《1 前言》

1 前言

乳化炸药是一类用乳化技术制备的油包水（W/O）型抗水工业炸药，它是以氧化剂（主要为工业硝酸铵等）水溶液的微细液滴为分散相，悬浮于有分散气泡或者空心玻璃微球或者其他一些多孔材料的类似油相材质构成连续介质中，形成一种W/O型的特殊乳化体系[1] 。乳化炸药具有良好的抗水性能和储存性能、优秀的爆轰性能，并且生产制造工艺相对简单，所需原材料来源广泛、成本低廉，组分简单。因此，乳化炸药自问世以来就作为新型抗水工业炸药被广泛应用于各种工程爆破领域，深受市场欢迎。2012 年乳化炸药占工业炸药总产量为 43.8 %，较2011年同比增长3.5 %。

我国于20世纪80年代开始乳化炸药得研究工作，经过几十年的发展，生产工艺日趋成熟，机械化、连续化、自动化水平日趋完善，产品质量好、成本低、工艺先进的技术相继问世。国内正在运行的包装型乳化炸药的生产工艺归纳起来主要有两种：一种是国内自主研究开发工艺；另一种是国外引进工艺。

我国自主研制的包装型乳化炸药生产工艺技术特点归纳如下：工艺路线为连续乳化、连续冷却、连续敏化、塑膜装药、装箱包装；乳化温度 90~ 100 ℃，乳化机速度为960 r · min-1 或1 500 r · min-1 左右；冷却方式为钢带附载基质连续间接水冷或皮带附载基质直接连续浸水冷却；敏化方式为无压敞开式，敏化温度为 50~60 ℃；装药时的炸药温度为 45~55 ℃。

国外引进的包装型乳化炸药工艺技术特点归纳如下：工艺路线为连续静态乳化、高温连续敏化、塑膜装药、药卷浸水连续冷却、装箱包装；乳化温度为90~100 ℃，乳化用静态混合的方式；敏化为密闭式带压搅拌，转速较高，冷却方式为网格钢带或塑料网格带药卷连续直接水冷；敏化温度为 90~ 100 ℃；装药时的物料温度为90~100 ℃。

随着乳化炸药生产技术的革新步伐加快和安全主管部门安全监管措施的加强，我国乳化炸药从2007年开始，安全生产保持了良好的运行态势，全国民爆行业未发生一起有人员死亡的生产安全事故。但2013年相继发生3起乳化炸药爆炸事故，重新敲响了乳化炸药生产安全的警钟。本文针对现有连续化工艺技术条件下乳化炸药生产中的重大危险源进行分析，并就相应的安全设计、技术防护措施进行探讨，抛砖引玉，供行业相关技术人员参考。

《2 乳化炸药生产线重大危险源分析》

2 乳化炸药生产线重大危险源分析

《2.1 爆炸事故发生概率统计》

2.1 爆炸事故发生概率统计

我国20世纪90年代开始研制连续化自动化乳化炸药(含膏状乳化和粉状乳化) 生产工艺技术，但自1994年至1998年，2002年至2006年我国出现爆炸事故高发期，经过6年的平安运行，2013年又发生三起爆炸事故。2011年在南非，也发生一起乳化炸药生产爆炸事故。事故统计见表1 。

《表1》

表1 乳化炸药生产线安全事故统计表（1994—2013）

Table 1 Safety accident statistics of emulsion explosive production line（1994—2013）

从上述事故来看，13 起爆炸事故中，与螺杆泵有关的事故有4起，占30.77 %；与乳化器有关的事故有5起，占38.46 %，两者相加占69.23 %。由此可见，乳化炸药生产线危险源在制药敏化工序，而重大危险源则集中在乳化器和螺杆泵。

