防破片飞散抗爆增强型引信焚毁炉的设计.pdf

6 0 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第4 4 卷第3 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 8 3 5 2 ．2 0 1 5 ．0 3 ．0 1 4 防破片飞散抗爆增强型引信焚毁炉的设计粜 王 东马强赵耀军 西安机电信息技术研究所 陕西西安，7 1 0 0 6 5 『摘要] 针对开放式炸毁法销毁废旧引信殉爆不彻底，存在危险品飞散、现有引信焚毁炉抗爆能力不足等实际 问题．设计了新结构防破片飞散的抗爆增强型引信焚毁炉。该焚毁炉炉体一次铸造成型，能满足较大药量的引信 销毁焚毁炉的喷火管口与炉体内圆切线及水平线均向下形成一定角度，防止了爆炸破片对喷火管的损害，提高了 销毁炉的实用效率和使用寿命；底板翻转式排渣，提高了销毁炉的可操作性和工作效率；自动控温自动点火的设 计，提高了销毁炉的自动化水平，减少了人工操作的强度和误操作的机率。经销毁试验验证，这种焚毁炉能安全、 可靠地将2 0 0gT N T 当量以下的废引信产品完全烧毁，满足废1 1 3 弓1 信、火工品的销毁要求。 『关键词]引信；安全；焚毁炉 『分类号] T J 4 3 0 ．8 9 引言 在引信类爆炸品研制、生产和使用过程中，由于 生产中产生不合格品、储存不合理或超过使用期限 及各种例行试验等种种原因，必然有废、旧、残次品 产生，而这些废、旧、残次品具有敏感度大、稳定性 差、易发生爆炸、不宜长期积存和集中销毁的特点。 以往在废旧引信销毁过程中，常常因对引信、火工品 处理不当，而引起伤亡事故。因此对废旧引信、火工 品应采用及时、安全、可靠的烧毁方法来处理。 爆炸物品的销毁主要有溶解法、焚烧法、爆炸法 等几种方法。用溶解法和焚烧法销毁的主要是不带 外壳 或外壳较薄 ，而且在溶解和焚烧过程中不易 爆炸的爆炸物品，而对有较厚金属外壳的爆炸物品 只能用爆炸法进行销毁[ 1 。3 ] 。焚烧处理方法是对报 废引信最安全、可靠的销毁方法。引信焚毁的方式 主要有笼式焚毁和炉式焚毁两种E 4 - 5 ] 。相对于笼式 焚毁的安全操作技术要求高的特点．炉式焚毁更适 合引信研制单位废、旧引信的安全销毁。 废、旧引信的销毁安全风险比较大，技术要求比 较高。只有具有销毁资质的专业单位才能对外承接 销毁任务。再加上火工品生产是一个特殊行业，而 废旧火工品销毁市场是一个不开放的市场，因此，市 场上成熟的火工品烧毁炉不多，一般用于烧毁药量 较小的雷管、点火头等产品，真正满足大药量引信销 毁的烧毁炉屈指可数。西北废旧弹药销毁中心为满 足引信的烧毁，研制了某型号销毁炉，该销毁炉主要 由烧毁炉炉体、送料机构、燃烧系统、控制系统4 大 部分组成。销毁炉炉体是整个销毁炉系统的核心部 分．在喷火管和炉体结合部位的中心线上进行垂直 剖切和水平剖切，如图1 。 b 垂直剖面图 c 水平剖面图 1 一清渣门2 一喷火管3 一炉体 图1某销毁炉炉体剖面图 F i g ．1 F u r n a c eb o d yp r o f i l eo fad e s t r u c t o r { l } 收稿日期2 0 1 4 4 } 7 2 1 作者简介王东 1 9 8 0 一 ，男，工程师，研究方向为安全工程。E - m a i l w a n g d o n 9 5 1 7 a l i y u n ．c O i l l 万方数据 2 0 1 5 年6 月 防破片飞散抗爆增强型引信焚毁炉的设计王东，等 该炉炉体是用钢板焊接而成的立方体，上方有 泄爆E l ，正面有清渣门。该销毁炉焊接成型．只能满 足3 0gT N T 当量以下的引信产品的销毁，不能满足 研制单位大药量引信产品的销毁，而且喷火管采用 直喷式设计，核心部件燃烧器经常被爆炸破片损坏， 既增加了维修成本又影响销毁进度．