改進型多孔粒狀銨油炸藥生產工藝的設計

牛 斌,李仕洪

(甘肅久聯民爆器材有限公司,蘭州 730030)

多孔粒狀銨油炸藥是由多孔粒狀硝酸銨與柴油利用現場混裝技術簡單混合而得的一種工業炸藥，具有生產工藝簡單、成本低廉、使用安全、流散性好、易裝填等特點，廣泛用于無水條件下的露天大爆破工程，是民爆行業鼓勵發展的一個工業炸藥品種。但是，多孔粒狀銨油炸藥也具有爆炸性能低、儲存時間短、不防水等缺點，行業學者和工作人員也做了大量的工作以改善其性能，比如：有加入竹炭粉以改進多孔粒狀銨油炸藥的爆炸性能[1]；采用白油代替柴油增加油相材料與多孔粒結合程度，或加入含有乳化劑的復合油相外加微量添加劑，從而延長多孔粒狀銨油炸藥保質期[2-3]；采用復合油相并加入定型劑、黏稠劑、能量促進劑等混合制備特殊用途的黏稠性多孔粒狀銨油炸藥[4]；加入交聯劑和表面活性劑以提高炸藥的抗水性[5]；采用生物燃油替代柴油利于保護環境[6]；以基礎油或基礎油與抗氧化劑的混合物為油相材料替代柴油，提高炸藥的爆轟感度，并能夠在高溫環境中使用[7]；利用廢棄食用油脂與輕柴油混合使用變廢為寶、降低產品成本[8]；在炸藥中加入木粉提高炸藥性能、降低產品成本等。這些技術均不同程度地改善了多孔粒狀銨油炸藥的性能，取得了較好的經濟效益和社會效益。

但是，上述措施方案均局限于材料上的調整和變化，制造工藝仍然以現場混裝車和地面站簡易設備混拌為主，產品性能得不到根本性改變。為此，筆者設計了一種新的生產技術方案，進一步解決多孔粒狀銨油炸藥產品爆炸性能不佳的問題，并實現多孔粒狀銨油炸藥生產配方多元化、系列化，產品爆炸性能基本達到粉狀改性銨油炸藥的質量水平。

1 工藝方案設計

1.1 工藝原理

將多孔粒狀硝酸銨加熱后再進行混油以提高其混勻度，以蠟系物為主的復合油相加入少量表面活性劑材料替代單一的柴油以提高銨油炸藥的穩定性，加入木粉或稻糠調整炸藥的感度和密度并降低產品成本，選用兼具混拌、碾壓和涼藥功能的設備進行混藥，提高炸藥的混勻度，改變炸藥的物理狀態，形成半顆粒半粉狀的多孔粒狀銨油炸藥，從而提高炸藥的綜合爆炸性能。

1.2 工藝流程簡述

將備好的多孔粒狀硝酸銨定量輸送到高效升溫干燥機內，加熱到80 ℃后進入混油螺旋，配好備用的復合油相通過計量泵送到混油螺旋霧化后與多孔粒狀硝酸銨進行混合；銨油混合物流入空心槳葉混涼藥機內，加入定量輸入的木粉/稻糠進行連續混藥涼藥，待藥溫降至45 ℃后進入裝藥回轉螺旋，采用全自動大包裝藥機進行裝藥包裝，成品通過在線檢測后經皮帶輸送到中轉裝車站臺，機器人自動裝車轉運入庫，改進型多孔粒狀銨油炸藥生產工藝流程如圖1所示。

1.3 工藝設備選型與配置

本工藝加熱設備擬選JGS高效升溫干燥機(見圖2)，該設備采用限壓蒸汽加熱，能耗低，升溫效果好，熱交換效率高，盤面溫度與蒸汽溫度相差不到±5 ℃，料溫與盤面溫度相差小于10 ℃。JGS高效干燥升溫機主要由大小干燥盤、耙臂、耙葉、主軸、傳動裝置和保溫筒體組成。大干燥盤和小干燥盤交替排列，每個盤上方有一個十字耙臂，耙臂固定在主軸上，耙臂上裝有若干可調的耙葉。干燥盤是空心的，夾層通蒸汽，蒸汽壓力控制在0.40 MPa，盤面溫度為(95±5) ℃。運行時軸及十字耙臂由調速電機通過減速機帶動而緩慢旋轉，耙葉則在盤面上移動。多孔粒狀硝酸銨經定量螺旋連續地加到JGS上部第一層小干燥盤靠內緣盤面上，耙臂隨主軸作回轉運動，帶動耙葉連續地翻炒物料。物料沿指數螺旋線流過干燥盤表面，在小干燥盤外緣落到正下方的大干燥盤外緣，在大干燥盤上物料向里移動，并從中間落料口落入下一層小干燥盤中，物料自上而下通過所有的干燥盤。干燥后的物料從最后一層干燥盤落到殼體的底層，被耙葉移送到出料口排出。水分從硝酸銨中逸出后，由設在頂蓋上的尾氣出口管道排出工房室外。

