乳化炸藥生產(chǎn)線聯(lián)建工藝技術(shù)研究

＊黃云川

（廣東宏大羅化民爆有限公司 廣東 527200）

乳化炸藥作為能源工業(yè)的能源，基礎工業(yè)的基礎，在工程爆破中被廣泛地運用。現(xiàn)今伴隨我國經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，基礎設施建設力度顯著增大，促使乳化炸藥生產(chǎn)企業(yè)獲得較大的發(fā)展空間，乳化炸藥生產(chǎn)技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新發(fā)展，其中聯(lián)建工藝技術(shù)尤為突出，因其自動化程度高、占地面積小、生產(chǎn)成本低、安全環(huán)保等一系列優(yōu)點，受到乳化炸藥生產(chǎn)企業(yè)競相研究、推廣[1]。

1.乳化炸藥生產(chǎn)線聯(lián)建工藝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

乳化炸藥自從研制和大規(guī)模推廣應用以來，生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提高，生產(chǎn)方式也經(jīng)歷了間斷式、半連續(xù)式、連續(xù)式等幾個重要發(fā)展階段。近年來，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，也帶動了乳化炸藥生產(chǎn)技術(shù)的革新，推動著民爆生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展[2]。

乳化炸藥聯(lián)建工藝技術(shù)，屬于連續(xù)式生產(chǎn)技術(shù)。這種聯(lián)建工藝技術(shù)方式，采用全自動化精準控制生產(chǎn)工藝參數(shù)，水油相制備、乳化制藥、基質(zhì)冷卻、敏化、裝藥包裝及中轉(zhuǎn)裝車等工序連成一體，實現(xiàn)乳化炸藥全連續(xù)化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率大大提高，最大產(chǎn)能可達9.3t/h，自動化程度高，1.1級危險工房在線操作人員少，定員實現(xiàn)含5人以下，乳化炸藥生產(chǎn)更安全環(huán)保和簡單快捷。

2.乳化炸藥生產(chǎn)線聯(lián)建工藝流程

乳化炸藥聯(lián)建生產(chǎn)線主要包括水相制備、油相制備、水油相計量泵送、水相油相暫存、乳化、冷卻、敏化、裝藥、包裝、成品轉(zhuǎn)運等工序，其中水相制備工序、水油相計量輸送工序布置在水油相制備工房中，其余工序布置在乳化炸藥生產(chǎn)工房中。

（1）原材料準備。硝酸銨溶液及油相材料分別儲存在水油相制備工房里各自的儲罐內(nèi)，保溫待用；硝酸鈉用手推車從硝酸鈉庫運輸至水油相工房的投料間待用。

（2）水相制備。聯(lián)建工藝必須要使用硝酸銨溶液配制水相溶液，硝酸銨水溶液由外廠經(jīng)運輸車儲罐輸送至公司，加溫后，用卸料泵泵送至硝酸銨溶液儲罐內(nèi)。硝酸鈉經(jīng)計量由人工投入水相制備罐內(nèi)，將經(jīng)計量過的水、硝酸銨溶液通過泵送加入到水相制備罐內(nèi)，開啟蒸汽加熱，并開啟攪拌裝置，當水相制備罐中配制的水相溶液達到工藝要求后保溫備用。水相制備罐的溫度都通過電動調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)控制，使水相溫度控制在90℃～95℃范圍內(nèi)。

（3）油相制備。將液態(tài)復合蠟及乳化劑泵送至油相制備罐，通過電動調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)控制，使油相溫度控制在85℃～90℃范圍內(nèi)。

（4）水油相溶液暫存。將配制好的水、油相溶液通過各自的輸送泵泵送到乳化炸藥生產(chǎn)工房內(nèi)的水、油相儲罐內(nèi)，保溫備用。

（5）乳化。制備后的水相、油相溶液分別按設定的比例沿著管道經(jīng)過過濾、計量后泵送至乳化機。水相、油相溶液通過乳化機的強烈攪拌、剪切和混合，形成高質(zhì)量的乳膠基質(zhì)，乳膠基質(zhì)從乳化機出口排出。