炉体排渣机构 采用推拉式清渣门的设计方式．清渣工序既不安全 又费时费力，可操作性差，温度控制凭操作人员的经 验，缺少自动控温自动点火的设计，设备自动化程度 低，不能很好地满足引信研制单位报废引信、火工品 销毁工作的需要。 针对目前火工品焚毁炉的抗爆能力低、单批销 毁量不足，需要设计具有销毁当量大和防止破片飞 散的抗爆增强型的引信焚毁炉。 1 防破片飞散抗爆增强型引信焚毁炉设计 1 ．1 设计原理 防破片飞散抗爆增强型引信焚毁炉的设计原理 主要是通过外界加热，使其内部雷管、传爆管等火工 品在热作用下燃烧或爆炸，消除危险性，完成销 毁[ 6 引，而爆炸过程产生的破片和冲击波被限制在抗 爆焚烧炉内，达到安全销毁的目的。 焚毁炉的炉体是焚烧抗爆的主要载体。炉体的 抗爆性设计主要依据炸药的爆轰冲量和炉体的抗压 强度计算而来。通过对研制单位现有的常规引信进 行分析，一般装药量不超过2 0 0gT N T 当量。因此， 设计的焚毁炉炉体能抗2 0 0g ，1 1 N T 当量炸药的冲 击，就满足常规引信安全焚毁的需要。 炸药在有限空间爆炸的最大准静态压力可用 C a r l s o n [ 9 ] 提出的式 1 计算得到 P 。。 1 ．3 0m ／V 。 1 式中p 。。为准静态压力，M P a ；m 为炸药的质量 T N T 当量 ，k g ；V 为密闭空间的体积，m 3 。 炉体的设计厚度可用式 2 计算得到 6 p d ／ 2 t r ／s 。 2 式中6 为罐体的壁厚；p 为压力；d 为罐体的外径；盯 为材料的抗拉强度；s 为安全系数。 1 ．2 系统组成及功能 防破片飞散抗爆增强型引信焚毁炉是由送料机 构、烧毁炉炉体、排渣机构、燃烧系统、控制系统5 大 部分组成，见图2 。送料机构用来向炉体输送被烧 毁品，实现远距离隔离操作；烧毁炉是系统的核心部 分，也是被烧毁品烧毁的场地燃烧系统为烧毁过程 提供烧毁所需能源；控制系统控制各机构动作和炉 体温度，监视燃烧器工作等情况；排渣机构用来排出 烧毁后火工品残骸。 1 ．3 主要技术指标及设计依据 1 炉体容积0 ．8m 3 ，以常规引信体积为基础， 容纳2h 的投料量为设计依据 2 炉体抗爆能力2 0 0gT N T 当量，以研制单位 现有的常规引信装药量一般不超过2 0 0gT N T 当量 为设计依据 3 炉腔温度4 0 0 ～7 0 0 ℃ 可调 ，以T N T 为代 表的普通炸药和以R D X 为代表的猛炸药的热起爆 温度为设计依据 4 输送距离9m ，以焚毁炉和工作台的距离满 足抗爆、隔离操作的工艺布局为设计依据 1 一卷扬机；2 一炉体；3 一燃烧器；4 一接料器；5 一传送带；6 一工作台；7 一减速机 图2 防破片飞散抗爆增强型引信焚毁炉系统示意图 F i g ．2 D i a g r a mo ff r a g m e n t e m i s s i o n p r o o fa n t i b l a s te n h a n c e df u z ed e s t r u c t o rs y s t e m 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第4 4 卷第3 期 5 输送速度0 ．0 6 7 ～0 ．1 0 0m ／s 可调．以常规 引信焚烧燃爆作用时间为设计依据 6 炉体外型尺寸15 0 0m m 15 0 0m m 20 0 0 m m ，以炉体容积、壁厚及铸造工艺为设计依据 7 炉体质量8t ，以炉体的体积和铸造材料为 设计依据 8 用电总功率1 5k W ，以防爆电机、卷扬机、鼓 风机、控制系统的综合能耗为设计依据。 1 ．4 焚毁炉结构 1 ．4 ．