乳化炸藥乳化器的摩擦升溫危險性分析與防范措施

何作榮

摘 要：乳化炸藥的生產(chǎn)過程中是有一定的危險存在的，主要是由于易燃易爆品遇高溫容易發(fā)生爆炸，所以在生產(chǎn)過程中必須采取有效措施防止生產(chǎn)過程出現(xiàn)溫度過高的情況，作為檢測指標(biāo)，一般我們需要嚴(yán)格檢測乳化器的溫度變化情況。本文通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證乳化器溫度和轉(zhuǎn)子定子線速度之間存在的關(guān)系，并對可能出現(xiàn)的爆炸情況提出合理有效的建議和預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：乳化炸藥；乳化器；危險；措施

1、引言

現(xiàn)階段我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展飛速，在很多情況下難免會遇到使用炸藥的情況。比如開山修路、礦石開采等一些列人工很難作業(yè)的情況人們選擇爆破的方式來解決問題。爆破過程人為參與度高，因此必須保證炸藥的安全系。但是炸藥在制備過程中也會遇到很多問題，首先必須要重視的就是炸藥制備過重中乳化器溫度的監(jiān)控問題，因?yàn)槿榛鳒囟冗^高很容易引起爆炸的危險。國內(nèi)過于乳化器爆炸事故的問題也屢見不鮮，大多數(shù)都是摩擦升溫導(dǎo)致的。要想從根本上解決這種問題必須對溫升原因進(jìn)行研究，弄清楚溫升的原因才能據(jù)此提出合理的預(yù)防措施。

2、摩擦升溫問題的探討

溫升公式：

式中：T為表面溫度（℃）；

T0為環(huán)境溫度（℃）；

μ 為摩擦系數(shù)；

W為法相載荷；

V為滑動線速度；

L的1/2節(jié)點(diǎn)寬度；

J為熱功當(dāng)量；

G為引力常數(shù)；

在密封的機(jī)械環(huán)境下，相對運(yùn)動產(chǎn)生的摩擦做工最終會以熱量形式表現(xiàn)出來。本文實(shí)驗(yàn)選用的相對運(yùn)動兩物體的材料為合金和石墨兩種非常耐磨的材料。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到如下的溫度和速度之間的關(guān)系：

圖一 密封機(jī)械溫度和線速度之間關(guān)系圖

乳化器中出了密封機(jī)械內(nèi)部相對運(yùn)動產(chǎn)生熱量以外，定轉(zhuǎn)子的告訴運(yùn)動也會產(chǎn)生熱量，已知定轉(zhuǎn)子的材料都為鋼材料，根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到定轉(zhuǎn)子線速度和溫度的關(guān)系圖，如圖二所示：

圖二 定轉(zhuǎn)子溫度與線速度關(guān)的系圖

3、實(shí)驗(yàn)分析

對于乳化器危險性的分析我們從兩方面入手討論。

首先第一點(diǎn)就是乳化器表面摩擦導(dǎo)致的溫升，一般情況我們稱之為閃溫，閃溫的最大特點(diǎn)就像名字一樣，存在時間很多，就是一瞬間一般認(rèn)為在1微秒左右。物理學(xué)研究表明兩物體在表面接觸情況下發(fā)生相對位移，由于摩擦力的存在，外界需要對物體做工，做工一方面轉(zhuǎn)化為物體運(yùn)動的動能，另一方面的能量以熱能的形式在物體相對滑動的表面上釋放，其中如果摩擦系數(shù)過大，可能導(dǎo)致大部分能量都會轉(zhuǎn)化為熱能浪費(fèi)掉，扎起轉(zhuǎn)換器內(nèi)部也存在這樣的情況，及時轉(zhuǎn)化器表面足夠光滑，但是不可能做到零摩擦，這樣不可避免的就會出現(xiàn)摩擦導(dǎo)致的摩擦表面局部升溫，如果持續(xù)作用時間長且速度快的情況下，溫升過大會引起表面發(fā)生化學(xué)變化，由于轉(zhuǎn)化器內(nèi)部都是一些具有危險爆炸的化學(xué)物品，溫升過大可能會導(dǎo)致轉(zhuǎn)化器內(nèi)部燃燒甚至爆炸。

