乳化炸药HP型灌装机与RC-12型装药机配套使用可行性研究.pdf
doi10. 3969/ j. issn. 1001-8352. 2015. 06. 008 乳化炸药 HP 型灌装机与 RC-12 型装药机 配套使用可行性研究 * 岳纪炜① 乔枫革① 黄河新② 向 梅① ①中国兵器工业规划研究院北京,100053 ②浙江永联民爆器材有限公司永进分公司浙江兰溪,321100 [摘 要] 德国威马格Vemag机械设备有限公司生产的 HP 型灌装机与深圳市金奥博科技有限公司提供的德国 迪博泰TipperTie公司生产的 RC-12 型装药机热合打卡机配套使用,作为装药设备尚未有在乳化炸药生产技术 上的应用实例。 通过理论分析和试验检测等手段,对该套组合装药设备在中低温乳化炸药生产线上使用的可行性 进行研究。 结论为 HP 型灌装机和 RC-12 型装药机连用,在中低温乳化炸药生产线上使用是安全的、匹配的和可靠 的,技术方案是可行的。 [关键词] HP 型灌装机;RC-12 型装药机;中低温乳化炸药生产线;安全性;可靠性;匹配性 [分类号] TQ560. 5 引言 目前国内一些乳化炸药生产线装药系统采用深 圳市金奥博科技有限公司简称“深圳金奥博”提 供的 RC-12 型装药机与螺杆泵配套使用[1],也有采 用德国威马格机械设备有限公司简称“德国威马 格”HP 型灌装机与德国保利卡 TSCA 型热合打卡 机的组合装药机,另外还有大量叶片泵作为灌装机 的装药系统在乳化炸药生产线上应用。 鉴于螺杆泵 输送乳化炸药已发生过多次爆炸事故[2-5],人们对叶 片泵作为灌装机的安全性也存在异议,选用 HP 型 灌装机输送乳化炸药半成品,在一定程度上规避了 普通螺杆泵和叶片泵输送乳胶基质或半成品炸药存 在的风险。 但由于单台 HP 型灌装机与 TSCA 型热 合打卡机组合的小直径装药机受 TSCA 型热合打卡 机生产能力限制,整套设备装药效率较低,单台设备 产能不满足乳化炸药生产线产能大于 3. 5 t/ h 的民 爆行业技术进步要求,因此,拟采用德国威马格 HP 型灌装机与深圳金奥博 RC-12 型装药机热合打卡 机组合成的装药设备。 该类设备组合在乳化炸药生产技术上尚未试 用,因此,有必要对 HP 型灌装机与 RC-12 型装药机 组合成的装药设备技术方案可行性进行研究,以实 现其在乳化炸药生产线上使用的安全性、匹配性和 可靠性要求[6-9]。 1 技术方案 以中低温乳化炸药生产技术为基础,工艺流程 包括水油相制备、乳化、冷却、敏化、装药、包装工序 等。 乳胶基质经钢带冷却器冷却、敞开式敏化器进 行化学敏化,半成品散料由皮带输送至装药工序。 装药工序采用 HP 型灌装机和 RC-12 型装药机,HP 型灌装机作为装药机的动力灌装部分,与 RC-12 型 装药机连用。 催化剂和发泡剂均在钢带冷却器后的敏化器中 与乳胶基质混拌,敏化后的半成品由皮带送至装药 间,下料至 HP 型灌装机料斗,然后进入 RC-12 型装 药机进行装药。 其中乳化、冷却、敏化工序布置在一 个工作间内,HP 型灌装机与 RC-12 型装药机布置 在装药间,且与制药工序之间设置 370 mm 隔墙。 2 主要工艺设备介绍 2. 1 HP 型灌装机 HP 型灌装机机体采用不锈钢,双电机设计,分 别驱动双螺杆送料系统和螺旋下料系统。 配置 48/ 24-367 型乳化炸药用不锈钢双螺杆一套,实现准确 定量。 内置真空泵,可设计保证灌装过程中不产生 气泡,并通过真空吸附功能使料斗中的物料通畅进 入双螺杆送料区。 驱动双螺杆的伺服电机配置高灵 敏的自动保护装置,如物料中混杂有异物而导致驱 动负载增大,电机会自动停机并报警,避免出现异常 43 爆 破 器 材 Explosive Materials 第 44 卷第 6 期 * 收稿日期2015-01-20 作者简介岳纪炜1981 ,女,硕士,高级工程师,主要从事民爆工程设计。 E-mailyjw2009@163. com 通信作者乔枫革1958 ,男,硕士,研究员级高工,主要从事民爆工程设计。 E-mailfg qiao@ aliyun. com 摩擦导致过热升温的情况。 配置温度和压力传感 器,通过设定安全标准要求的最高温度值和压力值, 精准实现在超出标准设定值时自动停机,避免隐患 的出现。 