乳化炸药生产工艺安全性探讨
张英豪 陈成芳
(山东天宝化工股份有限公司，山东平邑，273300)
摘要：乳化炸药是20世纪70年代末发展起来的新产品。最早是1969年6月3日，由美国的H．F．布卢姆(Blabm)首先在美国专利中比较全面地阐述了乳化炸药技术[1]。乳化炸药在我国是从20世纪80年代才开始研究发展起来的。乳化炸药因其具有优良爆炸性能和抗水性能，生产过程绿色环保、无毒无污染，并且一度被奉为生产使用安全、火烧不炸、枪击不响的“安全炸药”，是我国民爆器材行业的重点发展产品。但乳化炸药毕竟是爆炸品，特别是近几年来相继发生的乳化炸药爆炸或燃烧事故，给乳化炸药生产企业敲响了警钟，督促行业和企业重新审视乳化炸药这种产品，开展生产工艺安全性研究势在必行。
本文对近些年来乳化炸药生产过程中发生的事故着重进行统计分析，从安全理论、生产工艺、设备等方面对乳化炸药生产工艺的安全性进行了深入探讨和研究，旨在找出尽量避免事故发生的措施，从人机料法环管等诸多方面着手防范事故，确保人身财产安全。
关键词：乳化炸药；生产工艺；安全；探讨；对策
1绪论
乳化炸药是20世纪80年代在我国发展起来的一种绿色环保炸药。因其在运输、贮存、使用过程中安全性较好，同时由于其呈流体，在矿山爆破施工中，装填、泵送快捷，已经成为我国民爆器材行业的重点发展产品。而该项技术在之后30多年的发展过程中，发生了多次爆炸事故，彻底警醒了人们对乳化炸药生产安全的认识。惨重损失、血的教训让我们认识到乳化炸药的生产安全是一个复杂的、综合性的系统工程。过去，民爆行业发生了事故，往往就事论事，未从生产工艺的诸多安全影响因素方面进行过全面、系统、科学的分析研究，对一些未发生过事故的关键设备、工艺的安全风险评估与预防几乎没有。
乳化炸药的生产工艺包括配方、配比，原材料标准，乳化、敏化方式，使用的泵以及制药、装药、包装设备等，生产工艺关键参数的控制，超温、超压、断流、震动超限报警与安全联锁，监视测量仪器仪表的频响范围与频响能力等。上述因素不但关系到产品质量，而且重要的是关系到生产安全。虽然现在乳化炸药的生产方式有间断式、半连续式、全连续式、现场混装等方式[2]，各不相同，但从我国统计发生的乳化炸药爆炸事故来看，哪种生产方式都不是绝对安全的，尤其是近些年来倡导的连续化生产工艺安全性方面的研究相对滞后；一些工艺控制参数缺乏足够的数据支持。同时，行业技术进步和政策近几年来也变化很大，对由此引起的安全隐患辨识不足。因此，只有认真开展乳化炸药的理论研究，探讨生产工艺的安全性，认真开展“四新”的隐患辨识、风险评价和超前控制是保证其生产安全的关键。
2乳化炸药事故统计分析
2．1事故统计与国内事故概况分析
尼特罗·诺贝尔公司曾对全世界1988～1995年乳化炸药事故进行了统计，期间全世界共发生11起乳化炸药事故，死亡38人[3]。就我国而言，从20世纪90年代以来，发生的乳化炸药生产事故(含国外中资机构)是12起，死亡146人，重伤48人，轻伤40人。从国内发生的12起乳化炸药生产事故来看，纯设备设施原因仅占2起，纯人为因素管理原因的占5起，设备、管理、天气等综合因素所致的占5起。具体见表1。
2．2规律性探讨
对20多年来的乳化炸药生产事故每五年进行分类统计，探讨其中存在的某些规律性。周期性分析详见表2。
依据表2绘制折线图，如图1所示。
