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2 0 0 7 年4 月 膨化硝铵炸药连续生产工艺与安全性研究陆明等 膨化硝铵炸药连续生产工艺与安全性研究 陆 明刘祖亮吕春绪 南京理工大学 江苏南京，2 1 0 0 9 4 [ 摘要] 介绍了膨化硝铵炸药的特点和连续生产过程，研究了膨化硝酸铵、膨化硝铵炸药和硝酸铵水溶液的安 全特性，对各生产工序的存药量进行了估算，讨论了生产过程中设备的安全性。研究表明，按照工艺规程、安全规程 和设计规范进行生产，生产过程安全是有保证的。 [ 关键词] 硝铵炸药膨化硝酸铵生产安全性 [ 分类号] T Q 5 6 4 ．4 1 膨化硝铵炸药概述 膨化硝铵炸药是一种低成本、环保型粉状工业 炸药。根据炸药爆轰的“热点”理论和表面活性剂理 论，提出硝酸铵自敏化理论的基础上，采用复合表面 活性剂和特殊的控制析晶工艺首先制得自敏化的膨 化硝酸铵，然后再与高热值的液体燃料和多孔纤维 性固体燃料混合，得到膨化硝铵炸药[ 1 3 ] 。 膨化硝酸铵和膨化硝铵炸药的技术特点是 1 用“微气泡”敏化代替了T N T 的敏化作用，粉状工 业炸药产品中可以不含单质炸药敏化剂； 2 炸药产 品的原材料成本降低了2 0 ％～3 5 ％，生产能耗低； 3 消除了T N T 的毒性和污染，提高了炸药生产与 使用的本质安全性； 4 改善了硝酸铵不良的吸湿、 结块等物理性能； 5 炸药的爆炸性能和应用效果与 铵梯炸药相当； 6 生产过程简单，生产效率高，易于 实现连续化、自动化生产等。 连续生产工艺和膨化、混药联建是膨化硝铵炸 药的发展方向，但随之带来了一些安全问题，本文对 此进行分析研究。 2 连续生产工艺和膨混联建技术 2 ．1 连续生产工艺 膨化硝铵炸药的连续生产工艺由连续膨化和连 续混药两工序组成。连续膨化由硝酸铵溶解和立式 转盘式的硝酸铵连续膨化结晶构成；连续混药由膨 化硝酸铵的破碎，膨化硝酸铵、木粉和油相材料的定 量预混和螺旋连续混制与晾药构成。连续膨化和连 续混药分别在两个工房内进行，两个工房的连接采 用小型推车。 2 ．2 膨化硝铵炸药的膨混联建 膨混联建就是将硝酸铵的膨化和膨化炸药的混 合串联建设在一个生产工房内，省去了膨化和混药 两个工房之间采用小型推车的连接。由于膨混联建， 工房内的存药量增加，应注意安全问题。膨化硝铵炸 药膨混联建的膨化工序可采用立式膨化结晶机、卧 式膨化结晶机和连续膨化结晶机。为保证后端连续 混药设备的正常运行和各组分的计量稳定可靠，若 采用间断式膨化设备，应保证膨化硝酸铵的产量不 小于2 ．4t ／h ，否则将难以做到膨化和混药的匹配和 协调。 膨化硝铵炸药连续生产工艺见图1 、图2 、图3 、 图4 ，其连续混药部分由以下设备组成。 1 冷却回转螺旋，该螺旋的作用是使膨化硝酸 铵冷却至8 0 ℃～9 0 ℃，同时起缓冲料仓作用，使膨 图1 硝酸铵溶解工序 图2 硝酸铵膨化工序 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3 6 卷第2 期 图3 膨化硝铵破碎与预混工序 图4 膨化硝饺炸药混药与晾药工序 化和混药的产量匹配和协调。 2 膨化硝酸铵粉碎系统，由膨化硝铵定量螺 旋，破碎机和输送斜螺旋组成。 3 木粉干燥和输送系统，由木粉干燥机、木粉 输送螺旋和木粉定量螺旋组成。 4 油相供给系统，由油罐、油泵、输油管路和喷 油嘴组成。 5 食盐输送系统，由食盐输送螺旋和食盐定量 螺旋组成。 6 混合器，进行膨化硝酸铵、木粉、油相和食盐 的预先混合。 7 混合晾药螺旋，经混合器预先混合过的物 料，在混合晾药螺旋中，进行边混合、边晾药。 3 膨混联建连续生产工艺的安全性 3 ．1 物料种类和安全特性 膨混联建连续生产工艺的生产工房内主要存在 的物料品种有普通硝酸铵、膨化硝酸铵、硝酸铵水 溶液、膨化硝铵炸药和木粉、燃料油、食盐、膨化剂。 从生产安全角度考虑，这里着重说明膨化硝酸铵、膨 化硝铵炸药和硝酸铵水溶液的危险特性。 3 ．1 ．1 膨化硝酸铵的物料特性 大量测试研究和生产实践说明 1 在现有生产 条件下得到的膨化硝酸铵的各项生产因素感度与普 通硝酸铵相当，并且可控制膨化硝酸铵在生产过程 中没有雷管感度。膨化硝酸铵的感度特征值为1 ．1 9 ， 略高于普通硝酸铵的O ．