JWL-III型乳化炸药生产线危险有害因素辨识

赵 润

(四川通达化工有限责任公司，四川达州，635000)

乳化炸药[1]作为新型抗水工业炸药，虽然发展历史较短，但其在配方设计、工艺布置、设备研究与制造等方面均取得了巨大的进步，其应用范围越来越广，产量也逐年增长。2015年胶状乳化炸药占工业炸药总产量的59.93%，2016年胶状乳化炸药占工业炸药总产量的62.03%[2]，2017年1-8月胶状乳化炸药产量为149.50万吨，与2016年同期相比增长10.89%，约占工业炸药总产量的61.13%[3]。虽然乳化炸药的安全性较高，但其在发展过程中也经常发生爆炸事故，特别是2013年以来国内发生的四起爆炸事故再一次给我们敲响了警钟。无论技术多么成熟，设备多么先进，管理多么规范，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。JWL-III型乳化炸药生产线，作为引入中国不久的高温敏化技术，与传统的中低温敏化技术存在很大的区别，目前国内已建成投产的JWL-III型乳化炸药生产线达80多条，产能超120万吨。虽然其技术得到了广泛普及，但其生产系统的危险有害因素还未得到全面辨识，因此必须全面分析JWL-III型乳化炸药生产系统，充分辨识其存在的危险有害因素，并制定有效预防措施，方可防止事故的发生。

1 辨识依据和方法

根据GB/T 13861—2009《生产过程危险和有害因素分类与代码》、GB6441—1986《企业职工伤亡事故分类》和《职业病危害因素分类目录》(2015版)等资料[4]，对危险有害因素进行分类并加以辨识和分析。

采用系统安全分析和直观经验分析相结合的方法[5]，以原材料、半成品、成品及生产过程中的燃烧、爆炸为重点[6、7]，对JWL-III型乳化炸药生产线的危险有害因素进行全面辨识和分析。

2 物料的危险有害因素

2.1 硝酸铵(NH4NO3)

2.1.1 硝酸铵的燃烧爆炸危险性

硝酸铵是乳化炸药的主要氧化剂，属非常钝感的爆炸性物质，有刺激性、可助燃。硝酸铵是强氧化剂，可与还原性物质发生反应，当粘附有金属粉末、纸屑等杂物时，在80℃左右即可发生分解并导致自燃[8、9]；硝酸铵的起爆感度和机械感度随温度的升高呈增强趋势，在外界能量刺激下就可能发生爆炸；当环境温度超过400℃时，硝酸铵将加速分解、燃烧，在密闭或通风不畅的情况下286℃左右即可发生爆炸[10]。

2.1.2 硝酸铵的毒性

硝酸铵对呼吸道、眼及皮肤等有刺激性，接触后可引起恶心、呕吐、头痛、乏力等，大量接触可引起高铁血红蛋白血症，影响血液的携氧能力，出现头昏、虚脱，甚至死亡。口服会引起剧烈腹痛、呕吐、休克、抽搐，甚至死亡。同时，硝酸铵热分解产物中的氨气(NH3)和氮氧化物(NxOy)对人体有强烈的刺激性和毒性。

2.1.3 硝酸铵的腐蚀性

硝酸铵是强酸弱碱盐，其水溶液呈酸性，对人体有强烈的刺激性，对设备、厂房也会造成腐蚀。硝酸铵对设备的腐蚀主要是钢铁的电化学反应，对厂房的腐蚀主要是与水泥中的Ca(OH)2和CaCO3作用的结果[11]。

2.2 硝酸钠(NaNO3)

2.2.1 硝酸钠的燃烧爆炸危险性

硝酸钠是无色透明或白微带黄色菱形结晶，强氧化剂。遇可燃物着火时能助长火势。与易氧化物、硫磺、亚硫酸氢钠、还原剂、强酸等混合时，分解速度加快，甚至能引起燃烧或爆炸。

2.2.2 硝酸钠的毒性

硝酸钠高温分解时，产生有毒的氮氧化物对人体有刺激性和毒性。

2.3 复合油相

复合油相是由复合蜡、凡士林、乳化剂等按比例混合熔化而成，作为工业炸药的可燃剂。复合油相是可燃物，当环境温度过高或周围有明火时，容易引发燃烧。同时，复合油相的包装废弃物和氧化剂的包装废弃物放在一起可导致燃烧。

复合油相中含有少量的苯、甲苯、二甲苯等物质，在加热熔化过程中易挥发到空气中，长期接触可能出现头昏、头痛、失眠、记忆减退等症状，甚至神经衰弱综合症、震颤等。

2.4 敏化剂

敏化剂的主要作用是降低乳胶基质的密度，提高乳化炸药的爆轰感度，使乳化炸药易于起爆和传爆。乳化炸药有物理敏化、化学敏化和复合敏化三种方式。物理敏化一般采用膨胀珍珠岩或空心玻璃微球，一般只具有粉尘危害；化学敏化主要采用亚硝酸钠(NaNO2)，具有腐蚀性和较强的有毒、有害特性。