1 送料机构 由传送导轨及链条、防爆电机、进料小车等组 成，长9m ，进料小车距离2m ，运转速度可调。为方 便操作人员监视进料传送过程，在操作间的隔离墙 上设有观察口。传送带由无极变速减速机、链条、导 轨及进料小车组成。无极变速减速机驱动链条使料 斗在导轨上实现送料机构的传送运动。对照销毁炉 图1 ，这种无极变速的设计，可以根据销毁品的药 量调节进料速度，防止炉中未完全烧毁的火工品聚 集而发生殉爆，提高了销毁的安全性。 1 ．4 ．2 焚毁炉 由炉体、接料器、喷火管和基座组成。 1 炉体。炉体的材料选用优质耐热钢一次铸 成，极大地提高了炉体的抗爆性。为提高炉体的保 温隔热性能，炉体外围用厚约2 0m m 保温材料包 裹，外套3m m 厚的钢筒。另外，炉体下部向内收一 定角度，与喷火管口向下倾斜的角度相配合，使火焰 能在炉内烧毁区集中，提高烧毁效率和完全性。 2 接料器。接料器选用1 0m m 厚的均质钢板 制作，螺栓固定在炉体口部，内部交叉安装与水平线 向下成一定角度的挡板，使得破片无论从哪个方向 均不能从炉体顶部开口处飞出。进料口和各挡板之 间的结构尺寸．是按照烧毁最大爆炸物尺寸指标要 求设计。 3 喷火管。为适应高温工作需要，喷火管选用 耐热合金钢材料制成．可在13 0 0o C 高温下长期工 作。以工艺、燃烧器喷火口外径及抗爆强度为依据。 喷火管长6 0c m ，内径1 5c m ，壁厚6c m 。为使火焰 能在烧毁炉下部集中迅速提升烧毁区温度，并最大 限度地防止破片打坏喷火管，喷火管口与炉体内圆 切线及水平线均向下形成一定角度，这样可使火焰 在炉内与炉体下部锥度相配合形成螺旋向下的火 焰，覆盖整个烧毁区，并在喷火管外露部分增加了泄 爆口。 为了更直观地反映焚毁炉的结构，在喷火管与 焚毁炉炉体结合部位的中心线上进行垂直剖切和水 平剖切．见图3 。 通过图1 和图3 比较可知，图1 炉体焊接成型， 图3 炉体是一次压铸成型。从结构设计上和制作工 艺上，防破片飞散抗爆增强型销毁炉的炉体抗爆能 力优于图1 描述的炉体。图1 喷火管垂直于炉壁， 极易受到爆炸破片冲击，打坏核心部件燃烧器。图 3 设计的喷火管口与炉体内圆切线及水平线均向下 形成一定角度，最大限度地防止了爆炸破片对燃烧 器的损害，提高了焚毁炉的使用寿命。 4 基座。用来支撑和固定炉体。并方便排渣。 由钢筋混凝土浇筑而成，通过地脚螺栓与炉体连接。 1 ．4 ．3 燃烧系统 由油箱、燃烧器及其附件组成。该焚毁炉选择 进口燃油燃烧器，火焰长度6 7 ．3 ～9 6 ．9c m ，火焰直 径5 0e m ，且具备自动点火功能。图1 销毁炉燃烧 1 一排渣底板；2 一喷火管3 一炉体 图3 焚毁炉炉体剖面图 F i g ．3 F u r n a c eb o d yp r o f i l eo ft h ed e s t r u c t o r c 水平剖面图 万方数据 2 0 1 5 年6 月防破片飞散抗爆增强型引信焚毁炉的设计王东，等 6 3 系统受到冲击波熄火后，需停炉重新点火，而该焚毁 炉燃烧系统在熄火后能自动点火，不需停炉等待和 重新点火，提高了销毁效率。 1 ．4 ．4 控制系统 由温控仪、监视器、控制台组成。控制台控制系 统各机构动作。温控仪在0 ～12 0 0 ℃范围内可调。 当炉腔温度达到6 0 0 ℃时，可自动停止燃烧器工作； 当温度降到4 0 0o C 时，燃烧器自动开机点火工作。 既可保证烧毁所需的热量，又极大地节约了燃油。 1 ．4 ．5 排渣机构 为了排渣轻巧方便，炉体底板设计为上下翻转 式。确保了底板上下平稳安全。当需要排渣时，远 距离操控卷扬机将底板放下，烧毁的引信残骸在自 重作用下，从炉腔内排出，整个排渣过程既安全，又 省时省力。而图1 销毁炉的清渣门采用推拉式的设 计，极易受爆炸冲击而变形，造成无法正常开启，而 排渣时，又需要人工把烧毁的残骸掏出了，给排渣过 程带来极大的不便。 