引 言

1969年6 月3 日，美國阿特拉斯(Atlas)化學(xué)工業(yè)有限公司H.F.布盧姆首次在專利中公布了乳化炸藥，它是含水炸藥的新發(fā)展。它借助于乳化劑和機(jī)械剪切力的共同作用形成W/O型乳化膠體，這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)一步增強(qiáng)了含水炸藥的抗水性和爆轟感度。很快，乳化炸藥成為工業(yè)炸藥的一支新秀，受到各國的普遍重視和大量使用。

但是,在我國北方,由于溫度較低，對于含水量較多的膠狀乳化炸藥而言耐低溫性能不盡如人意，使用效果不佳。因此目前使用較為廣泛的是含水量較少的粉狀乳化炸藥，它以含水量不大于5%的氧化劑溶液或熔融的氧化劑微滴為分散相，特定的固體碳質(zhì)燃料與高分子乳化劑組成的復(fù)合油相為連續(xù)相，在一定工藝條件下通過強(qiáng)力剪切形成油包水型乳膠基質(zhì)，再通過噴霧制粉、旋轉(zhuǎn)閃蒸或冷卻粉化等方法制成的一種粉狀乳化炸藥［1］。該炸藥既具有乳化炸藥爆速高、抗水性優(yōu)良的特點(diǎn)，又具有粉狀炸藥作功能力大、使用方便的特點(diǎn)；與膠狀乳化炸藥相比，粉狀乳化炸藥保持了膠狀乳化炸藥的高爆速、高猛度；由于干燥過程去掉了炸藥中的部分水分，使粉狀乳化炸藥的耐低溫性能高于膠狀乳化炸藥，深受廣大用戶的好評。雖然粉狀乳化炸藥具有上述優(yōu)點(diǎn)，但巖石粉狀乳化炸藥水相中含水量相對膠狀乳化炸藥少一半以上，且水相和油相溫度相對高出20℃，生產(chǎn)過程中螺桿泵輸送壓力大，噴霧塔內(nèi)存藥粉塵大等，這些因素決定了粉狀乳化炸藥生產(chǎn)中需要更加注意安全性。

本文結(jié)合公司現(xiàn)有粉狀乳化炸藥生產(chǎn)工藝，探討生產(chǎn)中存在的安全問題，并提出相應(yīng)的對策，這對于粉狀乳化炸藥的安全生產(chǎn)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 粉狀乳化炸藥的配方與生產(chǎn)工藝

1.1 巖石粉狀乳化炸藥的配方

巖石粉狀乳化炸藥的組成比較簡單，主要成份為硝酸銨、固體蠟和高分子乳化劑，具體配方見表1。

表1 巖石粉狀乳化炸藥的組成與配比

1.2 巖石粉狀乳化炸藥的生產(chǎn)工藝

巖石粉狀乳化炸藥的生產(chǎn)工藝流程見圖1。其制備方法是：首先將硝酸銨與水溶解至130℃～135℃得到水相，將固體蠟與高分子乳化劑混熔至125℃～130℃得到油相，再將油相與水相加入到乳化器中制得乳化膠體，最后經(jīng)過噴霧制粉得到巖石粉狀乳化炸藥。

圖1 巖石粉狀乳化炸藥生產(chǎn)工藝流程

2 粉狀乳化炸藥乳膠基質(zhì)的爆炸性

由于粉狀乳化炸藥生產(chǎn)是采用蒸汽加熱，具有一定溫度的水相(最高溫達(dá)135℃左右)和油相，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)和強(qiáng)剪切力作用下，借助乳化劑而形成乳化炸藥基質(zhì)，再經(jīng)制粉、干燥冷卻而形成粉狀乳化炸藥。在這里，正確地認(rèn)識乳化炸藥基質(zhì)的安全性是安全生產(chǎn)的前提。我們知道，從乳化炸藥的研發(fā)到廣泛投入生產(chǎn)應(yīng)用，人們對乳化炸藥基質(zhì)的性質(zhì)有了常規(guī)認(rèn)識，從認(rèn)為未經(jīng)敏化的乳化基質(zhì)不是炸藥，是非常安全的，到乳化炸藥基質(zhì)就是炸藥這一結(jié)論有了新的發(fā)展。

因?yàn)榘凑展I(yè)炸藥爆炸機(jī)械感度與熱感度的測定方法，乳化炸藥的機(jī)械感度最低，相對較為安全。但當(dāng)體系達(dá)到一定溫度后，炸藥中的硝酸銨將發(fā)生下述反應(yīng)，因而乳化基質(zhì)本身具有爆炸性［2］。