（6）冷卻。通過布料機將乳膠基質(zhì)在皮帶上布成不大于10mm厚的薄層，經(jīng)浸水式冷卻機進行一次性冷卻，溫度達到50℃～55℃，隨皮帶離開水面經(jīng)風機吹干后送入下一工序。

（7）敏化。乳化炸藥聯(lián)建生產(chǎn)線可以采用化學敏化、物理敏化和復合敏化三種方式。

化學敏化方式：冷卻后的乳膠基質(zhì)和經(jīng)計量后的化學敏化發(fā)泡劑一同送入敏化器內(nèi)，在敏化器的充分攪拌和分散作用下得到密度穩(wěn)定的乳化炸藥半成品。

物理敏化方式：按照工藝配比將膨脹珍珠巖計量輸送到敏化器中與乳膠基質(zhì)進行混合敏化，敏化后的炸藥通過皮帶輸送機進入到裝藥機裝藥。

復合敏化方式：冷卻后的乳膠基質(zhì)和經(jīng)計量后的化學敏化發(fā)泡劑一同送入敏化器內(nèi)，隨后將膨脹珍珠巖計量輸送到敏化器中進行混合敏化，敏化后的炸藥通過皮帶輸送機進入到裝藥機裝藥。

（8）裝藥。乳化炸藥半成品通過散料皮帶輸送至裝藥平臺，通過下料口輸送至裝藥機內(nèi)，裝填成各種規(guī)格的藥卷，再由皮帶輸送機輸送至自動包裝系統(tǒng)。

（9）不合格品處理。生產(chǎn)線產(chǎn)生的不合格品和廢料按照“SGRF型廢舊炸藥回收系統(tǒng)”進行分類、處理。將生產(chǎn)線產(chǎn)生的乳膠基質(zhì)質(zhì)量合格但敏化失效或未敏化的不合格品收集，送至返工品處理工房的敏化間去除包裝物、卡扣及雜物，將分類好的不合格品和計量好的敏化劑（膨脹珍珠巖或化學敏化劑）分別加入到敏化機內(nèi)進行敏化，并對敏化后的炸藥進行密度檢測，將符合標準的炸藥添加到裝藥機料倉內(nèi)，將散裝炸藥灌裝成φ60-φ120mm規(guī)格的藥卷，藥卷在包裝間內(nèi)經(jīng)人工裝箱、捆扎后裝車運輸入庫。

圖1 工藝流程圖

（10）包裝、成品轉(zhuǎn)運、入庫。乳化炸藥小直徑藥卷經(jīng)理料后，自動進行打中包、裝袋。乳化炸藥大直徑藥卷自動進行裝袋。成品經(jīng)皮帶輸送機輸送至炸藥中轉(zhuǎn)庫由履帶式裝車機器人系統(tǒng)裝車后，由專用車輛運至總庫區(qū)入庫。

3.乳化炸藥生產(chǎn)線聯(lián)建工藝主要生產(chǎn)設備選型

以年產(chǎn)17000t的乳化炸藥聯(lián)建生產(chǎn)線為例：

(1)設備能力計算原始數(shù)據(jù)

乳化炸藥每天產(chǎn)量：17000÷250=68（t/d）。

乳化炸藥小時產(chǎn)量：68÷7.5÷2≈4.6（t/h）。

式中：17000—乳化炸藥年產(chǎn)量（t）；

250—年工作日；

2—生產(chǎn)班制；

7.5—每班有效工作時間（h）。

(2)主要工藝設備能力選型

①硝酸銨溶液儲罐。硝酸銨約占乳化炸藥總重的74.4%，硝酸銨溶液濃度為93%，硝酸銨溶液的密度為1.45g/cm3；每天硝酸銨溶液需求量為：

68×0.744÷0.93÷1.45≈37.52（m3）

選用1個硝酸銨溶液儲罐，儲罐容積為78m3，就能夠滿足生產(chǎn)需要。

②破碎機。選用1臺LTQ-P-00型破碎機作為備用設備，生產(chǎn)能力為10t/h，可以滿足生產(chǎn)需求。

③水相制備罐。水油相制備工房中安裝2臺6m3水相制備罐，水相溶液約占乳化炸藥總重的94.5%，水相溶液的比重為1.4g/cm3，設備有效裝藥系數(shù)取0.9。則配制1罐水相溶液可以滿足生產(chǎn)時間為：

