基于乳化釜內乳膠基質熱爆炸機理的論述

【摘? 要】乳化釜內的乳膠基質由于機械原因或工人違規操作常常發生爆炸事故，依據熱點理論，熱分解機理在內的熱理論分析事故原因顯得至關重要，這也為乳化炸藥的安全生產積累經驗，有利于推動我國民爆行業蓬勃發展。

【關鍵詞】乳膠基質;熱點;熱爆炸;熱點

乳化炸藥作為水基硝銨類工業炸藥中的翹楚，具有獨特的油包水（W/O）結構，在乳化釜1kg乳膠基質中，硝酸銨占據約8成質量配比，加之5%-7%的硝酸鈉和少量乳化劑，水與專用油相等成分，利用空氣源熱泵吸收冷凝器與蒸發器產生的熱量差值，循環后提供高溫，替代了傳統鍋爐供熱技術將水加熱至沸點，并將油相和乳化劑加熱到到80-85℃，將他們破碎溶化并稱量后按比例放到油相儲罐中備用，水相待攪拌過程中逐漸加入，經歷共約3分鐘初乳階段和精乳階段后，冷機冷卻，泵輸送經流量計至浸冷機底部，利用發泡劑和發泡促進劑發泡，連續敏化和發泡后的炸藥具有雷管感度，也具有了裝藥包裝成型條件，乳化炸藥的機械化裝藥工序效率高，爆破效果好，大塊率低，后沖效果不明顯，鏟裝效率高。

熱點學說闡釋了炸藥內部某一點機械能通過顆粒間，顆粒與容器的機械剪切與摩擦，或劇烈且迅速的塑性變形或絕熱壓縮，實現與熱能的相互轉化，進而向整個炸藥傳遞，擴展熱量。乳化炸藥的乳化器和螺旋泵經常發生剪切，摩擦等機械效應，造成反應器熱量積聚，容易導致危險。熱點無處不在，熱點通過熱積累的形式對炸藥機械感度，爆轟性能等產生影響。熱起爆作為炸藥發生燃燒或爆轟的最簡單形式，對于研究乳化炸藥起爆具有借鑒意義，以熱反應擴散方程為主體，定常狀態下，炸藥內部熱擴散符合以下定理：

令炸藥臨界溫度：

設炸藥特征尺寸r，取為平板半厚度，圓柱半徑和球體半徑，頻率因子Z，沖擊波脈沖持續時間τ，結合中心對稱溫度：

設n為炸藥形狀系數（無限平板，圓柱，球體n值依次遞增），得乳化炸藥臨界溫度偏微分：

熱點增長過程中，若處于對稱中心，令，，得到熱擴散方程：

或已知給熱系數x，表面積S，可聯立系統和外界散出熱量，求出所需參數：

乳膠基質主要成分硝酸銨110℃以上的分解產物有硝酸，氨氣，氮氣，氧氣，二氧化氮等，依據溫度下降，反應向放熱方向移動的化學平衡原理和反應級數關系（ ），硝酸銨熱分解反應速率加快。實驗證明，加入氯離子抑制分解，而加酸促進分解，應嚴格控制乳化工序中氯離子含量。鐵離子（特別是Fe2+）作為催化劑催化分解，配合金屬鹽和含能粘合劑降低分解溫度。此外，加入1-3%的石蠟和潤滑油，可助燃硝酸銨溶液。乳化釜本身，反應壓力如急劇增大，溫度升高，乳膠基質體積將會變大且失去光澤，破乳。值得注意的是：油相材料作為活性物質參與熱分解反應，并可能會和硝酸銨分解產物發生二次（氧化）反應。為防止熱量積累，應定期檢查乳化炸藥生產線冷卻裝置，雨淋裝置等安全性與可靠性，加入適量潤滑劑減弱機械作用。選用適當油膜，防止熱量因油膜厚度而過度積聚。減少水相積聚，保持一定量蒸發潛熱，促進炸藥熱分解的同時降低乳化炸藥感度。此外，粘度配合剪切力將乳化炸藥油包水結構分割成無數液滴狀，加上發泡作用，機械摩擦加劇，熱點增多，剪切作用大，加上傳熱緩慢，熱量逐漸積累。

結語

（1）利用對稱中心溫度，炸藥形狀系數等分析熱爆炸。熱點學說闡釋炸藥內部某一點機械能通過顆粒與容器等的機械作用，塑性變形或絕熱壓縮，實現與熱能的相互轉化，進而向整個炸藥傳遞熱量，造成反應器熱量積聚。進氣速度一定程度上大于排氣速度時，燃燒速度加快，溫度和壓力數據突躍，產物不斷膨脹，混合氣體形成沖擊波，一段時間后發生臨界爆轟。

（2）以硝酸銨分解為主線，氯離子抑制分解，催化劑鐵離子催化分解，加酸促進分解，需嚴格控制反應溫度等條件。加入1-3%石蠟和潤滑油，可助燃硝酸銨溶液。如乳化釜本身反應壓力急劇增大，溫度升高，會造成破乳，活性物質油相材料參與熱分解反應，會和硝酸銨分解產物發生二次氧化反應。選用油膜時防止熱量因油膜厚度問題過度積聚或散失。減少水相積聚，保持一定量蒸發潛熱，促進炸藥熱分解的同時降低乳化炸藥感度。此外，粘度配合剪切力將乳化炸藥油包水結構分割成無數液滴狀，加上發泡作用，機械摩擦加劇，熱點增多，剪切作用大，加上傳熱緩慢，熱量逐漸積累，乳膠基質保溫殼體爆炸。

（3）強化安全生產責任落實制度，牢記并吸取安全事故血的教訓，強化安全監管，定期檢查乳化炸藥生產線冷卻裝置，雨淋裝置等是否安全可靠，加入適量潤滑劑，減少不必要的機械作用。推進炸藥向綠色，高效，智能化，推動民爆行業多功能，一體化發展。

作者簡介：唐嘯，重慶，400700。