國內(nèi)外經(jīng)歷過幾次血的教訓(xùn)，權(quán)威檢測機(jī)構(gòu)對國內(nèi)外各類型乳化炸藥基質(zhì)的雷管感度進(jìn)行了廣泛的試驗(yàn)，并提出了一些意見，如禁止在乳化炸藥配方中使用單質(zhì)炸藥和敏感材料（諸如高氯酸鹽、次氯酸鹽、甲胺硝酸鹽等其它非配方添加劑），這些措施固然取得了一定的效果，但未能從根本上扼制事故的發(fā)生。原因雖然是多方面的，但是將乳化炸藥基質(zhì)分為有雷管感度的和無雷管感度，使得一些人認(rèn)為無雷管感度的乳化基質(zhì)是安全的，這種認(rèn)識與炸藥安全性能的基本理論是矛盾的［3］。作為高危生產(chǎn)行業(yè)，為了確保安全起見，筆者認(rèn)為要本著“寧可信其有，不可信其無”、“草木皆兵”的理念予以高度重視。

3 關(guān)鍵設(shè)備的安全性

英國的科學(xué)家布登提出的熱點(diǎn)學(xué)說，很好地解釋了炸藥在機(jī)械作用下發(fā)生爆炸的原因，因此得到了人們的普遍公認(rèn)［4］。于是，熱點(diǎn)的形成是乳化炸藥生產(chǎn)中最具潛在危險(xiǎn)的因素之一的觀點(diǎn)被人們所接受。由于配方不同，選用材料的差異性決定了每種工藝的安全性能，特別是受熱的變化規(guī)律和危險(xiǎn)程度是不同的。針對不同工藝流程的粉狀乳化炸藥而言，任何設(shè)備設(shè)計(jì)上的重大缺陷，工藝設(shè)計(jì)上的不合理(不配套)和管理上的疏忽，都有可能造成乳化炸藥生產(chǎn)過程中溫度不斷積累而引發(fā)事故。如間斷式生產(chǎn)中反應(yīng)釜攪拌翅的斷裂，軸套銷鍵的脫落，乳化器中基質(zhì)流動(dòng)不暢或堵塞，螺桿泵長時(shí)間空轉(zhuǎn)或斷流；管道式生產(chǎn)工藝中系統(tǒng)壓力過高和操作工人脫崗、失誤等。

3.1 乳化器

兩物體在摩擦過程中所做的功90%以上轉(zhuǎn)變?yōu)闊帷Ｔ谡ㄋ幧a(chǎn)行業(yè)，生產(chǎn)粉狀乳化炸藥的關(guān)鍵設(shè)備——乳化器，其轉(zhuǎn)子線速度雖然都符合指導(dǎo)意見要求不大于10 m/s，但機(jī)械密封摩擦面存在相對運(yùn)動(dòng)，表面溫升不僅使攪拌裝置及機(jī)械密封容易損壞，更嚴(yán)重的是還可能發(fā)生爆炸危險(xiǎn)，造成重大安全事故。因此，嚴(yán)格控制摩擦表面溫升在額定溫度以下是一個(gè)不容忽視的問題。國內(nèi)歷次乳化器(含膠體磨)的燃燒爆炸事故，多數(shù)是由于摩擦導(dǎo)致溫度急劇上升造成的。

因此對于乳化器，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，我們認(rèn)為采取以下安全防范措施是有效的：

(1)降低乳化器轉(zhuǎn)速，采用物理變頻技術(shù)和高效乳化劑，選用大型企業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)乳化劑可提高乳化能力，降低基質(zhì)的黏稠度，減小機(jī)械剪切阻力，從而降低乳化器轉(zhuǎn)速，達(dá)到降低線速度的目的，既能大幅度降低摩擦生熱，又能保證產(chǎn)品的性能；

(2)全面引入冷卻結(jié)構(gòu)，及時(shí)消除攪拌與摩擦產(chǎn)生的熱量；

(3)選用立式、小容積（以滿足生產(chǎn)需求為佳，使腔內(nèi)滯留基質(zhì)控制在最小量）、開放式、大間隙的乳化器［5］；

(4)及時(shí)清理殘留基質(zhì)，生產(chǎn)結(jié)束停機(jī)前通入熱水把腔內(nèi)基質(zhì)沖出來，防止下次啟動(dòng)時(shí)干磨引發(fā)事故；

(5)采取安全預(yù)警及自動(dòng)保護(hù)措施，為確保乳化器在運(yùn)行過程中的安全，采用超溫報(bào)警、振動(dòng)超幅報(bào)警以及緊急手動(dòng)、自動(dòng)連鎖停機(jī)等控制措施，給設(shè)備外殼接地，電器設(shè)備重復(fù)接地保護(hù)。