混涼藥設備選用廣泛用于粉狀炸藥生產線上的空心槳葉混涼藥機(見圖3)，由于其螺旋葉片為斧頭狀犬牙交錯，對輥混藥時具有較好的碾壓功能，將多孔粒狀硝酸銨部分碾壓成粉狀，混合效果良好；由于螺旋葉片、螺旋軸以及夾套均通冷卻水，具有良好的涼藥效果?；煊驮O備選用普通雙軸混藥螺旋，便于油垢的清理，混涼藥機之間采用空心槳葉單軸夾套螺旋連接?；鞗鏊帣C及輸送螺旋在民爆行業內應用廣泛，其工作原理簡單，不再贅述。生產線設備配置如表1所示。

表1 多孔粒狀銨油炸藥生產線設備配置

2 配方設計與性能測試結果

理論和實踐證明，當油相質量分數在4.5%～5%時，炸藥的威力和猛度性能最好，當油相質量分數在6%時，炸藥的爆速最高，當油相質量分數大于5%時炸藥基本沒有雷管感度，油相質量分數在2.5%左右時，炸藥的感度最高[9]。本工藝使用的復合油相采用液混式膨化硝銨炸藥或改性銨油炸藥通用的一體化復合油相，另外加入少量的表面活性劑，其氧平衡值約為-3.433，與柴油-3.428很接近，且化學性質相近，因此在配方設計時綜合考慮各種性能指標和經濟因素，按照零氧平衡原則，并參考傳統銨油炸藥配方設計了3種配方(見表2)，利用價格低廉的木粉或稻糠來調節炸藥的綜合性能和經濟效益。同時，還可以根據不同的地質情況設計生產其他的配方，調整油相的質量分數在2.0%～5.5%之間，再用木粉配平氧平衡，實現配方系列化。該工藝也能生產其他特殊要求的產品。

表2 改進型多孔粒狀銨油炸藥配方

筆者在實驗室模擬工藝技術條件進行試驗，在燒瓶中將多孔粒狀硝酸銨加熱到80 ℃，然后加入熔化后的復合油相進行銨油混合，混勻后的銨油混合物倒入庫研缽中進行研磨混拌稻糠，使多孔粒狀硝酸銨破碎粉化率達50%以上，使炸藥細度達到50%過40目篩，當料溫降至45 ℃以下時，取樣進行性能檢測，結果如表3所示。在內覆膜編織袋中扎袋存放，改進型1#多孔粒狀銨油炸藥儲存性能如表4所示。

表3 銨油炸藥爆炸性能對比

表4 改進型1#多孔粒狀銨油炸藥儲存性能

由表3可以看出，改進型多孔粒狀銨油炸藥各項爆炸性能略低于粉狀改性銨油炸藥。由表4可以看出，改進型多孔粒狀銨油炸藥儲存90 d性能無明顯變化，120 d后有明顯衰減，180 d以后仍然能夠達到工業炸藥通用技術條件二號巖石炸藥標準水平。

3 少人化無人化設計

3.1 材料配送與加料

炸藥生產線要實現自動化、無人化生產，必須要解決材料配送與添加的問題[10]。

作為主要材料多孔粒狀硝酸銨優先考慮使用散裝產品，在工房外合適位置建設一個低位料倉，以便于散裝槽車卸料，料倉的容量能夠滿足生產線設計產能一天的用量，然后通過自吸式風送系統輸送到生產線硝酸銨緩存料倉，通過緩存料倉的料位計控制輸送系統的啟/停，實現生產過程無人加料。當主料倉與緩存料倉距離較近時，也可采用管式螺旋進行物料輸送。如果沒有散裝多孔粒狀硝酸銨，則使用噸袋包裝產品提前備料(見圖4)，在開班前用電瓶叉車將噸包多孔粒狀硝酸銨送到專用卸料機架上自動破袋卸入低位料倉備用。當地形條件不具備時，可采用管式提升螺旋將物料輸送至高位料倉備用；地形、位置條件較好的企業也可以采用叉車配合懸掛式軌道車將噸包多孔粒狀硝酸銨從庫房輸送到工房投料位自動破袋投料。

木粉采用移動式料倉與生產線緩存料倉對接使用，兩料倉之間可以用自吸式風送系統連接，也可以用螺旋或皮帶輸送連接，通過緩存料倉的稱重模塊計量系統控制送料系統的啟/停，從而實現生產過程無人加料。