第二部分的結(jié)果已經(jīng)驗(yàn)證了一個結(jié)論，那就是無論是密封機(jī)械還是轉(zhuǎn)定子之間摩擦溫升都會隨轉(zhuǎn)速的提高而加快。由以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們可以得到以下結(jié)論。第一、乳化器內(nèi)部轉(zhuǎn)定子之間摩擦導(dǎo)致的閃溫很大，需要想辦法及時降溫，避免閃溫給乳化器帶來危險。如果摩擦閃溫超過220攝氏度以上的話，內(nèi)部化學(xué)材料可能因高溫分解成氣體導(dǎo)致壓強(qiáng)增高最終引起爆炸。第二、除了轉(zhuǎn)定子，上述數(shù)據(jù)也顯示機(jī)械密封中動靜環(huán)的閃溫也有可能超過內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)分解的溫度，這樣該部分的閃溫也應(yīng)當(dāng)引起足夠的關(guān)注，理應(yīng)采取合理措施降低該部分閃溫。第三、上述數(shù)據(jù)也顯示載荷過大也會引起閃溫增大，所以在乳化器進(jìn)行彈簧密封時候并不是一味的增加彈簧力最好，而是應(yīng)該遵循夠用就行的原則。如果人為將彈簧力設(shè)置過大，這樣密封效果是達(dá)到更好，但是機(jī)械密封中的動靜環(huán)之間的閃溫會由于彈簧力過大導(dǎo)致載荷增大，摩擦力增大，而超過最大允許的閃溫。這樣很有可能及時有冷卻水也不能有效解決溫升過大問題，最終導(dǎo)致乳化器報廢甚至給操作人員生命財產(chǎn)安全帶來巨大威脅。為了解決載荷過大閃溫過高的問題，設(shè)計師在設(shè)計乳化器的時候一般選擇密度小的材料，這樣乳化器小巧，一定程度上也降低了摩擦載荷。第四、上述數(shù)據(jù)顯示閃溫和滑動速度（線速度）有正比例的關(guān)系，也就是說當(dāng)滑動速度越大，閃溫也會隨之變大實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示當(dāng)轉(zhuǎn)速大幅度提升時會加快工作效率但閃溫很可能因此超過最大許可制，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，不能一味的追求效率而忽略安全性，所以應(yīng)當(dāng)對每臺轉(zhuǎn)化器標(biāo)注出其最大許用轉(zhuǎn)速。

除了上述四點(diǎn)可以出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中得到的結(jié)論以外，閃溫和摩擦面積和摩擦點(diǎn)數(shù)量也有關(guān)系，這就要求在加工制作乳化器的時候，加工質(zhì)量也決定著乳化器的工作效率和安全性，可以從工藝上創(chuàng)新來提高乳化器的工作效率。

第二點(diǎn)要討論的就是表面溫度發(fā)生熱交換之后引起的危險。一般我們認(rèn)為在乳化器內(nèi)部導(dǎo)熱條件并不是很好，且溫度落差不是很大，所以發(fā)生熱交換的 也是很小的一部分，但是研究表明以下幾點(diǎn)的熱交換還是值得注意卻很容易引發(fā)安全危險。

第一、乳化器設(shè)計結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)生摩擦熱的地方有限，但是內(nèi)部冷卻水一般在發(fā)熱閃溫較大出會充分覆蓋，但是乳化器內(nèi)部一旦出現(xiàn)死角區(qū)域，該區(qū)域可能冷卻水不能到達(dá)，但是溫度傳到會讓死角處的局部溫度升高，在沒有冷卻水的死角區(qū)域很可能出現(xiàn)溫度局部增高甚至接近閃溫，這是很危險別的，一旦發(fā)生這樣的情況是很難察覺的，這樣的局部高溫很容易就會讓乳化器發(fā)生爆炸，危及人的生命安全。第二、有些極端情況下如果冷卻水供應(yīng)出現(xiàn)問題，那么閃溫的溫度就會通過熱交換傳遞到膠體處，膠體處的溫度升高，但是膠體在不斷地運(yùn)動更新過程中，所以能夠帶走部分熱量緩解局部溫升問題。這種情況下的熱交換是有益的，可以一定程度上提高乳化器的安全系數(shù)。第三個存在熱交換的情況是當(dāng)乳化器內(nèi)部物料供應(yīng)不足，即使有冷卻水，溫升沒辦法通過物料來帶走內(nèi)部溫度，這樣長久下去乳化器內(nèi)部溫度遲早會達(dá)到危險溫度，存在爆炸的可能性。

4、預(yù)防措施

上述已將介紹了乳化器溫度過大帶來的危害以及溫升產(chǎn)生的原因，知道原因我們應(yīng)當(dāng)制定合理有效的防范措施?，F(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)過程中常采用以下幾種措施：首先就是限制轉(zhuǎn)速，乳化器生產(chǎn)之后就應(yīng)當(dāng)規(guī)定其最大轉(zhuǎn)速，保證其安全性，工作過程中不可以為追求生產(chǎn)效率違規(guī)操作擅自增加乳化器的轉(zhuǎn)速。 其次在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，現(xiàn)在多采用單渦輪的乳化器，這樣做的優(yōu)點(diǎn)就是減少了摩擦點(diǎn)，可以優(yōu)先限制溫升過高的問題。最后就是改進(jìn)冷卻水，在現(xiàn)有冷卻水的基礎(chǔ)上不斷更新?lián)Q代，研制冷卻效果更好的冷卻水，從而提高乳化器的生產(chǎn)效率和使用的安全性。

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