现场混装炸药车敏化混合装置综述.pdf

第 31 卷 第 4 期 2014 年 12 月 爆 破 BLASTING Vol. 31 No. 4  Dec. 2014 doi 10. 3963/ j. issn. 1001 -487X. 2014. 04. 025 现场混装炸药车敏化混合装置综述 苗 涛 （葛洲坝易普力股份有限公司， 重庆 401121） 摘 要 敏化混合是现场混装炸药车制药的重要环节， 直接影响混装炸药性能质量和爆破效果， 还在一定 程度上制约混装炸药车生产效率， 左右总体安全性能。对国内各类现场混装炸药车生产不同混装炸药时的 敏化混合过程进行归纳总结， 概括了目前国内现用的各种敏化混合装置应用情况， 阐述各自结构原理， 结合 炸药生产工艺和实际使用经验指出相应优势和弊端， 通过分析比较认为传统型混合搅拌器使用时需进行很 好的调节测试和标定且安全隐患较大， 建议生产混装乳化炸药时在静态混合器和螺旋作为敏化混合装置的 车型中比较选择， 要求设计单位对螺旋的设计和应用研究需更加深入， 建议今后的多功能现场混装炸药车配 备静态混合器和螺旋两套混合装置。 关键词 现场混装炸药车 ；混装炸药 ；敏化混合装置 中图分类号 TD235. 21 文献标识码 A 文章编号 1001 -487X （2014） 04 -0111 -05 Review of MMUs Sensitization and Hybrid Device MIAO Tao （Gezhouba Explosive Co Ltd，Chongqing 401121， China） Abstract Sensitization and hybrid played a significant role in the Mobile Manufacturing Unit（MMU） ， which directly influenced the mixture explosive perance and the blasting effect， to a certain extent， which restricted MMUs production efficiency and overall safety perance. The sensitization and hybrid process from all different kinds of MMU in different kinds of mixture explosive was generalized in China. The current application of all kinds of sensitizing mixing devices in China and the structure principles were summarized， and the corresponding advantages and disadvantages respectively combined with explosives production process and the practical experience were also discussed. Through the analysis and comparisons， result show that the traditional mixing agitator was used necessarily under a good regulation test and calibration， while accompanied with security hazards. Therefore， the production of mixed loading emulsion explosive should be compared and selected in MMU