6×0.9×1.4÷94%÷4.6≈1.75（h）

配制1罐6m3水相溶液大約需0.5h；故用2臺6m3的水相制備罐，交替制備水相溶液可以滿足生產(chǎn)需求。

④油相制備罐。油相溶液占乳膠基質(zhì)的最大比例為6.5%，油相溶液的比重為0.85g/cm3，設備利用系數(shù)取0.85，則配制1罐油相溶液可以滿足生產(chǎn)時間為：

4×0.85×0.85÷6.5%÷4.6≈9.67（h）

選用2臺0.5m3油相制備罐，制備油相溶液可以滿足生產(chǎn)需求。

⑤精乳器。選用1臺CYJ型精乳器，生產(chǎn)能力為3～10t/h，可以滿足生產(chǎn)需求。

⑥冷卻器。選用1臺CJL-Ⅱ-8.4冷卻器（浸冷機），生產(chǎn)能力為3～9t/h，可以滿足生產(chǎn)需求。

⑦敏化器。選用1臺CHMW-Ⅱ型敏化器，生產(chǎn)能力3～10t/h，可以滿足生產(chǎn)需求。

⑧裝藥機。選用1臺DKJ-5型大直徑裝藥機和1臺DKJ-5型小直徑裝藥機。以φ32mm-300g為例，小直徑裝藥機最大產(chǎn)能為3.6t/h；大直徑裝藥機可達6t/h。大小直徑藥卷不同時生產(chǎn)，每年生產(chǎn)小直徑藥卷的天數(shù)為：

17000×0.05÷3.6÷7.5÷2≈16（d）

每年生產(chǎn)大直徑藥卷的天數(shù)為：

17000×0.95÷6÷7.5÷2≈180（d）

每年生產(chǎn)天數(shù)合計為：

180+16=196（d）＜250（d）

選用1臺DKJ-5型大直徑裝藥機和1臺DKJ-5型小直徑裝藥機可以滿足生產(chǎn)需求。

⑨自動包裝系統(tǒng)。選用1套金能自動化提供的KNABPM型大直徑藥卷包裝機，包裝能力可達6t/h；1套金能自動化提供的KNAAPM型小直徑藥卷包裝機，包裝能力可達4t/h，生產(chǎn)能力與裝藥能力匹配，可以滿足生產(chǎn)需求。

⑩中轉(zhuǎn)裝車。在中轉(zhuǎn)庫選用1套JWL-LZRobot型履帶式裝卸機器人系統(tǒng)、1套大小藥卷分揀輸送皮帶，裝帶效率為8t/h，可以滿足生產(chǎn)需求。

4.乳化炸藥生產(chǎn)線聯(lián)建主要生產(chǎn)工房

（1）水油相制備工房。水油相制備工房為乳化炸藥生產(chǎn)線提供配套的水油相溶液，主要包括投料間、破碎機間、油相熔化間、油相制備間和動力間等。危險等級1.4級，計算藥量為10t，每班操作定員1人。

（2）乳化炸藥生產(chǎn)工房。乳化炸藥生產(chǎn)工房為聯(lián)建工房，主要將水油相暫存間、乳化制藥間、膨脹珍珠巖投料間、自動裝藥間、自動包裝間等工房聯(lián)建成一個整體生產(chǎn)車間。該工房危險等級為1.1級，計算藥量為2.5t，每班在線人員4人。

（3）炸藥中轉(zhuǎn)庫。炸藥中轉(zhuǎn)庫，安裝一套履帶式機器人自動裝車系統(tǒng)，危險等級為1.1級，計算藥量為4.5t，每班定員操作1人。

