我國乳化炸藥生產現狀及對策

尤詠

（國能準能集團有限責任公司炸藥廠，內蒙古 鄂爾多斯 010300）

我國乳化炸藥配方及相關技術的研究從20世紀70年代中后期開始，經歷了間歇乳化過程、半連續乳化過程和連續乳化過程，到2012年，形成了成熟的全連續乳化炸藥生產技術，即從原料準備開始，包括計量、輸送、乳化、冷卻、敏化、裝藥、包裝在內的機械化連續生產全過程，各過程之間自動銜接，只需要少數人協助操作。隨著智能制造戰略的實施，工業炸藥生產技術、安全技術和管理技術及其發展方向顯得尤為重要，因此有必要研究乳化炸藥工藝裝備和生產技術的發展方向。

一、乳化炸藥生產過程爆炸產生機理

乳化炸藥是從油、水相溶液制備而成，需要經過比較復雜的物理化學過程。眾所周知，乳化器、螺桿泵等關鍵設備為這一過程提供工藝所需的能量。如果這些設備出現故障，輕則影響正常生產，重則誘發爆炸性事故。

在乳化炸藥生產過程中，乳膠基質在受到強烈的剪切、摩擦或壓縮，熱量來不及被“帶走”，從而引發安全生產事故。經典的炸藥熱點學說認為：在機械能作用下產生的熱來不及均勻地分布到炸藥的全部試樣上，而是集中在炸藥的一些局部小點上。熱分解就在某小點開始，并且由于分解的放熱性質，分解速度迅速加快，使小點的溫度高于爆發點。爆炸就在這些小點發生、成長并擴展到整個炸藥。通常認為炸藥熱點形成有：1.在機械能傳入炸藥時，惰性硬雜質之間的摩擦炸藥顆粒體之間的摩擦或炸藥與容器壁表面的摩擦。2.當炸藥從兩沖擊面間擠出時由于炸藥迅速流動所形成的塑性加熱。3.反應物中散布的小氣泡的部分絕熱壓縮。

在乳化炸藥實際生產過程中熱點的形成是多方面的。如、精乳器中基質堵塞、螺桿泵空轉或斷流時間較長、管道式生產工藝系統壓力過高以及冷卻水中斷等，這些都會導致安全生產事故。現實中在乳化炸藥生產過程中，熱點是永遠存在的，生產中更是難以避免的這些熱點真正對炸藥體系造成危險的原因是由于熱積累的過程，如果不能形成熱積累炸藥是不會爆炸的。

二、生產技術現狀

（一）高溫敏化工藝

1.工藝過程。采用液態水油相原料，制備好存入儲罐中，經水油相泵計量送至混合罐或預乳機；水油相混合液密閉出料經螺桿泵送入靜態混合器精乳形成乳化基質；再由螺桿泵將乳化基質送入裝藥機裝藥，中途在管路中通過計量泵、流量計等輸送計量系統加入敏化劑，或進入密閉的動態混合器與敏化劑混合后進行連續裝藥；敏化溫度100℃左右。藥卷經水冷卻后再進行碼垛包裝裝箱，之后藥箱由皮帶送到裝車站臺裝車入庫。

2.關鍵設備及其技術特征。按常用設計產能為3.0～7.0t/h的乳化炸藥生產線，配置的主要設備包括：預乳機，采用立式蝸輪攪拌，轉速600r·min-1 左右，功率≤3.0kW。基質輸送泵，常采用螺桿泵，工作壓力0.8～1.55MPa，流量依產能可調。精乳器，主要是不同結構的靜態混合器，長度400mm左右。作為乳膠泵使用的螺桿泵，工作壓力0.2～1.10MPa，流量依產能可調。敏化器，不同規格型號的組合。動態敏化器，轉速600～800r·min-1，功率≤5.5kW。裝藥機：dbt 旋轉盤式結構，塑膜包裝，適用規格φ32～φ135，集裝藥、熱合、卡口、切斷等功能于一體。冷卻水池，皮帶或柵板輸送機帶動藥卷浸入水中，邊輸送，邊降溫發泡。

3.安全措施。生產過程主要安全技術措施包括工藝流體多級過濾，并設除鐵裝置；重要部位采用傳感器和控制元件等，實現主要參數顯示、臨界值設定與報警等，主要工藝過程安全聯鎖，定員定量管理等。（1）對水相、油相、半成品、成品的制備、輸送與存儲裝備，設置料位傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、負荷傳感器、消除進料口物料架橋裝置等，防止設備在干磨、斷料、超壓、過載等異常情況下運行。（2）藥卷、成品箱的輸送采取隔爆措施。一般在輸送時對一定堆垛量的藥卷或成品箱設一定間隔的距離，以防止殉爆。如：乳化炸藥每堆4kg20 根藥卷的最小距離≥1m，24kg 乳化炸藥成品藥箱間距≥4.5m。（3）在各工藝環節、設備設有視頻裝置，實現視頻監視全覆蓋，觀察掌握生產現場情況，必要時進行控制。（4）生產結束，按規定清理設備和管道內藥料，廢藥、料頭料尾妥善收集，按有關規定處理。

