硝酸肼鎳自動化生產技術研究

劉 超

（福建海峽科化股份有限公司烽林分公司，福建 明溪 365201）

起爆藥是一種最敏感、最易引爆的炸藥，其摩擦感度、靜電感度、撞擊感度等都非常高，整個藥劑生產過程中具有較大的危險性。其廣泛應用于民品和軍品，主要用于裝填底火、雷管、傳爆管等火工品，是接受外界能量（如針刺、撞擊、摩擦、電能等）最敏感、最先被擊發的部分[1]。由于它的這種易燃易爆性，不能進行長途運輸，使用廠家需要自己生產。

我國自1998年開始，進行軍用起爆藥生產的安全自動化改造，到2008年都先后完成了改造，危險生產工序實現了人機隔離自動化生產，基本達到了預期效果。軍用起爆藥的生產特點是：品種多、用量少，每次化合量在2 kg左右，班產6～10 kg即可滿足火工品生產需要，便于實現全線自動化生產。而民用起爆藥的生產特點是：品種少（基本為單一品種）用量大，每次化合量在20 kg左右，班產60～100 kg方可滿足生產需要，實現自動化生產難度大。

我國民爆企業數量多，分布廣，起爆藥用量大，品種不統一，生產中存在很多安全隱患，基本還在沿用的傳統手工生產模式，特別是DDNP起爆藥許多生產工序還是“面對面”直接對著爆炸物，崗位工序危險性較大，工人勞動強度大工作環境惡劣。因此依據《工業雷管基礎建設進步指導意見》[2]進行民用起爆藥的安全自動化生產技術研究。

1 起爆藥生產工藝

民用起爆藥的生產工藝基本相同，流程如下[3]：

目前我國民用起爆藥的生產基本采用人工直接或間接操作的生產方式：人工計量原料進行配料，人工控制向化合器加料液的速度和加料量，人工按按鈕控制化合攪拌，根據現場溫度顯示進行手扳閥門控制化化合溫度，通過拉繩控制化合出料并手動控制噴水沖洗，手扳閥門控制抽濾、噴水、噴酒精、抽真空，人工將一整袋藥劑運至分盤間，手持藥鏟進行分盤、耙平，裝藥藥盤運至晾藥間晾藥，運至真空干燥器內，人工關閉干燥器門，根據現場溫度、真空度顯示進行手扳閥門控制真空干燥器內的溫度和真空度。人工將裝有烘干后藥劑的藥盤放在倒藥機上，通過拉繩控制托盤翻轉，藥劑經過篩網流入藥盒內，人工取、放藥盒，人工裝箱。

2 研究目的和技術方案

2.1 研究目的

采用先進的計算機控制系統下的自動化生產技術、檢測監控技術等，實現生產過程自動化。采用安全自動化設備代替人工操作，消除安全隱患，提高生產的安全性，達到危險工序環境無人操作。利用先進計算機控制技術，精確控制生產工藝參數，提高產品質量和一致性，達到批量生產能力，滿足工業生產的要求。

2.2 技術方案

該技術的研究以硝酸肼鎳起爆藥（該起爆藥感度適中、水洗后流散性好，便于實現自動化生產，且已有多家應用于雷管裝藥，性能良好）為代表，并兼顧疊氮化鉛、GTG等起爆藥，以建設一條自動化柔性化生產線為目標，實現自動化生產[4]。

以該技術為依托建設的起爆藥生產線，除配料、藥盤傳遞為人工外，其余工序實現無人操作，計算機全過程自動控制，各工序由專用設備完成工藝過程，各工序之間由獨立的抗爆工藝間隔離，避免相互殉爆。各工藝間的工藝動作由氣缸或防爆電機驅動實現，動作簡單、安全、可靠。配料設備平面布置圖1所示。

圖1 配料設備平面布置圖Fig.1 Batching equipment layout plan

起爆藥生產裝置采用了本安技術、隔爆技術、防靜電技術。軟件設計充分考慮互鎖、連鎖及故障自診斷功能。控制系統采用UPS供電，設有急停、暫停及報警裝置，同時配備了電視監視系統。此外在元器件的選擇上，控制系統選用了德國SIEMENS S7-300系統，德國TURCK公司的傳感器和隔離柵，SANTAK公司的UPS系統，氣動系統元器件均采用日本SMC和德國FESTO產品，性能可靠。采取上述這些可靠性設計后，保證了生產線的安全生產[5]。

