乳化炸藥生產線全線安全監測系統研究

李長安，韓培君

(廣東宏大民爆集團有限公司，廣東 廣州 511300)

乳化炸藥，作為一種W/O型含水工業炸藥，不僅具有組分簡單，原材料來源廣，加工簡便及成本較低等特點，而且還具有較好的爆轟性能及抗水特性，因此，自20世紀70年代問世以來，得到世界各國民爆行業的競相研究與推廣[1-2]。目前，乳化炸藥生產線已基本實現連續自動化生產，但在某些生產參數監控方面仍存在薄弱環節，如溫度、液位、壓力及流量等生產參數監測方面自動化程度及集成度不高，有些仍需人工輔助看守[3-7]。當生產線某一環節出現故障時，國內外生產企業對整條生產線通常采取人工停機的方式來對故障點進行處理，故障排除后，再采用人工開機方式來恢復生產線的正常生產。這種靠人工停機和開機方式不僅無法在故障發生時第一時間采取有效行動，造成資源浪費，甚至出現安全隱患，而且需要生產線時刻有人值守，增大企業人工成本，更不符合企業生產線向自動化、智能化方向發展的趨勢。因此，研究乳化炸藥生產線全線安全生產監測系統對防止人工操作失誤或操作不及時等引起的安全生產事故，提升乳化炸藥生產線本質安全水平具有重要意義[8- 9]。

1 生產工藝

以廣東宏大民爆集團有限公司本部車間JWL-III型乳化炸藥連續化自動生產線為例，采用高溫靜態乳化技術，其生產工藝[10]為：

1)水相配制：將氧化劑硝酸鈉與水按比例溶解混合，通蒸汽間接加熱和保溫。過程中溫度由自動控溫閥閉環控制，使其達到工藝溫度值。

2)油相配制：油相材料、乳化劑按比例泵送至油相儲罐，通蒸汽間接加熱和保溫，由控溫閥調節來保持溫度備用。

3)泵送預乳：生產前對工藝管路用熱水保溫，具備生產條件后，同時開啟水相泵、油相泵。水相油相溶液經過濾器、水相管路、閥、泵及流量計，送入預乳罐，在預乳攪拌由慢即快的作用下,水油相相互滲透，形成油包水透亮的乳化基質。

4)靜態混合：預乳后的膠體基質由基質泵打入靜態混合器。在基質泵的壓力下，基質在靜態混合器里，充分混合，沒有任何機械的作用，沒有任何摩擦，從根本上消除了乳膠制造的危險因素。通過基質泵轉速的調節，能保持預乳罐的料位較穩定的高度，以便充分乳化。

5)敏化：基質從靜態混合器出來后進入乳膠泵的料倉，乳膠泵在裝藥機允許開機的條件下才可以開機，乳膠泵往裝藥機泵送乳膠的過程中，發泡劑泵同時啟動，發泡劑的加入量為按照比例自動跟蹤乳膠泵泵送的乳膠流量。

2 監測參數

乳化炸藥生產工藝流程主要分為水/油相制備、乳化及敏化工藝三部分。其中，涉及到生產工藝安全管控方面的參數主要包括物料溫度及液位、泵送壓力及流量、電機轉速和基質流動速率參數。上述參數不僅關系到生產線的安全生產，而且對產品質量及性能也具有較大影響。因此，本文設計的乳化炸藥生產線安全監測系統涉及的監測參數主要包括水相/油相儲罐的液位、水相/油相儲罐的溫度、水相/油相輸送泵的壓力、水相/油相管道內的輸送流量、乳化器的轉速、軸流泵內基質輸送的壓力、敏化溫度及管道內敏化基質流動速率等生產工藝參數。

3 系統組成

本系統主要實現對乳化炸藥生產線油/水相儲罐液位及溫度、各環節工藝泵送壓力、乳化機轉速、油/水相流量、敏化溫度、基質密度及溫度等生產工藝狀況進行實時監測，并將監測信息遠程傳輸至監控端，同時，該系統可以實現乳化炸藥生產工藝動態顯示、實時報警、數據存儲及歷史數據查詢等功能。