3.2 螺桿泵

泵送過程是連續(xù)式乳化炸藥生產(chǎn)工藝中必不可少的重要組成部分，又是粉狀乳化炸藥生產(chǎn)中相對較容易發(fā)生事故的過程，如由螺桿泵不良運(yùn)行引起的乳化炸藥生產(chǎn)線爆炸事故就發(fā)生過多起。泵送過程不可避免地要對物料介質(zhì)產(chǎn)生一定的機(jī)械作用，研究表明，乳化基質(zhì)在制備過程中不可避免地存在因機(jī)械作用而產(chǎn)生的氣泡，這些都是理想的爆炸“熱點(diǎn)”。在泵送過程中，當(dāng)遇到劇烈摩擦，受到高溫、擠壓、碰撞等機(jī)械作用時(shí)，則可能會發(fā)生爆炸。正常工作條件下，螺桿泵的循環(huán)冷卻水會把多余的熱量帶走，泵送乳化基質(zhì)的能量能夠得以消散，不會造成熱量聚集溫度升高的情況。相反，異常的條件下這種平衡被破壞，會引起爆炸事故發(fā)生。如螺桿泵的選型不合適，生產(chǎn)中出現(xiàn)泵送堵塞、泵空運(yùn)轉(zhuǎn)、異物進(jìn)入泵內(nèi)等問題，都會加大泵的摩擦，致使定子和轉(zhuǎn)子摩擦產(chǎn)生大量的熱；尤其是乳化基質(zhì)在螺桿泵內(nèi)斷流，導(dǎo)致定子轉(zhuǎn)子局部直接接觸，生成大量熱，斷流時(shí)間一旦延長，定子和轉(zhuǎn)子就處于干摩狀態(tài)，橡膠定子的摩擦系數(shù)很高，導(dǎo)熱系數(shù)很小，干摩擦導(dǎo)致泵內(nèi)殘留的乳化基質(zhì)溫度急劇升高，在沒有新的基質(zhì)進(jìn)出的情況下，殘留基質(zhì)的溫度升高到一定程度發(fā)生熱分解，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的爆炸后果。專家認(rèn)定2006年6月發(fā)生在安徽當(dāng)涂粉狀乳化炸藥生產(chǎn)線爆炸事故，原因就是螺桿泵長時(shí)間斷料空轉(zhuǎn)，殘留在泵腔內(nèi)的基質(zhì)連續(xù)受機(jī)械作用升溫，最終發(fā)生爆炸。

幾年來的生產(chǎn)實(shí)踐證明，我們認(rèn)為采取以下安全防范措施是可行的：

(1)正確選型，螺桿泵的選型應(yīng)遵循經(jīng)濟(jì)、合理、可靠的原則，從工信部發(fā)布的!民用爆炸物品專用生產(chǎn)設(shè)備目錄中選擇，泵的規(guī)格要根據(jù)被輸送液態(tài)物料的性質(zhì)和流量、壓力來決定，而泵的轉(zhuǎn)速則由輸送液態(tài)物料的黏度和腐蝕性作為主要參數(shù)來選擇，管路的長度要盡量縮短，管路的直徑要適當(dāng)?shù)卦龃?，以減小泵體內(nèi)的壓力。我們選擇了德國生產(chǎn)的耐馳螺桿泵，在生產(chǎn)中運(yùn)行可靠，經(jīng)濟(jì)耐用；

(2)正確使用，啟動(dòng)螺桿泵應(yīng)在吸、排停止閥全開的情況下進(jìn)行，以防過載或吸空，防止干轉(zhuǎn)發(fā)生斷流現(xiàn)象；確保進(jìn)入泵內(nèi)的物料不含固體雜質(zhì)，以免擦傷工作表面；在滿足輸送能力的情況下盡量采用低轉(zhuǎn)速；始終要通循環(huán)冷卻水并且保證冷卻水的溫度和流量能夠滿足散熱的需求，不能使冷卻水?dāng)嗔?；生產(chǎn)前要對螺桿泵進(jìn)行半個(gè)小時(shí)左右的預(yù)熱，以降低阻力；

(3)前期預(yù)防，生產(chǎn)結(jié)束后對螺桿輸送泵用熱水沖洗，沖洗后加入少量機(jī)油保養(yǎng)；對進(jìn)料敞口進(jìn)行妥善保護(hù)，防止異物進(jìn)入泵腔；給設(shè)備外殼接地，電器設(shè)備設(shè)重復(fù)接地保護(hù)；

(4)定期檢修，螺桿泵因工作螺桿較長，剛性較差，容易彎曲，造成工作失常；襯套為橡膠制品，是單螺桿泵的一個(gè)易損件，它的好壞直接影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，使用中，襯套可能從鋼體內(nèi)脫落或掉橡膠小塊，通過檢查三流霧化器噴頭是否有橡膠塊、觀察螺桿泵上的壓力表是否異常攀高來確定，根據(jù)生產(chǎn)頻次對螺桿泵進(jìn)行檢修，視磨損情況更換襯套；

