劉 超

（福建海峽科化股份有限公司烽林分公司，福建 明溪 365201）

起爆藥是一種最敏感、最易引爆的炸藥，其摩擦感度、靜電感度、撞擊感度等都非常高，整個藥劑生產(chǎn)過程中具有較大的危險性。其廣泛應(yīng)用于民品和軍品，主要用于裝填底火、雷管、傳爆管等火工品，是接受外界能量（如針刺、撞擊、摩擦、電能等）最敏感、最先被擊發(fā)的部分[1]。由于它的這種易燃易爆性，不能進(jìn)行長途運輸，使用廠家需要自己生產(chǎn)。

我國自1998年開始，進(jìn)行軍用起爆藥生產(chǎn)的安全自動化改造，到2008年都先后完成了改造，危險生產(chǎn)工序?qū)崿F(xiàn)了人機(jī)隔離自動化生產(chǎn)，基本達(dá)到了預(yù)期效果。軍用起爆藥的生產(chǎn)特點是：品種多、用量少，每次化合量在2 kg左右，班產(chǎn)6～10 kg即可滿足火工品生產(chǎn)需要，便于實現(xiàn)全線自動化生產(chǎn)。而民用起爆藥的生產(chǎn)特點是：品種少（基本為單一品種）用量大，每次化合量在20 kg左右，班產(chǎn)60～100 kg方可滿足生產(chǎn)需要，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)難度大。

我國民爆企業(yè)數(shù)量多，分布廣，起爆藥用量大，品種不統(tǒng)一，生產(chǎn)中存在很多安全隱患，基本還在沿用的傳統(tǒng)手工生產(chǎn)模式，特別是DDNP起爆藥許多生產(chǎn)工序還是“面對面”直接對著爆炸物，崗位工序危險性較大，工人勞動強(qiáng)度大工作環(huán)境惡劣。因此依據(jù)《工業(yè)雷管基礎(chǔ)建設(shè)進(jìn)步指導(dǎo)意見》[2]進(jìn)行民用起爆藥的安全自動化生產(chǎn)技術(shù)研究。

1 起爆藥生產(chǎn)工藝

民用起爆藥的生產(chǎn)工藝基本相同，流程如下[3]：

目前我國民用起爆藥的生產(chǎn)基本采用人工直接或間接操作的生產(chǎn)方式：人工計量原料進(jìn)行配料，人工控制向化合器加料液的速度和加料量，人工按按鈕控制化合攪拌，根據(jù)現(xiàn)場溫度顯示進(jìn)行手扳閥門控制化化合溫度，通過拉繩控制化合出料并手動控制噴水沖洗，手扳閥門控制抽濾、噴水、噴酒精、抽真空，人工將一整袋藥劑運至分盤間，手持藥鏟進(jìn)行分盤、耙平，裝藥藥盤運至晾藥間晾藥，運至真空干燥器內(nèi)，人工關(guān)閉干燥器門，根據(jù)現(xiàn)場溫度、真空度顯示進(jìn)行手扳閥門控制真空干燥器內(nèi)的溫度和真空度。人工將裝有烘干后藥劑的藥盤放在倒藥機(jī)上，通過拉繩控制托盤翻轉(zhuǎn)，藥劑經(jīng)過篩網(wǎng)流入藥盒內(nèi)，人工取、放藥盒，人工裝箱。

2 研究目的和技術(shù)方案

2.1 研究目的

采用先進(jìn)的計算機(jī)控制系統(tǒng)下的自動化生產(chǎn)技術(shù)、檢測監(jiān)控技術(shù)等，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。采用安全自動化設(shè)備代替人工操作，消除安全隱患，提高生產(chǎn)的安全性，達(dá)到危險工序環(huán)境無人操作。利用先進(jìn)計算機(jī)控制技術(shù)，精確控制生產(chǎn)工藝參數(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量和一致性，達(dá)到批量生產(chǎn)能力，滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。

2.2 技術(shù)方案

該技術(shù)的研究以硝酸肼鎳起爆藥（該起爆藥感度適中、水洗后流散性好，便于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，且已有多家應(yīng)用于雷管裝藥，性能良好）為代表，并兼顧疊氮化鉛、GTG等起爆藥，以建設(shè)一條自動化柔性化生產(chǎn)線為目標(biāo)，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)[4]。

