提高乳化炸药生产本质安全性的有效措施——双活塞泵的应用

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提高乳化炸药生产本质安全性的有效措施——双活塞泵的应用
      
      
      
       湖南金能自动化设备有限公司 谭卫星 周康波 彭友红
      
       长沙琦清机械设备有限公司 施旗
      
       湖南岳阳南岭民用爆破服务有限公司 邓安建 成勇生
      
      
      
      
      
       一、项目的由来
      
       乳化炸药的出现至今已有半个世纪，我国引入、自主研发也已有近四十年。但是，人们对乳化炸药的认识尚存在很多不深刻、不完全的地方，尤其对其生产安全性的认识及处理仍有很多未知或缺失之处。
      
       一个世纪以来，我国的工业炸药主要是以轮碾机生产为手段的粉状硝铵炸药，由于该类炸药不含水，且加入了足够量的敏化剂——梯恩梯，故对其加工质量要求不高，只要碾到一定细度、混合均匀就可以了，因此，硝铵炸药的生产过程相对比较安全，很少发生爆炸事故，因温度控制不好或因死角积料等原因造成起火事故也不是很多。
      
       然而，自从发展乳化炸药以来，安全事故就没有停歇过，甚至发生死伤数十人的重大事故，即便我们行业主管部门、生产、科研单位花费了无数倍的努力，投入了大量的资金，行业的安全形势并不乐观。
      
       与硝铵炸药相比，乳化炸药未加入梯恩梯等敏感性猛炸药，且加入了10%左右的纯感性的水，但生产过程仍比硝铵炸药更危险，究其原因是因为“粒径”二字引起的。
      
       “乳化炸药的氧化剂水溶液呈微细液滴存在，氧化剂与可燃剂接触紧密充分，爆炸易于激发和传递，因此乳化炸药通常是不加敏化剂的，只需要普通组份的巧妙结合就可以了，由此可看出，乳化炸药与硝铵炸药的最大区别在于乳化炸药需要“呈微细液滴”且组份应“巧妙”结合，而要达到这些目的，必须采用不同于轮碾机的特殊的生产设备。而乳化炸药呈现的微细状态不但决定其爆轰性能，更是具有对温度、摩擦等外界影响因素十分敏感的特性。
      
       纵观近二十年来，乳化炸药生产过程中发生的爆炸事故，主要原因是乳化器、敏化机、输送泵三种设备的结构缺陷、保护措施不力、操作失误等因素造成。因此，这三种设备的安全性对乳化炸药的本质安全性有重大影响。
      
       乳化器和敏化机的安全性认识及提高安全性的措施，已取得了不小的进展，而输送泵发生的多次事故，人们已有认识，但采取的有效措施并不多，因此输送泵发生的事故从来未间断过，尤其是目前普遍、大量采用的螺杆泵。
      
       螺杆泵虽然有输送稳定、无脉冲、无金属摩擦，流量可调节，输送能力大等优点，但极容易因温度升高、热量积累造成爆炸，其原因是其结构对炸药生产的不适用性。螺杆泵橡胶材料制成的定子固定在泵体内腔上，实际上对泵体内的物料起到了保温作用，温度无法散出，温度监测点也不能设置在泵体内，只能设置在泵的进、出口位置，在断料运行时，检测到的温度不是泵体内摩擦升温后的物料温度，虽然螺杆泵避免了金属间的摩擦，但金属（转子）与橡胶（定子）间的摩擦更容易升温和产生静电。物料中的杂质（如油水相中的杂质、硝铵结晶对橡胶定子容易造成磨损导致变形、撕裂。在乳化炸药装药过程中，螺杆泵和转子泵只能适用化学敏化和较高温度装药。而叶片泵存在死角易积料，叶片与泵体间容易产生金属摩擦或叶片断裂。
      
