基于乳化釜内乳胶基质热爆炸机理的论述

【摘  要】乳化釜内的乳胶基质由于机械原因或工人违规操作常常发生爆炸事故，依据热点理论，热分解机理在内的热理论分析事故原因显得至关重要，这也为乳化炸药的安全生产积累经验，有利于推动我国民爆行业蓬勃发展。

【关键词】乳胶基质;热点;热爆炸;热点

乳化炸药作为水基硝铵类工业炸药中的翘楚，具有独特的油包水（W/O）结构，在乳化釜1kg乳胶基质中，硝酸铵占据约8成质量配比，加之5%-7%的硝酸钠和少量乳化剂，水与专用油相等成分，利用空气源热泵吸收冷凝器与蒸发器产生的热量差值，循环后提供高温，替代了传统锅炉供热技术将水加热至沸点，并将油相和乳化剂加熱到到80-85℃，将他们破碎溶化并称量后按比例放到油相储罐中备用，水相待搅拌过程中逐渐加入，经历共约3分钟初乳阶段和精乳阶段后，冷机冷却，泵输送经流量计至浸冷机底部，利用发泡剂和发泡促进剂发泡，连续敏化和发泡后的炸药具有雷管感度，也具有了装药包装成型条件，乳化炸药的机械化装药工序效率高，爆破效果好，大块率低，后冲效果不明显，铲装效率高。

热点学说阐释了炸药内部某一点机械能通过颗粒间，颗粒与容器的机械剪切与摩擦，或剧烈且迅速的塑性变形或绝热压缩，实现与热能的相互转化，进而向整个炸药传递，扩展热量。乳化炸药的乳化器和螺旋泵经常发生剪切，摩擦等机械效应，造成反应器热量积聚，容易导致危险。热点无处不在，热点通过热积累的形式对炸药机械感度，爆轰性能等产生影响。热起爆作为炸药发生燃烧或爆轰的最简单形式，对于研究乳化炸药起爆具有借鉴意义，以热反应扩散方程为主体，定常状态下，炸药内部热扩散符合以下定理：

令炸药临界温度：

设炸药特征尺寸r，取为平板半厚度，圆柱半径和球体半径，频率因子Z，冲击波脉冲持续时间τ，结合中心对称温度：

设n为炸药形状系数（无限平板，圆柱，球体n值依次递增），得乳化炸药临界温度偏微分：

热点增长过程中，若处于对称中心，令，，得到热扩散方程：

或已知给热系数x，表面积S，可联立系统和外界散出热量，求出所需参数：

乳胶基质主要成分硝酸铵110℃以上的分解产物有硝酸，氨气，氮气，氧气，二氧化氮等，依据温度下降，反应向放热方向移动的化学平衡原理和反应级数关系（ ），硝酸铵热分解反应速率加快。实验证明，加入氯离子抑制分解，而加酸促进分解，应严格控制乳化工序中氯离子含量。铁离子（特别是Fe2+）作为催化剂催化分解，配合金属盐和含能粘合剂降低分解温度。此外，加入1-3%的石蜡和润滑油，可助燃硝酸铵溶液。乳化釜本身，反应压力如急剧增大，温度升高，乳胶基质体积将会变大且失去光泽，破乳。值得注意的是：油相材料作为活性物质参与热分解反应，并可能会和硝酸铵分解产物发生二次（氧化）反应。为防止热量积累，应定期检查乳化炸药生产线冷却装置，雨淋装置等安全性与可靠性，加入适量润滑剂减弱机械作用。选用适当油膜，防止热量因油膜厚度而过度积聚。减少水相积聚，保持一定量蒸发潜热，促进炸药热分解的同时降低乳化炸药感度。此外，粘度配合剪切力将乳化炸药油包水结构分割成无数液滴状，加上发泡作用，机械摩擦加剧，热点增多，剪切作用大，加上传热缓慢，热量逐渐积累。

结语

（1）利用对称中心温度，炸药形状系数等分析热爆炸。热点学说阐释炸药内部某一点机械能通过颗粒与容器等的机械作用，塑性变形或绝热压缩，实现与热能的相互转化，进而向整个炸药传递热量，造成反应器热量积聚。进气速度一定程度上大于排气速度时，燃烧速度加快，温度和压力数据突跃，产物不断膨胀，混合气体形成冲击波，一段时间后发生临界爆轰。

（2）以硝酸铵分解为主线，氯离子抑制分解，催化剂铁离子催化分解，加酸促进分解，需严格控制反应温度等条件。加入1-3%石蜡和润滑油，可助燃硝酸铵溶液。如乳化釜本身反应压力急剧增大，温度升高，会造成破乳，活性物质油相材料参与热分解反应，会和硝酸铵分解产物发生二次氧化反应。选用油膜时防止热量因油膜厚度问题过度积聚或散失。减少水相积聚，保持一定量蒸发潜热，促进炸药热分解的同时降低乳化炸药感度。此外，粘度配合剪切力将乳化炸药油包水结构分割成无数液滴状，加上发泡作用，机械摩擦加剧，热点增多，剪切作用大，加上传热缓慢，热量逐渐积累，乳胶基质保温壳体爆炸。

（3）强化安全生产责任落实制度，牢记并吸取安全事故血的教训，强化安全监管，定期检查乳化炸药生产线冷却装置，雨淋装置等是否安全可靠，加入适量润滑剂，减少不必要的机械作用。推进炸药向绿色，高效，智能化，推动民爆行业多功能，一体化发展。

作者简介：唐啸，重庆，400700。