以該技術(shù)為依托建設(shè)的起爆藥生產(chǎn)線，除配料、藥盤傳遞為人工外，其余工序?qū)崿F(xiàn)無人操作，計算機(jī)全過程自動控制，各工序由專用設(shè)備完成工藝過程，各工序之間由獨立的抗爆工藝間隔離，避免相互殉爆。各工藝間的工藝動作由氣缸或防爆電機(jī)驅(qū)動實現(xiàn)，動作簡單、安全、可靠。配料設(shè)備平面布置圖1所示。

圖1 配料設(shè)備平面布置圖Fig.1 Batching equipment layout plan

起爆藥生產(chǎn)裝置采用了本安技術(shù)、隔爆技術(shù)、防靜電技術(shù)。軟件設(shè)計充分考慮互鎖、連鎖及故障自診斷功能?？刂葡到y(tǒng)采用UPS供電，設(shè)有急停、暫停及報警裝置，同時配備了電視監(jiān)視系統(tǒng)。此外在元器件的選擇上，控制系統(tǒng)選用了德國SIEMENS S7-300系統(tǒng)，德國TURCK公司的傳感器和隔離柵，SANTAK公司的UPS系統(tǒng)，氣動系統(tǒng)元器件均采用日本SMC和德國FESTO產(chǎn)品，性能可靠。采取上述這些可靠性設(shè)計后，保證了生產(chǎn)線的安全生產(chǎn)[5]。

3 關(guān)鍵技術(shù)及解決方案

3.1 化合多參數(shù)自動控制技術(shù)

化合工序是起爆藥生產(chǎn)過程最關(guān)鍵工序，對化合加料速度、加料量、攪拌速度、化合溫度等工藝參數(shù)的控制，直接影響起爆藥的晶體形態(tài)、晶體的大小及粒度分布，直接決定產(chǎn)品質(zhì)量和性能，影響后續(xù)生產(chǎn)的安全性和裝填產(chǎn)品的質(zhì)量。

采用化合多參數(shù)自動控制技術(shù)，在向配料槽中加水的管道上串接本安型流量計和氣動截止閥，自動控制加水量，保證配料料液濃度。從高位槽向化合器送料液的管道上，串接本質(zhì)安全型流量計、氣動調(diào)節(jié)閥，流量計與調(diào)節(jié)閥組成閉環(huán)控制，控制向化合器加料的流速，累計流量，自動控制加料量；采用恒溫?zé)崴訜峄掀?，通過溫度傳感器與化合器夾層進(jìn)熱水的調(diào)節(jié)閥組成閉環(huán)控制，實現(xiàn)化合溫度自動控制，控制精度在±1℃范圍內(nèi)；采用無級調(diào)速防爆電機(jī)驅(qū)動攪拌槳進(jìn)行攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速在40～200 r/min無級可調(diào)，攪拌速度實時檢測監(jiān)控。配置自動清洗閥門，控制向化合器內(nèi)自動噴水清洗?；掀鲀?nèi)表面鏡面拋光，罐底配自動出料裝置，實現(xiàn)料液向抽濾器的自動出料。通過采用以上技術(shù)，實現(xiàn)了化合工藝參數(shù)自動控制，化合工序自動化生產(chǎn)。化合界面和工藝參數(shù)設(shè)定如圖2、3所示。

3.2 起爆藥自動分盤技術(shù)

由于民用起爆藥用量大，每次化合量大，化合后生成的產(chǎn)品經(jīng)過抽濾、水洗、酒精脫水后需要分成若干等份，為后續(xù)烘干做準(zhǔn)備。

采用自動分盤技術(shù)，通過藥袋自動傳輸裝置將藥袋從抽濾器提起移至倒藥位置，藥袋下落，配合中央上頂桿，將藥劑翻落在分料回轉(zhuǎn)臺的上轉(zhuǎn)盤上，通過旋轉(zhuǎn)上轉(zhuǎn)盤與堆藥裝置配合動作，將藥劑自動攤平，便于分份均勻。下轉(zhuǎn)盤圓周均布藥盤，通過下轉(zhuǎn)盤間歇轉(zhuǎn)動與掃藥裝置配合動作，將藥劑自動分裝到藥盤內(nèi)，通過耙藥裝置將藥盤中的藥耙平，使藥層均勻，便于烘干。

