水膠炸藥主要生產(chǎn)過程危險性分析及安全措施

張成俊

（中煤科工集團(tuán)淮北爆破技術(shù)研究院有限公司，安徽 淮北 235000）

水膠炸藥是在漿狀炸藥的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它是一種以硝酸甲胺為敏化劑，硝酸銨、硝酸鈉等為氧化劑，再加入可燃劑、膠凝劑和交聯(lián)劑，采用化學(xué)交聯(lián)技術(shù)制作而成的含水炸藥[1,2]。 水膠炸藥爆炸反應(yīng)完全、爆破效果優(yōu)良，并且危險感度較低、安全性高、穩(wěn)定性好，在爆破工程項(xiàng)目中被廣泛應(yīng)用[3,4]。 同時，水膠炸藥品種型號齊全，貯存期長，市場認(rèn)可度較高，具有良好的發(fā)展前景。

目前， 國內(nèi)水膠炸藥敏化劑硝酸甲胺的生產(chǎn)主要有兩種形式： 一種是采用質(zhì)量濃度為80%的硝酸與無水一甲胺中和反應(yīng)， 制取質(zhì)量濃度為86%的硝酸甲胺的生產(chǎn)工藝；一種是先采用質(zhì)量濃度為45%的硝酸與質(zhì)量濃度為40%的一甲胺中和反應(yīng)，然后再經(jīng)過濃縮制取質(zhì)量濃度為75%的硝酸甲胺的生產(chǎn)工藝。

1 水膠炸藥生產(chǎn)制造工藝

水膠炸藥生產(chǎn)工藝，主要有原材料配制、硝酸甲胺合成、混合、裝藥、包裝等工序[5]。

具體工藝流程如圖1 所示：

1.1 液體物料的準(zhǔn)備

液態(tài)硝酸銨水溶液在儲存罐內(nèi)保溫待用； 一甲胺存放在專用儲存罐； 硝酸甲胺反應(yīng)器中加入稀釋后的硝酸，開啟攪拌及冷卻裝置，再加入一甲胺進(jìn)行中和反應(yīng)，制得硝酸甲胺溶液。

1.2 固體原料的準(zhǔn)備

圖1 水膠炸藥生產(chǎn)制造工藝流程圖

將硝酸鈉、田菁粉等固體原料經(jīng)過破碎、混拌、計量后，放入物料準(zhǔn)備箱，通過下料倉用螺旋輸送機(jī)運(yùn)送到混合機(jī)內(nèi)。

1.3 混合

按照工藝配比將準(zhǔn)備好的物料先后加入到混合罐內(nèi)，均勻攪拌混合，制得水膠炸藥。

1.4 裝藥

炸藥通過螺桿泵輸送至裝藥機(jī)， 裝成藥卷或藥柱。

2 水膠炸藥生產(chǎn)工藝危險性分析

硝酸甲胺中和反應(yīng)過程是水膠炸藥生產(chǎn)中最危險的工序， 也是控制安全生產(chǎn)的關(guān)鍵所在。 硝酸甲胺作為水膠炸藥的主要敏化劑， 本身具有易燃易爆的特性。 硝酸與一甲胺反應(yīng)后，劇烈放熱，使反應(yīng)母液持續(xù)快速的升溫，如果操作不正確，控制不當(dāng)，會導(dǎo)致熱量聚集，溶液溫度快速上升，新產(chǎn)生的硝酸甲胺會受熱分解，從而引起爆炸[6-10]。 筆者從硝酸甲胺中和反應(yīng)過程、 儲存過程以及水膠炸藥的混合、泵送、裝藥等主要過程進(jìn)行了危險性分析。

2.1 硝酸甲胺生產(chǎn)過程危險性分析

2.1.1 硝酸甲胺中和反應(yīng)過程的危險性分析

中和反應(yīng)中引發(fā)燃燒爆炸的危險性因素：

（1）硝酸和一甲胺中和時反應(yīng)迅速，放熱劇烈，危險等級比較高， 若添加物料的速度、 流量等不準(zhǔn)確，使反應(yīng)過快，中和罐內(nèi)產(chǎn)生熱積累，溫度急速升高，引發(fā)產(chǎn)物分解，容易造成燃燒爆炸；

