乳化炸藥乳化器的摩擦升溫危險性分析與防范措施

何作榮

摘 要：乳化炸藥的生產過程中是有一定的危險存在的，主要是由于易燃易爆品遇高溫容易發生爆炸，所以在生產過程中必須采取有效措施防止生產過程出現溫度過高的情況，作為檢測指標，一般我們需要嚴格檢測乳化器的溫度變化情況。本文通過實驗驗證乳化器溫度和轉子定子線速度之間存在的關系，并對可能出現的爆炸情況提出合理有效的建議和預防措施。

關鍵詞：乳化炸藥；乳化器；危險；措施

1、引言

現階段我國經濟發展飛速，在很多情況下難免會遇到使用炸藥的情況。比如開山修路、礦石開采等一些列人工很難作業的情況人們選擇爆破的方式來解決問題。爆破過程人為參與度高，因此必須保證炸藥的安全系。但是炸藥在制備過程中也會遇到很多問題，首先必須要重視的就是炸藥制備過重中乳化器溫度的監控問題，因為乳化器溫度過高很容易引起爆炸的危險。國內過于乳化器爆炸事故的問題也屢見不鮮，大多數都是摩擦升溫導致的。要想從根本上解決這種問題必須對溫升原因進行研究，弄清楚溫升的原因才能據此提出合理的預防措施。

2、摩擦升溫問題的探討

溫升公式：

式中：T為表面溫度（℃）；

T0為環境溫度（℃）；

μ 為摩擦系數；

W為法相載荷；

V為滑動線速度；

L的1/2節點寬度；

J為熱功當量；

G為引力常數；

在密封的機械環境下，相對運動產生的摩擦做工最終會以熱量形式表現出來。本文實驗選用的相對運動兩物體的材料為合金和石墨兩種非常耐磨的材料。根據實驗結果得到如下的溫度和速度之間的關系：

圖一 密封機械溫度和線速度之間關系圖

乳化器中出了密封機械內部相對運動產生熱量以外，定轉子的告訴運動也會產生熱量，已知定轉子的材料都為鋼材料，根據實驗得到定轉子線速度和溫度的關系圖，如圖二所示：

圖二 定轉子溫度與線速度關的系圖

3、實驗分析

對于乳化器危險性的分析我們從兩方面入手討論。

首先第一點就是乳化器表面摩擦導致的溫升，一般情況我們稱之為閃溫，閃溫的最大特點就像名字一樣，存在時間很多，就是一瞬間一般認為在1微秒左右。物理學研究表明兩物體在表面接觸情況下發生相對位移，由于摩擦力的存在，外界需要對物體做工，做工一方面轉化為物體運動的動能，另一方面的能量以熱能的形式在物體相對滑動的表面上釋放，其中如果摩擦系數過大，可能導致大部分能量都會轉化為熱能浪費掉，扎起轉換器內部也存在這樣的情況，及時轉化器表面足夠光滑，但是不可能做到零摩擦，這樣不可避免的就會出現摩擦導致的摩擦表面局部升溫，如果持續作用時間長且速度快的情況下，溫升過大會引起表面發生化學變化，由于轉化器內部都是一些具有危險爆炸的化學物品，溫升過大可能會導致轉化器內部燃燒甚至爆炸。

第二部分的結果已經驗證了一個結論，那就是無論是密封機械還是轉定子之間摩擦溫升都會隨轉速的提高而加快。由以上的實驗結果我們可以得到以下結論。第一、乳化器內部轉定子之間摩擦導致的閃溫很大，需要想辦法及時降溫，避免閃溫給乳化器帶來危險。如果摩擦閃溫超過220攝氏度以上的話，內部化學材料可能因高溫分解成氣體導致壓強增高最終引起爆炸。第二、除了轉定子，上述數據也顯示機械密封中動靜環的閃溫也有可能超過內部化學物質分解的溫度，這樣該部分的閃溫也應當引起足夠的關注，理應采取合理措施降低該部分閃溫。第三、上述數據也顯示載荷過大也會引起閃溫增大，所以在乳化器進行彈簧密封時候并不是一味的增加彈簧力最好，而是應該遵循夠用就行的原則。如果人為將彈簧力設置過大，這樣密封效果是達到更好，但是機械密封中的動靜環之間的閃溫會由于彈簧力過大導致載荷增大，摩擦力增大，而超過最大允許的閃溫。這樣很有可能及時有冷卻水也不能有效解決溫升過大問題，最終導致乳化器報廢甚至給操作人員生命財產安全帶來巨大威脅。為了解決載荷過大閃溫過高的問題，設計師在設計乳化器的時候一般選擇密度小的材料，這樣乳化器小巧，一定程度上也降低了摩擦載荷。第四、上述數據顯示閃溫和滑動速度（線速度）有正比例的關系，也就是說當滑動速度越大，閃溫也會隨之變大實驗結果顯示當轉速大幅度提升時會加快工作效率但閃溫很可能因此超過最大許可制，在實際生產過程中，不能一味的追求效率而忽略安全性，所以應當對每臺轉化器標注出其最大許用轉速。

除了上述四點可以出實驗數據中得到的結論以外，閃溫和摩擦面積和摩擦點數量也有關系，這就要求在加工制作乳化器的時候，加工質量也決定著乳化器的工作效率和安全性，可以從工藝上創新來提高乳化器的工作效率。

第二點要討論的就是表面溫度發生熱交換之后引起的危險。一般我們認為在乳化器內部導熱條件并不是很好，且溫度落差不是很大，所以發生熱交換的 也是很小的一部分，但是研究表明以下幾點的熱交換還是值得注意卻很容易引發安全危險。

第一、乳化器設計結構復雜，發生摩擦熱的地方有限，但是內部冷卻水一般在發熱閃溫較大出會充分覆蓋，但是乳化器內部一旦出現死角區域，該區域可能冷卻水不能到達，但是溫度傳到會讓死角處的局部溫度升高，在沒有冷卻水的死角區域很可能出現溫度局部增高甚至接近閃溫，這是很危險別的，一旦發生這樣的情況是很難察覺的，這樣的局部高溫很容易就會讓乳化器發生爆炸，危及人的生命安全。第二、有些極端情況下如果冷卻水供應出現問題，那么閃溫的溫度就會通過熱交換傳遞到膠體處，膠體處的溫度升高，但是膠體在不斷地運動更新過程中，所以能夠帶走部分熱量緩解局部溫升問題。這種情況下的熱交換是有益的，可以一定程度上提高乳化器的安全系數。第三個存在熱交換的情況是當乳化器內部物料供應不足，即使有冷卻水，溫升沒辦法通過物料來帶走內部溫度，這樣長久下去乳化器內部溫度遲早會達到危險溫度，存在爆炸的可能性。

4、預防措施

上述已將介紹了乳化器溫度過大帶來的危害以及溫升產生的原因，知道原因我們應當制定合理有效的防范措施。現在工業生產過程中常采用以下幾種措施：首先就是限制轉速，乳化器生產之后就應當規定其最大轉速，保證其安全性，工作過程中不可以為追求生產效率違規操作擅自增加乳化器的轉速。 其次在結構上進行改進，現在多采用單渦輪的乳化器，這樣做的優點就是減少了摩擦點，可以優先限制溫升過高的問題。最后就是改進冷卻水，在現有冷卻水的基礎上不斷更新換代，研制冷卻效果更好的冷卻水，從而提高乳化器的生產效率和使用的安全性。

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