2 使用效果验证 采用分类分批且待销毁品装药量递增的方法进 行投料试烧对焚毁炉进行验证。对各类引信、复合 推进剂残渣、传导爆药柱、底火、雷管等火工品共计 2 6 箱进行了试烧毁。首批投药量极小的火工品和 含火工部件，其次投药量2 0g 以下的引信，再投药 量1 0 0g 以下的引信，最后投药量2 0 0g 以下的引 信。具体试验步骤是1 控制系统上电，给各系统 操作指令，检查系统工作可靠性；2 燃烧器点火预 热；3 温控指示达到4 0 0o C 时，投料试销毁；4 最后 一次爆炸声结束1 5m i n 后，开炉清渣，验证焚烧效 果。投料情况及焚烧结果如表1 。 表1试验投料情况及焚烧结果 T a b ．1 F e e d i n ga n db u r n i n gr e s u l t s o ft h ev e r i f i c a t i o nt e s t 这些火工品、引信的装药主要有两类一类是以 T N T 为代表的普通炸药另一类是以R D X 为代表的 猛炸药。T N T 的热起爆温度为4 7 5 。C ／5S ，猛炸药 的热起爆温度为2 3 0 ℃／5S ．硝酸脂系炸药的热起 爆温度为2 2 5 ℃／5S ，复合推进剂热起爆温度为3 4 4 q C ／5sE 1 0 ] 。焚毁炉采用明火与火工品直接接触，点 火3m i n 后炉底烧毁温度就能达到8 0 0 ℃左右。在 烧毁中，任何火工品投入后均在4m i n 内燃爆。从 已完成销毁的2 6 箱近万枚引信、火工品烧毁情况 看，没有发现一枚未可靠烧毁的引信、火工品，产品 烧毁效果见图4 。验证结果表明该防破片飞散抗 爆增强型焚毁炉满足引信、火工品的销毁要求。 a 单发效果图 1 ， 多发放粜H 图4 引信产品烧毁效果图 F i g ．4 T h ef u z eb u r n i n ge f f e c tc h a r t 在销毁过程中，试销了装药量接近2 0 0gT N T 当量的新型引信产品，炉体完好无损，证明了该销毁 炉优异的抗爆性能。而且冲击波未对燃烧器造成任 何损害，表明优化的喷火管安装方式，防止了爆炸破 片对燃烧器的损害。而底板翻转式的排渣机构操作 过程省时省力，达到了设计的要求。在喷火管结构 设计和材料选取中。为适应高温作业需要．选用耐热 合金钢材料制成喷火管，可在13 0 0 ℃高温下长期 工作。采用传送带送料，满足人机隔离、远距离操作 的安全要求。操作间设计采用防爆、防静电及安全 操作规程等软、硬件安全措施，确保操作人员的投料 安全。 防破片飞散抗爆增强型焚毁炉的设计满足了安 全、可靠的要求，焚毁炉的投入使用，彻底解决了困 扰科研试制单位多年的废、旧火工品储存的隐患。 但在销毁过程发现，当炉内产品较少时，螺旋向下的 火焰能覆盖整个烧毁区，焚毁效率比较高．随着投人 炉内产品的增加，喷火管出火口受阻后，火焰分布不 均匀，焚毁效率降低。因此，炉内的火焰分布对销毁 效率的影响问题是将来焚毁炉改进、优化的方向。 万方数据 6 4 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第4 4 卷第3 期 3 结论 设计了防破片飞散抗爆增强型引信焚毁炉。该 焚毁炉的炉体采用一次铸造成型，具有2 0 0gT N T 当量的抗爆能力，能满足大药量的引信销毁；喷火管 E l 与炉体内圆切线及水平线均向下形成一定角度， 防止了爆炸破片对喷火管的损害，提高了销毁炉的 实用效率和使用寿命底板翻转式排渣，提高了销毁 炉的可操作性和工作效率自动控温自动点火的设 计，提高了销毁炉的自动化水平，减少了人工操作的 强度和误操作的机率。 实际销毁表明。新型销毁炉能安全、可靠地将 2 0 0gT N T 当量以下的废引信产品完全烧毁，满足废 旧引信、火工品的销毁要求。 