（2）攪拌器出現(xiàn)故障時，無法正常攪拌冷卻，也會使反應(yīng)熱量聚集，造成燃燒爆炸；

（3）冷卻水?dāng)嗔?、流量減小或者冷卻水溫度偏高，熱量不能及時帶走，引起燃燒爆炸；

（4）罐體破裂或者物料液位超出設(shè)定值，會引起物料泄露，造成燃燒爆炸。

2.1.2 硝酸甲胺儲存過程的危險性分析

加熱蒸汽控制閥門失控，儲存罐溫度超高，會引發(fā)燃燒爆炸；儲存罐質(zhì)量不達(dá)標(biāo)或未定期檢查，使得罐體破裂， 料液泄露造成燃燒爆炸； 防靜電接地裝置、防雷電感應(yīng)及等電位聯(lián)接裝置不合格，也會造成雷電隱患。

2.2 水膠炸藥混合、裝藥過程危險性分析

1）混藥過程的危險性分析

混藥過程中危險因素主要是聯(lián)軸器斷裂、 攪拌槳摩擦斷裂、罐體破裂以及控制閥門失靈，計量不準(zhǔn)確，液位超限等方面。

（2）泵送過程的危險性分析

螺桿泵送藥過程中出現(xiàn)斷料， 襯套與轉(zhuǎn)子發(fā)生長時間干研磨，溫度升高引發(fā)燃燒爆炸；螺桿泵冷卻水出現(xiàn)流量減小、溫度升高、斷流等現(xiàn)象，也會造成安全隱患。

（3）裝藥過程的危險性分析

裝藥過程中主要危險因素有轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動， 旋轉(zhuǎn)軸部分夾手，氣缸損壞均造成機(jī)械損害；輸藥軟管崩開傷人；熱合部分高溫燙傷等。

3 安全技術(shù)措施和安全管理措施

安全對策措施是要求設(shè)計單位、 生產(chǎn)單位、經(jīng)營單位在建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計、生產(chǎn)經(jīng)營和管理中采取的消除或減弱危險有害因素的技術(shù)措施和管理措施，是預(yù)防事故和保障整個生產(chǎn)、經(jīng)營過程安全的對策措施。

通過對水膠炸藥生產(chǎn)工藝中的危險源進(jìn)行深入分析， 總結(jié)高危風(fēng)險因素， 有針對性地采取安全對策，有利于提高水膠炸藥生產(chǎn)過程的安全性。

3.1 安全技術(shù)措施

安全技術(shù)措施是主要針對技術(shù)，使“機(jī)—環(huán)境”系統(tǒng)具有保障安全狀態(tài)的能力，采用安全設(shè)施，防止設(shè)備和作業(yè)環(huán)境對人造成傷害而發(fā)生安全事故[11]。針對設(shè)備的技術(shù)措施，有防護(hù)裝置、保險裝置、連鎖裝置和信號裝置等； 針對作業(yè)環(huán)境和改善勞動生產(chǎn)條件的技術(shù)措施有防塵、防毒、防暑、防寒、防噪音、防振動、防輻射及通風(fēng)等[12]。針對水膠炸藥生產(chǎn)線的特點(diǎn)，結(jié)合自己的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，分析認(rèn)為從以下幾個方面加強(qiáng)安全防控。

3.1.1 加強(qiáng)自動化操作

進(jìn)一步提高水膠炸藥生產(chǎn)線的自動化程度，減少在線操作人員的數(shù)量， 運(yùn)用計算機(jī)技術(shù)遠(yuǎn)程精確控制，用儀器設(shè)備代替人工。以硝酸甲胺中和反應(yīng)為例，用無水一甲胺和質(zhì)量濃度為80%的硝酸直接反應(yīng)制取硝酸甲胺，反應(yīng)過程劇烈，大量放熱，控制不當(dāng)容易出現(xiàn)熱量聚集，產(chǎn)生爆炸[13]，具體可以采用以下方法：