9 4 ，两者发生事故的可能性 处于同一水平； 2 膨化硝酸铵的T N T 当量值为 o ．6 6 ，普通硝酸铵的T N T 当量值为o ．6 3 ，两种硝酸 铵在意外事故情况下的事故严重度相当；③膨化硝 酸铵及其生产工序的危险等级暂定为B 级[ 4 ] 。 3 ．1 ．2 膨化硝铵炸药的物料特性 相对予铵梯炸药和铵梯油炸药，膨化硝铵炸药 除震源药柱外，均不含T N T ，具有低感度的特征，而 且在连续混合生产过程中混合温度低、混合时间短、 机械作用小、存药量有限，发生事故的可能性明显低 于铵梯炸药[ 5 ] 。膨化硝铵炸药系列产品的主要原材 料、配方、主要爆炸性能和安全性能数据见表1 和表 2 。 3 ．1 ．3 硝酸铵水溶液 硝酸铵水溶液在高温 接近1 6 0 ℃ 状态下易发 生热分解，会导致爆炸事故发生。但在硝酸铵膨化工 艺过程中，硝酸铵水溶液的温度不超过1 3 5 ℃，每次 溶解的硝酸铵不超过4 ．5t ，且处于不断的搅拌状 态，不具备大量、静置和高温三个必要条件，所以硝 酸铵溶解过程是一个比较安全的过程。 表1 膨化硝铵炸药系列产品的主要原材料及配方 ％ 。。 岩石膨化煤矿许用大包岩石抗水岩石高威力岩石低爆速岩石膨化硝铵 ”1 1 硝铵炸药膨化硝铵炸药膨化铵油炸药膨化硝铵炸药膨化硝铵炸药膨化硝铵炸药震源药柱 膨化硝铵 木粉 复合油相 食盐 梯恩梯 高能粉末 高卤酸盐 惰性介质 9 2 5 ～6 1 ．5 ～2 ．5 7 0 ～9 0 4 ～6 1 ～4 3 3 8 4 屹 两 ～ ～ ～ 一 ～ 一 ．～． 2 2 5 O 铲 3 4 4 昭4 ～ 一 一 ～ ～ 一 2 O 0 5 5 ． 眈o 一 一 一 一 一 踮 文峙嗡4 吨喵 一 他 加p 舍4 4 一 一 一 一 一 万方数据 2 0 0 7 年4 月膨化硝铵炸药连续生产工艺与安全性研究陆明等 1 1 3 ．2 存料量和存药置的估计 膨化硝铵炸药联建工房各工序存料量和存药量 估算如下 以1 0 0 0 0t ／年或2 ．5t ／h 炸药计算 。 3 ．2 ．1 溶解工序硝酸铵存料量 1 普通硝酸铵的存料量为2 0t 。 2 9 0 ％硝酸铵溶液存料量 立式膨化工艺溶解机4 个，容量5 0 0k g ／个； 9 0 ％硝酸铵溶液存料量为2 ．ot ； 卧式膨化工艺溶解机6 个，容量3 0 0k g ／个； 9 0 ％硝酸铵溶液存料量为1 ．8t ； 连续生产工艺溶解机2 个，容量1 5 0 0k g ／个； 高位贮罐1 个，容量1 5 0 0k g ；9 0 ％硝酸铵溶液存料 量为4 。5t 。 3 ．2 ．2 膨化工序膨化硝酸铵存量 1 立式膨化工艺膨化结晶机2 个，容量4 5 0 k g ／个；螺旋存量3 0 0k g ；膨化硝酸铵总量为1 ．2t ； 2 卧式膨化工艺膨化结晶机3 个，容量3 0 0 k g ／个；螺旋存量3 0 0k g ；膨化硝酸铵总量为1 ．2t ； 3 连续工艺按每1m i n 生产膨化硝酸铵6 0 k g ，每1 0m i n 出料1 次，机内存料量为6 0 0k g ，输送 螺旋存量3 0 0k g ；膨化硝酸铵的总存料量为1 ．Ot ； 4 冷却回转螺旋体积2 ．4 0m 3 ，有效容积 1 ．6 0m 3 ，药粉密度o ．5 0g ／c m 3 ，则膨化硝酸铵存量 为8 0 0k g ； 5 破碎机和输送斜螺旋中的膨化硝酸铵的存 料量为2 0 0k g 。 3 ．2 ．3 连续混药工序存药量 1 预混器体积o ．1 4m 3 ，有效容积O ．1 0m 3 ， 药粉密度o ．6 0g ／c m 3 ，则存药量为6 0k g ； 2 螺旋混合器体积2 ．5 0m 3 ，有效容积1 ．2 5 m 3 ，药粉密度o ．6 5g ／c m 3 ，则存药量为8 0 0k g 。 3 输送车内存药量2 0 0k g 。 3 ．3 最高料位情况 硝酸铵膨化工序的最高料位点在“转盘式连续 膨化机”内，最高料位高度为4m ；膨化炸药混合工 序的最高料位点在“混合机”内，最高料位高度为4 m 。 总之，膨化硝铵炸药膨混联建的硝酸铵膨化工 房和膨化硝铵炸药混药工房中，普通硝酸铵的存料 量不超过2 0t ；9 0 ％硝酸铵溶液存料量不超过4 ．5 t ；膨化硝酸铵的总存料量不超过2 ．2t ；膨化硝铵炸 药的总存料量不超过1 ．0 6t 。膨化硝铵炸药的最高 料位高度为4m 。 膨化硝铵炸药的生产线根据以上数据进行设 计，为安全生产奠定了一定的基础。 