乳化炸药乳化器安全性分析及预防措施

(四川通达化工有限责任公司，四川达州，635000)

工艺与设备

乳化炸药乳化器安全性分析及预防措施

赵润
(四川通达化工有限责任公司，四川达州，635000)

在总结历次乳化器爆炸事故的基础上，对乳化器爆炸的原因进行分析，发现乳胶基质是爆炸物质，在有热点生成和热积累的条件下将发生剧烈爆炸。同时指出通过加强设备管理、提升安全连锁、加强振动监测、完善开机自检和故障自诊断等措施是可以避免乳化器爆炸事故再次发生的。

乳化炸药 乳化器 爆炸 安全措施

自乳化炸药问世以来，乳化器便成为乳化炸药生产的关键设备。虽然各级主管部门在设备的制造、选型和炸药生产等方面出台了一系列的制度、标准和规范来强化监管，特别是近年来连续化、自动化的应用，在很大程度上提高了生产安全，但乳化炸药属于危险品的本质没有变，乳化炸药易燃易爆的属性没有变，2013年以来发生的四起爆炸事故再次敲响了乳化炸药生产安全的警钟。总结历次事故发现乳化器发生爆炸的次数最多，因此有必要就乳化器的安全性做一分析。

1 乳化器爆炸事故统计

自1988年以来，国内发生乳化炸药爆炸事故16起，其中乳化器8起[1]，占全部事故的50%，乳化器爆炸事故统计见表1。

表1 乳化器爆炸事故统计

乳化工序是乳化炸药生产过程中的重大危险工序，乳化器是乳化炸药生产过程中的关键设备、高危设备。总结发现，上述乳化器爆炸事故的发生是由于人的不安全行为、物的不安全状态、环境因素和管理缺陷等共同作用的结果。人的不安全行为是诱因，使事故有发生的可能，但归根结底事故的发生还是由物的不安全状态(设备的本质安全性不高)造成的。虽然如此，但可以通过加强设备管理、规范操作行为、完善视频监控、强化安全连锁和故障自诊断等措施来避免类似事故的再次发生，因此必须对乳化器爆炸原因进行深入细致的分析。

2 乳化器爆炸原因分析

2.1 乳胶基质的爆炸性

在传统的认识中，乳胶基质未被敏化前没有爆炸性，因而是安全的，但其中的氧化剂和燃烧剂以微细液滴均匀混合，在高温高压密闭条件下，在固体杂质、微细气泡和氯化物等的影响下，硝酸铵的分解、爆炸温度将下降，乳胶基质的感度大大提高。据相关资料显示[2]，我国商品乳化炸药的乳胶基质在100℃左右大都具有雷管感度，其雷管起爆时的传爆直径约为30～40mm；常温下乳胶基质具有雷管感度的配方也很多，其传爆直径约为50～60mm；乳胶基质在常温条件下，当装药直径在100mm时可以被8号工业雷管引爆。虽然乳胶基质的雷管感度比经过敏化的成品乳化炸药雷管感度低，但此时的乳胶基质已成为爆炸品，在强烈的冲击特别是在高强度和长时间的摩擦下极易由分解、燃烧转为爆轰，危险性大大增加。因此必须对乳胶基质有一个全新的认识。

2.2 热点的形成

炸药的经典热点学说认为：炸药在受到机械作用时，绝大部分的机械能首先转化为热能，由于机械作用是不均匀的，因此，热能不是作用在整个炸药上，而是集中在炸药的局部范围内，如多面棱角或小气泡处，使该范围内的炸药温度升高并形成热点。热点处的炸药首先发生热分解，同时放出热量，促使炸药的分解速度迅速增加，如果炸药中形成的热点数目足够多，尺寸足够大，温度足够高，炸药便在这些点被激发并发生爆炸，最后引起部分炸药甚至整个炸药的爆炸。