5.乳化炸藥聯(lián)建生產(chǎn)工藝自控系統(tǒng)要求

（1）自動控制。乳化炸藥聯(lián)建工藝技術(shù)生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)可以采用日本三菱公司的FX3U PLC以及Ethernet總線分布式、多主機冗余控制技術(shù)，本著安全、先進、可靠、穩(wěn)定及實用的原則而設計。系統(tǒng)實現(xiàn)各種物料自動計量、配比、添加，各設備自動啟停；系統(tǒng)具有過載、振動、超溫、超壓、斷料、斷流、過流等保護，安全保護措施齊全，操作簡單、方便、直觀。除水油相制備、裝藥、包裝工序外，其他工序?qū)崿F(xiàn)無人操作[3]。

（2）人機界面。控制系統(tǒng)選可以用研華工控機、觸摸屏作監(jiān)控計算機（上位機），通過采用Ethernet總線技術(shù)對PLC及控制儀表進行數(shù)據(jù)采集、控制，各分布式子系統(tǒng)采用普通以太網(wǎng)總線技術(shù)進行信息交換。各分布式控制系統(tǒng)采用PLC分別控制各個回路，而用工控機、觸摸屏實施上一級的控制。各回路之間和上下級之間通過Ethernet以太網(wǎng)總線技術(shù)進行信息交換，改善控制的可靠性，且不會由于上位機的故障而使整個系統(tǒng)失去控制。

（3）PLC可編程控制器。用PLC取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，通過對開關(guān)量控制實現(xiàn)邏輯和順序控制；運用模擬量I/O模塊可對溫度、振動、壓力、速度、流量、料位等連續(xù)變化的模擬量進行控制，而且編程和使用都很方便；數(shù)據(jù)處理能夠完成數(shù)學運算、數(shù)據(jù)的移位、比較、傳遞、數(shù)值的轉(zhuǎn)換和查表等操作，對數(shù)據(jù)進行采集、分析及處理；實現(xiàn)PLC與PLC之間、PLC與上位計算機或其他智能設備間的通信，構(gòu)成“集中管理、分散控制”的多級分布式自動化網(wǎng)絡控制 系統(tǒng)[4]。

（4）智能儀表和現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)。聯(lián)建生產(chǎn)技術(shù)對智能儀表精度要求高，選用的儀表功耗低，抗干擾能力強，例如水油相流量計，精度高、抗干擾能力強、數(shù)據(jù)測量及時可靠。這對系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性起到關(guān)鍵作用?，F(xiàn)場自控閥門選用氣動球閥，保證了控制的可靠性，避免了以往電磁閥關(guān)閉不嚴、易堵塞、易損壞等缺陷。

（5）聯(lián)鎖聯(lián)控。聯(lián)建生產(chǎn)工藝技術(shù)應實現(xiàn)聯(lián)鎖聯(lián)控，若水/油相制備過程溫度高于報警上限設定值或低于報警下限設定值時，系統(tǒng)自動關(guān)閉或打開加熱氣動閥門。若裝藥機、自動包裝系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)報警，達到系統(tǒng)設定時間，根據(jù)情況設定減產(chǎn)或停止制藥。若乳化過程出現(xiàn)超溫、超壓、斷流、位移及電流異常，系統(tǒng)將報警并自動停機。若乳化制藥部分在線藥量高于報警上限設定值時，系統(tǒng)將報警并自動降低產(chǎn)能，若在線存藥量高于上限時，停止制藥過程。

6.結(jié)語

乳化炸藥生產(chǎn)線聯(lián)建工藝技術(shù)將全部生產(chǎn)設備按工藝條件和控制的不同要求，合理地布置于生產(chǎn)車間，將水油相制備、乳化、冷卻、敏化、裝藥、包裝、裝車等各個工序連成一體，使各工序設備有機銜接起來進行產(chǎn)能調(diào)節(jié)，相互匹配，形成一個完整的連續(xù)進料出料的系統(tǒng)。這種工藝技術(shù)自動化程度高、生產(chǎn)成本低、耗能低、占地少、產(chǎn)能大、工藝布局順暢、更安全環(huán)保，符合國家民爆行業(yè)發(fā)展方向。