《2.2 乳化炸药热爆炸理论》

2.2 乳化炸药热爆炸理论

炸药在均匀作用下的爆炸称为热爆炸，热爆炸理论既是炸药起爆机理的基础，同时对炸药的生产安全也具有十分重要的意义。在一定条件下随着温度升高和自身催化作用，炸药发生化学反应并伴随着大量的热效应，如果与外界能有良好的通风或能将产生的热量及时散去，且药量又少，一般反应会终止或不会发生爆炸。反之，炸药热分解反应的放热速度大于环境介质的散热速度，持续的相互间促进和循环必然导致热积聚从而引发爆炸。经典的炸药热点学说认为：在机械能作用下产生的热来不及均匀地分布到炸药的全部试样上，而是集中在炸药的一些局部小点上。热分解就在某小点开始，并且由于分解的放热性质，分解速度迅速加快，使小点的温度高于爆发点。爆炸就在这些小点发生、成长并扩展到整个炸药。通常认为炸药热点的形成主要有两种方式：a. 在有外部冲击能量传入炸药时，炸药或基质中散布的小气泡的部分绝热压缩；b.在机械能传入炸药时，炸药或基质中混入的硬杂质之间的摩擦、炸药颗粒体之间的摩擦或炸药与容器壁表面的摩擦产生大量的热量积累。

《2.3 乳化炸药生产线爆炸原因分析》

2.3 乳化炸药生产线爆炸原因分析

在乳化炸药实际生产过程中，热点的形成是多方面的，究其原因，主要有两种情况值得关注：一种是乳化器由于断料空转发生爆炸；二是螺杆泵空转干磨而造成螺杆泵爆炸。多起事故案例说明热点是由于乳化基质在静止状态下被强大的机械力摩擦、剪切而形成的。

2.3.1 乳化器爆炸原因分析

对于乳化器爆炸而言，其原因可能有：一是乳化器结构件之间因转子与定子之间间隙变小出现碰撞摩擦生热形成热点；二是乳化器内部结构设计有缺陷，油水相物料在强力机械剪切下，机械能转化为热能；三是由于水相管路保温问题，硝酸铵在乳化器内形成结晶；外界坚硬的物体（或松动掉落的结构件）落入乳化腔内造成强烈的摩擦，形成热点。

乳化生产过程中，机械设备不停的运转，机械剪切与物料之间有强力摩擦；固定间隙之间的设备金属零件有可能相互摩擦；转动的转动轴处势必会因摩擦而产生热量。如果发生上述摩擦而产生的热大于散热就会发生热积聚，腔体内的乳化炸药温度会逐渐升高，若此时乳化腔为相对密闭的体系，极易造成局部压力增高，当各种条件重叠在一起时，热点就会加速乳胶基质分解，形成腔内热量快速积聚，进而形成物料被连续分解，导致爆炸发生。

2.3.2 螺杆泵爆炸原因分析

乳化炸药常压下的热分解测试结果表明，明显的热分解一般在 200 ℃以上。国内外针对乳化炸药泵送过程的安全性做了大量研究。南京理工大学徐志祥等对国内常用单螺杆泵研究结果表明[2] ，当螺杆泵转动时，螺杆泵最高升温处在转子与定子接触处，当转速从 14.3 r· min-1 升高至 180 r· min-1 时，泵内基质温度会升高 5.8 ℃，温升速率从 0.278 ℃/min升至13.4 ℃/min，基质温度可在极短时间内升至爆发点。而瑞典Hans Perlid研究表明，在 “干泵”情况下，运行6~7 min，就有烟从管线中冒出来，继续运行21 min后，定子末端温升超过100 ℃，直接将定子完全烧毁，如果螺杆泵内有基质时发生空转，基质在螺杆泵内不到 160 ℃就发生爆炸。ICI 炸药集团研究认为，在正常条件下，泵送炸药所产生的能量能够得以消散，不正常的技术故障会破坏这种平衡，例如，出现堵塞或流量下降的情况时，泵送对炸药所施加的能量就会转化为热，经实测，此时温升的速度为1~10 ℃/min，可引起泵中的炸药燃烧，使得泵中的压力迅速上升至炸药最低燃烧压力以上，在定子与外层夹套强约束下，最终导致爆炸发生。例如，在 2014 年江西“3.20”事故中，螺杆泵在断料干磨11 min就发生爆炸。

