我国乳化炸药生产现状及对策

尤咏

（国能准能集团有限责任公司炸药厂，内蒙古 鄂尔多斯 010300）

我国乳化炸药配方及相关技术的研究从20世纪70年代中后期开始，经历了间歇乳化过程、半连续乳化过程和连续乳化过程，到2012年，形成了成熟的全连续乳化炸药生产技术，即从原料准备开始，包括计量、输送、乳化、冷却、敏化、装药、包装在内的机械化连续生产全过程，各过程之间自动衔接，只需要少数人协助操作。随着智能制造战略的实施，工业炸药生产技术、安全技术和管理技术及其发展方向显得尤为重要，因此有必要研究乳化炸药工艺装备和生产技术的发展方向。

一、乳化炸药生产过程爆炸产生机理

乳化炸药是从油、水相溶液制备而成，需要经过比较复杂的物理化学过程。众所周知，乳化器、螺杆泵等关键设备为这一过程提供工艺所需的能量。如果这些设备出现故障，轻则影响正常生产，重则诱发爆炸性事故。

在乳化炸药生产过程中，乳胶基质在受到强烈的剪切、摩擦或压缩，热量来不及被“带走”，从而引发安全生产事故。经典的炸药热点学说认为：在机械能作用下产生的热来不及均匀地分布到炸药的全部试样上，而是集中在炸药的一些局部小点上。热分解就在某小点开始，并且由于分解的放热性质，分解速度迅速加快，使小点的温度高于爆发点。爆炸就在这些小点发生、成长并扩展到整个炸药。通常认为炸药热点形成有：1.在机械能传入炸药时，惰性硬杂质之间的摩擦炸药颗粒体之间的摩擦或炸药与容器壁表面的摩擦。2.当炸药从两冲击面间挤出时由于炸药迅速流动所形成的塑性加热。3.反应物中散布的小气泡的部分绝热压缩。

在乳化炸药实际生产过程中热点的形成是多方面的。如、精乳器中基质堵塞、螺杆泵空转或断流时间较长、管道式生产工艺系统压力过高以及冷却水中断等，这些都会导致安全生产事故。现实中在乳化炸药生产过程中，热点是永远存在的，生产中更是难以避免的这些热点真正对炸药体系造成危险的原因是由于热积累的过程，如果不能形成热积累炸药是不会爆炸的。

二、生产技术现状

（一）高温敏化工艺

1.工艺过程。采用液态水油相原料，制备好存入储罐中，经水油相泵计量送至混合罐或预乳机；水油相混合液密闭出料经螺杆泵送入静态混合器精乳形成乳化基质；再由螺杆泵将乳化基质送入装药机装药，中途在管路中通过计量泵、流量计等输送计量系统加入敏化剂，或进入密闭的动态混合器与敏化剂混合后进行连续装药；敏化温度100℃左右。药卷经水冷却后再进行码垛包装装箱，之后药箱由皮带送到装车站台装车入库。

2.关键设备及其技术特征。按常用设计产能为3.0～7.0t/h的乳化炸药生产线，配置的主要设备包括：预乳机，采用立式蜗轮搅拌，转速600r·min-1 左右，功率≤3.0kW。基质输送泵，常采用螺杆泵，工作压力0.8～1.55MPa，流量依产能可调。精乳器，主要是不同结构的静态混合器，长度400mm左右。作为乳胶泵使用的螺杆泵，工作压力0.2～1.10MPa，流量依产能可调。敏化器，不同规格型号的组合。动态敏化器，转速600～800r·min-1，功率≤5.5kW。装药机：dbt 旋转盘式结构，塑膜包装，适用规格φ32～φ135，集装药、热合、卡口、切断等功能于一体。冷却水池，皮带或栅板输送机带动药卷浸入水中，边输送，边降温发泡。

3.安全措施。生产过程主要安全技术措施包括工艺流体多级过滤，并设除铁装置；重要部位采用传感器和控制元件等，实现主要参数显示、临界值设定与报警等，主要工艺过程安全联锁，定员定量管理等。（1）对水相、油相、半成品、成品的制备、输送与存储装备，设置料位传感器、温度传感器、压力传感器、负荷传感器、消除进料口物料架桥装置等，防止设备在干磨、断料、超压、过载等异常情况下运行。（2）药卷、成品箱的输送采取隔爆措施。一般在输送时对一定堆垛量的药卷或成品箱设一定间隔的距离，以防止殉爆。如：乳化炸药每堆4kg20 根药卷的最小距离≥1m，24kg 乳化炸药成品药箱间距≥4.5m。（3）在各工艺环节、设备设有视频装置，实现视频监视全覆盖，观察掌握生产现场情况，必要时进行控制。（4）生产结束，按规定清理设备和管道内药料，废药、料头料尾妥善收集，按有关规定处理。