4 设备的安全性研究 4 ．1 膨化工房中的设备 膨化工房中的设备有普通硝酸铵的破碎机，普 通硝酸铵的溶解机，硝酸铵的膨化机和膨化硝酸铵 的输送螺旋。 普通硝酸铵的破碎是安全的；硝酸铵的溶解机 上装有消防水，以防溶液着火；硝酸铵的膨化结晶是 放热降温过程，即使有热分解发生，在硝酸铵的膨化 机上装有熄爆片，以防爆炸发生。 4 ．2 混药工房中的设备 膨化硝铵炸药连续混药由以下设备组成冷却 回转螺旋、膨化硝酸铵粉碎系统、木粉干燥和输送 系统、油相供给系统、食盐输送系统、预混合器和混 合晾药螺旋。 这里的危险工序是膨化硝酸铵粉碎系统，危险 设备是膨化硝酸铵破碎机，见图5 。采用较低的转速 小于1 4 4 0r ／m i n 、破碎机内使用有色金属 铜 和 在不影响破碎效果的前提下，适当增加内部间隙等 措施，来保证膨化硝酸铵粉碎的安全性。另外，为保 证膨化硝酸铵的粉碎效果和提高粉碎的安全性，通 过冷却回转螺旋对膨化硝酸铵进行降温，将膨化硝 酸铵的温度控制在8 0 ℃～9 0 ℃。 5 结论 通过膨化硝酸铵、膨化硝铵炸药和硝酸铵水溶 液的安全特性，各生产工序的存料量、存药量和最高 万方数据 1 2 爆破器材E x p I o s i v eM a t e r i a I s第3 6 卷第2 期 图5 膨化硝铵破碎机内部结构 料位情况的估算，以及膨化工房和混药工房中生产 设备的安全性研究表明，按照“民用爆破器材安全设 计规范”进行设计，按照膨化硝铵炸药工艺规程和安 全规程进行生产，膨化硝铵炸药的生产过程安全是 有一定的理论基础的。膨化硝铵炸药的多家企业的 长时间、大规模的安全生产实践也证实了这些理论 的正确性。 参考文献 1L nC h u n x u ，L i uZ u l i a n g ，L uM i n g ．As t u d yo ns e l f s e n s i t i z a t i o nt h e o r yo fe x p a n d e da m m o n i u mn i t r a t ee x ． p l o s i v e ，P r o c e e d i n g so fi n t e r n a t i o n a la u t u m ns e m i n a ro n p r o p e l l a n t s ，e x p l o s i v e s a n dp y r o t e c h n i c s 2 0 0 3 I A S P E P 一T h e o r ya n dp r a c t i c eo fe n e r g e t i cm a t e r i a l s ， G u i l i n ，C h i n a ，2 0 0 3 ，7 2 4 ～7 3 1 2L uM i n g ，L nC h u n x u ，L i uZ u l i a n g ．T h ep r e p a r a t i o n ， c h a r a c t e r i s t i ca n da p p l i c a t i o no fs e l f s e n s i t i z a b l ea m m o n i u mn i t r a t e ，P r o c e e d i n g so fi n t e r n a t i o n a la u t u m ns e m i n a ro np r o p e l l a n t s ，e x p l o s i v e sa n dp y r o t e c h n i c s 2 0 0 3I A S P E P 一T h e o r ya n dp r a c t i c eo fe n e r g e t i cm a t e r i a l s ， G u i l i n ，C h i n a ，2 0 0 3 ，3 5 8 ～3 6 3 3陆明，吕春绪．硝酸铵的膨化机理研究[ J ] ．兵工学报， 2 0 0 2 ，2 3 1 3 0 ～3 4 4 刘荣海．膨化硝酸铵生产工序的危险等级分级研究[ J ] ． 爆破器材，1 9 9 7 ，2 6 2 3 2 ～3 6 5 陈天云．自敏化硝酸铵的安全性能和应用[ J ] ．