亚硝酸钠与硝酸铵溶液以近分子状态接触，发生剧烈的反应，放出氨气(NH3)等刺激性气体；与有机物接触，在一定条件下会发生燃烧和爆炸，并放出有毒和刺激性的过氧化氮和氧化氮的气体。

亚硝酸钠属有毒物质，可在胃中转化为亚硝酸，作用于中枢神经系统。人误服0.3～0.5g可引起急性中毒，2g即可致人死亡，皮肤接触亚硝酸钠溶液的极限浓度为1.5%，大于此浓度时皮肤会发炎，出斑疹等，因此使用时必须佩带劳动防护用品。

2.5 乳胶基质

乳胶基质是水相溶液和油相熔液经物理混合形成的W/O型胶状物，外观呈浅棕色或棕褐色。据相关试验，乳胶基质的摩擦感度、撞击感度、雷管感度测试值均为0，用乙炔火焰直接喷射乳胶基质，火焰接触乳胶基质表面只产生熔化，而不发生燃烧或爆炸现象[12]，因此一度认为乳胶基质是安全的。但由于乳胶基质为连续油相包覆的微小水相液滴，氧化剂和可燃剂混合均匀，呈近分子状态接触，已具有爆炸性。同时，在制备乳胶基质时，因机械搅拌等作用带入的空气和混入的微小杂质则容易成为热点，乳胶基质得到一定的敏化而提高了爆轰感度。

实验证明在85℃时Φ50mm或28℃时Φ100mm条件下乳胶基质均具有雷管感度，因此乳胶基质在精乳、泵送和敏化等强约束过程中，由于搅拌、挤压、摩擦、撞击等作用，当局部热量无法及时排除时，极有可能发生燃烧爆炸事故。

2.6 乳化炸药

乳化炸药成品的感度受温度影响较大，温度较高的条件下，其机械感度和冲击感度高于常温时的水平，因而发生殉爆的可能性很大。

3 生产过程危险有害因素辨识

3.1 液态硝酸铵卸料

液态硝酸铵的卸料是将运料槽车中的液态硝酸铵放入储罐中备用，采用从高位到低位自流法。液态硝酸铵保温大多在110～120℃，而且卸料管路夹层必须通蒸汽保温，因此在卸料过程中容易发生烫伤事故。高浓度硝酸铵溶液在过度加热、泄漏遇明火、分层结晶、使用黑色金属工具、混有还原性物质等情况时将会引发燃烧、爆炸事故。罐体、管路接地电阻不合格、跨接线脱落等，在遭受雷击或未熄火卸料时可能引发爆炸事故。

3.2 水相制备

水相制备是将液态硝酸铵、硝酸钠、氯化钾按配方加入水相罐中搅拌升温至工艺要求温度备用。

升温过程中若温控装置失效，造成水相溶液过度加热，使得温度过高，容易引发燃烧事故；水相罐基本处于密封状态，因此，当水相温度过高引发燃烧时极容易发生燃烧转爆炸；当水相溶液中混有编织袋碎屑、纸屑等可燃物或油相等有机物质时，极易引发燃烧爆炸事故[13]；溶液中混有杂质且未及时彻底处理时，给乳化、敏化、泵送等工序埋下严重的爆炸隐患。

3.3 油相制备

油相制备是将复合油相经加热熔化后加入到油相罐中，搅拌升温至工艺要求温度备用。

油相材料堆放在热源附近或在密闭环境中，当温度过高时容易引发燃烧事故；油相溶液在升温过程中若温控装置失效，过度加热造成温度过高易引发燃烧事故；油相溶液中混有编织袋、碎纸屑等杂物，在发热管上粘附集聚，反复受热时容易发生燃烧事故；溶液中混有杂质且未及时彻底处理时，给乳化、敏化、泵送等工序埋下严重的爆炸隐患。

3.4 粗乳

粗乳主要是将按比例泵入粗乳罐内的水油相混合液搅拌混合均匀，使混合液形成W/O型透明的胶状物。

当水油相溶液中混有机械、金属杂质，管路中的过滤装置失效或未及时彻底清理时，杂质进入粗乳罐内经长时间摩擦，造成局部能量过高成为热点，容易引发爆炸事故；水油相断流，粗乳器空转，同时粗乳罐内残留的乳胶基质清理不彻底，当反复摩擦时，容易发生爆炸事故；粗乳罐设计不合理，存在物料存留的死角，安全连锁装置失效时，易引发爆炸事故。