equipped sensitization and hybrid device in static mixer or spiral pump. The design organizations needs further research on the design and application of the spiral， and the future MMU should be equipped with static mixer and spiral pump devices. Key words mobile manufacturing unit；bulk explosive；sensitization and hybrid device 收稿日期 2014 -09 -18 作者简介 苗 涛 （1986 - ） ， 男， 工程师、 双学士学位， 安徽阜阳人， 从事工业炸药生产及装备技术方面研究 ， 现任葛洲坝易 普力股份有限公司研发中心副主任，（E-mail）81643358 qq. com。 工业炸药现场混装作业方式已经成为我国民爆 行业技术发展方向 ［1］。目前国内已经拥有多家设 计制造单位， 产品包含 乳化炸药现场混装炸药车、 多孔粒状铵油炸药混装车、 现场混装重铵油车、 多功 能现场混装炸药车等系列产品。其中， 乳化炸药现 场混装炸药车使用最为普遍， 随着乳胶基质低温化 学敏化、 远程配送、 水环减阻等相关技术的解决， “第一代” 车上制乳型现场混装炸药车由于系列原 因已经慢慢被 “第二代” 装载乳胶基质型取代， 并在 此基础上发展出新型现场混装重铵油车和多功能现 场混装炸药车。敏化混合作为目前 “第二代” 现场 混装炸药车唯一的制药工序， 敏化混合装置直接影 响着混装炸药性能质量和爆破效果， 还在一定程度 上制约混装炸药车生产效率， 左右总体安全性能。 基于敏化装置的重要性和现存差异性， 对各类现场 混装炸药车不同结构的敏化混合装置进行探讨和研 究具有很大意义。 1 敏化混合过程 敏化主要是针对现场混装炸药车制备混装乳化 炸药、 重铵油炸药时， 因乳胶基质不具备常用的Ⅱ类 450 g 起爆弹感度， 而需在胶体中引入起爆和传爆 “热点” 的过程。目前， 国外多选择轻质塑料微球形 成物理敏化的方式， 国内更多利用 NaNO2和NH4NO4 在酸性条件下于乳胶基质内部发生化学反应形成 “N2气泡” 的方式。但不管哪一种， 都必须实现敏化 材料能够均匀分散在胶体中， 除上述之外， 混装炸药 车的混合还包括制备不同混装炸药时工艺油和多孔 粒状硝酸铵的混合、 乳胶基质和多孔粒状硝酸铵的 混合、 铵油炸药和乳胶基质的混合、 铵油炸药和乳胶 基质以及敏化材料的混合、 其他添加剂的混合等。 这些混合过程的效果都与混装炸药的爆炸性能息息 相关， 表 1 对各类现场混装炸药车制备不同混装炸 药时所需的混合过程和混合难点进行了归纳总结。 表 1 混装炸药车混合过程 Table 1 MMUs mixing process 序号炸药类型混合材料混合过程混合难点应用车型 1 混装乳化 炸药 乳胶基质、 化学 发泡剂、 促进剂 胶体与水溶液 的混合 乳胶基质与水溶液表 面极性相反； 敏化材料 比例过少 现场混装乳化炸药车 重铵油炸药车 多功能现场混装炸药车 2 混装乳化 炸药 乳胶基质、 塑料 微球、 玻璃微珠 等敏化干料 胶体与轻质、 细小颗粒的 混合 敏化材料密度低， 胶体 具有一定粘性和稠度 现场混装乳化炸药车 重铵油炸药车 多功能现场混装炸药车 3 其他 （如 高威力） 混装炸药 除添加正常敏化 材料外的其他添 加剂 （如铝粉 ［2］） 胶体与粉状物 的混合 添加物细度小， 粉尘危 害大 现场混装乳化炸药车 多功能现场混装炸药车 4 多孔粒状 铵油炸药 多孔粒状硝酸 铵、 工艺油 固体颗粒与油 类液体的混合 多孔粒状硝酸铵具有 吸油性， 两相比例差距 大 多孔粒状铵油炸药混装车 现场混装重铵油车 多功能现场混装炸药车 5 重铵 油炸药 多孔粒状硝酸 铵、 工艺油、 乳 胶基质、 敏化 剂或敏化干料 固体颗粒、 油类 液态、 胶体、 轻质 颗粒、 水溶液多 者的选择性混合 胶体需均匀包覆在多 孔粒状硝酸铵表面， 以 及上述综合难点 现场混装重铵油车 多功能现场混装炸药车 2 敏化混合装置 2. 