乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)技術(shù)探討

王明(包鋼白云鄂博鐵礦化工廠，內(nèi)蒙古 包頭 014080)

0 引言

乳化炸藥和其他炸藥相比，具有原材料來源廣泛、防水能力強(qiáng)、爆炸威力大、爆炸反應(yīng)完全等優(yōu)勢，而且爆炸之后對周圍環(huán)境造成的污染比較小。近年來，乳化炸藥的用量逐年增加，為我國社會經(jīng)濟(jì)穩(wěn)健發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。但乳化炸藥生產(chǎn)工藝復(fù)雜，影響因素眾多，在生產(chǎn)和管理中存在很多安全隱患，任何一個(gè)細(xì)節(jié)控制不當(dāng)，都會影響生產(chǎn)的安全性。采用連續(xù)化生產(chǎn)技術(shù)可在保證生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)上，提升生產(chǎn)的安全性。基于此，開展乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)技術(shù)的探討研究就顯得尤為必要。

1 乳化炸藥概述

乳化炸藥指的是一類用乳化技術(shù)制備的使氧化劑水溶液的微滴，均勻分散在含有分散氣泡或者空心玻璃微珠等多孔物質(zhì)的油相連續(xù)介質(zhì)中，從而形成一種油包水類型的乳膠狀含水工業(yè)炸藥，在我國發(fā)展起步比較晚，在上世紀(jì)70年代才發(fā)展起來，最開始的乳化炸藥是一種非雷管敏感炸藥，在引爆時(shí)需要通過繼爆藥或起爆藥進(jìn)行引爆。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，研究出了很多的乳化炸藥，不但具有雷管感度，而且還具有良好的抗水性，爆炸性能良好，安全性好，且生產(chǎn)成本低，是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ恼ㄋ庮愋瓦@一。

2 影響乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)的主要因素

乳化炸藥具有良好的工業(yè)和民用應(yīng)用價(jià)值，有些生產(chǎn)企業(yè)為提升市場競爭力，保證乳化炸藥產(chǎn)品具有足夠的威力、較好的安全性和適宜的爆炸性能，在乳化炸藥配制時(shí)經(jīng)常會加入一些固體組分，如石蠟、復(fù)合蠟等，采用較小的溶劑組分和較高粘度的乳化劑來進(jìn)行生產(chǎn)乳化炸藥，使得乳膠基質(zhì)的動力粘度比較高，乳化之后的冷卻、敏化、裝藥等工藝中，使得物料運(yùn)輸、降溫難度增加，生產(chǎn)效率也隨之降低，是影響乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)的主要因素[1]。

國外乳化炸藥生產(chǎn)中配方含水量非常大，通常在15%～20%之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我國乳化炸藥配方的含水量。雖然含水量提升會降低乳化炸藥的雷管感度，但可通過加入適量氯酸鹽或改變水相溶液的酸度進(jìn)行補(bǔ)償。乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)中，為降低對乳膠基質(zhì)的影響，可適當(dāng)提升配方的含水量，并加入適量的氯酸鹽或改變水相溶液的酸度，在提升可泵性的基礎(chǔ)上，降低乳化器生產(chǎn)轉(zhuǎn)速，更好的保證生產(chǎn)安全，降低生產(chǎn)能耗。

3 乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，需要應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行分級控制，才能嚴(yán)格把控每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，降低生產(chǎn)安全隱患。需要控制系統(tǒng)具有較高的實(shí)時(shí)性、可靠性和傳輸性，可同時(shí)采集和控制大量的開關(guān)量、模擬量等。控制級計(jì)算機(jī)和監(jiān)控級計(jì)算機(jī)之間可通過RS411/RS232C轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)。變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，并通過通訊電纜和控制計(jì)算機(jī)相互連通，實(shí)現(xiàn)對乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，達(dá)到“無人值班或者少人值班”的發(fā)展要求，從而最大限度上保證乳化炸藥生產(chǎn)的安全性。

在乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)中，需要對硝酸銨等原材料的輸送量進(jìn)行自動計(jì)量，可將稱重變送器安裝在水相溶化罐和油相溶化罐中，便于對原材料添加量進(jìn)行實(shí)時(shí)稱量。當(dāng)物料輸送質(zhì)量達(dá)到規(guī)定的要求之后，自動停止送料。乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，需要在水相、油相以及敏化劑的通道上分別安裝流量變送器和輸送泵，再通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、變頻調(diào)速器等進(jìn)行自動化調(diào)節(jié)控制。其中計(jì)算機(jī)用于調(diào)節(jié)和控制變送器和給定流量信號的大小，對調(diào)速器的運(yùn)行頻率集中控制，實(shí)現(xiàn)對三路配料添加比例的嚴(yán)格控制。而在強(qiáng)冷器中加裝了一個(gè)溫度變送器，如果測量溫度過高，就自動啟動抽水泵進(jìn)行冷卻處理，并用變頻調(diào)速器控制冷卻水的流量[2]。在油相溶化罐、水相溶化罐及油相儲罐和水相儲罐上安裝溫度變送器和預(yù)熱氣動閥，并和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行連接，就能形成一個(gè)封閉的溫度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)溫度的實(shí)時(shí)控制。在每個(gè)物料罐中都安裝攪動泵，通過熱繼電器、接觸器、空氣開關(guān)等聯(lián)合作用，乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)電機(jī)進(jìn)行全面保護(hù)和控制，其中接觸器的吸合和釋放可通過計(jì)算機(jī)集中控制，從而實(shí)現(xiàn)對乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)全過程自動化控制。