(1)采用電磁流量計計量硝酸輸送量，并且自動在線檢測硝酸溶液的密度和溫度； 為精確計量一甲胺，一甲胺采用有背壓控制措施的安裝結(jié)構(gòu)，當(dāng)計量達(dá)到設(shè)定參數(shù)值時，自動關(guān)停一甲胺輸送閥門，計量過程實(shí)現(xiàn)自動無人化操作。

(2)中和罐中首先加入硝酸溶液，然后再加入一甲胺，通過自動控制系統(tǒng)控制一甲胺的加入速度，可以控制中和反應(yīng)溫度保證在設(shè)定的安全范圍內(nèi)；同時通過自動控制系統(tǒng)， 可以實(shí)現(xiàn)中和反應(yīng)冷卻水系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運(yùn)行，及時帶走反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，避免出現(xiàn)熱量聚集。

(3)中和反應(yīng)完成后，采用在線pH 計進(jìn)行微調(diào)，實(shí)現(xiàn)硝酸甲胺溶液達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)要求。

(4)在制取硝酸甲胺的過程中，使用精密儀器儀表，通過先進(jìn)的自動控制系統(tǒng)，設(shè)計多個安全聯(lián)鎖控制功能，進(jìn)行全方位在線監(jiān)控，根據(jù)檢測反饋的參數(shù)信息，實(shí)時自動進(jìn)行調(diào)整，提高硝酸甲胺制作工藝過程的本質(zhì)安全度，確保生產(chǎn)安全可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)操作現(xiàn)場自動化無人化。

3.1.2 加強(qiáng)信息化管理

完善設(shè)備的自診斷控制系統(tǒng)與生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)更可靠有效地銜接。 攝像頭、工業(yè)控制計算機(jī)、顯示器等設(shè)備組成完整的工業(yè)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)， 對現(xiàn)場操作過程實(shí)行動態(tài)實(shí)時監(jiān)控， 出現(xiàn)異常及時反饋處理。

系統(tǒng)運(yùn)用可編程控制器（PLC）技術(shù)，避免了人為操作的干擾。主要、關(guān)鍵參數(shù)的檢測均采用冗余設(shè)計，這樣大幅提高了系統(tǒng)的可靠性，即使有元件發(fā)生故障，系統(tǒng)仍能夠正常運(yùn)行。 系統(tǒng)運(yùn)行過程中，當(dāng)出現(xiàn)參數(shù)異常時，自動保護(hù)系統(tǒng)將啟動，停止執(zhí)行相應(yīng)操作，避免系統(tǒng)出現(xiàn)危險狀態(tài)。只有當(dāng)液位、流量、溫度等參數(shù)全部再次滿足設(shè)定工藝要求時， 才能繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)操作。

3.1.3 設(shè)施設(shè)備的防護(hù)

補(bǔ)充完善設(shè)備管理制度， 對關(guān)鍵設(shè)備和監(jiān)控設(shè)施安排專人維護(hù)保養(yǎng)和修理，積累維修數(shù)據(jù)，為優(yōu)化生產(chǎn)線提供技術(shù)支持。

(1)專用生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)設(shè)置的超溫、超壓、超電流、超液位等安全聯(lián)鎖裝置，在日常生產(chǎn)中要按照要求每月定期進(jìn)行檢查和驗(yàn)證， 保證安全聯(lián)鎖可靠、有效。

(2)按照要求定期檢查設(shè)備供電配電系統(tǒng)，確保供電線路完好無破損，電氣連接點(diǎn)穩(wěn)定可靠。

(3)嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備安全技術(shù)操作規(guī)程和維修規(guī)程，對硝酸甲胺反應(yīng)器、貯槽、輸送泵、混合罐、裝藥機(jī)等專用生產(chǎn)設(shè)備的保養(yǎng)、維修、清理應(yīng)明確各自的安全注意事項(xiàng)。

(4)帶有傳動部件的設(shè)備，按照防護(hù)要求設(shè)置有效可靠的防護(hù)措施，設(shè)置應(yīng)急停車按鈕的設(shè)備，要張貼警示標(biāo)牌。