4.主要特点。（1）优点。从输送计量到成品装箱完成全线连续化自动化生产，部分工序实现安全联锁智能化；产能大，可达7t·h-1 以上；机器人抓取药卷投入包装箱；现场控制与监控室监视控制结合；微机对工艺参数和电流、转速等主要运行参数进行监视与（或）控制；适用药卷包装规格范围较大（φ32～φ135）；对药卷、成品箱、产能、产量等信息自动采集上传至微机记录储存；机械化自动化程度高，现场操作人员≤5人，劳动强度低，正常运行（除开始和结束时段）时基本做到无人化生产；部分线基本实现联控联动。（2）不足之处。主要体现在对珍珠岩敏化方式适应性差；动态敏化器转速高，安全性低；机器人抓取规格差异较大的药卷时要更换抓手；全线联控联动的可靠性有待提高。

（二）中低温敏化工艺

（1）工艺过程及装备。与高温敏化不同的是精乳后对乳化基质进行冷却，接着两级或一级泵送至装药机，中途加敏化剂与促进剂，65℃左右敏化。装药后仍对药卷进行冷却。典型设备主要包括钢带冷却机，以常温水作为冷却介质，设备长度约20m，钢带运行速度16m·min-1。冷却水槽，长度约10～20m，以皮带或栅板输送机带动药卷浸入水中。旋转活塞泵或螺杆泵，用于将基质泵入装药机。有些工艺在钢带后设置中转泵，其压力在0.3MPa～0.4 MPa 左右。（2）主要特点。敏化温度较低，安全性更好；冷却水槽长度可减少30～50m。对珍珠岩敏化方式适应性差；多了一级泵送设备（中转泵）；全线联控联动的实现及可靠性有待进一步提高。

（三）低温敏化工艺

（1）工艺过程。此工艺是在原有的连续乳化、冷却、敏化工艺基础上经技术改造，增加连续自动装药机和自动包装机形成。与高温、中低温敏化有较大不同。液态水油相物料准备好后，由输送计量系统将两相液体输入动态乳化机进行乳化，制备好的乳化基质落入冷却装置中冷却，之后进入动态敏化机搅拌敏化，敏化温度50℃左右。敏化后物料由皮带运送至装药机，或泵送进入连续装药机，药卷经包装系统整理、码垛、装箱、输送等过程后入库。（2）主要特点。从输送计量到成品装箱连续化生产，产能可达3.5t·h-1 以上；现场控制与监控室监视控制结合；微机对工艺参数和电流、转速等主要运行参数进行监视或控制，重点对连续乳化机的位移、振动、负荷、断料、进口压力等状况进行检测与控制；适用药卷包装规格范围较大（φ32～φ135）；对药卷、成品箱、产能等信息自动采集上传；劳动强度较低，设备造价低，投资少；一般能够适应物理与化学混合敏化工艺。不足之处是动态乳化器转速高，定转子间隙小，安全性较低；自动化程度不高；全线联控联动功能不全与（或）可靠性不高；现场操作人员控制5 人以内有一定难度。

三、生产安全管理

（一）设备管理

目前较好的管理方式是应用炸药生产线专用关键设备的综合信息化管理系统。主要功能包括设备清单、备品备件、故障分析与排查、设备状态和参数在线监测、异常查询、生产车间运行记录、用户权限管理等。能够帮助管理者对保养维护记录进行审核，便于全方位掌握设备状态和维修信息。然而，这一较高水平的管理系统应用并不多。

（二）现场安全管理

现场安全管理主要内容和方法包括：生产场所设置安全警戒线，安全防护带，安全防护栏等；关键设备安全警示标识，高温、高压、防烫伤警示标识；员工培训合格持证上岗，正确使用劳动安全防护用品；定员定量定置管理，限定生产现场工作人员数，工房内的主要原料、半成品、成品其计算量按设计要求确定，工器具在设定的范围内固定存放；维修、保养设备时的动火管理；防止设备、管路跑冒滴漏，及时处置；车间卫生、环境保洁、物件摆放规整管理等。在生产现场上述方面基本都可做到，只是管理的程度有所不同。