4 乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)工藝分析

乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)過程比較復(fù)雜，涉及到的內(nèi)容也比較多，為保證生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)的安全性，需要加強(qiáng)對各道工序的嚴(yán)格控制，主要包括以下幾個(gè)方面：

(1)制乳連續(xù)化。在乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)中油水相制備是核心工序，主要內(nèi)容是對原材料的上料、計(jì)量等進(jìn)行自動控制，同時(shí)可通過控制中心集中操控，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。將制備好的水、油相材料等先放入貯料罐中，在配料罐中繼續(xù)制備原材料，從而實(shí)現(xiàn)制乳連續(xù)化生產(chǎn)，為乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)提供基礎(chǔ)[3]。為保證制乳連續(xù)化效率，可采用先進(jìn)的靜態(tài)乳化器，以保證生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能可調(diào)可控。

(2)冷卻連續(xù)化也是乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)的重要工序，其主要是通過螺桿泵來完成輸送，將乳膠基質(zhì)連續(xù)不斷的輸送給連續(xù)冷卻機(jī)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)冷卻出料。從連續(xù)乳化機(jī)生產(chǎn)出來的乳化基質(zhì)無需重新設(shè)置生產(chǎn)工序和分配工人，可直接通過進(jìn)料斗，送入螺桿泵中，同時(shí)還可以在此處提前預(yù)留一個(gè)物料觀察點(diǎn)，便于對乳化基質(zhì)狀態(tài)的實(shí)時(shí)觀察。

(3)敏化連續(xù)化。實(shí)現(xiàn)乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)的關(guān)鍵是將冷卻工序和敏化工序?qū)崿F(xiàn)無縫對接，以提升生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。乳化炸藥生產(chǎn)中多采用化學(xué)敏化法，由于連續(xù)冷卻機(jī)冷卻后的乳膠基質(zhì)需要送到連續(xù)敏化機(jī)中進(jìn)行敏化處理，并將發(fā)泡劑也泵入敏化機(jī)中，再通過連續(xù)混合攪拌之后，落到輸送皮帶之上。如果必須采取物理敏化，則連續(xù)冷卻機(jī)中出來的乳膠基質(zhì)可通過另外一個(gè)管道直接進(jìn)入連續(xù)混拌機(jī)中和珍珠巖充分混合。如果采用了物理和化學(xué)復(fù)合敏化技術(shù)，則冷卻機(jī)出來乳化基質(zhì)需要通過連續(xù)敏化機(jī)之后，再經(jīng)過連續(xù)混拌機(jī)和珍珠巖充分混合。

(4)裝藥包裝連續(xù)化。在乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)中化學(xué)敏化多采用快速發(fā)泡技術(shù)，經(jīng)過快速發(fā)泡技術(shù)處理之后的乳化炸藥就無需再進(jìn)行恒溫處理，可直接進(jìn)行裝藥，實(shí)現(xiàn)了乳化制藥和裝藥的無縫對接及處理。乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)中制藥工序和裝藥工序之間通常通過輸送帶來連接，再輸送帶上的藥體，可通過刮板向裝藥機(jī)中連續(xù)送藥，裝藥機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)邏輯程序軟件多設(shè)置在主機(jī)PLC中央控制單元的CUP中[4]。在連續(xù)化生產(chǎn)中，通過控制單元，就可以使油缸活塞桿和執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照程序設(shè)計(jì)要求進(jìn)行升、降、退、進(jìn)、推、拉等操作，形成有序的自動化連續(xù)生產(chǎn)。

5 提升乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)安全的措施

雖然乳化炸藥安全性比較高，但在生產(chǎn)過程中也存在一定的安全隱患，且連續(xù)化生產(chǎn)對安全管控的要求更高，為保證乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)的安全性，要盡量降低乳膠基質(zhì)在乳化溫度下的機(jī)械敏感度，具體而言，可從以下幾個(gè)方面同時(shí)入手：