通常认为炸药中热点的形成有三种主要形式：在机械能传入炸药时，惰性硬杂质之间的摩擦、炸药颗粒间的摩擦或炸药与器壁的摩擦；当炸药从定转子间隙中挤出时，由于炸药迅速流动形成的塑性加热，这种形式的热点只有在流动速度很快、剪切很激烈时才有效；水油相溶液中散布的小气泡的部分绝热压缩。

乳化器中形成热点的因素有[3,4]：乳化器定转子间隙变小出现碰撞摩擦生热形成热点；乳化器内部结构设计缺陷，水油相溶液在强力机械剪切下，机械能转化为热能；由于保温故障，硝酸铵在乳化器内形成结晶；外界坚硬杂物或松动的结构件进入乳化器腔体内造成强烈的摩擦形成热点；乳化器内进入空气，在机械作用下气泡被绝热压缩。

2.3 热积累

在乳化炸药生产过程中热点是永远存在的，但是这些热点要对炸药(基质)造成危险，必须要有热积累的过程，没有热积累炸药(基质)是不会爆炸的。

2.3.1 杂质对硝酸铵热分解的影响

硝酸铵是乳化炸药的主要组成成分，它的热分解稳定性对乳化炸药体系的安全性和稳定性有着关键的影响。当达到一定温度后，硝酸铵将发生以下反应：

(1)

(2)

(3)

研究发现，由于杂质的存在或环境条件的改变，上述分解、爆炸温度降低，热分解速率有不同程度的增加。

硝酸铵的热分解是始终存在的，热分解就会放出热量，当生成热的速率小于散热速率时体系温度就不会增加，热量就不会积累。纯净的硝酸铵一般是不会发生剧烈的热分解，热量也不会大量积累，但是在混入某些杂质后其热分解速率可能发生变化。有些物质会降低硝酸铵的分解温度，有些会加快其热分解的速率，这就使温度升高，反应速率增加，当产热大于散热时，热量就会积累。

2.3.2 乳化器压力的影响

常压条件下乳化炸药的热分解测试表明其明显的热分解一般发生在200℃以上。而H.Perlid试验表明[5]，螺杆泵发生爆炸时的温度还不到160℃，远远低于乳化炸药的热分解温度，这就是密闭约束条件的影响。乳化器内压力的增大会对乳胶基质产生绝热压缩，造成局部温度升高；增大乳化体系(特别是硝酸铵)的热分解速率，放热量增加。徐志祥等人通过对硝酸铵溶液和乳化炸药的常压和高压热分解测试发现，高压条件下[6]乳化炸药和硝酸铵的初始分解温度没有明显的变化，但是反应速率显著上升、放热量明显增加。

乳化器可以看成一个强机械密封的高压体系，腔体内的水油相溶液在强力机械搅拌时受到绝热压缩，极易形成局部压力增大，在特定条件下就可形成热点加速乳胶基质的分解，热量就在腔体内积累，乳胶基质被连续分解。因此乳化器内压力是造成热积累的重要原因之一。

2.3.3 其他因素的影响

除上述因素外，设备材质、密封方式、水油相流量、搅拌强度、冷却效果、配方感度等都会对乳化器内乳胶基质的热积累产生影响。

3 预防措施

乳化器作为乳化炸药生产的关键设备，在加强日常维护保养、检修和安全连锁验证的基础上，通过强化乳化器震动监测和开机系统自检、故障自诊断等措施将会在很大程度上提高生产安全。当然，采用本质安全性更高的静态乳化能更好地提高生产安全，但本文主要讨论动态乳化器的安全防范措施。

3.1 强化设备管理

3.1.1 统一标准、严格准入

民用爆炸物品行业主管部门及相关行业协会必须明确乳化器设计、生产的相关要求，比如材质、结构、定转子间隙、轴的结构参数、定转子形状、密封等；对于直接影响安全的设备、工艺等因素必须统一标准。建立民用爆炸物品专用生产设备检测检验基地，对出厂的乳化器进行型式检验，并加强对新定型乳化器的无故障运行时间检验；对民用爆炸物品专用生产设备生产企业实施许可证制度，相关部门必须对设备生产企业进行严格审查，对不符合生产条件或生产条件发生变化不再具备安全生产条件的企业必须注销其许可证；加强对设备生产企业的监管，对不按标准、规范生产的企业可永久注销其许可证，对责任人员从严从重处罚。主管部门在审批企业的生产申请时不仅要审核生产企业的安全生产条件，还要审核关键岗位操作人员的学历、职业资格等，严把设计、评价、验收和检查关，做到严格准入、强化基础。