       为解决螺杆泵、叶片泵、转子泵等输送设备对乳化炸药安全性的影响，和中、高、低温及物理敏化装药的难题，我们开展了双活塞泵的研究与应用。
      
       二、双活塞泵的组成与特点
      
       双活塞泵由料斗、双活塞压料系统、双活塞转换阀、液压系统、机架、电器控制系统组成。
      
       双活塞泵具有结构简单、维护成本低、精度高、产能大、无死角、无积料、无金属间摩擦、对泵内物料无搅拌剪切、无脉冲、压力小、温升小，其安全性能高，适用于油水相输送、乳化炸药基质输送，适用于高、中、低温的化学、物理、复合敏化的乳化炸药灌装。
      
       三、安全性对比分析
      
       用目前民爆行业使用较多的3.6t/h生产线所使用的转子泵、叶片泵、螺杆泵与双活塞泵对比
      
       双活塞泵
      
       转子泵
      
       叶片泵
      
       螺杆泵
      
       活塞为间歇式直线运动无旋转运动，且运行速度慢；按产能3.6t/h计算,活塞线速度39mm/s。
      
       转子连续旋转运动；按产能3.6t/h计算转子线速度274mm/s，是活塞泵的6.8倍。
      
       叶片连续旋转及直线往返运动；按产能3.6t/h计算，叶片线速度是942mm/s，是活塞泵的24倍。
      
       螺杆连续旋转运动；按产能3.6t/h计算，螺杆线速度340mm/s，是活塞泵的8.9倍。
      
       乳化炸药从进料口到出料口及输送管道中产生位移时，不与其他金属机件产生搅拌、剪切。
      
       乳化炸药从进料口到出料口及输送管道中产生位移时，转子产生机械剪切和搅拌破坏作用力。
      
       乳化炸药从进料口到出料口及输送管道中产生位移时，叶片产生机械剪切和搅拌破坏作用力。
      
       乳化炸药从进料口到出料口及输送管道中产生位移时，螺杆产生机械剪切和搅拌破坏作用力。
      
       空载运行温升低，试验连续空载运行400分钟温升5°C。
      
       不允许空载运行，试验运行54分钟温升48°
      
       不允许空载运行
      
       不允许空载运行
      
       对尺寸小于30毫米的硬质异物、结晶硝酸铵等具有一定的容错能力
      
       无容错能力
      
       无容错能力
      
       无容错能力
      
       金属活塞与缸体之间留有足够的间隙（有1mm），且活塞体上装设了有机材料密封件及耐磨非金属环，防止了金属缸体与金属活塞间的直接摩擦。
      
       转子与缸体间隙小；一般调整为0.3mm
      
       叶片与缸体无间隙
      
       螺杆与缸体无间隙
      
      
      
       从以上对比分析，双活塞泵的安全性优于转子泵、叶片泵、螺杆泵。
      
       国外乳化炸药装药机技术及工艺的研制开发经过数十年的发展，技术工艺先进，自动化程度高，通常与前后工序制药、包装联系紧密，衔接合理，形成从制药到包装成品的全自动化生产体系。国外工业炸药装药机技术水平领先的有德国、俄罗斯、美国等国家的企业。德国保利卡公司的乳化炸药装药机很有特色，是塑膜包装，装药质量稳定可靠，但价格高，生产能力低，仅适用化学敏化生产技术。美国TIPPER TIE生产的乳化炸药装药机用于高温化学敏化生产技术，其生产能力大，自动化程度高。
      
       国内装药机通过对国外技术的跟踪引进，近几年来，取得了一定的发展，本项目产品DKJ-5型乳化炸药装药机（多卡位灌装机），采用双活塞泵，该泵使用效果很好，主要有：安全性能高、可靠性高、产能大、适应国内高中低温物理化学敏化技术，生产品种多等特点，该项课题的成功实施将大大地提高生产安全性，能产生显著的社会效益和经济效益。
      
