浅谈乳化炸药生产的安全性分析

【摘要】文章结合实际，通过对乳化炸药原材料及生产过程的分析，提出了目前乳化炸药生产中原材料、乳化基质及关键设备的主要安全问题，并提出了相应安全技术措施，可对预防事故保障安全生产提供参考。

【关键词】乳化炸药；安全性；措施

1 引言

乳化炸药是国外20世纪60年代末发展起来的新型抗水工业炸药，也是一类含水硝铵类炸药。通常认为，乳化炸药是以氧化剂水溶液的微细液滴为分散相，悬浮在含有分散气泡或空心玻璃微球或其他多孔性材料的似油类物质构成的连续介质中，形成一种油包水型的特殊乳化体系。由于其具有成本低廉、工艺简单、爆炸性能优良等特点，已经广泛应用于民用爆破中。我国乳化炸药在20多年里得到了很大的发展，特别是近几年的生产规模保持稳步上升的趋势。但在发展过程中，以相对薄弱的制造技术基础不断追求连续化、自动化，加之市场的需求、政策的引导以及商业利益驱动，以连续化、自动化生产为亮点的生产技术超越了基础研究的支撑，不良后果的严重性也逐步显现，突出的就是安全问题。下面就乳化炸药制药过程中存在的安全问题和应对措施进行阐述。

2 乳化炸药生产存在的安全问题及应对措施

2.1 乳化炸药原材料的安全性

2.1.1 硝酸铵

硝酸铵是乳化炸药中的重要成分之一，在其中充当氧化剂，与硝酸钠、水等形成乳化炸药的氧化剂溶液。硝酸铵是一种顿感的弱爆炸物，一种强氧化剂，在有水存在时，能够加速与铜、镉反应生成不稳定的亚硝酸盐，产生爆炸的可能性。不与铝和不锈钢材质反应。无水硝酸铵300℃不分解，但含水时，135℃分解。含有纸片、纤维等有机物且堆积一定时间后， 60℃～70℃即可自然分解，发生燃烧；硝酸铵是由强酸弱碱形成的盐，容易和弱酸强碱形成的盐发生反应，所以要尽量避免两者相混.硝酸铵也不能和亚硝酸盐、氯酸盐存放在一起，因为能与这些物质发生置换反应生成安定性很差的亚硝酸铵及氯酸铵，容易引起爆炸。硝酸铵不易与铝、锡等金属作用，所以乳化炸药生产中的设备和工具最好用铝或不锈钢制品。

2.1.2 硝酸钠

硝酸钠在乳化炸药中充当辅助氧化剂，与硝酸铵形成共溶混合物，降低硝酸铵的析晶点。实践证明，纯净的硝酸钠在380℃开始分解，当与有机物、硫磺等还原性物质相混时，分解剧烈，从而会引起燃烧，甚至发生爆炸。因此，硝酸钠存放时应远离热源，避免和硫磺等物质混在一起。

同时我们应注意到，工业硝酸钠中含有一定量的亚硝酸钠成分，亚硝酸钠本身就是一种良好的乳化炸药敏化剂，其敏化作用机理为亚硝酸钠遇硝酸铵生成不稳定、易分解的亚硝酸铵，亚硝酸铵会分解成氮气和水，产生大量气泡，从而对乳化炸药基质进行敏化。如果硝酸钠中的亚硝酸钠含量达到一定程度，则对乳化基质有明显的敏化作用和发泡作用，从而提高尚未进入敏化工序的乳化基质感度，给安全生产带来不利影响。提高尚未进入敏化工序的乳化基质感度，给安全生产带来不利影响。

表1硝酸钠中的亚硝酸钠含量对乳化基质感度的影响

虽然工业硝酸钠中亚硝酸钠含量非常少，影响也不是非常大，但还是应当予以足够重视。本着安全第一，预防为主的方针，通过对乳化炸药生产原材料质量指标进行严格控制，根据大量的生产实践和试验数据表明，亚硝酸钠含量应严格控制在0.02%以下，最好在0.01%以下。

2.1.3 矿物油类

乳化炸药中使用的矿物油类不外乎：机油、柴油、凡士林、蜡以及由它们或更多的物质组成的复合碳氢化合物。这些物质在乳化炸药中起着燃烧剂的作用，促使乳化炸药爆轰完全。以上这些物质都是易燃物质，因此，生产中运送、储存和使用这些物质时，一定要远离火源、热源和电源，又由于它们是还原剂，所以在乳化炸药生产中要做到这些物质不直接和氧化剂，如硝酸铵、硝酸钠、高氯酸盐接触，以免发生氧化-还原反应，轻者引起燃烧，重者会引起爆炸事故。