3.1.2 加强维护保养

安全事项，设备为先。乳化器作为乳化炸药生产线上影响生产安全的关键设备，可以采取如下措施确保乳化器的安全性：(1)建立乳化器维护保养和定期检查制度，落实维护检修期间的安全措施，确保人员、设备安全；(2)定期更换易损件，实施销、键和轴承、密封等的强制更换制度，并确保更换原厂的配件；(3)落实转子轴的动平衡检测，加强定转子、转子轴的探伤检测；(4)明确乳化器管理部门和使用部门的责任，管理部门要认真组织编写和实施大、中、小修计划和日常检修计划；(5)使用部门要做好乳化器的日常维护和开班前的检查确认；(6)加强生产过程中的巡查，避免在使用过程中出现超负荷运转；(7)收集乳化器在使用、检修过程中的相关参数，为乳化器的设计、安全分析提供依据。

3.1.3 加强生产管理

乳化作为既影响质量又影响安全的关键工序。在生产过程中必须做好以下工作：(1)及时清理水相制备过程中带入的编织袋碎屑等杂质；(2)在水油相制备、乳化等工艺管路上采取多级过滤，防止异物进入乳化器；(3)破碎机、水油相管路中加装除铁装置并定期清洗；(4)乳化器开机前用热水或低压蒸汽保温；(5)及时清理生产过程中产生的漏药；(6)加强停机清洗工作，采用热水(不低于基质温度)清洗，保证清洗干净；(7)规范操作行为，严格按照安全技术操作规程操作。

3.2 提升安全连锁功能

国内乳化炸药生产线基本实现了信息化、自动化，安全连锁也基本得到了实施，但还不是很完善，不能满足生产安全的需要。在传统的超温、超压、断(欠)流报警停机的基础上，乳化器还可以增设相对独立的双重安全连锁保护系统[7]。如果乳化器超温、超压、断(欠)流安全连锁失效，另外一套独立的安全连锁装置将对乳化器的关键部位(轴承、密封等)的温度、压力等进行检测并预警。加强对冷却水流量、冷却水回水温度的监测，确保乳化器有效冷却。完善乳化炸药生产线全线联动措施，做到工序间生产能力相匹配和全线随动控制。

安全连锁控制系统应当有自动记录、存储验证试验信息的功能，并与系统并联运行，到期能够自动提示、报警和停止系统运行。安全连锁试验不能单纯依靠对计算机相关模块的模拟试验结果，应该保证模拟控制系统的可靠性、准确性和系统的匹配性。

安全连锁试验不能带危险物料进行，防止试验过程中出现安全事故，可以采用符合条件的水或油进行试验。

3.3 加强振动监测

乳化炸药生产中，乳胶基质的质量决定乳化炸药成品的质量好坏。要想获得好的乳胶基质质量就必须提高乳化器的乳化能力。乳化器以搅拌齿为主，随着乳化能力的提高，搅拌的复杂程度和转速也将增大，这将增大乳化器在运行中发生机械故障的可能性。因此有必要设置乳化器振动监测系统[8-10]，对乳化器的运行状态进行监测。相关资料显示，某企业开发了一套乳化器振动监测系统，该监测系统包括传感器、数据采集系统和数据显示系统。该监测系统采用非接触式电涡流传感器实现径向摆动位移和轴向蹿动位移在线监测，同时对乳化器及其支架构成的整体振动加速度进行监测，确保径向、轴向位移在安全范围内。