HP 型灌装机组成见图 1,主要性能参数见 表 1。 1 - 可调支脚;2 - 曲杆;3 - 灌肠套管座;4 - 锁紧螺母; 5 - 进料斗脱扣机构;6 - 反光镜;7 - 螺旋制动器;8 - 进 料料斗;9 - 真空泵;10 - 真空显示器;11 - 真空控制阀; 12 - 升降/ 倾翻装置;13 - 控制面板 图 1 HP 型灌装机组件示意图 Fig. 1 Schematic diagram of HP filling machine 表 1 HP 型灌装机主要性能参数 Tab. 1 The main performance parameters of HP filling machine 项目指标 宽度/ mm2 378 2 554 长度/ mm1 386 高度/ mm2 998 3 096 耗电量/ kWh -1 22 料斗容积/ L350 电机转速/ rmin -1 0 400,可调 灌装温度/ ℃80最高值 2. 2 RC-12 型旋转卡式装药机 RC-12 型装药机主要包括旋转工作台、胶封机、 自动上模机 3 部分,其中旋转工作台由旋转工作台 发动机、桌式平台执行器、打卡机等组成,胶封机由 挤胶机、真空膜带驱动组件、成型组件等组成。 RC-12 型旋转卡式装药机采用热熔胶封口的方 式对乳化炸药进行成型封口管状塑膜包装如药 卷。 乳化炸药经双螺杆送料系统输送到在线成型 的包装筒膜内,与此同时打卡机将环绕一周充满的 筒状包装产品剪断分离。 RC-12 型旋转卡式装药机 有 12 组卡盘,可用于直径 19 90 mm、长 160 486 mm 的薄膜的包装,速度最大可达 343 根/ 分钟。 RC-12 型装药机主要性能参数见表 2。 表 2 RC-12 型装药机主要性能参数 Tab. 2 The main performance parameters of RC-12 charging machine 项目指标 机座尺寸/ mm4 684 2 794 高度/ mm2 133 圆盘直径/ mm2 794 功率/ kW7. 5 压缩空气要求0. 55 MPa,3 m3/ min 3 组合装药设备的安全性 3. 1 HP 型灌装机安全控制措施 双螺杆在工作时,其每一个螺距的空间是恒定 的,不会给予额外的压力。 在双螺杆的系统中,螺杆 套的材质为铸钢或耐磨工程塑料,材质较软,即使有 金属异物进入也不会造成火花,更不会发生断裂。 其配套的 LTI 高性能电机和艾默生伺服驱动器能非 常灵敏地感觉到异物的进入,适时地停止机器。 在 HP 的双螺杆系统的尾部配有真空管道,为保证物料 的回流,其尾部被设计成不同的螺距。 在管道上更 是额外装备了单向阀、过滤器等,防止物料被反抽入 真空泵内,造成安全隐患。 其在机器上部的透明真 空罩更能让操作工随时了解真空管道内清洁程度。 HP 型灌装机还设置了以下安全控制措施 1燃烧爆炸控制电气系统达到 IP54 防护等级 要求,并具有电机过载停机保护措施; 2机械伤害控制采用隔离保护,设置安全开 关和急停开关; 3触电控制电气设备接地,外壳接地保护; 4灌装压力控制出料口设有压力传感器,当 压力超过设定值可报警及自动停机; 5灌装温度控制出料口设有温度传感器,当 温度超过设定值可报警及自动停机; 6料位控制料斗上方可安置料位感应器,当 料斗内料位低于设定值时可报警及自动停机; 7故障检测显示如设备出现故障,电脑显示 屏会出现故障信息显示或故障代码显示,便于维修 人员及时发现及解决问题。 3. 2 全线安全联锁 生产线采用工业以太网、PROFIBUS-DP 总线等 方式采集实时现场数据和各工序反馈信号,经过 PLC 的集中处理,将水油相配料、制药、HP 型灌装 机、RC-12 型旋转卡式装药机、包装线的控制系统整 合在一起,实现产能与水油相流量自动设定、油相流 量按照工艺配方自动与水相流量匹配、水油相流量 532015 年 12 月 乳化炸药 HP 型灌装机与 RC-12 型装药机配套使用可行性研究 岳纪炜,等 的闭环控制、RC-12 型装药机装药速度与 HP 灌装 机输送速度自动匹配、乳化-灌装-热合打卡-包装全 线产能智能匹配。 