另外，从生产和试验中证实，在乳化炸药生产中，使用原始的由多种成分组成的复合矿物油（这些复合物大多是从石化炼油厂分馏出正品后形成的残余物），由于其中含有一些易爆成分的敏感性物质，生产出的乳化基质雷管感度大大超过使用单一的矿物油乳化基质的感度。因此，我们在生产乳化炸药时，要根据自身的实际情况选择适宜和安全的原材料，最大限度地保证乳化基质的安全性。

2.1.4 乳化剂

乳化剂属表面活性物质，具有易燃性，存放和使用时要远离热源，严禁与易燃的粉状物、纸屑等堆放在一起。另外，用落后的生产工艺生产的司盘-80系列乳化剂大都纯度低、杂质多，而且该种乳化剂存放时间长后易发生分解。因此，生产乳化炸药时，在油相输送、乳化前必须加强过滤，减少因杂质摩擦而引起燃烧或爆炸等事故的发生。其次，在使用新型的乳化剂时，必须先进行成分分析，指标核对，还必须做一些安全性试验，如测试乳化基质的相容性、撞击、摩擦及热感度等实验，然后通过安全性评价后进行小试、中试，最后转入大生产，以确保安全生产。

2.2 乳化炸药基质的安全性

由于乳化炸药生产是热加工，经过加热的水相（最高温达145℃左右）和油相，在高速运转和强剪切力作用下，借助乳化剂而形成乳化炸药基质，再经敏化（借助强力起爆，可不敏化）而形成乳化炸药。因此，正确地认识乳化基质的安全性是设计出具有本质安全性生产线的前提。1991年5月7日，福建某工厂在生产乳化炸药的过程中，发生人员重大伤亡的重大安全事故。因这次事故，在全国展开了一次对乳化炸药基质安全性的大讨论。通过讨论，人们对乳化炸药基质就是炸药这一结论有了新认识。但是，由于对爆炸事故的原因在认识上尚不一致，虽然采取了种种措施，如对国内各类型乳化炸药基质的雷管感度进行了调查；规定在乳化炸药配方中禁用单质炸药和敏感材料，如高氯酸盐、次氯酸盐、甲胺硝酸盐等，这些措施也取得了一定的效果，但未能扼制事故的再次发生。

根据相关资料和一些乳化炸药生产厂家对其生产的乳胶基质的试验测定结果得知，我国商品乳化炸药的乳胶基质在100℃左右大都具有雷管感度，其雷管起爆时的传爆直径一般为30～40mm。人们认识到，乳化炸药基质的雷管感度虽然比经过敏化的乳化炸药要低，但乳胶基质本身已成为一种爆炸品。实验表明，含有气泡和杂质的乳胶基质更具有爆炸危险性。经分析认为，乳胶基质具有雷管感度的原因，在于乳胶基质虽未经过乳化，但其氧化剂和燃烧剂已经以极其微细的颗粒充分混合，另外在乳化过程中由于高速机械搅拌作用，有可能混入少量空气泡而起部分敏化作用。因此，乳胶基质在一定条件下具有雷管感度也就不难理解了。

结合我厂实际情况，我厂生产的乳化炸药为AE型乳化炸药。

表2 AE型乳胶基质的起爆感度测定结果

生产实践证明：乳胶基质在生产过程中不可避免地存在因机械作用而产生气泡，如电机主轴、轴承损坏、机械密封差或搅拌装置发生故障等。当乳化设备出现机械故障发现处理不及时，机械装置之间形成剧烈摩擦，对乳胶基质产生高温、挤压、碰撞等机械作用而形成“热点”。 “热点”就是起爆源，因“热点”爆炸酿成更大的爆炸。针对此问题，乳化炸药制药工序采用视频监测和自动控制系统，从控制室的工艺流程画面可以显示对应设备的启动、停机状态、温度、压力等工艺参数显示；连续乳化炸药生产工艺乳胶基质冷却方式，采用敞开式钢带冷却方法，达到快速降温的目的；对生产线的配料输送、计量过程实行自动控制，温度过高、冷却水断流会自动停机等。通过视频监控，可以通过声音对话，及时指导操作工纠正，而避免产生人为的事故。