(5)安裝自動(dòng)控制系統(tǒng)，給泵安裝變頻器、溫度、壓力傳感器，當(dāng)工作中出現(xiàn)溫度、壓力在一定時(shí)間內(nèi)持續(xù)偏離設(shè)定值時(shí)報(bào)警，嚴(yán)重時(shí)自動(dòng)停車，可避免惡性事故的發(fā)生；

(6)安裝泄爆裝置，在輸送物料的出口端安裝泄爆片，當(dāng)壓力在一定時(shí)間內(nèi)偏離設(shè)定值時(shí)，泄爆片就脹裂，從而釋放泵內(nèi)的壓力，避免事故的發(fā)生；

此外，我公司粉狀乳化炸藥生產(chǎn)線的生產(chǎn)實(shí)踐表明，粉狀乳化炸藥采用計(jì)算機(jī)控制連續(xù)乳化生產(chǎn)，現(xiàn)場定員少，存藥量少，安全保障措施好，一旦發(fā)生事故，可大大減輕事故的災(zāi)害程度。但是，由于這種生產(chǎn)線的突出優(yōu)點(diǎn)及某些片面宣傳，使得一些人堅(jiān)信自動(dòng)化生產(chǎn)線都具有可靠的自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和遇險(xiǎn)停機(jī)功能，采用了設(shè)計(jì)精良的專用設(shè)備等，可以安心生產(chǎn)，不會出安全事故。事實(shí)證明，這種認(rèn)識是幼稚的，將這種觀念納入平時(shí)管理和操作是很危險(xiǎn)的。首先，人們對粉狀乳化炸藥機(jī)理性質(zhì)的研究還在深入進(jìn)行，目前仍然停留在比對狀態(tài)，當(dāng)前只能對爆速作精確測定，而對各種熱化學(xué)參數(shù)不能定性定量的駕馭，導(dǎo)致設(shè)計(jì)中的不確定性在所難免；其次，過分夸大自控生產(chǎn)線的功能而淡化了人的作用，且不說目前自控線上所采用的儀器、儀表的可靠程度如何，就某些專用設(shè)備而言，如乳化器的密封是乳化器最易損壞和發(fā)熱的部位，該處不易安裝溫度傳感器，這里的突發(fā)損壞就極易引發(fā)事故。因此，為了保證粉狀乳化炸藥生產(chǎn)的安全性，還須努力提高生產(chǎn)線的自動(dòng)控制水平及可靠度；更要從思想上清醒地認(rèn)識到自動(dòng)控制系統(tǒng)在人的操控下才能盡善盡美，經(jīng)常維護(hù)和切實(shí)的現(xiàn)場巡視是非常必要的。

4 結(jié)語

以上對粉狀乳化炸藥生產(chǎn)過程中的安全問題進(jìn)行了部分羅列并提出了一些對策，但粉狀乳化炸藥生產(chǎn)過程中的安全問題涉及多個(gè)方面，在提高認(rèn)識的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量提高粉狀乳化炸藥基質(zhì)以及設(shè)備本身的安全性；同時(shí)人的因素也是不容忽視的，要不斷加強(qiáng)人員培訓(xùn)力度努力提高從業(yè)素質(zhì)；民用爆炸物品生產(chǎn)本身就有危險(xiǎn)性，即使生產(chǎn)工藝發(fā)展到一個(gè)更高的階段，其潛在的不安全因素依然存在；減輕和避免事故需要我們民爆同仁、科研院所繼續(xù)不斷地努力探索，真正提高我國粉狀乳化炸藥生產(chǎn)的本質(zhì)安全水平。

[1] 汪旭光.乳化炸藥[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2008,309-330.

[2] 黃文堯,顏事龍.炸藥化學(xué)與制造[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2009,169-170.

[3] 黎濤,曹雄.乳化炸藥生產(chǎn)過程中的安全性分析[J],工業(yè)安全與保,2010,36(3):15-16.

[4] 黃寅生.炸藥理論[M].南京:南京理工大學(xué),2001,151-152.

[5] 楊民臣.乳化炸藥二級乳化工藝設(shè)備及其安全性[J].爆破器材,1999,28(5):1-13.

Safety Problems and Countermeasure in the Process of Rock Powdery Emulsion Explosive Production

Wu Dong-sheng, Ju chao, Chen Hui, Cui Zhi-hui

(Inner Mongolia Risheng Civil Explosive Materials (Group) Limited Company Inner Mongolia Hohhot 013750)

the main safety problems in the process of present powdery emulsion explosive were listed by describing the explosive process. Some countermeasures and suggestions were put forward, which is a certain practical significance for safety production of rock powdery emulsion explosive in our country.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.10.092

吳東升（1971-），注冊安全工程師，從事工業(yè)炸藥的安全生產(chǎn)與管理工作。