生产环节中的任何工序出现故 障,与之对应的上级工序和下级工序都将自动实现 能力匹配,智能调节保护。 RC-12 型旋转卡式装药机启动后,装药速度自 动换成 HP 灌装机输送转速的设定值,控制系统能 确保 HP 型灌装机的输入量自动跟踪 RC-12 型旋转 卡式装药机的速度,无需人为干预。 HP 型灌装机出 料口设有压力传感器,当压力超过设定值可报警及 自动停机,RC-12 装药机随后延迟停机;出料口设有 温度传感器,当温度超过设定值可报警及自动停机, RC-12 装药机随后延迟停机;灌装机料斗上方可安 置料位感应器,当料斗内料位低于设定值时可报警 及自动停机,RC-12 装药机随后延迟停机。 当 RC- 12 装药机出现故障停机时,HP 型灌装机立即停机。 4 组合装药设备的可靠性 4. 1 设备选用的可靠性 4. 1. 1 HP 型灌装机 HP 型灌装机的设备排出量 5 15 t/ h,电机总 功率在12 22 kW 范围内选配,转速0 400 r/ min。 该灌装机与 TSCA120 型、TSCA160 型装药机、TSA + ICA8700 型热合打卡机组成的乳化炸药自动装药系 统已在多家民爆企业投入使用,主要用于化学敏化 类乳化炸药的自动装药。 该灌装机灌装时会对敏化 后乳化炸药中的气泡造成一定的破坏,导致炸药密 度变大,但通过在敏化过程中加入促进剂,延缓发泡 过程,可解决此问题。 该设备自 1997 年国内首次使 用以来,已有超过 20 家民爆企业,近 50 台套HP 系列灌装机在低温乳化炸药生产线上安全运行。 4. 1. 2 RC-12 型装药机 RC-12 型装药机 2009 年在国内开始使用,经过 国内转让已投产的 50 余条生产线、历经 6 年的使用 情况分析,该部分未出现因设备故障而严重影响生 产的现象。 4. 2 设备联用可靠性 RC-12 型装药机产能由 HP 型灌装机送料能力 和自身的打卡包装速率决定,在保证灌装送料充足、 稳定时,装药机速度最大可达 343 根/ 分钟。 经技术 方在生产企业低温生产线上试用,该套组合设备运 行状态良好,初步检测结果见表 3。 实测数据表明,HP 型灌装机和 RC-12 型装药 机配套使用在装药压力控制在 0. 8 1. 0 MPa,装药 温度控制在 50 55 ℃ 左右,装填⌀32 mm 200 g 药卷效率可达 3. 6 t/ h 以上。 表 3 装药检测数据 Tab. 3 Data of charging test 装药温度/ ℃ 压力/ MPa 产能/ th -1 装填效率/ 支分钟 -1 411. 13 1. 151. 85154 42 451. 15 1. 201. 82152 46 471. 28 1. 313. 00250 470. 89 0. 921. 82152 47. 51. 10 1. 133. 10260 49. 30. 811. 87156 50. 60. 80 0. 903. 60300 50. 60. 90 1. 004. 00333 5 组合装药设备的匹配性 5. 1 生产工艺技术匹配性 HP 型灌装机灌装温度为最高 80 ℃,RC-12 型 装药机适用温度为20 90 ℃ [1],中低温乳化炸药生 产线半成品炸药装药温度一般为 50 60 ℃,HP 型 灌装机和 RC-12 型装药机适用于中低温乳化炸药 生产线生产工艺条件。 HP 型灌装机在与 RC-12 型装药机联动生产的 工作原理与和 TSCA 型热合打卡机联动有着很大区 别。 与 TSCA 型热合打卡机联动生产时,由于 TSCA 在每一个药卷灌装完毕都需要停顿以完成打卡工 序,导致 HP 型灌装机也同样必须遵循“起-停-起- 停”的工作原理,该原理导致在“停-起”的瞬间灌装 压力会骤然增大。 与 RC-12 型装药机联动时采取 的是连续灌装的原理,RC-12 无需停顿打卡,该组合 没有“起-停-起-停”的过程,HP 型始终是保持恒定 压力连续灌装。 避免了不断出现的瞬间压力增大的 现象和对产品质量的影响,同时由于无打卡停顿而 提高了该设备组合的生产功效。 5. 2 设备产能的匹配性 HP 型灌装机的实际产能计算是通过调整双螺 杆转速而实现不同的灌装量。 灌装乳化炸药时,HP 型灌装机完全可以达到 5 t/ h 以上的直灌产能。 