       四、 双活塞泵用于多卡位装药机模拟试运用
      
       2015年10月至2016年4月，双活塞泵与本公司开发的DKJ系列多卡位灌装机联机试运行，该泵达到以下技术要求：
      
       泵体耐压试验：将压力升到1.0Mpa运行10分钟，无泄漏；
      
       采用黄油作介质连续运行试验，其同单位时间内输出量误差≤2%。
      
       采用乳化炸药基质和低温物理敏化炸药作介质连续运行，通过不断完善，其输出流量稳定、无脉冲、无波动；
      
       在模拟料中加入M16螺帽进行进、出泵体循环试验，因试验料入口和活塞缸体容积较大，对尺寸小于30毫米的硬质杂物、结晶硝酸铵等具有一定的容错能力；
      
       在模拟料试验和试产运行中，设置的连锁保护装置：a、各缸内设置的压力保护，b、出口处设置的压力保护，c、主轴电机设置的扭矩保护，d、设置的温度保护，均达到了设计要求。
      
       双活塞泵空载运行401分钟，温度从20℃最高升到25℃，温升5℃，说明双活塞泵在使用时不论是否带料还是空载，其本质安全性高，特别在空载时，安全性更高。
      
       五、DKJ-5型乳化炸药装药机（配双活塞泵）试生产运行
      
       试生产过程：于5月31日-6月8日进行了试产，灌装52~55℃物理敏化乳化炸药，试生产情况如下:
      
       1、试产参数
      
      
      
      
      
      
      
      
        
      
      
       2、试产检测
      
       2.1 抽样检测φ32*200克药卷检测结果
      
       按每支药卷200克调整，连续抽样52支，样本平均重量200.02克，最大重量206克，最小重量195克，最大误差11克，误差率±2.75%。
      
       测量数据
      
      
      
      
      
      
      
      
      
       2.2 抽样检测φ70药卷检测结果
      
       按每支药卷1575克调整，连续抽样125支，样本平均重量1576.04克，最大重量1594克，最小重量1555克，最大误差39克，误差率±1.24%。
      
       测量数据
      
      
      
      
      
      
      
       2.3 爆炸性能
      
      
      
      
      
       3、多卡位灌装机生产可靠性试产过程描述
      
       按照工厂正常的日常生产程序组织试产生产，对DKJ-5型乳化炸药装药机（多卡位灌装机）进行了多种产能的、生产时间长短不一的磨合试产，最长的生产时间为8小时。设备运行稳定无任何故障，生产出来的产品（炸药药卷）全部合格（除开机和停机时产生小量料头、料尾、速度调整过程中5到10支的重量偏轻外）。通过设备磨合试产,DKJ-5型乳化炸药装药机（多卡位灌装机）达到设备设计要求,能够满足工厂实际生产的安全要求、工艺条件要求及产品品质要求。
      
       4、试产结论
      
       经过对炸药的装药试生产，在试生产过程随机抽取的药卷进行了药卷的重量、长度、密度的检测，其指标均能满足实际生产的质量要求。从试产现场随机抽取的药卷和进行试爆测试，其爆速、猛度、殉爆距离、爆力均达到国家标准。通过试生产，采用双活塞泵的DKJ-5型乳化炸药装药机（多卡位灌装机）能实现大产能、自动化程度高、操作方便、多规格生产、灌装精度高、良品率高、适应性广，是乳化、水胶等含水炸药装药的新型自动化大产量的装药机。
      
       六、结论
      
       双活塞泵具有的线速度低、容错能力强、对泵体内物料无搅拌剪切作用、温升小、无金属间摩擦等特点，适用于乳化炸药灌装，尤其适用于低温物理敏化乳化炸药的灌装，其高安全性能将有效地提高乳化炸药生产的本质安全性。
      
       双活塞泵目前已与湖南金能自动化设备有限公司自行研发的DKJ系列多卡位乳化炸药装药机上配套运用，采用双活塞泵的DKJ-5型多卡位乳化炸药装药机，从该装药机使用效果看，具有：安全性能高、可靠性高、产能大、适应国内高中低温物理化学敏化技术，生产品种多等特点，项目的成功实施大大地提高了装药的生产安全性，产生显著的社会效益和经济效益。
      
       DKJ-5型乳化炸药装药机（配备双活塞泵）于2016年11月18日通过工信部安全司组织的技术鉴定，鉴定会对其评价为： DKJ-5型乳化炸药装药机综合性能达到装药机的国内先进水平，同意该乳化炸药装药机通过科技成果鉴定。
      
       注: ①汪旭光:“乳化炸药”
      
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