3 關鍵技術及解決方案

3.1 化合多參數自動控制技術

化合工序是起爆藥生產過程最關鍵工序，對化合加料速度、加料量、攪拌速度、化合溫度等工藝參數的控制，直接影響起爆藥的晶體形態、晶體的大小及粒度分布，直接決定產品質量和性能，影響后續生產的安全性和裝填產品的質量。

采用化合多參數自動控制技術，在向配料槽中加水的管道上串接本安型流量計和氣動截止閥，自動控制加水量，保證配料料液濃度。從高位槽向化合器送料液的管道上，串接本質安全型流量計、氣動調節閥，流量計與調節閥組成閉環控制，控制向化合器加料的流速，累計流量，自動控制加料量；采用恒溫熱水加熱化合器，通過溫度傳感器與化合器夾層進熱水的調節閥組成閉環控制，實現化合溫度自動控制，控制精度在±1℃范圍內；采用無級調速防爆電機驅動攪拌槳進行攪拌，攪拌轉速在40～200 r/min無級可調，攪拌速度實時檢測監控。配置自動清洗閥門，控制向化合器內自動噴水清洗。化合器內表面鏡面拋光，罐底配自動出料裝置，實現料液向抽濾器的自動出料。通過采用以上技術，實現了化合工藝參數自動控制，化合工序自動化生產。化合界面和工藝參數設定如圖2、3所示。

3.2 起爆藥自動分盤技術

由于民用起爆藥用量大，每次化合量大，化合后生成的產品經過抽濾、水洗、酒精脫水后需要分成若干等份，為后續烘干做準備。

采用自動分盤技術，通過藥袋自動傳輸裝置將藥袋從抽濾器提起移至倒藥位置，藥袋下落，配合中央上頂桿，將藥劑翻落在分料回轉臺的上轉盤上，通過旋轉上轉盤與堆藥裝置配合動作，將藥劑自動攤平，便于分份均勻。下轉盤圓周均布藥盤，通過下轉盤間歇轉動與掃藥裝置配合動作，將藥劑自動分裝到藥盤內，通過耙藥裝置將藥盤中的藥耙平，使藥層均勻，便于烘干。

3.3 自動負壓烘干技術

藥劑加熱烘干工序其作用使藥劑中的水分分離出來，保證藥劑的含水量少于 0.03%，該工序生產時間長，處理藥量大，直接影響產品的性能和質量。采用自動負壓烘干技術，前封頭作為開關門，利用轉軸支撐，氣缸驅動開關。筒體上安裝溫度傳感器，檢測罐內空氣溫度，與夾層進熱水管路的氣動截止閥組成閉環，控制溫度。后封頭利用導桿支撐，由彈簧拉緊其與中間筒體密封結合，便于泄壓泄爆。真空管路上安裝負壓傳感器，檢測罐內真空度，與氣控閥組成閉環，控制真空度。真空管路上串接兩個水浴過濾器，用于空氣過濾，防止有藥粉進入主管路。采用自動負壓烘干技術，可實現烘干器自動閉合密封，自動加熱，控制恒溫，自動抽真空，定時烘干，自動破放真空，自動開門，整個工序實現無人操作，自動生產。烘干界面如圖4所示。

圖2 化合界面圖Fig.2 Compound interface diagram

圖3 工藝參數設置界面圖Fig.3 Process parameter setting interface diagram

圖4 烘干界面圖Fig.4 Drying interface diagram

3.4 自動篩藥、裝盒、裝箱技術

應用自動篩選、裝盒、裝箱技術，采用真空吸盤自動固定藥盤，氣缸驅動自動翻轉自動倒藥、自動篩藥、自動稱量裝盒、藥盒自動轉運、自動裝箱和吸附藥。采用氣動振動器驅動來實現振蕩篩藥，選用懸臂梁稱重傳感器稱重裝盒。采用防爆電機驅動和氣缸驅動的裝箱機械手實現藥盒在藥箱和裝藥位之間自動傳輸。采用氣動實現藥盒自動換位，為機械手實現自動取放藥盒。其界面如圖5所示。通過采用這些技術，實現了藥劑的自動倒藥、篩選、準確稱量、分裝入盒及裝箱，實現了危險工序無人操作，徹底避免了人工倒藥、裝盒的危險性。