在正常生产情况下，乳化过程中的径向、轴向和加速度振动监测值均在安全范围内，一旦发生轴承损坏、混入杂质或者出现搅拌齿断裂等故障，径向、轴向、加速度中超限触发报警并立即连锁停机。

乳化器振动监测技术的运用是乳化器安全监测、自动控制的一大突破，提高了乳化器的安全运行系数，但尚未达到安全控制、精确监测的阶段。该技术在运用过程中还需不断总结经验，使其精确、全面，为乳化炸药生产安全提供保障。

3.4 完善开机自检和故障自诊断

乳化炸药生产线自动控制系统安全连锁的有效性取决于各类传感器的可靠性和稳定性，因此自动控制系统应增加开机自检功能，开机后将自动检测乳化器的工作状态，发现故障(异常)立即预警并“锁死”乳化器及系统相关操作，同时提示故障原因并指导用户维护检修，只有在故障排除后系统才解除“锁死”，恢复生产。

自动控制系统应将乳化器历史状态参数上传至企业数据库，逐步建立乳化器故障自诊断系统。当乳化器出现异常后，自动控制系统首先读取本机数据库内数据并作出判断，提示故障原因并给出处置方案；当本机不能解决故障时，将故障信息上传企业数据库，通过与数据库内信息对比进行故障诊断；当企业数据库不能解决故障时，技术人员应参考数据库内历史状态参数和故障信息进行判断并处理。

4 结论

乳化器是乳化炸药生产中的关键设备，高危设备。在总结历次乳化器爆炸事故的基础上，分析发现乳胶基质是爆炸物质，具有强烈的爆炸性，在有热点生成和热积累的条件下将发生剧烈爆炸。生产过程中通过加强设备管理、提升安全连锁、加强乳化器振动监测和完善乳化器开机自检和故障自诊断等措施将极大提高乳化器的安全系数，避免乳化器爆炸事故的再次发生。

[1] 江小波.从爆炸事故谈提高乳化炸药生产本质安全[J].工程爆破,2014,31(3)：159-162.

[2] 刘洪亮.浅论乳化炸药生产过程的安全性[J].化工安全与环境,2011,(14)：6-7.

[3] 唐秋明.乳化器和螺杆泵爆炸事故原因分析及其防范对策[J].爆破器材,2007,36(3)： 31-33.

[4] 谈选民.乳化炸药乳化器的摩擦升温危险性分析与防范措施[J].江苏冶金,2007,35(4)： 20-22.

[5] H.Perlid,F.Nilimaa.Dyno Nobel/Kimit AB pump safety work[A].Proceedings of the 13thAnnual Conference in SAFEX[C].1999：90-110.

[6] 徐志祥.乳化炸药高压热分解试验研究[J].中国安全科学学报,2010,20(12)：57-61.

[7] 龚兵.提升乳化炸药乳化工序安全性的措施[J].工程爆破,2014,20(4)：55-58.

[8] 苗涛.乳化器振动监测技术的应用[J].煤矿爆破,2011(20)：33-35.

[9] 秦卫国.炸药乳化器安全监测方法及其发展[J].爆破器材,2006,35(4)：32-34.

[10] 杨涛.炸药生产线乳化器振动分析[J].振动、测试与诊断,2007,27(4)：312-315.

TheEmulsifierofEmulsionExplosivesSafetyAnalysisandPreventiveMeasures

ZhaoRun
(SichuanTongdaChemicalIndustryCO.,Ltd,Dazhou635000,Sichuan,China)

Based on the previous explosion accident of the emulsifier, explosion of fine milk device are analysis the reason of the emulsifier′s explosion accident, found a fine emulsifying device is mainly because the explosion of emulsion matrix is explosive substances, there will be a violent explosion in the formation of hot spot and the accumulation of heat conditions. At the same time, pointed out that through the strengthening equipment management,enhance the safety interlock function, emulsifier vibration monitoring , improve the power on self-inspection and auto-diagnosis can avoid the explosion accidents of emulsifier final.

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