3.3 自動負(fù)壓烘干技術(shù)

藥劑加熱烘干工序其作用使藥劑中的水分分離出來，保證藥劑的含水量少于 0.03%，該工序生產(chǎn)時間長，處理藥量大，直接影響產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。采用自動負(fù)壓烘干技術(shù)，前封頭作為開關(guān)門，利用轉(zhuǎn)軸支撐，氣缸驅(qū)動開關(guān)。筒體上安裝溫度傳感器，檢測罐內(nèi)空氣溫度，與夾層進(jìn)熱水管路的氣動截止閥組成閉環(huán)，控制溫度。后封頭利用導(dǎo)桿支撐，由彈簧拉緊其與中間筒體密封結(jié)合，便于泄壓泄爆。真空管路上安裝負(fù)壓傳感器，檢測罐內(nèi)真空度，與氣控閥組成閉環(huán)，控制真空度。真空管路上串接兩個水浴過濾器，用于空氣過濾，防止有藥粉進(jìn)入主管路。采用自動負(fù)壓烘干技術(shù)，可實現(xiàn)烘干器自動閉合密封，自動加熱，控制恒溫，自動抽真空，定時烘干，自動破放真空，自動開門，整個工序?qū)崿F(xiàn)無人操作，自動生產(chǎn)。烘干界面如圖4所示。

圖2 化合界面圖Fig.2 Compound interface diagram

圖3 工藝參數(shù)設(shè)置界面圖Fig.3 Process parameter setting interface diagram

圖4 烘干界面圖Fig.4 Drying interface diagram

3.4 自動篩藥、裝盒、裝箱技術(shù)

應(yīng)用自動篩選、裝盒、裝箱技術(shù)，采用真空吸盤自動固定藥盤，氣缸驅(qū)動自動翻轉(zhuǎn)自動倒藥、自動篩藥、自動稱量裝盒、藥盒自動轉(zhuǎn)運、自動裝箱和吸附藥。采用氣動振動器驅(qū)動來實現(xiàn)振蕩篩藥，選用懸臂梁稱重傳感器稱重裝盒。采用防爆電機(jī)驅(qū)動和氣缸驅(qū)動的裝箱機(jī)械手實現(xiàn)藥盒在藥箱和裝藥位之間自動傳輸。采用氣動實現(xiàn)藥盒自動換位，為機(jī)械手實現(xiàn)自動取放藥盒。其界面如圖5所示。通過采用這些技術(shù)，實現(xiàn)了藥劑的自動倒藥、篩選、準(zhǔn)確稱量、分裝入盒及裝箱，實現(xiàn)了危險工序無人操作，徹底避免了人工倒藥、裝盒的危險性。

圖5 裝箱界面圖Fig.5 Packing interface diagram

3.5 自動化控制技術(shù)

起爆藥生產(chǎn)的工藝動作由專用設(shè)備代替人工完成，采用IPC、PLC、現(xiàn)場總線技術(shù)、工業(yè)電視監(jiān)控技術(shù)和故障自診斷技術(shù)，實現(xiàn)對現(xiàn)場信號和工藝參數(shù)的自動采集，對設(shè)備工藝動作的自動控制，運行故障自動報警提示。

上位機(jī)可方便設(shè)定各生產(chǎn)工藝參數(shù)，滿足柔性化生產(chǎn)的需要，上位機(jī)畫面實時顯示生產(chǎn)線各工藝參數(shù)的數(shù)值（如高位槽溫度、化合溫度、加料流速、加料量、出料沖水次數(shù)、抽真空時間、烘干溫度、烘干時間、裝藥重量等）以及各工藝間的設(shè)備運行狀態(tài)。電視監(jiān)視系統(tǒng)可實時地觀察各工藝間的工作情況，并可把現(xiàn)場攝像畫面記錄到硬盤上，以便查詢[6]。

3.6 本質(zhì)安全防爆及隔爆技術(shù)