在与 RC-12 型装药机联动生产时,该组合的实 际灌装产能主要由 RC-12 型装药机速度来主导。 通过在线的控制系统,在设定好 RC-12 型装药机的 打卡速度后,自动调节 HP 型灌装机的双螺杆转速 以完成准确的、相匹配的对应直灌量。 以生产⌀32 mm 200 g 产品为例,当 RC-12 型装药机设定打卡 速度为 300 根/ 分钟时,在线控制系统就会要求 HP 型装药机提供 300 200 60 =3. 6t/ h的直灌量, 而 HP 型装药机会相应确定双螺杆转速以准确提供 该数量的物料至 RC-12 型装药机工位。 63 爆 破 器 材 Explosive Materials 第 44 卷第 6 期 通过对试验数据分析,HP 型灌装机与 RC-12 型装药机在装药工序组合使用,装药效率与装药温 度关联度较大,与装药压力关联度次之。 装药压力 控制在 0. 8 1. 0 MPa,装药温度控制在 50 55 ℃ 左右,单台组合装药机装填⌀32 mm 200 g 药卷效 率达 3. 6 t/ h 以上,生产大直径药卷时效率更高。 5. 3 定员与定量 RC-12 型装药机单独作为装药设备时定员 1 人,HP 型灌装机与 RC-12 型装药机联用后,装药工 序定员仍为 1 人,可有效控制整条线人员编制,该套 装药设备定员能够满足民爆行业相关要求。 正常生产时,RC-12 型装药机在线药量为 3 kg, HP 型灌装机在线药量最大可控制在 350 kg 以内, 则装药工序设备在线药量可控制在 353 kg 以内,可 根据乳化炸药生产工房其他工序在线药量情况,对 灌装机中的散料药量进行调节,以便更好地控制整 个工房设备在线药量,满足行业有关要求。 6 结论 HP 型灌装机与 RC-12 型装药机均已纳入民 用爆炸物品专用生产设备目录,这套组合装药设 备工艺参数匹配,设备产能能够达到 3. 6 t/ h 以上, 设置温度、压力、料位自动检测、故障自动检测装置, 自动控制系统可以实现 2 种设备产能自动匹配和全 线联锁控制,工艺布置符合民爆规范相关要求, HP 型灌装机和 RC-12 型装药机连用,作为装药设备在 中低温乳化炸药生产线上使用是安全的、匹配的和 可靠的,技术方案是可行的。 参 考 文 献 [1] 许建刚,贾海亮,原海青,等. 全自动装药机在胶状乳 化炸药生产线的应用[J]. 工程爆破, 2011, 172 76-78,81. XU J G,JIA H L,YUAN H Q,et al. Application of auto- matic charge machine in the production line of gelatine emulsion explosives[J]. Engineering Blasting, 2011, 17 276-78,81. [2] 谈选民,唐秋明. 乳化器和螺杆泵爆炸事故原因分析 及其防范对策[J]. 爆破器材,2007,36331-33. TAN X M,TANG Q M. Cause analysis and prevention measure of explosion accident of emulsifier and screw- bump[J]. Explosive Materials, 2007, 363 31-33. [3] ZHANG K M, NI O Q. Study on safety of model II pow- dery emulsion explosive [ C] / /4th International Con- ferenceonFrontiersofManufacturingandDesign Science. Hong Kong, 2013. [4] 王飞翔. 乳化炸药用螺杆泵的安全性研究[D]. 南 京南京理工大学,2010. [5] 江小波,肖青松. 从爆炸事故谈提高乳化炸药生产本 质安全[J]. 爆破, 2014,313159-162. JIANG X B, XIAO Q S. Talking about improving essence of safety in emulsion explosive production from blasting accidents[J]. Blasting, 2014, 313159-162. [6] 吴晓梦. 