从图1不难看出，从1991年开始前十年来看，事故数量与死伤人数较少，原因大体有两个方面：一是各企业乳化炸药刚刚上马，处于起步阶段，乳化炸药年产量占全国炸药年产的20％左右(约50万吨)；二是新产品、新技术大家比较重视安全。从本世纪开始，前五年尤其是2004年之后事故频发，且大多是重大以上事故，死亡人数剧增。分析其中的原因是：乳化炸药在我国经过近20年的发展，人们自认为该种炸药生产安全环保，放松了警惕，最为关键的是从2004年之后，乳化炸药所占比例大大提高，占全国年炸药总量的比例由2000年的19．4％提高到2006年的41．9％(达109．30万吨)[4]，各企业产能也大大增加，年产由6000t以下扩大至12000～24000t，这也是事故频发的一个重要因素。2007～2012年间的五年，乳化炸药生产未发生过事故，但年产量却是之前的近一倍，这是值得我们深思和认真总结的[5]。究其原因：主要是经历了前几年的事故高发期，从行业到企业都加大了安全管理力度，尤其是行业推行技术进步，科技兴安受到认同，安全工作得到了空前重视。但2013年，连续又发生了四起爆炸事故，又一个事故频发的周期到来。其原因也是显而易见的：长期不出事，人们放松了警惕，重生产轻安全的思潮又有所抬头，有章不循，冒险蛮干造成了四起事故。事故频发呈现周期性特点，大约以5～6年为一周期。
3生产工艺安全性分析
3·1生产工艺
乳化炸药是以硝酸盐水溶液为分散相、复合油相组分为连续相构成的一种乳胶体系，属于油包水(W／0)型，它是通过油包水的物理内部结构来获得良好的抗水性能和防止组分分离的。乳化炸药的基体乳状液是一个具有高内相比、高密度、易晶析破乳、粘稠度变化大的热力学不稳定体系[6]。目前国内的生产工艺主要分为间断式生产工艺、半连续式生产工艺、连续式生产工艺和现场混制与装药生产工艺。
间断式生产工艺的特点是规模小、效率低、产能小、工作量大、劳动强度高、能耗大、成本较高。
半连续式生产工艺的突出特点是较间断式生产工艺取得了一定进展，但在工艺设备、自动化控制技术方面还存在较大差距，与国外技术相比还有待完善和提高。
连续式生产工艺的特点是设备布局紧凑、生产效率高、产品性能稳定、成本低、能耗少、自动化程度高、用人少。
现场混装生产工艺的主要特点是机械化程度高、装药效率高、危险等级低、投资少、用人少。现产现用，降低了运输安全，解决了储存稳定性问题，还能优化爆破设计，节约了常规建生产工房和库房的基建投资[7]。
3．2工艺技术的安全性
乳化炸药生产工艺包括许多方面，如工艺路线，工艺参数，产品配方，配比组成，采用的生产方式，在线诸参数的控制，显示如温度、压力、流量、转速等。这些因素不但直接关系到产品质量，更重要的是关系到安全问题。
3．2．1 配方、配比的安全性
通常而言，乳化炸药配方所用材料不同，其本质的安全性就大不一样。比如有的厂家，为提高炸药的爆轰感度在配方中加入高氯酸盐、次氯酸盐、甲胺硝酸盐、硫黄粉等，这种配方的炸药安全性就大大降低，为生产和使用埋下了安全隐患。比如1988年3月广东某厂为提高乳化炸药感度就在配方中加入了硫黄粉，导致混拌机中存放的炸药在保温时发生自燃进而引起爆炸，万幸的是发生在夜间停产保温时，工房没人，未造成人员伤亡但工房设备受损严重。所以在炸药配方中尽量不使用单质炸药和敏感材料，以提高生产工艺的安全性。
还有配比中水的比例，也很关键。乳化基质含有10％左右的水，在不含金属粉末时，水算惰性添加剂，含水量越大，乳化炸药的机械感度(摩擦、撞击)、热感度、火焰感度、静电感度等都会大大降低，增加了生产和使用环节的安全。但不利的一面是含水量越大，炸药爆炸能量会降低，在有金属粉末时，水会促进硝酸铵与金属粉末发生剧烈而复杂的放热化学反应，从而导致燃烧和爆炸发生。所用水相罐若含锌粉末，在酸性环境下锌与硝酸铵反应生成亚硝酸铵，进而分解放出氮气，从而将基质敏化，在热量不断积累作用下发生燃烧转爆轰。反应式如下：