1 应用概括 表 1 罗列的混装炸药车混合过程从功能实现的 角度可以大分为两类 一是纯乳胶基质的敏化， 如表 中第 1 和第 2 项； 二是多种物料的混合， 如表中第 3、 4、 5 项。第 2 项所指的现场混装乳化炸药物理敏 化是在国外露天开采多采取预装药的方式形成大规 模爆破， 对混装炸药在炮孔内的储存期、 性能稳定 性、 爆破服务精细化要求程度较高时使用， 且更多以 塑料微球敏化后的乳胶基质直接运输使用， 不涉及 混装车上的混合过程， 在国内因塑料微球的价格高 昂以及运输管理等问题较少使用。第 3 项主要指一 些特殊用途混装炸药， 由此带来混合装置结构没有 改变或改动不大， 如 现场混装炸药车只是在原有混 合装置基础上增加一套铝粉计量输送装置， 即可制 备高威力混装炸药， 该类混合过程出现频率也很少。 表 1 中余下的第 1、 4、 5 项代表了国内目前所使用的 乳化、 铵油、 重铵油三种现场混装炸药制药过程， 表 2 概括出了这三种混装炸药制药的敏化混合装置结 构类型和混合方式。 国内混装炸药车制备多孔粒状铵油炸药和重铵 油炸药时， 涉及直径在 1 2 mm 的多孔粒状硝酸铵 颗粒与其他物料的混合以及混合后物料的输送两个 过程， 因此均选择同时具有输送和混合功能的螺旋 作为混合装置， 如表 2 中第 2、 3 项的概括。当然， 不 同厂家和车型的螺旋内部结构参数存在一定差异。 纯乳胶基质的化学敏化选择的混合装置类型相对多 样， 如表中第 1 项的概括， 分为混合搅拌器、 螺旋、 静 态混合器三类， 种类上代表了国内所有现场混装炸 211爆 破 2014 年 12 月 药车， 下面即针对这三类混合装置作分析对比。 表 2 国内现场混装炸药车敏化混合装置应用情况 Table 2 The applications of sensitization and hybrid device of MMUs which used in China 序号炸药类型装置类型混合方式代表车型 混合搅拌器桨式搅拌BCRH 系列现场混装炸药车 1 现场混装 乳化炸药 螺旋螺带式搅拌BC-15 型多功能现场混装炸药车 静态混合器改变流体在管内的流动状态BCJ 系列现场混装炸药车 2 多孔粒状 铵油炸药 螺旋螺带式搅拌所有车型 3重铵油炸药螺旋螺带式搅拌所有车型 2. 2 结构特点 敏化剂溶液穿透基质连续相和表面膜与分散相 接触并发生化学反应的典型混合方式有两种 采取低 速搅拌的渗透性扩散方式和高速搅拌的剪切性扩散 方式， 渗透性扩散时间长， 剪切性扩散时间短 ［2， 3］， 现 场混装炸药车作业方式一般需要基质在装孔后 10 15 min 完成敏化， 因此剪切性扩散方式是敏化混合的 主要选择。剪切性扩散方式的混合， 其效果取决于剪 切次数、 剪切力大小、 剪切时间等因素。 （1） 混合搅拌器 BCRH 系列现场混装炸药车使用的混合搅拌器 如图 1 所示， 是一种内径为 220 mm， 高度约 450 mm 的圆筒形容器， 内设多层搅拌桨， 主轴转动时， 与筒 壁焊接的不锈钢棒沿轴向形成错落交叉的剪切效 应， 转速设置范围一般在 400 600 r/ min 之间。对 于这种桨式搅拌容器类的混合装置， 当混合物料中 涉及乳胶基质这种粘度较高的物料时， 不能形成良 好的循环流动和足够的湍流脉动， 容器体积和制药 效率一定的条件下， 剪切时间固定， 唯有提高搅拌桨 转速和设置过密的搅拌层级以提高剪切力和剪切次 数， 才能实现基质和敏化剂这两种界面张力差异很 大的物料很好混合， 使敏化剂在乳胶基质内部细小、 均匀地分散。 