起爆藥是最敏感的炸藥，生產(chǎn)環(huán)境必須嚴(yán)格遵循防爆標(biāo)準(zhǔn)。采用本質(zhì)安全防爆及隔爆技術(shù)應(yīng)用于起爆藥生產(chǎn)，處于危險場所的電機(jī)采用隔爆型，按鈕采用防爆型，攝像機(jī)配防爆殼，接近開關(guān)、溫度傳感器、流量傳感器采用本安防爆型，動力電纜采用穿鍍鋅管加防爆軟管的布線標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格執(zhí)行《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備“d”》標(biāo)準(zhǔn)

4 應(yīng)用效果

在福建海峽科化烽林分公司建設(shè)的硝酸肼鎳起爆藥自動生產(chǎn)線，實現(xiàn)了 NHN自動化生產(chǎn)，達(dá)到了危險工序人機(jī)隔離的目的，全線生產(chǎn)只需5人，每次化合量20 kg，班產(chǎn)可達(dá)80 kg，產(chǎn)品質(zhì)量和一致性均有提高。該生產(chǎn)線生產(chǎn)的 NHN產(chǎn)品質(zhì)量都滿足要求，化合溫度控制在72～73 ℃，假密度都在0.85～0.95 g/cm3。NHN送至理化分析室，顯微鏡下晶型圖6所示，生產(chǎn)過程記錄如表1所示。

在 NHN自動生產(chǎn)線運行穩(wěn)定之后，由生產(chǎn)記錄表得知生產(chǎn)工藝參數(shù)控制準(zhǔn)確，且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。對生產(chǎn)的 NHN硝酸肼鎳裝配基礎(chǔ)雷管藥量控制在290～320 mg,做鉛板穿孔實驗。滿足《工業(yè)雷管GB8031-2005》標(biāo)準(zhǔn)要求。實驗數(shù)據(jù)如表2所示。目前硝酸肼鎳自動化生產(chǎn)線已經(jīng)投入正常工業(yè)化生產(chǎn)中。

圖6 NHN顯微鏡下晶型圖Fig.6 NHN crystal under a microscope diagram

5 結(jié) 論

起爆藥安全自動化生產(chǎn)技術(shù)采用先進(jìn)的PLC控制技術(shù)、成熟的檢測監(jiān)控技術(shù)、防爆技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)等應(yīng)用于起爆藥生產(chǎn)，采用專用設(shè)備代替手工操作，實現(xiàn)了人機(jī)隔離安全自動化生產(chǎn)，大大提高了生產(chǎn)的自動化程度，實現(xiàn)了安全生產(chǎn)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和一致性。下一步研究將放在自動連續(xù)化上，將目前藥盤人工傳遞改進(jìn)為自動化達(dá)到《工業(yè)雷管基礎(chǔ)建設(shè)進(jìn)步指導(dǎo)意見》的要求。本文得到南京理工大學(xué)蔣榮光教授的指導(dǎo)和長春匯維科技有限公司的大力支持，借此表示感謝。

表1 生產(chǎn)記錄表Table 1 Production record

表2 鉛板穿孔實驗數(shù)據(jù)表Table 2 Perforated stereotype experimental data

［1］勞允亮. 起爆藥化學(xué)與工藝學(xué)[M].北京: 北京理工大學(xué)出版社,2004.

［2］工信部.民爆行業(yè)工業(yè)雷管基礎(chǔ)建設(shè)進(jìn)步指導(dǎo)意見[R].2011-11.

［3］將榮光，劉自鐋. 起爆藥[M]. 北京: 兵器工業(yè)出版社,2005.

［4］陳太林. 工業(yè)雷管用起爆藥自動化生產(chǎn)方案研究[J].爆破器材,2012,41(1):26-28.

［5］郭衛(wèi)，康寧. 自動控制系統(tǒng)在起爆藥連續(xù)化合生產(chǎn)線中的應(yīng)用[J].火工品,2008,4(2):27-29.

［6］孟凡軍，張欲立, 等. 單質(zhì)起爆藥本質(zhì)安全連續(xù)自動化生產(chǎn)技術(shù)[J].新技術(shù)新工藝,2009(5):96-98.