4.主要特點。（1）優點。從輸送計量到成品裝箱完成全線連續化自動化生產，部分工序實現安全聯鎖智能化；產能大，可達7t·h-1 以上；機器人抓取藥卷投入包裝箱；現場控制與監控室監視控制結合；微機對工藝參數和電流、轉速等主要運行參數進行監視與（或）控制；適用藥卷包裝規格范圍較大（φ32～φ135）；對藥卷、成品箱、產能、產量等信息自動采集上傳至微機記錄儲存；機械化自動化程度高，現場操作人員≤5人，勞動強度低，正常運行（除開始和結束時段）時基本做到無人化生產；部分線基本實現聯控聯動。（2）不足之處。主要體現在對珍珠巖敏化方式適應性差；動態敏化器轉速高，安全性低；機器人抓取規格差異較大的藥卷時要更換抓手；全線聯控聯動的可靠性有待提高。

（二）中低溫敏化工藝

（1）工藝過程及裝備。與高溫敏化不同的是精乳后對乳化基質進行冷卻，接著兩級或一級泵送至裝藥機，中途加敏化劑與促進劑，65℃左右敏化。裝藥后仍對藥卷進行冷卻。典型設備主要包括鋼帶冷卻機，以常溫水作為冷卻介質，設備長度約20m，鋼帶運行速度16m·min-1。冷卻水槽，長度約10～20m，以皮帶或柵板輸送機帶動藥卷浸入水中。旋轉活塞泵或螺桿泵，用于將基質泵入裝藥機。有些工藝在鋼帶后設置中轉泵，其壓力在0.3MPa～0.4 MPa 左右。（2）主要特點。敏化溫度較低，安全性更好；冷卻水槽長度可減少30～50m。對珍珠巖敏化方式適應性差；多了一級泵送設備（中轉泵）；全線聯控聯動的實現及可靠性有待進一步提高。

（三）低溫敏化工藝

（1）工藝過程。此工藝是在原有的連續乳化、冷卻、敏化工藝基礎上經技術改造，增加連續自動裝藥機和自動包裝機形成。與高溫、中低溫敏化有較大不同。液態水油相物料準備好后，由輸送計量系統將兩相液體輸入動態乳化機進行乳化，制備好的乳化基質落入冷卻裝置中冷卻，之后進入動態敏化機攪拌敏化，敏化溫度50℃左右。敏化后物料由皮帶運送至裝藥機，或泵送進入連續裝藥機，藥卷經包裝系統整理、碼垛、裝箱、輸送等過程后入庫。（2）主要特點。從輸送計量到成品裝箱連續化生產，產能可達3.5t·h-1 以上；現場控制與監控室監視控制結合；微機對工藝參數和電流、轉速等主要運行參數進行監視或控制，重點對連續乳化機的位移、振動、負荷、斷料、進口壓力等狀況進行檢測與控制；適用藥卷包裝規格范圍較大（φ32～φ135）；對藥卷、成品箱、產能等信息自動采集上傳；勞動強度較低，設備造價低，投資少；一般能夠適應物理與化學混合敏化工藝。不足之處是動態乳化器轉速高，定轉子間隙小，安全性較低；自動化程度不高；全線聯控聯動功能不全與（或）可靠性不高；現場操作人員控制5 人以內有一定難度。

三、生產安全管理

（一）設備管理

目前較好的管理方式是應用炸藥生產線專用關鍵設備的綜合信息化管理系統。主要功能包括設備清單、備品備件、故障分析與排查、設備狀態和參數在線監測、異常查詢、生產車間運行記錄、用戶權限管理等。能夠幫助管理者對保養維護記錄進行審核，便于全方位掌握設備狀態和維修信息。然而，這一較高水平的管理系統應用并不多。

（二）現場安全管理

現場安全管理主要內容和方法包括：生產場所設置安全警戒線，安全防護帶，安全防護欄等；關鍵設備安全警示標識，高溫、高壓、防燙傷警示標識；員工培訓合格持證上崗，正確使用勞動安全防護用品；定員定量定置管理，限定生產現場工作人員數，工房內的主要原料、半成品、成品其計算量按設計要求確定，工器具在設定的范圍內固定存放；維修、保養設備時的動火管理；防止設備、管路跑冒滴漏，及時處置；車間衛生、環境保潔、物件擺放規整管理等。在生產現場上述方面基本都可做到，只是管理的程度有所不同。