3.5 基质泵送和精乳

基质泵送是将经粗乳器搅拌混合形成的乳胶基质通过螺杆泵和精乳器送入到乳胶料仓，然后再经螺杆泵送入装药机。精乳是将螺杆泵泵送的乳胶基质经静态混合器进一步剪切混合，形成胶体颗粒更小、粘度更高、透明度更好的乳胶基质。

螺杆泵作为0类专用生产设备，是整条生产线“最危险”的设备。当螺杆泵长时间断料空转[14、15]，泵腔内残留的乳胶基质在反复摩擦，热量不能及时散发时，乳胶基质的温度逐渐升高，泵腔内的压力急剧增大，当热点累积到一定程度就会发生爆炸；螺杆泵出口堵塞时，泵腔内的压力急剧增大，腔内的乳胶基质被反复摩擦引发爆炸事故；螺杆泵长时间高速运转(大于150rpm)，随着转速的加快，泵的压力相应增加，螺杆泵定子的温度逐渐升高，热量积累的一定程度就会引发爆炸事故；螺杆泵出口超压泄爆装置、压力表等安全连锁装置失效时，就不能反映现场的真实状况，在这种情况下如果温度、压力、断流、杂质等任何一个因素均容易引发爆炸事故。

精乳器是将多层呈波纹型的合金面联接在一起形成的呈蜂窝状的混合单元，其内部尺寸远小于乳化炸药的临界直径，本身是非常安全、稳定的设备，甚至是一个隔爆装置。但当有杂质进入精乳器堵塞混合单元造成前端螺杆泵的压力升高时，容易引发爆炸事故。

3.6 静态敏化

敏化是指在通过螺杆泵将乳胶基质送往装药机的过程中混入敏化剂，并通过静态分散器等混合单元将敏化剂在乳胶基质中混合均匀，降低乳胶基质的密度，增大爆轰感度。严格来说，敏化前的是乳胶基质，敏化后的就是乳化炸药。

敏化时亚硝酸钠与硝酸铵发生剧烈的放热反应，当混合不均匀时可引起局部过热造成爆炸事故；敏化剂溶液中混有杂质且清理不彻底进入乳胶基质中，乳胶泵长时间反复摩擦时易引发爆炸事故；当安全连锁装置失效或传感器失灵时，温度、压力、断流等任何一个因素的出现均会导致爆炸事故的发生。

3.7 装药

装药是将敏化后的乳化炸药通过工艺管道泵入自动装药机，形成塑模包装的药卷。装药采用全自动上膜机和RC-12转盘式全自动装药机。

装药管道内残药清理不彻底或装药进口阀故障造成前端螺杆泵压力超高，长时间摩擦造成热量集聚，温度升高引发爆炸事故；乳胶基质中混有杂质等容易在管道内卡滞阻塞管道；密封不严，造成物料泄漏，在管道上反复升温后析晶，当泄漏的物料进入设备转动部位时，经反复摩擦、撞击引发燃烧，进而导致爆炸；设备带病运行，关键部位疲劳断裂处理不及时，在强烈撞击摩擦作用下引发爆炸事故。当人体进入到装药机工作范围，高速旋转的转盘会对人体造成机械伤害；操作或处理故障时，人体进入上膜机切刀范围、装药机打卡、切膜等区域时容易发生机械伤害。同时，因本工序热熔胶和药卷温度较高，因此还存在烫伤可能。

3.8 冷却

冷却是药卷在水池中浸泡使其降温到工艺要求范围。本工序不会出现初始爆炸，当其他工序出现燃烧爆炸事故时可能会造成传(殉)爆；清理设备卫生和检修设备时，人的衣服、肢体可能进入到板链的转动、传动部位，造成机械伤害。

3.9 包装

包装是通过理料皮带将药卷排列整齐，机器人自动识别抓取药卷放入皮带，经卷膜包装热合封口后装入纸箱，再经电子秤称量后捆扎整齐。主要采用MGEPL-R型机器人工业炸药智能自动包装设备。

本工序主要危险有害因素有触电、燃烧爆炸事故、机械伤害等。因机器人采用的是高压电，在工作时，若人体进入其工作区域，可能会触电进而造成伤害，同时也会造成机械伤害；在中包热合封口处，残药清理不彻底，造成药体在电发热板上反复受热析晶后引发燃烧，进而造成爆炸事故；本工序药卷主要是通过皮带运输，因此传动、转动部位较多，若衣物、肢体、工具等进入这些部位将可能造成机械伤害，同时，若残药进入到转动、传动部位经反复摩擦可能引发燃烧事故；本工序气缸较多，处理故障时若不关闭气源则可能造成撞击、挤压等机械伤害。

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