2.3 关键设备的安全性

2.3.1 乳化器

乳化器是乳化炸药生产工艺中的关键设备，这是由于除原材料和配方之外，乳化设备是决定乳化炸药性能和稳定性的关键因素之一，但也是一个重要的危险点。乳化器的设计原理为：乳化器在工作过程中不断地对液体做功，克服混合液的表面张力，使其中一相的液滴变形、破碎，进入另一液相中。从而，使按比例连续输入其中的水相和油相溶液，在相当短的时间内进行高速剪切、混合，不断地产出稳定的W/O型乳胶基质。

我厂使用的乳化器为一级精乳器。精乳器是制备高质量乳胶基质的关键设备，它由定子和转子组成，外层为冷却水夹层。粗乳、精乳器定子和转子之间的间隙小，工作时转子转速高，其高速运转摩擦容易使乳胶基质的局部温度升高。表面温升不仅使搅拌装置及机械密封容易损坏，更严重的是，还容易发生爆炸危险，造成重大安全事故。为此，严格控制摩擦表面温升在额定温度以下是一个不容忽视的问题。国内历次乳化器（含胶体磨）的燃烧爆炸事故，多数是由于摩擦导致温度急剧上升造成的。

就乳化器而言，有效的安全防范措施是保证安全生产的必要条件。

（1）在不影响产品质量的前提下，尽可能降低乳化器主轴转速、加大定子与转子之间的间隙和降低内部压力，严防机械摩擦和碰撞， 搅拌装置应经常检查维护保养防止搅拌齿脱离和松动。

（2）乳化器要尽量密闭，不要将空气吸入，一旦空气进入乳化器，气泡在基质中在高速搅拌下形成敏感的热点，会引起爆炸事故；

（3）进入乳化器的水相和油相一定要洁净，避免因杂质引起燃爆事故。这就要求对水相和油相加强过滤。

（4）全面引入冷却结构，及时消除搅拌与摩擦产生的热量。

（5）对工艺参数可能形成的故障点（温度过高、冷却水断流、油水相断料、敏化剂断料乳化器电流过大等）实施监视、操作、管理。

2.3.2 螺杆泵

乳化炸药的生产过程中，输送水相和油相的泵大多采用单螺杆泵，这种泵的特点是压力高，轴套与螺杆之间间隙小。泵送过程是连续式乳化炸药生产工艺中必不可少的重要组成部分，又是乳化炸药生产中相对较容易发生事故的过程，如由螺杆泵不良运行引起的乳化炸药生产线爆炸事故就有多起。泵送过程不可避免地要对物料介质产生一定的机械作用。乳化炸药基质其结构为硝酸铵水相溶液在油相溶液连续介质中被分散成极小的微粒，核为过饱和无机盐溶液，外包一层极薄但强度较高的油膜，呈现较高的黏稠度，密度一般为1.41-1.42 g/cm3。研究表明，乳化基质在制备过程中不可避免地存在因机械作用而产生的气泡，这些都是理想的爆炸“热点”。在泵送过程中，当遇到剧烈摩擦，受到高温、挤压、碰撞等机械作用时，则可能会发生爆炸。正常工作条件下，基质输送中的循环冷却水会把多余的热量带走，泵送炸药的能量能够得以消散，不会造成热量聚集温度升高的情况。不正常的条件能破坏这种平衡，引起爆炸事故。如螺杆泵的选型不合适，生产中出现泵送堵塞、泵空运转、异物进入泵内等问题，都会加大泵的磨损。定子和转子磨擦产生大量的热，尤其是乳化炸药基质在螺杆泵内断流，断流的结果是定子转子局部直接接触，摩擦生热。断流时间一旦较长，定子和转子处于干运转状态。橡胶定子的摩擦系数很高，导热系数很小，干摩擦导致泵内残留的炸药基质温度急剧升高。在断流的情况下没有新的基质进出，残留基质的温度升高到一定程度发生热分解，可能导致严重的爆炸后果[2]。2006年6月发生在安徽盾安化工集团有限公司的粉状乳化炸药生产线爆炸事故，原因就是螺杆泵长时间断料空转，残留在泵腔内的基质连续受机械作用升温，最终发生爆炸。