NH4N03+Zn+2H+→NH4N02+H20+Zn2+
NH4N02→+N2↑+2H20
所以，合适的含水量配比对乳化炸药生产安全很是重要。
3．2．2乳化基质的安全性
乳化基质本身是一种爆炸品，有一定的感度，产品配方的不同，其感度就会相异。乳化基质生产过程中遇到的初始能量主要为热能和机械能，在强烈的冲击、摩擦下可发生爆炸。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；常温下的乳胶基质具有雷管感度的配方也不少，其雷管起爆时的传爆直径约为50～60mm；从爆炸事故的统计分析来看，国内发生的几起乳化炸药生产安全事故大多发生于乳化和基质输送阶段。所以我们在生产中特别注意，要避免在乳化基质生产和输送工程中发生强烈冲击和摩擦。
3．3设备的安全性
乳化炸药生产技术中，对安全影响较大的不仅有工艺路线、工艺参数、产品配方、生产安全管理等多方面因素，但最重要的影响因素是主要生产设备的安全性，它直接关系到乳化炸药生产的本质安全性。而对民爆行业而言，过去大家往往熟悉工艺而在设备研制、选材和选型方面重视不够是弱项，而在过去发生的乳化炸药爆炸事故中，设备原因几乎占到了一半。通过近三十年的探索和事故统计分析，得出影响乳化炸药生产安全的主要设备是乳化器、敏化器、螺杆泵三个设备，而这三个设备是否具有较好的安全性，重点应该看其内部结构与工作原理。总体上来说，影响三种设备安全性的共性方面主要有结构设计、转速、温度、压力、间隙、功率、效率、超限保护、安全联锁等。
4防范生产事故的对策
根据以上分析和探讨，为确保乳化炸药生产安全，防范事故，找到预防方法和对策很关键。
4．1人、法、管因素方面
(1)在“人”的因素方面。人的因素是决定性因素，因为再先进的生产控制系统也要靠人来管理维护。加大安全教育和培训，提高员工安全素质和操作技能；定期组织事故应急演练，提高员工自救能力至关重要。通过前面对乳化炸药生产事故的统计分析，不难看出人的因素不可忽视。人的安全素质和安全技能直接决定着安全生产工作的绩效，决定着企业的安全生产状况。而安全教育培训则是提高员工安全素质和安全技能的有效手段。定期组织学习、事故演练对提高员工在紧急情况下自防自救能力和应急逃生能力必不可少。比如2013年3月11日云南某厂发生的爆炸事故，在爆炸前基质已发生变色且冒烟现象，当班班长也发现了这一现象。但由于他不具备这方面的安全知识和技能，不知道这种现象预示着即将发生爆炸，爆炸前他发现这种变色、冒烟现象后，还神态自若，若无其事地走着，而不是赶紧逃生。据事后现场录像调取显示，从基质变色、冒烟到爆炸经历了35s，假如班长具备这方面的安全知识和技能，利用35s时间招呼现场操作人员逃生是来得及的，就不会发生一次死亡3人的较大事故。
(2)在“法”的因素方面。所谓“法”指的是安全技术操作规程和行业安全管理规程和设计规范。在这方面一要做到规程特别是企业指导生产的规程要做到生产过程全覆盖，做到操作有规程，执行有标准，危险有辨识，防范有措施。二是必须严格执行。规程往往是前人用血的教训换来的，切不可心存侥幸，有章不循甚至违规作业。
(3)在“管”的因素方面。乳化炸药能否安全生产，企业管理很重要。加强管理，杜绝习惯性违章；严肃纪律，提高制度规程执行力。在企业必须建立严格的安全奖惩机制、安全绩效考评机制和日常检查考核细则以确保规程和制度落到实处。