3.1 硬件設計

本系統硬件組成可分為數據采集、中繼處理和遠程監控三部分，其運行原理示意圖如圖1所示。其中，數據采集部分主要包含溫度、壓力、液位、流量、轉速及速率變送器；中繼處理部分核心組成為AT89C55WD單片機，還包含電信號處理中繼器、參數對照模塊、液晶顯示及聲光報警模塊；遠程監控部分核心處理元件為工控機軟件程序，其將從中繼處理區塊接收的電信號進行分析處理后向下分別傳輸至人機交互界面(方便人工做出決策)、數據存儲模塊、數據打印模塊及聲光報警模塊。

圖1 安全監測系統硬件組成示意圖

3.1.1 監測信號的采集

隨著乳化炸藥生產線自動化程度的提高，生產區域內相關線路的鋪設逐漸增多，同時，生產場所涉及到多處電機運轉，造成乳化炸藥生產環境中電磁干擾逐漸嚴重，且末端線路采集的監測信號通常需要遠距離傳輸至控制器，因此，提高監測信號在電路中的抗干擾能力同樣重要。通過查閱相關文獻可知[7]，電流輸出型傳感器的抗電磁干擾能力較電壓輸出型更好，因此，本系統中涉及的監測參數傳感器均采用電流輸出型，工作范圍為5～25 mA。監測傳感器輸出的電流采集信號經采樣電阻轉換為1～5 V 的采集信號傳送至A/D轉換器，A/D轉換器處理后再輸出數字信號至89C55WD單片機進行處理。

3.1.2 采集信號的處理

中繼處理區塊中89C55WD單片機對接收到的所有監測信號進行分析處理，將分析數據傳送至液晶顯示器實時顯示，并將分析數據與乳化炸藥生產工藝參數標定范圍值進行對比。當監測數值處于標定范圍值外部時，分析處理中心擴展I/O接口輸出高電平，并通過光電耦合器驅動聲光報警裝置發出警報，提示現場工作人員對生產異常部位進行檢查和處理。同時，單片機將信息處理結果通過中繼器傳輸至遠程監控區塊中的工控機監測中心，并在工控機人機交互界面實時顯示現場監測數據。另外，工控機對于異常數據信息也可啟動聲光報警裝置，實現生產單元的遠程監控及聲光報警。

3.2 系統軟件設計

本系統軟件設計示意圖如圖2所示。具體工作原理為：系統連通后，中繼處理區塊中的單片機首先對系統組成各部分進行初始化設置，并保存乳化炸藥生產工藝參數標定范圍值。隨著乳化炸藥各生產工序的開始運轉，系統同步開始對各主要生產參數進行監測，即系統數據采集區塊通過布置于各工序點的傳感器開始自動采集被監測點的溫度、液位、壓力、流量和轉速等生產參數。各工序點傳感器將采集到的電信號傳輸給單片機，單片機對接收的電信號進行分析計算后傳輸至液晶顯示器，并將分析后的數據與生產工藝標定范圍值進行對比。最后，單片機通過中繼器與遠程監控區塊的工控機監測中心連接，實現生產現場的遠程監控和報警。

圖2 系統軟件工作原理示意圖

4 結語

該套安全監測系統已在廣東宏大民爆集團有限公司本部車間乳化炸藥生產線進行調試并投入運用。通過應用以來的連續監測和校對，乳化炸藥生產線全線安全監測系統能夠有效監測各主要工序的生產工況，對生產異常情況能夠準確定位并發出警報，極大提高了乳化炸藥生產線本質安全水平。同時，該套安全監測系統的投入應用有效減輕了現場工作人員的勞動強度，提高了生產效率，降低了生產安全事故發生率，有效提高了公司生產經營的經濟效益和社會效益。