螺杆泵作为常用的定容泵，转子与定子之间一直是相互接触在一起的，只要转子转动，它们之间就有相互摩擦，就会产生热量，定子是由氟橡胶制成的，它是热的不良导体，外面再加一个钢制夹套，成为一个封闭强约束体系，易导致热积累。此外，螺杆泵的定子一般为氟橡胶制造而成，运转一定时间后会有磨损，而磨损会影响其容积效率和输送效率，只能靠提高转速来弥补，转速高就会增加热积聚的可能。国内外多起事故表明，螺杆泵输送炸药或基质已经成为炸药生产中最危险的工序。

《3 具体应对措施》

3 具体应对措施

目前我国乳化炸药生产技术、工艺越来越简单、自动化程度越来越高、在线人员越来越少，但从影响安全的人、机、物、环、测等因素来说，主要还取决于设备的安全性、配方原料自身因素和操作人员的因素，最大危险源还是乳化炸药设备的安全性，尤其是乳化器、螺杆泵的安全性。

《3.1 坚持使用符合国情的乳化炸药配方原料》

3.1 坚持使用符合国情的乳化炸药配方原料

我国乳化炸药经过多年的研究发展如今已有若干个系列品种，但各家配方有一定的差别，硝酸铵含量、水含量以及油相含量和种类均不同。乳化基质组分的不同直接影响了油水相被乳化的难易程度和其感度的差异。

从水相组成来看，各品种的乳化基质中水含量有所不同，硝酸铵的析晶点会随水含量的减小而升高，含水量降低会提高水相在乳化过程中析晶的可能性，同时提高乳化基质的机械感度和热感度等，热分解容易发生。

从油相组成来分析，常用的复合油相成分差别很大，在形成“W/O”结构时，膜的厚度、强度和传热速率等会有不同，尤其是某些高分子乳化剂，在生产过程必须基于氯气的氛围，国内大量试验研究发现，在酸性条件下，氯化物可大大加速硝酸铵的分解。

此外，油相成分和乳化剂种类、含量在一定程度上决定了乳化基质的黏度，乳化作用需要一定的剪切力才能将硝酸铵水溶液分割成小液滴，黏度增加后为得到较好的乳化效果必然要更大的剪切力，而摩擦和剪切加剧，会产生更多的热量，黏度增大后乳化基质的传热速率和导热系数减小，不利于安全生产。

因此，应基于我国国情，推广经广泛使用得到安全验证、来源广泛、物美价廉的国产乳化炸药配方原料。

《3.2 推广常压或敞口、低剪切的乳化生产工艺》

3.2 推广常压或敞口、低剪切的乳化生产工艺

我国《民用爆炸物品生产专用设备安全使用年限管理规定》（科工爆［2007］684 号）对列入目录的乳化器主要技术参数作了详细规定。基于多次安全事故的分析，要重点针对乳化器的安全性和乳化质量可靠性进行系统研究，一级连续乳化器要采用低常压或敞开式、低转速、大间隙设计，具备振动、声音、温升、负载、欠流、冷却等监控手段。湖南金能科技股份有限公司确定的一种结构最简单的动态乳化工艺，具有结构紧凑、罐体体积小、各部分结构无机械碰撞、动力容量小、不易引起摩擦的特点，转子为简单的十字形状，确保定子与转子之间的间隙只有 4 个点为 4~4.5 mm，其余间隙超过 50 mm。该连续乳化系统已在全国安全运行了10多年，并经过了“5.20”事故的严峻考验。