图 1 混合搅拌器 Fig. 1 The mixing agitator 混合搅拌器结构简单， 使用、 维护非常简便， 不 仅适宜乳胶基质和敏化剂的混合， 也可用于与其他 粒状或粉状添加剂的混合， 但获得较好的混合效果 必须以提高转速和设置多搅拌层为代价， 这是由其 结构特点所决定， 存在以下缺点 首先， 当物料中夹 杂金属物时， 会存在较大摩擦安全隐患； 其次， 常压 式设计， 在制药完毕后必须配置输药泵 （螺杆泵） 完 成炸药混合后的装药环节， 换角度来讲， 螺杆泵泵送 的是一定程度上已敏化的乳胶基质， 且敏化程度越 高， 越不利于泵送安全性。 （2） 螺旋 螺旋是 BC-15 型多功能现场混装炸药车使用的 混合装置， 螺旋外壳是直径为 219 mm 的不锈钢圆 筒， 内部结构如图 2 所示， 螺旋长度约 4500 mm。螺 旋的工作机理是在螺旋叶片的推拨作用下， 物料将 沿着圆周方向向上运动 （到一定位置向下塌落） ， 同 时沿轴向方向流动 ［4］。在运动过程中， 由于叶片挤 入混合物料时对物料的剪切作用、 混合物料受离心 力的抛离作用、 流层间的剪切作用以及上下层混合 物料双向交叉流动的拌合作用， 物料获得充分的 搅拌 ［5］。 螺旋设计时要求综合考量以下因素 螺旋叶片 结构、 叶片大小、 倾角、 螺距、 螺旋主轴直径、 筒体直 径、 螺旋长度、 填充系数以及转速等， 需要进行一项 系统而复杂的研究。对于现场混装炸药车所用螺 旋， 一般均选取带状螺旋叶片， 上述参数由设计者根 据生产能力、 表 1 所示需混合和输送的物料特性、 液 压系统配置 （液压马达功率消耗） 、 车型结构和布置 形式等进行不同的设计选择。如 ORICA 板桥矿山 机械有限公司 BC-15 型多功能现场混装炸药车螺旋 设计为等螺距， 长度约 4. 5 m， 混装车的侧面布置； 美国 TREAD 公司多功能现场混装炸药车选取变螺 距的螺旋设计， 长度约 6. 5 m， 顶置在混装车上。 混装车加工制造完毕后， 使用者只能通过控制 311第 31 卷 第 4 期 苗 涛 现场混装炸药车敏化混合装置综述 螺旋转速、 适当改变充填系数来调节产能和混合效 果， 研究证明转速提高， 物料受更大的切向力， 混合 均化效果好， 一般情况下输送能力随之提高。但当 转速过大时， 输送能力反而降低， 提高了功耗。填充 系数对混合效果也有很大影响 当填充系数较小时， 物料堆积高度较低， 大部分物料靠近螺旋外侧， 因而 具有较高的轴向速度和交底的圆周速度， 这时垂直 输送方向的附加物料流减弱， 即螺旋的输送功能大 于混合功能； 当调成系数较大时， 物料运动的滑移面 很陡， 其在圆周方向的运动将比输送方向的运动强， 即混合功能明显提高， 输送速度降低， 同时能量消耗 增加 ［6］。 图 2 螺旋 Fig. 2 The screw 螺旋维护简单， 使用寿命长， 物料输送的同时兼 具搅拌、 混合功能， 尽管对固体颗粒有一定研碎和磨 损， 仍是含有多孔粒状硝酸铵的物料混合过程首选 装置， 但螺旋类型多、 结构差异大、 设计参数多， 并且 各参数之间相互联系和影响， 因此混装车制造前期 螺旋的设计和选择工作复杂、 难度大， 结合乳胶基质 这种非牛顿流体的固有特点， 行业内对其深入的研 究很少， 因此国内混装炸药车在利用螺旋实现乳胶 基质化学敏化应用技术有待提高。 （3） 静态混合器 相对搅拌式混合器和螺旋， 静态混合器是一种 新型的混合单元设备， 是一种没有机械运动元件、 能 通过流体的构造体， 它籍助于流体通路的不同构成， 能够在广泛的雷诺数范围内应用与流体的混合 ［7］。 其混合机理是 流体在静态混合器内形成两种流动 状态， 层流和湍流， 层流时是 “分割、 位置移动、 重新 汇合” 三要素对流体进行有规则和反复的作用， 以 达到混合； 湍流时除上述三要素外， 流体在流动断面 方向产生漩涡， 使细微流体分割， 然后再混合 ［8］。 