乳化炸药生产线联建工艺技术研究

＊黄云川

（广东宏大罗化民爆有限公司 广东 527200）

乳化炸药作为能源工业的能源，基础工业的基础，在工程爆破中被广泛地运用。现今伴随我国经济社会的不断发展，基础设施建设力度显著增大，促使乳化炸药生产企业获得较大的发展空间，乳化炸药生产技术也在不断地创新发展，其中联建工艺技术尤为突出，因其自动化程度高、占地面积小、生产成本低、安全环保等一系列优点，受到乳化炸药生产企业竞相研究、推广[1]。

1.乳化炸药生产线联建工艺技术发展现状

乳化炸药自从研制和大规模推广应用以来，生产技术水平不断提高，生产方式也经历了间断式、半连续式、连续式等几个重要发展阶段。近年来，随着工业技术的发展，也带动了乳化炸药生产技术的革新，推动着民爆生产技术的发展[2]。

乳化炸药联建工艺技术，属于连续式生产技术。这种联建工艺技术方式，采用全自动化精准控制生产工艺参数，水油相制备、乳化制药、基质冷却、敏化、装药包装及中转装车等工序连成一体，实现乳化炸药全连续化生产，生产效率大大提高，最大产能可达9.3t/h，自动化程度高，1.1级危险工房在线操作人员少，定员实现含5人以下，乳化炸药生产更安全环保和简单快捷。

2.乳化炸药生产线联建工艺流程

乳化炸药联建生产线主要包括水相制备、油相制备、水油相计量泵送、水相油相暂存、乳化、冷却、敏化、装药、包装、成品转运等工序，其中水相制备工序、水油相计量输送工序布置在水油相制备工房中，其余工序布置在乳化炸药生产工房中。

（1）原材料准备。硝酸铵溶液及油相材料分别储存在水油相制备工房里各自的储罐内，保温待用；硝酸钠用手推车从硝酸钠库运输至水油相工房的投料间待用。

（2）水相制备。联建工艺必须要使用硝酸铵溶液配制水相溶液，硝酸铵水溶液由外厂经运输车储罐输送至公司，加温后，用卸料泵泵送至硝酸铵溶液储罐内。硝酸钠经计量由人工投入水相制备罐内，将经计量过的水、硝酸铵溶液通过泵送加入到水相制备罐内，开启蒸汽加热，并开启搅拌装置，当水相制备罐中配制的水相溶液达到工艺要求后保温备用。水相制备罐的温度都通过电动调节阀自动调节控制，使水相温度控制在90℃～95℃范围内。

（3）油相制备。将液态复合蜡及乳化剂泵送至油相制备罐，通过电动调节阀自动调节控制，使油相温度控制在85℃～90℃范围内。

（4）水油相溶液暂存。将配制好的水、油相溶液通过各自的输送泵泵送到乳化炸药生产工房内的水、油相储罐内，保温备用。

（5）乳化。制备后的水相、油相溶液分别按设定的比例沿着管道经过过滤、计量后泵送至乳化机。水相、油相溶液通过乳化机的强烈搅拌、剪切和混合，形成高质量的乳胶基质，乳胶基质从乳化机出口排出。

（6）冷却。通过布料机将乳胶基质在皮带上布成不大于10mm厚的薄层，经浸水式冷却机进行一次性冷却，温度达到50℃～55℃，随皮带离开水面经风机吹干后送入下一工序。

（7）敏化。乳化炸药联建生产线可以采用化学敏化、物理敏化和复合敏化三种方式。

化学敏化方式：冷却后的乳胶基质和经计量后的化学敏化发泡剂一同送入敏化器内，在敏化器的充分搅拌和分散作用下得到密度稳定的乳化炸药半成品。

物理敏化方式：按照工艺配比将膨胀珍珠岩计量输送到敏化器中与乳胶基质进行混合敏化，敏化后的炸药通过皮带输送机进入到装药机装药。

复合敏化方式：冷却后的乳胶基质和经计量后的化学敏化发泡剂一同送入敏化器内，随后将膨胀珍珠岩计量输送到敏化器中进行混合敏化，敏化后的炸药通过皮带输送机进入到装药机装药。

