关于设备运转的能量

　　1感度

　　1.1撞击感度

　　炸药在机械撞击作用下发生爆炸变化的难易程度叫做炸药的撞击感度，较常用的设备为WL1型立式落锤仪。药量30mg？锤重10kg？落高25 cm.以爆炸百分数表示试验结果。

　　1.2摩擦感度

　　炸药在机械摩擦作用下发生爆炸变化的能力称为摩擦感度，较常用的仪器为WM1型摩擦感度仪。

　　药量30mg？摆臂长760mm？摆角96；对敏感炸药摆角为90，以爆炸百分数表示试验结果。当摆角为90时，挤压压强476.6MPa；当摆角96时，挤压压强539.2MPa.锤重1.5kg.在相对统一稳定的条件下，不同炸药的撞击感度和摩擦感度是不同的。仅就工业炸药而言，其差异也是很大的。新型的乳化炸药，膨化销铵炸药，粉状乳化炸药，其撞击感度和摩擦感度值*小，即所需要的起爆能量大，因此生产过程较为安全。

　　2气流工艺中有关设备

　　在工业炸药发展中，用气流工艺直接生产改性铵油炸药，制药全过程在管道中完成；再就是以气流工艺为基础，制药部分采用连续球磨机混药；另一种形式是采用改型轮碾机混药。现对其加工过程的能量与安全关系进行分析。

　　2.1风速与投料量

　　气流工艺管道中具有一定的动能，其动能大小，是完成作业的根本保证。

　　表3中的数据，若用撞击能值和摩擦能值比较，实在是太大了，但性质不同，它是外界给予的能量，在一定范围内是安全的，长期生产实践证明也是安全的。但随着投料量的增加，风速的增加，则能量急剧增加，这在安全的角度上应重点考虑。气流工艺一般风速25m/s左右，投料量1kg/s左右。

　　2.2管道中喷油

　　在表3数据中，当风速达到声速时其能量是很大的。根据文献<2>，南京理工大学曾采用以刚玉为衬里的超音速气流粉碎机，以干燥空气为介质，对干燥的强氧化剂进行超细化试验。试验时发现粉体出口处实测静电压高达3万伏以上，夜间粉碎时3 m以外可观察到明亮的静电放电火花，并听到静电放电的爆炸声。这可能是超细化气流粉碎机多次发生爆炸事故的*主要原因之一。为此，气流式喷嘴的工作安全状态不能不引起重视。

　　设管道风速30m/s，硝铵量为1kg/s，管道中动能450J.设喷油量为0.044kg/s，需喷嘴风速143 m/s，油才能喷入管道中；为了使油能雾化，喷嘴出口动能要远大于管道中的动能。实际采用喷嘴出口风速为317m/s，喷嘴出口动能为2211J，是管道中动能的5倍。喷嘴出口处这样高的速度和这样高的动能，会不会产生静电火花气流式喷嘴和超音速气流粉碎机的结构，作用原理和性能是不同的。气流粉碎机是被粉碎物料由加料喷嘴进入粉碎腔内，高压主气流经文丘里喷管加速到超音速，以高速冲击被粉碎的物料，同时使物料间相互碰撞？摩擦？剪切而粉碎，因此摩擦静电是可观的。气流式喷嘴由高压流体经喷嘴后突然膨胀成低压，由于压力降低而引起温度变化。设膨胀过程中绝热且对外不做功，所以焓变等于零，导致膨胀后流体温度降低的原因即膨胀后流体的压力突然降低，引起流体分子间的位能增加，而动能相应减少。油料离开喷嘴时被雾化，进入管道后与固体物料牢固黏附吸收，其摩擦忽略不计，加之油料与管道物料流向相同，具有缓冲作用，不存在产生静电火花问题。据此认为管道中雾化喷油是安全的。

　　2.3作业时管道中摩擦产生静电火花问题对工艺条件的变动与静电荷大小之间的关系也作了重点测试。

　　根据理论分析与实测数据结果估算，所观察到的静电脉冲，其能量尚未达到毫焦耳数量级，这与撞击感度与摩擦感度的能量相比是很小的。气流工艺的静电火花问题从理论分析和实测结果估算还是比较安全的。

　　认为膨化硝铵炸药与普通硝铵炸药一样，在生产过程中呈粉状，特别是在气流工艺中，还会有大量粉尘，粉尘大量聚集成带有静电荷的粉尘云，积聚的静电一旦放电便会产生电火花，这些火花是否能引起粉尘着火或燃烧爆炸还不太清楚。为此，作者设计加工了一套测定炸药静电火花感度的设备，在流动状态下，测定了膨化硝铵炸药及其各种组分的静电火花感度，结果如表4所示。

　　表4的数据说明，在正常范围内，膨化硝铵炸药及其无梯炸药的静电感度并没有发生多大变化。当然，试验中仅考虑了放电电压%4000V，电火花能量%14.7J时的情况，而实际上，静电达4000V以上及有电火花同时存在是不大可能的。因此，同普通硝铵炸药一样，膨化硝铵炸药可以用在同一生产气流线。该项试验与撞击感度和摩擦感度的能量相比较，也说明是安全的。