在今后的销毁炉设计制造中．还需进一步改进、 优化炉内的火焰分布对焚毁效率的影响，并摸索、总 结销毁炉安全操作规程，提高销毁效率和销毁过程 的安全性。 参考文献 [ 1 ]葛勇，付天光，杨智广，等．聚能切割销毁废旧炮弹 [ J ] ．工程爆破，2 0 0 6 ，1 2 4 7 4 - 7 6 ． G eY o n g ，F uT i a n g u a n g ，Y a n gZ h i g u a n g ，e ta 1 ．D e s t r u c t i o no fd i s c a r d e dm i n e sa n ds h e l l sb yc u t t i n gb l a s t i n gw i t h s h a p e dc h a r g e s [ J ] ．E n g i n e e r i n gB l a s t i n g ，2 0 0 6 ，1 2 4 7 4 _ 7 6 ． [ 2 ] 蒋跃飞，张正忠，杨雁，等．废旧炮弹销毁设计与施工 [ J ] ．工程爆破，2 0 0 9 ，1 5 2 8 7 9 0 ． J i a n gY u e f e i ，Z h a n gZ h e n g 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c eb o d ya n dt h eh o r i z o n t a ll i n e ，t h u st op r e v e n tt h ee x p l o s i o nf r a g m e n t sf r o md a m a g i n gt h ef i r e n o z z l e ，a n dt oi m p r o v et h eu t i l i t ye f f i c i e n c ya n ds e r v i c el i f eo ft h ed e s t r u c t o r ．T h eb o t t o mt i h i n gs l a g g i n gi m p r o v e dt h e o p e r a b i l i t ya n dw o r k i n ge f f i c i e n c yo ft h ef u r n a c e ．A n dt h ed e s i g no fa u t o m a t i ct e m p e r a t u r ec o n t r o la n da u t o m a t i ci g n i t i o n i m p r o v e dt h ea u t o m a t i o nl e v e lo ft h ed e s t r u c t o r ，r e d u c i n gt h em a n u a lo p e r a t i o ni n t e n s i t ya n dt h ep r o b a b i l i t yo fm i s t a k e n o p e r a t i o n s ．I nv e r i f i c a t i o ne x p e r i m e n t ，w a s t ef u z eb e l o w2 0 0gT N Te q u i v a l e n tc o u l db ec o m p l e t e l yb u r n e db yt h i s d e s t r u c t o rs a f e l ya n dr e l i a b l y ，w h i c hm e e t st h ed e s t r u c t i o nr e q u i 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