3.2 安全管理措施

安全管理措施是通過管理協(xié)調(diào)人自身及 “人—機(jī)”系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的安全。采用建立安全規(guī)章制度、 進(jìn)行安全教育培訓(xùn)等形式提出人與機(jī)分離的要求。 當(dāng)人與機(jī)不能脫離（人操控設(shè)備）時，利用《安全操作規(guī)程》，規(guī)定人與機(jī)接觸的程序和方法，杜絕安全隱患，加強(qiáng)管理。

安全管理對策措施一般有： 安全管理組織 （網(wǎng)格）、安全責(zé)任制、安全管理制度、安全操作規(guī)程、安全教育培訓(xùn)及應(yīng)急救援預(yù)案等[12]。 結(jié)合水膠炸藥生產(chǎn)線的具體情況，分析認(rèn)為主要從以下幾個方面考慮：

3.2.1 安全制度建設(shè)：

制定安全管理制度維護(hù)正常的工作秩序， 保證各項(xiàng)工作的正常開展。嚴(yán)格約束崗位性制度，對違規(guī)人員嚴(yán)厲處罰。

制定生產(chǎn)工藝操作規(guī)程和原材料、半成品、成品的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。 對水膠炸藥生產(chǎn)線危險崗位和自控崗位操作規(guī)程及時地補(bǔ)充、修訂，記錄出現(xiàn)故障時的處理方式方法。 原材料、半成品、成品檢測數(shù)據(jù)要及時反饋、跟蹤，出現(xiàn)異常，相應(yīng)的做出調(diào)整。

根據(jù)生產(chǎn)線實(shí)際操作情況，制定各工序的定員、定量、定置管理，完善各崗位標(biāo)識牌，各工序和工房內(nèi)嚴(yán)禁超員、超定量，嚴(yán)格要求危險品擺放在定置區(qū)內(nèi)。對于危險品工房內(nèi)和危險區(qū)域內(nèi)臨時作業(yè)、臨時施工的人員進(jìn)行嚴(yán)格審批。

3.2.2 安全教育培訓(xùn)制度建設(shè)：

(1)持證上崗：單位主要負(fù)責(zé)人、安全管理人員、從業(yè)人員、特種作業(yè)人員都要進(jìn)行教育和培訓(xùn)，熟悉相應(yīng)的業(yè)務(wù)，掌握相關(guān)操作技能，取得資格證書才能上崗。

(2)日常工作的安全意識：安全管理到點(diǎn)、到崗、到人。 員工自檢、班組巡檢相結(jié)合，加強(qiáng)生產(chǎn)線操作規(guī)程、 設(shè)備安全技術(shù)操作規(guī)程和維修規(guī)程的日常學(xué)習(xí)，尤其是硝酸甲胺反應(yīng)器、硝酸甲胺貯槽、硝酸甲胺輸送泵、混合罐、裝藥機(jī)等專用生產(chǎn)設(shè)備的保養(yǎng)維修、清理，明確其各自的安全注意事項(xiàng)。

(3)對制定的應(yīng)急預(yù)案，定期開展培訓(xùn)和演練，提高員工處置安全生產(chǎn)突發(fā)事件的能力。 總結(jié)演練工作的教訓(xùn)， 針對應(yīng)急預(yù)案演練中暴露的不足和問題，及時修正，不斷增強(qiáng)預(yù)案的實(shí)用性和可操作性。

4 結(jié)語

水膠炸藥的生產(chǎn)制造過程中，原材料、半成品、成品都具有一定的危險性， 在特定環(huán)境下會發(fā)生燃燒、 爆炸。 民用爆炸物品行業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）要求，民爆行業(yè)要轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，提高生產(chǎn)線自動化控制[14]。 現(xiàn)在，水膠炸藥生產(chǎn)線中和、混合等危險工序，采用遠(yuǎn)程控制及自動化操作系統(tǒng)，減少了在線人員數(shù)量，提高了水膠炸藥生產(chǎn)過程的安全性。在生產(chǎn)實(shí)踐中，我們要不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，積累教訓(xùn)，完善不足，盡可能地減少事故的發(fā)生，更進(jìn)一步提升水膠炸藥生產(chǎn)過程的安全性。