5.1 選擇高性能的連續(xù)乳化設(shè)備

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，乳化炸藥生產(chǎn)設(shè)備的種類越來越多，為生產(chǎn)的連續(xù)性、安全性、可靠性提出更好的安全保障。常用的連續(xù)乳化設(shè)備由膠體磨、靜態(tài)混合器、超聲波乳化器、均化器等。現(xiàn)階段，在乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛乳化設(shè)備是 敞開式攪拌靜態(tài)乳化系統(tǒng)是與敞開式的低剪切機(jī)械攪拌器結(jié)合，通過泵送經(jīng)過一種精乳器(靜態(tài)混合器)組成的乳膠制備系統(tǒng)，可以制造出具有高穩(wěn)定性，納米級的油包水型乳化物。該乳化系統(tǒng)由粗乳器、基質(zhì)輸送泵、精乳器、工藝管路及閥門組成，在粗乳器形成油包水的初乳液后，將初乳液泵入精乳器形成最終的乳膠基質(zhì)。 該系統(tǒng)對螺桿泵設(shè)有超溫、超壓、介質(zhì)斷流等一系列安全保護(hù)措施，粗乳器出料口設(shè)置了自動閥，與基質(zhì)輸送泵形成連鎖保護(hù)，閥門未開啟時(shí)，基質(zhì)輸送泵不能啟動，有效的防止了介質(zhì)斷流、泵干轉(zhuǎn)運(yùn)行。在基質(zhì)輸送泵出口管路上設(shè)置有泄爆口，在壓力超過限定值時(shí)能自動泄爆。系統(tǒng)上安裝的兩套精乳器大小不同，可根據(jù)產(chǎn)能要求切換閥門，操作簡便。

敞開式攪拌靜態(tài)乳化系統(tǒng)既可適用于高溫型乳化炸藥的生產(chǎn)線和中、低溫型乳化炸藥生產(chǎn)線，又適用于現(xiàn)場混裝型乳膠基質(zhì)地面站。應(yīng)用敞開式攪拌靜態(tài)乳化系統(tǒng)乳化后無溫升，確保電能、機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化成乳化能，從根本上消除了傳統(tǒng)定轉(zhuǎn)子式的機(jī)械轉(zhuǎn)動式乳化器所產(chǎn)生的熱積累帶來的不安全因素。

5.2 合理選擇冷卻方式

在乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)中冷卻問題是限制生產(chǎn)水平提升的關(guān)鍵問題，主要原因是乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)采用了先冷卻后裝藥的冷卻工藝，乳化基質(zhì)冷卻難度大，雖然對此方面進(jìn)行了很多研究和試驗(yàn)論證，但取得效果還不夠理想。可借助國外發(fā)達(dá)國家乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)工藝，采用乳膠基質(zhì)高溫敏化和高溫裝藥的方法，將乳化炸藥裝入紙筒藥卷中，通過空氣進(jìn)行冷卻。塑料包裝的乳化炸藥，可通過噴淋冷水的方法加快冷卻速度。

5.3 加大自動裝藥機(jī)應(yīng)用推廣力度

就目前我國乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)現(xiàn)狀而言，多數(shù)乳化炸藥生產(chǎn)企業(yè)選擇了半自動裝藥機(jī)，生產(chǎn)效率比較低，增加了工人的勞動強(qiáng)度，連續(xù)化生產(chǎn)效率較低，不利于乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)工藝先進(jìn)性的提升。為解決這一問題，需要加大自動裝藥機(jī)的應(yīng)用力度，比如：水膠炸藥KP自動裝藥機(jī)就是比較先進(jìn)的裝藥設(shè)備[6]。乳化炸藥在交聯(lián)遲滯劑的作用下，內(nèi)粘度比較小，具有很強(qiáng)的流動性，直接采用KP自動裝藥機(jī)難度較大，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)處理，以滿足連續(xù)化、自動化生產(chǎn)的需求。目前已經(jīng)有一些企業(yè)開始對KP自動裝藥機(jī)進(jìn)行升級改造，改造完成之后，必然會推動我國乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)向前邁出巨大一步，甚至?xí)卉S成為全球乳化炸藥生產(chǎn)強(qiáng)國。

5.4 加大微機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用力度

在乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)中，難度最大的環(huán)節(jié)是如何精確控制油相和水箱的加入量，目前多采用柱塞式計(jì)量泵進(jìn)行定量分析，在計(jì)量泵的后端可安裝流量計(jì)，對添加量進(jìn)行嚴(yán)格控制，但如果流量計(jì)發(fā)生故障，就會給乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)造成嚴(yán)重后果。為解決這一問題，可加大自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用力度，保證基質(zhì)乳化質(zhì)量。

6 結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合理論實(shí)踐，探討了乳化炸藥連續(xù)化生產(chǎn)技術(shù)，探討結(jié)果表明，連續(xù)化生產(chǎn)是乳化炸藥生產(chǎn)發(fā)生的主要趨勢，也是衡量我國工業(yè)炸藥發(fā)展水平的主要指標(biāo)。經(jīng)過多年的發(fā)展和研究，很多新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝被廣泛應(yīng)用在乳化炸藥生產(chǎn)中，為乳化炸藥連續(xù)化、自動化、智能化生產(chǎn)提供了新的技術(shù)支持，促使我國乳化炸藥生產(chǎn)事業(yè)穩(wěn)健發(fā)展。