圖5 裝箱界面圖Fig.5 Packing interface diagram

3.5 自動化控制技術

起爆藥生產的工藝動作由專用設備代替人工完成，采用IPC、PLC、現場總線技術、工業電視監控技術和故障自診斷技術，實現對現場信號和工藝參數的自動采集，對設備工藝動作的自動控制，運行故障自動報警提示。

上位機可方便設定各生產工藝參數，滿足柔性化生產的需要，上位機畫面實時顯示生產線各工藝參數的數值（如高位槽溫度、化合溫度、加料流速、加料量、出料沖水次數、抽真空時間、烘干溫度、烘干時間、裝藥重量等）以及各工藝間的設備運行狀態。電視監視系統可實時地觀察各工藝間的工作情況，并可把現場攝像畫面記錄到硬盤上，以便查詢[6]。

3.6 本質安全防爆及隔爆技術

起爆藥是最敏感的炸藥，生產環境必須嚴格遵循防爆標準。采用本質安全防爆及隔爆技術應用于起爆藥生產，處于危險場所的電機采用隔爆型，按鈕采用防爆型，攝像機配防爆殼，接近開關、溫度傳感器、流量傳感器采用本安防爆型，動力電纜采用穿鍍鋅管加防爆軟管的布線標準，嚴格執行《爆炸性環境用防爆電氣設備“d”》標準

4 應用效果

在福建海峽科化烽林分公司建設的硝酸肼鎳起爆藥自動生產線，實現了 NHN自動化生產，達到了危險工序人機隔離的目的，全線生產只需5人，每次化合量20 kg，班產可達80 kg，產品質量和一致性均有提高。該生產線生產的 NHN產品質量都滿足要求，化合溫度控制在72～73 ℃，假密度都在0.85～0.95 g/cm3。NHN送至理化分析室，顯微鏡下晶型圖6所示，生產過程記錄如表1所示。

在 NHN自動生產線運行穩定之后，由生產記錄表得知生產工藝參數控制準確，且產品質量穩定。對生產的 NHN硝酸肼鎳裝配基礎雷管藥量控制在290～320 mg,做鉛板穿孔實驗。滿足《工業雷管GB8031-2005》標準要求。實驗數據如表2所示。目前硝酸肼鎳自動化生產線已經投入正常工業化生產中。

圖6 NHN顯微鏡下晶型圖Fig.6 NHN crystal under a microscope diagram

5 結 論

起爆藥安全自動化生產技術采用先進的PLC控制技術、成熟的檢測監控技術、防爆技術、視頻監控技術等應用于起爆藥生產，采用專用設備代替手工操作，實現了人機隔離安全自動化生產，大大提高了生產的自動化程度，實現了安全生產，提高了產品質量和一致性。下一步研究將放在自動連續化上，將目前藥盤人工傳遞改進為自動化達到《工業雷管基礎建設進步指導意見》的要求。本文得到南京理工大學蔣榮光教授的指導和長春匯維科技有限公司的大力支持，借此表示感謝。

表1 生產記錄表Table 1 Production record

表2 鉛板穿孔實驗數據表Table 2 Perforated stereotype experimental data

［1］勞允亮. 起爆藥化學與工藝學[M].北京: 北京理工大學出版社,2004.

［2］工信部.民爆行業工業雷管基礎建設進步指導意見[R].2011-11.

［3］將榮光，劉自鐋. 起爆藥[M]. 北京: 兵器工業出版社,2005.

［4］陳太林. 工業雷管用起爆藥自動化生產方案研究[J].爆破器材,2012,41(1):26-28.

［5］郭衛，康寧. 自動控制系統在起爆藥連續化合生產線中的應用[J].火工品,2008,4(2):27-29.

［6］孟凡軍，張欲立, 等. 單質起爆藥本質安全連續自動化生產技術[J].新技術新工藝,2009(5):96-98.