《3.3 限制或淘汰使用螺杆泵输送基质或炸药的工艺技术》

3.3 限制或淘汰使用螺杆泵输送基质或炸药的工艺技术

螺杆泵输送基质或炸药存在重大安全隐患，湖南金能科技股份有限公司自主研究开发的工艺技术路线全线只有两台泵，仅用于输送油水相材料，成乳后的基质或炸药均是在敞开体系下通过，不再需要使用螺杆泵。被国内外多起重大事故反复证明为重大危险源的螺杆泵应该也具备条件被限制或淘汰使用。

《3.4 推广使用中低温敞开式敏化技术》

3.4 推广使用中低温敞开式敏化技术

硝酸铵的热分解在乳化炸药生产过程中是一直存在的，但其分解速度可调节。热分解会放出热量，在强约束下，其分解速度只会向加快的方向转变。而基质在高温密闭状态下输送，系统内基质或具有一定感度的基质发生热爆炸的倾向性比敞口无压状态要大得多。

目前国内自主研究开发的敏化技术已实现了中低温敞开式敏化，系统不带压，且搅拌分散速度只有100 r· min-1 左右。国外引进生产工艺技术采用的高温密闭式化学敏化，高压静态乳化后的基质，再次通过螺杆泵将基质送至快速搅拌的密闭式化学敏化机中，与发泡剂、促进剂一起在其中搅拌分散。《工业和信息化部关于民用爆炸物品行业技术进步的指导意见》（工信部安[2010]227号）中明确规定：自2010年6月1日起，淘汰的技术中（第二条）就包括“密闭式包装型乳化炸药低温敏化机”等内容，因此推广应用中低温、敞开式敏化技术符合行业发展方向。

《4 建议》

4 建议

1）众所周知，汽车行驶有一个最经济速度，一般是80~90 km/h。目前，我国民爆企业进行技术改造时，总想把生产线产能做大，按照《民用爆炸物品行业技术进步指导意见》（工信部安[2010]227号）规定，在线人员二期发展目标是 9 人，三期目标是 5 人，联建生产线在线药量2.5 t，以年产1.2×104 t计算（小时产能3.6 t），从油水相进入乳化机生产出基质开始，到成品箱最后出防爆土堤，在线时间不能超过41.6 min；如果是年产2.4×104 t，则时间不能超过 20.8 min；每条生产线的成品中转车在厂区内的行驶速度不能超过15 km/h，年产量超过1.2×104 t需要大量成品中转车转运才能满足存药量和安全要求。

是否分建生产线，建议由行业主管部门组织行业生产企业、科研单位、检测单位、安评机构采用统一标准来验证现有防传爆（或隔爆）措施是否充分、有效，存药量是否超标。否则名义上是分建，实际上则是联建，这就存在着如何选择工艺技术和设备的问题。

2）目前，无论是国内自主研究开发的乳化炸药生产技术，还是国外引进的技术，油水相配制和制药技术均能满足大产能生产线单位小时产能的要求。由于我国各地爆破技术发展存在差异，包装型产品规格差别很大，对所配置的装药、包装机械设备的规格、产品、产能要求均不同，装药、包装机械设备运行可靠性与制药产能之间存在一个匹配性的矛盾。

因此应确定在保证安全生产的前提下以满足在线人员、存药量及各工序之间最佳匹配性的一个符合中国国情的最佳生产线年产能。

《5 结语》

5 结语

1）在目前自动控制、智能监控、故障自诊断及门禁系统技术水平相差无几的情况下，我国乳化炸药生产技术应该重点关注乳化、冷却、敏化等关键且危险工序的本质安全程度，从技术先进性、安全可靠性、运行经济性、售后服务方便等因素发展我国乳化炸药生产技术。

2）乳化工艺应该选择基于我国国产乳化剂、复合蜡等原料的弱机械剪切敞口乳化工艺或无机械剪切低压静态混合乳化工艺。

3）敏化工艺应选择敞开式无需容积式泵输送的无后效快速化学敏化工艺技术。

4）选择敞开式无压非接触冷却方式，既安全又环保，还能有效防传爆隔爆。