（三）廢料安全管理

對不合格品和廢料的安全管理必須遵循WJ/T9095 要求。按企業對廢料的分類管理制度和處理規程進行收集和處理。應分類收集，定點定量存放，專人管理和處理。一般情況下，未經敏化的基質可在生產線上處理或在專用處理工房處理，經敏化的基質必須在專用處理工房處理，不論在何種場合處理，處理前廢料中的雜質必須清理干凈。

四、改造措施

（一）選用大產能生產設備

考慮到企業的發展及國民經濟的發展對炸藥的需求,對改造乳化炸藥生產線來說各種設備都要有一定的冗余。如果原有溶化罐能夠滿足需要則不需要更換溶化設備,如果原有溶化罐不能滿足生產線在批量的生產能力下連續生產則要更換新的溶化設備。其余的設備如:輸送泵、流量計等也都遵循這種原則。

（二）選用本質安全性高的乳化設備

乳化設備是乳化炸藥生產線上的重要危險源之一,近30a 乳化炸藥的發展過程中發生過不少事故,其中由乳化設備引起的事故占了很大的比例。乳化設備的安全隱患能夠有效控制或消除,將大大提高乳化炸藥生產線的本質安全性。選擇一種新型乳化器,這種乳化器擴大了動靜齒之間的間隙并且降低了轉速。取消了機械密封,采用副葉輪動力密封與停車密封組成的非接觸式系統密封,從根本上消除了機械密封存在的安全隱患。消除了死角,這種乳化器增加了自輸送功能,并在腔體的設計中采取了一些措施,從而減少或消除了死角。防止斷齒,定轉子的齒由不銹鋼整體加工而成,強度高,并經探傷檢驗。在工藝技術方面采取冷卻水斷流和斷料的連鎖緊急停車裝置。以上這些措施提高了乳化器的本質安全性。

（三）減少崗位操作人員

通過先進可靠的自控技術手段和合理的工藝布局減少操作環節。先進可靠的自控技術可以檢測到需要的一些關鍵參數如:物重、液位、流量、斷流等,有了這些檢測手段則可以省去一些固定的崗位。

（四）穩定的產品質量

產品質量不穩定的原因很多,如原材料改變、生產工藝參數不穩定、設備運行不穩定等。撇開原材料的改變和設備運行不穩定的因素而影響產品質量的原因不談,因為這些都是管理的范疇,如果嚴格按照企業的原材料檢驗和設備檢修規定進行檢驗和檢修的話,這些問題是可以完全避免的。生產工藝參數在連續生產線或半連續生產線上則是靠人去控制的,人為控制很難確保參數沒有偏但是用自動控制技術對溫度、流量進行控制則是十分穩定的,這些參數可以通過PLC 圍繞設定值進行獨立調節,從而確保了產品質量穩定。

（五）節約能源

針對過去生產線的蒸汽冷凝水直接排放到下水道,蒸汽或物料管道裸露的浪費情況。增加蒸汽冷凝水回收系統,把溶化罐、儲存罐以及保溫套管的蒸汽冷凝水通過疏水閥后回收至鍋爐房。乳化器、鋼帶基質連續冷卻機等的冷卻水做一個循環水池進行循環利用。這兩項措施即節約了能源,又節約了水資源。

五、發展趨勢

（一）工藝設備方面

生產全過程向連續化、信息化、智能化與少無人化方向發展，產能自動調節匹配，主要工藝參數自動調整。應用高效靜態制乳裝置和混敏裝置，實現靜態乳化、靜態敏化，同時采用新型高性能（安全）裝藥泵及智能裝藥設備，利用水相油相泵一次壓送至裝藥結束。研究應用中低溫乳化敏化新配方、新工藝技術及其裝備。研究應用機器人在生產線上進行拆袋投料計量、藥卷整理、包裝、裝車碼箱等智能制造工藝技術設備。

（二）質量安全方面

工序間完全實現智能銜接、少無人化、安全聯鎖、聯控聯動生產技術，進一步提升本質安全水平。生產工序與設備設置防爆泄爆等安全裝置，更好控制過程安全。研究應用水油相原料、半成品、成品質量和主要工藝參數在線檢測技術與裝置，以及不合格品自動剔除技術設備。

（三）倉儲管理方面

研究應用下線產品自動碼箱堆放、裝卸、運送、入庫和出庫成品管理系統，包括品種、規格、數量、重量、產量、庫存總量、出庫量和去向等信息采集、顯示、儲存與上傳。實現信息化智能化管理。

總之，目前我國乳化炸藥的生產過程還存在著一定的不足，為此，我國應當加緊對乳化炸藥相關技術的研究。而未來乳化炸藥生產的趨勢為智能化和信息化以及無人化。