（8）装药。乳化炸药半成品通过散料皮带输送至装药平台，通过下料口输送至装药机内，装填成各种规格的药卷，再由皮带输送机输送至自动包装系统。

（9）不合格品处理。生产线产生的不合格品和废料按照“SGRF型废旧炸药回收系统”进行分类、处理。将生产线产生的乳胶基质质量合格但敏化失效或未敏化的不合格品收集，送至返工品处理工房的敏化间去除包装物、卡扣及杂物，将分类好的不合格品和计量好的敏化剂（膨胀珍珠岩或化学敏化剂）分别加入到敏化机内进行敏化，并对敏化后的炸药进行密度检测，将符合标准的炸药添加到装药机料仓内，将散装炸药灌装成φ60-φ120mm规格的药卷，药卷在包装间内经人工装箱、捆扎后装车运输入库。

图1 工艺流程图

（10）包装、成品转运、入库。乳化炸药小直径药卷经理料后，自动进行打中包、装袋。乳化炸药大直径药卷自动进行装袋。成品经皮带输送机输送至炸药中转库由履带式装车机器人系统装车后，由专用车辆运至总库区入库。

3.乳化炸药生产线联建工艺主要生产设备选型

以年产17000t的乳化炸药联建生产线为例：

(1)设备能力计算原始数据

乳化炸药每天产量：17000÷250=68（t/d）。

乳化炸药小时产量：68÷7.5÷2≈4.6（t/h）。

式中：17000—乳化炸药年产量（t）；

250—年工作日；

2—生产班制；

7.5—每班有效工作时间（h）。

(2)主要工艺设备能力选型

①硝酸铵溶液储罐。硝酸铵约占乳化炸药总重的74.4%，硝酸铵溶液浓度为93%，硝酸铵溶液的密度为1.45g/cm3；每天硝酸铵溶液需求量为：

68×0.744÷0.93÷1.45≈37.52（m3）

选用1个硝酸铵溶液储罐，储罐容积为78m3，就能够满足生产需要。

②破碎机。选用1台LTQ-P-00型破碎机作为备用设备，生产能力为10t/h，可以满足生产需求。

③水相制备罐。水油相制备工房中安装2台6m3水相制备罐，水相溶液约占乳化炸药总重的94.5%，水相溶液的比重为1.4g/cm3，设备有效装药系数取0.9。则配制1罐水相溶液可以满足生产时间为：

6×0.9×1.4÷94%÷4.6≈1.75（h）

配制1罐6m³水相溶液大约需0.5h；故用2台6m³的水相制备罐，交替制备水相溶液可以满足生产需求。

④油相制备罐。油相溶液占乳胶基质的最大比例为6.5%，油相溶液的比重为0.85g/cm3，设备利用系数取0.85，则配制1罐油相溶液可以满足生产时间为：

4×0.85×0.85÷6.5%÷4.6≈9.67（h）

选用2台0.5m3油相制备罐，制备油相溶液可以满足生产需求。

⑤精乳器。选用1台CYJ型精乳器，生产能力为3～10t/h，可以满足生产需求。

⑥冷却器。选用1台CJL-Ⅱ-8.4冷却器（浸冷机），生产能力为3～9t/h，可以满足生产需求。

⑦敏化器。选用1台CHMW-Ⅱ型敏化器，生产能力3～10t/h，可以满足生产需求。

⑧装药机。选用1台DKJ-5型大直径装药机和1台DKJ-5型小直径装药机。以φ32mm-300g为例，小直径装药机最大产能为3.6t/h；大直径装药机可达6t/h。大小直径药卷不同时生产，每年生产小直径药卷的天数为：

17000×0.05÷3.6÷7.5÷2≈16（d）

每年生产大直径药卷的天数为：

17000×0.95÷6÷7.5÷2≈180（d）

每年生产天数合计为：

180+16=196（d）＜250（d）

选用1台DKJ-5型大直径装药机和1台DKJ-5型小直径装药机可以满足生产需求。

⑨自动包装系统。选用1套金能自动化提供的KNABPM型大直径药卷包装机，包装能力可达6t/h；1套金能自动化提供的KNAAPM型小直径药卷包装机，包装能力可达4t/h，生产能力与装药能力匹配，可以满足生产需求。