包装型乳化炸药生产线重大危险源分析及预 防措施[J]. 中国工程科学,2014,161182-85,102. WU X M. Major hazard sources analysis and prevention measures of packaging emulsion explosive production line [J]. Engineering Sciences,2014,1611 82-85,102. [7] 白文忠,任卫东,刘静,等. 粉状炸药大产能自动装药 机研究[J]. 煤矿爆破,201437-13. BAI W Z,REN W D,LIU J, et al. Analysis on automatic charging machine of plastic tube powdery explosive of large capacity[J]. Coal Mine Blasting, 201437-13. [8] WANG L Q, FANG J. Rheological properties and water- in-oil structural stability of emulsion matrixes[J]. Central European Journal of Energetic Materials, 2013, 101 87-102. [9] ZHENG J Y, WANG L Q. Safety evalution of emulsion explosives production line based on SDG-HAZOP [ J]. Procedia Engineering,2012,45144-151. Feasibility Research on the Combined Use of HP Filling Machine and RC-12 Charge Machine for Emulsion Explosive YUE Jiwei①,QIAO Fengge①,HUANG Hexin②,XIANG Mei① ①Norinco Group Planning and Research Institute Beijing, 100053 ②Yongjin Branch Compang,Zhejiang Yonglian Explosive Materials Co. ,Ltd. Zhejiang Lanxi,321100 [ABSTRACT] There is no application examples on assembling both HP filling machine Vemag, Germany and RC-12 charge machine Shenzhen King Explorer Science and Technology Co. Ltdin emulsion explosive production. Theoretical analysis and testing technology were conducted to discuss the feasibility of combined use on production lines of middle-low temperature emulsion explosive. The conclusion is that the usage is safe, matched and reliable. The technical proposal is feasible. [KEY WORDS] HP filling machine; RC-12 charge machine; emulsion explosive production line with middle-low temper- ature; safety; reliability; matching 732015 年 12 月 乳化炸药 HP 型灌装机与 RC-12 型装药机配套使用可行性研究 岳纪炜,等