4．2机、料、环因素方面
(1)在“机”的因素方面。这里的“机”泛指乳化生产过程中用到的所有设备、设施和计量器具、电子视频监控设施。对关键设备安全运行参数进行定期监测，对实现异常报警和安全联锁装置进行定期验证，确保其安全可靠，避免设备故障引发事故。完好的设备、设施是安全生产的保障。首先，设备选型要选择行业规定目录上的设备。其次，要建立设备设施维护保养和定期检查制度，落实设施设备维检修期间的安全措施，及时更换安全使用年限到期的设备。再次，要确定设备归口管理职能部门，并明确其责任。这一部门要认真组织编制设备、设施的大、中、小修计划以及日常检修计划，建立关键设备档案，加强生产过程巡查，严禁生产设备带病或超负荷运转。另外，设备设施、安全联锁设计单位要从设计上保证本质安全。在设备设计上尽量做到低转速、大产能、敞开式、能卸压、大间隙、能隔爆、安全联锁、安全裕度双保险等来防止爆炸事故发生和蔓延。
(2)在“料”的因素方面。要严把原料关，制定原材料标准和检验规程，对关键性原材料如硝酸铵、乳化剂、敏化剂、复合油相要加大检验频次和检验力度，增加检验项目，严禁不合格原料流入生产线，杜绝带来安全隐患。严格按工艺配方进行生产，严禁加入单质炸药和敏感性物质，埋下安全隐患。
(3)在“环”的因素方面。树立“科技兴安”思想。通过技术创新和技术进步，提升生产线本质安全度，减少在线作业人员和在线药量，降低事故风险，对乳化炸药安全生产起到了核心的作用。
5结论
我国乳化炸药经过了30多年的发展，经历了血与火的洗礼，积累了丰富的生产工艺、安全管理经验。尤其是在生产工艺技术方面，已初步形成了完整、系统、科学、适用的安全生产控制体系。对其安全理念、安全生产、安全管理、安全措施有了一定的实践经验。安全生产是一个永恒不变的主题，时刻不能掉以轻心，应对生产中的每一个安全隐患进行预测与防范，特别是对一些新产品、新工艺、新设备、新材料更应认真对待，仔细辨识，有效控制，切实防范。
从近几年发生的乳化炸药爆炸或燃烧事故来看，任何一种生产方式都不是绝对安全的，都存在潜在的不安全因素。乳化炸药生产工艺的安全性控制是一个系统工程，不可盲目一味相信电子自动控制就能实现乳化炸药生产本质安全了，必须从人、机、料、法、环、管各个环节同时着手，进行产学研相结合，研究对策并认真实施；警钟长鸣，长抓不懈；以期达到有效防范事故，实现行业长治久发的目的，这是每名民爆科技工作者孜孜追求的境界。我们有理由相信：在全国乳化炸药产、学、研各级人员的共同努力下，我国乳化炸药生产工艺一定会达到一个更高的安全水平。
参考文献
[1] 汪旭光．乳化炸药[M]．北京：冶金工业出版社，2008：3．
[2] 宋敬埔，等．我国乳化炸药的研究近况及发展建议[J]．爆破器材，2003，4：6～11．
[3] 汪旭光．乳化炸药[M]．北京：冶金工业出版社，2008：11．
[4] 汪旭光．乳化炸药[M]．北京：冶金工业出版社，2008：274．
[5] 魏新熙．近年来乳化炸药安全生产经验教训[C]//乳化炸药生产线安全生产专题研讨会论文集，2012．
[6] 徐鹏，等．浅谈乳化炸药生产过程中安全性[J]．煤矿爆破，2008，2：26～27．
[7] 赵昱东．露天矿炸药混装车在我国应用与展望[J]．爆破，1998，2：49～54．
[8] 周康波．论乳化炸药安全生产[C]//乳化炸药生产线安全生产专题研讨会论文集，2012．
[9] 吴隆祥，等．乳化炸药连续乳化生产工艺安全性浅析[J]．爆破器材，2003，2：3～8．
摘自《中国爆破新进展》