⑩中转装车。在中转库选用1套JWL-LZRobot型履带式装卸机器人系统、1套大小药卷分拣输送皮带，装带效率为8t/h，可以满足生产需求。

4.乳化炸药生产线联建主要生产工房

（1）水油相制备工房。水油相制备工房为乳化炸药生产线提供配套的水油相溶液，主要包括投料间、破碎机间、油相熔化间、油相制备间和动力间等。危险等级1.4级，计算药量为10t，每班操作定员1人。

（2）乳化炸药生产工房。乳化炸药生产工房为联建工房，主要将水油相暂存间、乳化制药间、膨胀珍珠岩投料间、自动装药间、自动包装间等工房联建成一个整体生产车间。该工房危险等级为1.1级，计算药量为2.5t，每班在线人员4人。

（3）炸药中转库。炸药中转库，安装一套履带式机器人自动装车系统，危险等级为1.1级，计算药量为4.5t，每班定员操作1人。

5.乳化炸药联建生产工艺自控系统要求

（1）自动控制。乳化炸药联建工艺技术生产自动控制系统可以采用日本三菱公司的FX3U PLC以及Ethernet总线分布式、多主机冗余控制技术，本着安全、先进、可靠、稳定及实用的原则而设计。系统实现各种物料自动计量、配比、添加，各设备自动启停；系统具有过载、振动、超温、超压、断料、断流、过流等保护，安全保护措施齐全，操作简单、方便、直观。除水油相制备、装药、包装工序外，其他工序实现无人操作[3]。

（2）人机界面。控制系统选可以用研华工控机、触摸屏作监控计算机（上位机），通过采用Ethernet总线技术对PLC及控制仪表进行数据采集、控制，各分布式子系统采用普通以太网总线技术进行信息交换。各分布式控制系统采用PLC分别控制各个回路，而用工控机、触摸屏实施上一级的控制。各回路之间和上下级之间通过Ethernet以太网总线技术进行信息交换，改善控制的可靠性，且不会由于上位机的故障而使整个系统失去控制。

（3）PLC可编程控制器。用PLC取代传统的继电器控制系统，通过对开关量控制实现逻辑和顺序控制；运用模拟量I/O模块可对温度、振动、压力、速度、流量、料位等连续变化的模拟量进行控制，而且编程和使用都很方便；数据处理能够完成数学运算、数据的移位、比较、传递、数值的转换和查表等操作，对数据进行采集、分析及处理；实现PLC与PLC之间、PLC与上位计算机或其他智能设备间的通信，构成“集中管理、分散控制”的多级分布式自动化网络控制 系统[4]。

（4）智能仪表和现场执行机构。联建生产技术对智能仪表精度要求高，选用的仪表功耗低，抗干扰能力强，例如水油相流量计，精度高、抗干扰能力强、数据测量及时可靠。这对系统的稳定可靠性起到关键作用。现场自控阀门选用气动球阀，保证了控制的可靠性，避免了以往电磁阀关闭不严、易堵塞、易损坏等缺陷。

（5）联锁联控。联建生产工艺技术应实现联锁联控，若水/油相制备过程温度高于报警上限设定值或低于报警下限设定值时，系统自动关闭或打开加热气动阀门。若装药机、自动包装系统出现故障，系统报警，达到系统设定时间，根据情况设定减产或停止制药。若乳化过程出现超温、超压、断流、位移及电流异常，系统将报警并自动停机。若乳化制药部分在线药量高于报警上限设定值时，系统将报警并自动降低产能，若在线存药量高于上限时，停止制药过程。

6.结语

乳化炸药生产线联建工艺技术将全部生产设备按工艺条件和控制的不同要求，合理地布置于生产车间，将水油相制备、乳化、冷却、敏化、装药、包装、装车等各个工序连成一体，使各工序设备有机衔接起来进行产能调节，相互匹配，形成一个完整的连续进料出料的系统。这种工艺技术自动化程度高、生产成本低、耗能低、占地少、产能大、工艺布局顺畅、更安全环保，符合国家民爆行业发展方向。