生产实践证明，下列经验对保证乳化炸药的生产安全具有指导意义。

（1）切合生产要求选择合适型号规格的螺杆泵。螺杆泵的选用应遵循经济、合理、可靠的原则，泵的规格要根据被输送液态物料的性质和流量、压力来决定，而泵的转速则由输送液态物料的黏度和腐蚀性作为主要参数来选择。管路的长度要尽量缩短，管路的直径要适当地增大，以减小泵体内的压力。只有选择合适的规格型号，才能保证乳化炸药生产中泵的可靠运行。

（2）正确使用螺杆泵。启动螺杆泵应在吸、排停止阀全开的情况下进行，以防过载或吸空，防止干转，以免擦伤工作表面。进入泵内的物料应多次过滤除去固体杂质，确保物料不断地进入泵内防止出现蓬料，发生断流现象。在满足输送能力的情况下尽量采用低转速，始终要通循环冷却水并且保证冷却水的温度和流量能够满足散热的需求，绝不能出现冷却水的断流。

（3）定期检修。螺杆泵因工作螺杆较长，刚性较差，容易弯曲，造成工作失常。衬套为橡胶制品，也是单螺杆泵的一个易损件，它的好坏直接影响生产的正常进行。一般正常情况下衬套的寿命为3-6个月，长期使用，衬套可能从钢管中脱落或橡胶掉块。因此要对设备定期检修。

（4）安装自动控制系统。在泵上安装温度、压力传感器，当工作中出现温度、压力在一定时间内偏离设定值时报警，并能够自动停车，可以避免恶性事故的发生。

2.3.3 控制系统

乳化炸药生产线是由水、油相制备、制药、装药包装、卷纸筒工序构成，连续化、自动化生产线实现了各工序之间工艺技术与设备的匹配，整条生产线由自动化控制系统进行操作、控制、调节、监视。实践证明，推广乳化炸药微机控制连续乳化生产线，不但是为了提高我国乳化炸药的整体技术水平，更重要的是该类生产线定员少，存药量少，安全保障措施好，一旦发生事故，可大大减轻事故的灾害程度。然而，由于该生产线的突出优点及某些片面宣传，使得一些人误认为自动化生产线都具有可靠的报警系统和强行停车功能，都有经过精心设计的专用设备等，可以放心生产，不会出安全事故。事实证明，这种想法是错误的，将这种想法纳入平时管理和操作是很危险的。乳化炸药是一种新型工业炸药，虽问世不久，但比起其他工业炸药来讲，其发展之快是前所未有的，但其机理性的研究相对滞后，国家建设的需要和商业利益的追求，使得理论与实践的差距越来越大。如乳化炸药的各种热化学参数至今没有数据可查，使得其分解动力学常数难以给出准确或较为准确的数值，致使人们对其爆轰感度与危险感度之间的关系至今尚不清楚，因此设计中的盲目性在所难免。其次，过份夸大自控生产线的功能而忽视了人的作用，且不说目前自控线上所采用的仪器仪表的可靠程度，而某些设备的关键部位又是自控的死角，如乳化器的密封是乳化器最易损坏和发热的部位，该处又不易安装温度传感器，而该处的突发损坏又极易引发事故。

因此，为了保证乳化炸药生产的安全性，一方面要努力提高生产线的自动控制水平及可靠度；另一方面，要清楚地认识到自动控制系统不是万能的，经常维修和负责任的现场巡视是非常必要的。

3 结语

民用爆破器材生产中潜在的不安全因素是客观存在的，即使生产工艺发展到一个更高的阶段，其潜在的不安全因素依然存在。但是，乳化炸药爆炸事故的发生不是不可避免的，它警示人们，正确地认识乳化炸药的安全性，设计出具有本质安全性的、高水平的乳化炸药生产线，重视并有效地实施生产的安全管理工作，做好安全防范，对于避免和防止乳化炸药在生产过程中发生爆炸事故是非常必要的，也是可能的。

总的来说，为了减少乳化炸药爆炸事故的发生，应该进一步加强以下三方面的工作，即：加强开展乳化炸药的基础理论和试验方法的研究；进一步提高生产工艺水平；以及加强安全管理和监控。

参考文献：

[1] 汪旭光.乳化炸药.北京：冶金工业出版社，2008

[2] 黎涛，曹雄.乳化炸药生产过程中的安全性分析[J].工业安全与环保，2010，36（3）：15-16

[3] 江瑜昭.浅论乳化炸药制药过程中的安全问题与对策[J].安全与健康，2008，9：35-36

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