兵工学报， 2 0 0 l ，2 2 3 3 9 3 ～3 9 6 S t u d yo nt h eC o n t i n u o u sP r o d u c t i o nT e c h n o l o g ya n dt h eS a f e t yo f E x p a n d e dA n l m O n i u mN i t r a t eE x p l o s i V e L uM i n g ，L i uZ u l i a n g ，L nC h u n x u N a n j i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c e T e c h n o l o g y J i a n g s uN a n j i n g2 l 0 0 9 4 [ A B S T R A C T ] T h ec h a r a c t e r i s t i c so fe x p a n d e da m m o n i u mn i t r a t ee x p l o s i v ea n di t sc o n t i n u o u sp r o d u c t i o np r o c e s sw e r ei n t r o d u c e di nt h i sp a p e r ．T h es a f ec h a r a c t e r i s t i c so ft h es o l u t i o no fa m m o n i u mn i t r a t e ，e x p a n d e da m m o n i u mn i t r a t e ，a n de x p a n d e da m m o n i u mn i t r a t ee x p l o s i v ew e r es t u d i e d ．T h ea m o u n t so fe x p I o s i v es t o r e di ne v e r yp r o d u c t i v ep r o c e s sw e r ec a l c u l a t e d ，a n dt h es a f e t yo fp r o d u c t i v ee q u i p m e n t sw e r ea l s od i s c u s s e d ．T h er e s u l t ss h o w e d t h a tt h es a f e t yp r o d u c t i o no fe x p a n d e da m m o n i u mn i t r a t ee x p l o s i v ec o u l db ee n s u r e di ft h et e c h n i c a la n ds a f er e g u l a r ，a sw e I la sd e s i g ns t a n d a r dw e r eo b e y e d ． [ K E Yw O R D S ]a m m o n i u mn i t r a t ee x p I o s i v e ，e x p a n d e da m m o n i u mn i t r a t ee x p l o s i v e ，p r o d u c t i o n ，s a f e t y 电弋电电电电电弋弋七电电电女电电电电电弋电电电皇弋电弋电电电电电电电专电电弋弋弋七七电电电电女电专 国防科工委民爆局局长林菊生到 南京理工大学考察民爆发展工作 2 0 0 7 年3 月7 日，国防科工委民爆局局长林菊生等一行三人到南京理工大学考察工作，并就民用爆破器材发展问题和 校、院领导进行座谈。王晓锋校长、陈根甫书记、宣益民副校长以及化工学院王连军院长、夏京宁书记、中国民爆学会主任委员 吕春绪、国家民爆质检中心主任刘大斌等参加了座谈，并陪同参观了汤山试验场、南理工科技化工公司、南京陶吴化工公司陶 吴基地、国家民爆质检中心以及陶吴检测基地。林局长认为南京理工大学是我国民爆行业最集中的产学研基地，对我国民爆 发展作出了巨大贡献，今后要加强三个方面建设一是建立与国际接轨的民爆器材测试中心} 二是服务全国的民爆人才培训 中心；三是建立支撑行业发展的技术研究工程化与推广中心。最后林局长希望南理工能充分作好有关项目论证工作，争取得 到国家财政支持，更好地为民爆行业发展作贡献。 金序兰 万方数据