近年来， 静态混合器在石油化工行业广泛应用， 国内 现场混装炸药车最早是在 2000 年由北京矿冶研究 总院结合发明的 “水环润滑减阻技术” 在 BCJ 系列 中小直径散装乳化炸药车上应用 ［9］， 目前湖南金能 科技股份有限公司和新疆金峰源科技有限公司现场 混装乳化炸药车都在采用静态混合器实现乳胶基质 化学敏化的原理， 但内部单元结构有所差异。 图 3 给出了一种组合的静态混合器混合单元示 意照片， 与国内混装炸药车采用的结构比较类似。 进行乳胶基质化学敏化时由于单元结构以及单元数 量差异， 乳胶基质和敏化剂在不到 1 s 的时间内受 到的剪切次数可达上万次甚至几十万次不等。但对 应压降也有不同， 由此导致加装静态混合器后泵送 压力较大， 较高的泵送压力对于螺杆泵存在一定安 全风险， 因此使用静态混合器作为混装炸药车混合 装置必须配置水环减阻装置， 降低乳胶基质在输药 管内阻力以减小泵送压力， 从而保证静态混合器压 降。国内一般将敏化剂作为减阻剂， 将静态混合器 置于输药管末端， 保证输送和装药的安全可靠， 如图 4 所示。 图 3 静态混合器混合单元 Fig. 3 Static mixer 图 4 静态敏化原理图 Fig. 4 The principle diagram of the static sensitization 411爆 破 2014 年 12 月 由静态混合器的混合机理可以看出它仅适用于 乳胶基质化学敏化， 不能用于含有颗粒状物料、 粉状 物料的混合， 现场混装乳化炸药车使用操作时， 只需 控制好基质和敏化剂的质量、 温度、 添加量等参数， 无需考虑装置本身对混合带来的影响。关键点在于 保持管路的完好性， 不破坏水环在管道内的作用， 静 态混合器内部无杂质或其他物质堵塞。这种混合单 元装置的优点在于输药管末端敏化， 进入炮孔后才 形成真正意义上的乳化炸药， 使用安全性高， 混合效 果好， 但缺点也较明显 金属物附着在管路末端， 增 加了管道自重， 不利于人工输送管； 存在因堵塞而出 现螺杆泵干磨的风险， 需加以很好监控； 更大含水量 的敏化剂引入炸药内部， 或多或少影响炸药性能； 很 难获得更高生产效率。 3 结论与建议 （1） 现场使用经验证明， 不同类型混装炸药车 现场制备混装乳化炸药时， 三种混合设备合理操作， 都能实现较好的敏化效果， 炸药密度、 气泡大小、 气 泡分布都在合理范围， 爆炸性能差异不大。 （2） 混合搅拌器作为传统的混合搅拌设备， 使 用时影响因素较多， 混合效果差异很大， 尤其是在半 成品各参数 （如基质粘度、 敏化温度、 敏化剂加入量 等） 有差异时， 需进行很好的调节测试和标定。 （3） 螺旋是制备多孔粒状铵油炸药、 多铵少基 质配比重铵油炸药首选混合器装置， 生产效率和混 合均匀程度都很高， 但螺旋在混装乳化炸药混合过 程中的设计和应用研究需更加深入。 （4） 静态混合器是制备混装乳化炸药的首选装 置， 化学敏化效果好， 影响因素少， 使用操作简单， 但 注重生产效率的项目使用会受到一定局限。 （5） 对现场混装乳化炸药车更推荐配置静态混 合器作为混合装置； 多孔粒状铵油炸药车和重铵油 炸药车配置螺旋一般均可满足混合要求， 螺旋设计 着重考虑整车的功能应用； 多功能现场混装炸药车 作为发展趋势 ［10］， 建议配备静态混合器和螺旋两套 混合装置， 形成两套独立制药系统， 以满足不同炸药 种类、 生产效率、 混合装药的相应要求。 参考文献 （References） ［1］ 韩修栋， 熊代余， 查正清， 等. 工业炸药现场混装系统 的新进展 ［J］ . 爆破器材， 2009 （6） 8-11. ［1］ HAN Xiu-dong， XIONG Dai-yu， ZHA Zheng-qin， et al. 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