油相材料從配制中心泵送到生產線緩存罐，通過緩存罐的稱重模塊計量系統預警控制泵送系統實現生產過程無人加料。

包裝材料實行班前備料備用。

3.2 制藥

緩存料倉中的多孔粒狀硝酸銨通過定量螺旋連續輸送進入JGS高效升溫干燥機中進行干燥，干燥后的硝酸銨經干燥機出料口落入混油雙螺旋，與此同時，配制好的油相按配方比例通過輸送系統中的油相泵，經油相流量計噴灑到下落的硝酸銨中，帶有油相的多孔粒狀硝酸銨由混油雙螺旋預混合后進入1#混涼藥機進一步混合和碾壓，使油相材料充分滲入硝酸銨中，銨油混合物再進入2#混涼藥機，緩存料倉中的木粉經定量輸送螺旋按配方比例連續進入2#混涼藥機內進行連續混合、碾壓和冷卻，再經物料輸送螺旋送入3#混涼藥機進行混藥、碾壓和涼藥，然后經物料輸送螺旋將炸藥提升到裝藥回轉螺旋進行裝藥，控制裝藥溫度小于45 ℃。制藥過程實現連續化、自動化、無人化生產。

3.3 產品包裝與成品轉運

炸藥產品包裝采用全自動散裝大包裝藥機，該設備具有自動上袋、自動計量裝藥、自動折邊縫包等功能，包裝好的成品通過在線檢重系統檢測合格后皮帶輸送到成品中轉裝車站臺，裝車機器人自動裝車，人工駕駛轉運入庫。從而實現裝藥過程少人化，裝車過程無人化生產模式。

3.4 自控制系統

改進型多孔粒狀銨油炸藥生產系統相對國內現有的粉狀炸藥生產線來說，控制系統較為簡單，生產線監控室集控臺通過動力配電回路實現對現場設備的啟停控制，通過計算機、PLC、智能儀表、變頻器對現場儀表和傳感器的溫度、流量、壓力、料位/液位、電流等參數進行實時采集和實時控制，操控電腦屏幕上可以觀察到與實際工況同步的動態運行畫面、儀表實時參數畫面、實時動態曲線、歷史數據報表，國內技術非常成熟，不再贅述。

4 安全性分析

作為生產過程中唯一需要加熱的設備JGS高效升溫干燥機采用限壓蒸汽加熱，蒸汽壓力通過減壓閥和安全閥控制小于0.4 MPa，安全系數高，設置有溫度、蒸汽壓力、電流控制和煙霧傳感器、火焰探測器及自動雨淋滅火系統等安全聯鎖裝置?；煊碗p螺旋在運行過程中既不通蒸汽、也不通冷卻水，處于自然降溫狀態，設置有溫度、電流控制和內置雨淋管?；鞗鏊帣C、物料輸送螺旋、裝藥回轉螺旋均有冷卻水進行強制降溫，同時設置有物料溫度、設備電流控制和內置雨淋管安全連鎖。

全線設備設置有報警系統，報警超時則自動停機、自動打開內置雨淋系統，確保生產安全。因此，生產線本質安全水平較高。

需要注意的是，由于生產線螺旋較多，一定要定期檢查螺旋軸密封是否完好以避免軸端串藥，定期潤滑保養和更換軸承以避免軸承缺油摩擦升溫，定期清理螺旋槽體內的藥垢以避免螺旋葉片摩擦升溫形成熱點發生事故。

5 經濟效益分析

以1#標準配方為例，改進型多孔粒狀銨油炸藥生產成本與粉狀改性銨油炸藥對比情況如表5所示。

表5 銨油炸藥生產成本對比

表5中材料成本只比較硝酸銨，質量分數均為92%，材料價格以2021年12月份陜西興化出廠含稅價格測算，其他材料相同；粉狀銨油炸藥燃動成本按結晶硝酸銨測算；人工成本只比較車間人工制造成本，人均年收入按60 000元測算。由此可見，改進型多孔粒狀銨油炸藥與同類型的粉狀銨油炸藥、膨化硝銨炸藥同比成本要低大約85元/t。另外，改進型多孔粒狀銨油炸藥生產線設備簡單，故障率低，維護保養費用低于粉狀銨油炸藥生產線設備；生產線制藥設備總投資只需200多萬元，遠低于國內其他粉狀炸藥生產線，折舊費用低。

另外，改進型多孔粒狀銨油炸藥堆積密度可達0.68 g/cm3以上，高于液混式膨化硝銨炸藥和改性銨油炸藥0.48 g/cm3的平均水平，能夠提高炮孔的單孔裝藥量，具有良好的單位體積做功能力，有利于降低爆破過程中的鉆孔成本。

6 結語

改進型多孔粒狀銨油炸藥生產技術實現了無人操作、少人值守的少人無人化安全生產目標，產品爆炸性能基本與膨化硝銨炸藥和改性銨油炸藥在同一質量水平，兼具了多孔粒狀銨油炸藥流散性好易于裝藥的優點，單位體積做功能力強，能夠實現配方多元化、系列化生產，能夠滿足不同地質條件的使用要求。生產線設備裝機功率不足100 kW，能耗低，綜合成本低于液混式膨化硝銨炸藥和改性銨油炸藥，具有良好的經濟效益和社會效益。