　　在粉状乳化炸药的生产过程中，不论采用喷雾成粉工艺，旋转闪蒸成粉工艺，还是机械搅拌成粉工艺，与普通的工业粉状炸药生产一样，都有一定量的粉尘产生，从安全生产的角度出发，需要考虑炸药的静电积累情况和对于静电火花的感度，为此，进行了静电积累试验和静电火花感度试验。

　　表4相比，采用的电压小，产生静电火花的可能性也就小。因此，不同材料间摩擦时静电积累是不同的，这点也要引起注意。

　　粉状乳化炸药的粉尘是一种自供氧粉尘，与其它含能材料粉尘一样存在粉尘爆炸安全性问题。为此，对粉状乳化炸药的粉尘与空气混合物采用静电火花点火，进行粉尘爆炸模拟试验，未出现任何燃烧和爆炸现象。国内有关单位采用Hartmann装置，对粉状乳化炸药的*小点火能量和粉尘爆炸极限浓度进行了较深入的研究，结果如表6和表7所示。

　　根据上述数据可知，粉状乳化炸药静电积累和静电火花感度小，其粉尘具有较高的*小点火能量和较大的粉尘爆炸下限浓度。因此，粉尘炸药危险表6几种典型粉尘云的*小点火能量

　　3生产设备

　　3.1二级凸轮粉碎机

　　在气流工艺直接生产改性铵油炸药中，硝铵要经二级凸轮粉碎机，使硝铵细碎；而二级凸轮粉碎机的转速较高，一般为2960r/min，硝铵又是一种强氧化剂，在高速粉碎中，其安全如何，现作分析。

　　两种动能叠加：E总=312.5+4324.5=4637J若采用三级凸轮粉碎机，其能量还要更大。长期生产实践证明是安全的。不难看出，在气流本身具有的能量和凸轮机强烈搅拌突然又增加给混合物以较大的能量，使体系产生湍流和漩涡，粒子间产生强烈的碰撞？摩擦和剪切，历经不到0.04s，硝铵就被粉碎细化。这一过程是复杂的，但也是安全的。

　　根据功和摩擦力的概念，可以分析二级凸轮粉碎中摩擦力与能量之间的关系。

　　二级凸轮粉碎机在高速转动中具有较大的能量，这种能量使气流与硝铵混合物产生湍流和涡流，从而发生硝铵粒子间，粒子与器壁和气流间的摩擦力。硝铵粒子间的摩擦力与速度无关；因硝铵粒子在气流中运动，摩擦力又随速度的增大而增大。摩擦力在运动中要做功，这种功使硝铵颗粒被粉碎。

　　设硝铵颗粒为，粉碎硝铵颗粒所消耗的功为（NScosa，设这种功为W并全部由摩擦力产生，来源于二级凸轮粉碎机所提供，则有：W=（NScosa（4）

　　根据动能公式可知，其动能非常小，加之粉尘浓度很小，能量密度也就很小，形成不了能量集中化。

　　所以尽管二级凸轮机转速很高，因其能量被分散化，所以它是安全的。

　　至于摩擦产生静电问题，因停留时间不到0.04 s，又与导体接触，物料流动而不积聚，形成不了电荷电位，也就谈不上电火花产生，所以也是安全的。

　　3.2球磨机

　　球磨机主体部分是转筒，内装圆球，转筒转动时，球与球之间相对运动，球与转筒壁之间相对运动，这两种相对运动使物料受到剪切，摩擦和挤压力。主要是转筒转动时，圆球在离心作用下随着旋转方向而升起，运动至一定高度时，圆球的重力超过离心力，然后沿着某些曲线路径而降落，使物料受到撞击力而被粉碎。在整个过程中，物料也起到有效的混合作用。

　　在操作时，能充分发挥撞击与研磨作用称为正常操作，转速过快或过慢就会造成不正常操作。球磨机在正常操作时的旋转速度，称为临界转数，亦即极限转数。

　　球磨必须在正常转速下才能达到粉碎和混合的效果。现工业炸药生产中，大多数用球磨机作为连续混合和粉碎设备。

　　假设产量1kg/s；球磨原料量：3min为180kg；5min为300kg；7min为420kg.木球：物料=40：30，装料后球磨机空隙为30%；球磨机直径为600mm.利用势能计算公式，可计算出球磨机过程势能的大小。

　　落高以球磨机半径0.3m计算，球磨机长度按条件算出，球磨机中的势能估算结果见表8.采用连续式或间断式球磨机，必须要有一定的表8球磨机中势能估算贮存量，否则达不到研细或混合的目的，这在本质上确定了它的不安全性。与撞击感度能或摩擦感度能相比，在运转中势能较大。若球磨机直径较大时其势能更大，尽管计算方法有些欠妥，也说明球磨机是不利于安全的。因存料量大，作业中采用木球，导电性差，电荷易积聚，形成一定的电位，一旦电火花放电是很危险的。设备庞大复杂，带来诸多不利因素。

　　据此可认为，在工业粉状炸药生产中，采用球磨机以达到研细与混合之目的，在安全上应慎重考虑。

　　4结论

　　从能量与安全观点讨论的几种工业炸药加工设备具有如下特点：（1）球磨机是存料多，撞击及摩擦能量大，且静电荷易积聚，应用时应慎重考虑安全性。（2）工业炸药生产中应严禁敲打撞击和严重摩擦。（3）目前炸药生产中应用较多的是气流工艺。