（三）废料安全管理

对不合格品和废料的安全管理必须遵循WJ/T9095 要求。按企业对废料的分类管理制度和处理规程进行收集和处理。应分类收集，定点定量存放，专人管理和处理。一般情况下，未经敏化的基质可在生产线上处理或在专用处理工房处理，经敏化的基质必须在专用处理工房处理，不论在何种场合处理，处理前废料中的杂质必须清理干净。

四、改造措施

（一）选用大产能生产设备

考虑到企业的发展及国民经济的发展对炸药的需求,对改造乳化炸药生产线来说各种设备都要有一定的冗余。如果原有溶化罐能够满足需要则不需要更换溶化设备,如果原有溶化罐不能满足生产线在批量的生产能力下连续生产则要更换新的溶化设备。其余的设备如:输送泵、流量计等也都遵循这种原则。

（二）选用本质安全性高的乳化设备

乳化设备是乳化炸药生产线上的重要危险源之一,近30a 乳化炸药的发展过程中发生过不少事故,其中由乳化设备引起的事故占了很大的比例。乳化设备的安全隐患能够有效控制或消除,将大大提高乳化炸药生产线的本质安全性。选择一种新型乳化器,这种乳化器扩大了动静齿之间的间隙并且降低了转速。取消了机械密封,采用副叶轮动力密封与停车密封组成的非接触式系统密封,从根本上消除了机械密封存在的安全隐患。消除了死角,这种乳化器增加了自输送功能,并在腔体的设计中采取了一些措施,从而减少或消除了死角。防止断齿,定转子的齿由不锈钢整体加工而成,强度高,并经探伤检验。在工艺技术方面采取冷却水断流和断料的连锁紧急停车装置。以上这些措施提高了乳化器的本质安全性。

（三）减少岗位操作人员

通过先进可靠的自控技术手段和合理的工艺布局减少操作环节。先进可靠的自控技术可以检测到需要的一些关键参数如:物重、液位、流量、断流等,有了这些检测手段则可以省去一些固定的岗位。

（四）稳定的产品质量

产品质量不稳定的原因很多,如原材料改变、生产工艺参数不稳定、设备运行不稳定等。撇开原材料的改变和设备运行不稳定的因素而影响产品质量的原因不谈,因为这些都是管理的范畴,如果严格按照企业的原材料检验和设备检修规定进行检验和检修的话,这些问题是可以完全避免的。生产工艺参数在连续生产线或半连续生产线上则是靠人去控制的,人为控制很难确保参数没有偏但是用自动控制技术对温度、流量进行控制则是十分稳定的,这些参数可以通过PLC 围绕设定值进行独立调节,从而确保了产品质量稳定。

（五）节约能源

针对过去生产线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费情况。增加蒸汽冷凝水回收系统,把溶化罐、储存罐以及保温套管的蒸汽冷凝水通过疏水阀后回收至锅炉房。乳化器、钢带基质连续冷却机等的冷却水做一个循环水池进行循环利用。这两项措施即节约了能源,又节约了水资源。

五、发展趋势

（一）工艺设备方面

生产全过程向连续化、信息化、智能化与少无人化方向发展，产能自动调节匹配，主要工艺参数自动调整。应用高效静态制乳装置和混敏装置，实现静态乳化、静态敏化，同时采用新型高性能（安全）装药泵及智能装药设备，利用水相油相泵一次压送至装药结束。研究应用中低温乳化敏化新配方、新工艺技术及其装备。研究应用机器人在生产线上进行拆袋投料计量、药卷整理、包装、装车码箱等智能制造工艺技术设备。

（二）质量安全方面

工序间完全实现智能衔接、少无人化、安全联锁、联控联动生产技术，进一步提升本质安全水平。生产工序与设备设置防爆泄爆等安全装置，更好控制过程安全。研究应用水油相原料、半成品、成品质量和主要工艺参数在线检测技术与装置，以及不合格品自动剔除技术设备。

（三）仓储管理方面

研究应用下线产品自动码箱堆放、装卸、运送、入库和出库成品管理系统，包括品种、规格、数量、重量、产量、库存总量、出库量和去向等信息采集、显示、储存与上传。实现信息化智能化管理。

总之，目前我国乳化炸药的生产过程还存在着一定的不足，为此，我国应当加紧对乳化炸药相关技术的研究。而未来乳化炸药生产的趋势为智能化和信息化以及无人化。