乳化炸药现场混裴设备安全联锁保护功能探讨

引言

现场混装炸药技术是指装药设备装载炸药半成品或原材料进入爆破作业现场,按照工艺配方要求,通过混合设备将各组分材料进行物理掺混后,输送至炮孔内形成炸药的工艺技术。现场混装技术提高了装药效率,降低了工人劳动强度,改善了现场作业环境,更加有利于安全管理。2010年,我国现场混装炸药的年用量只占全国工业炸药用量的15%左右[1],2018年我国现场混装炸药年产量已达108.14万t,同比增加13.57%,占全国工业炸药产量的25.3%。在我国"十三五"行业规划中,更是提出了"2020年现场混装炸药比重占工业炸药比重大于30%"的目标。现场混装炸药及其相关的技术、设备正成为国内露天、地下矿山爆破使用的主导技术产品。

虽然混装设备在运输、生产过程中装载的不是炸药,但是产品质量无法有效控制,半成品原材料输送过程中存在机械摩擦风险,需要对设备及状态参数进行严格控制,确保装药过程的安全性。本文通过对BCJ-3型现场混装乳化炸药车的安全联锁保护功能进行分析,探讨混装设备的安全控制。

1BCJ-3型现场混装乳化炸药车

BCJ-3型现场混装乳化炸药车是由北京矿冶科技集团有限公司研发的"BCJ系列中小直径散装乳化炸药装药车"系列产品之一,广泛适用于各种类型的露天矿山。该设备由重汽豪沃底盘以及上部装药系统组成,其中装药系统根据结构功能,可分为自动控制部分、液压系统、卷扬机构、乳胶输送系统、敏化液输送系统五大部分,如图1所示。

(1）自动控制部分:主要由混装车控制系统和符合行业规定的"工业炸药混装车动态监控信息系统"组成,包括操作终端、PLC核心控制器、信号采集仪表等电子元器件,能够实现设备控制、装药量计量、记录与打印、在线监测生产参数等功能,并带有完备的安全联锁保护功能。

(2）液压系统:由液压油、液压油泵、液压马达、液压油冷却器及进出油支管、控制元件组成。通过发动机取力后,液压油泵驱动各设备马达工作,完成全车设备运行。

(3）卷扬机构:BCJ-3型混装车标配40m输药管,最长可延长至120m,通过卷扬机构的卷筒,可以灵活控制输药管收放速度,节省工人劳动强度。

(4）乳胶输送系统:由乳化基质箱体、电(气）动蝶阀、螺杆泵、输药管组成。螺杆泵为全车核心设备,其转速、工作压力受到严格监控。

(5）敏化液输送系统:由敏化液箱体、管路组成,同时兼有润滑功能。

2安全风险来源

(1）现场混装车装载半成品乳化基质和敏化液到达作业现场,生产出的现场混装乳化炸药直接进入炮孔,无法对产品质量进行检测,因此需要对各组分进行严格控制,确保爆破作业正常,不会产生爆破安全风险。

(2）混装车上所有的设备均为液压驱动,液压系统的油温一般在30～60℃工作效率最高。液压油发热、温度高,会造成作业不连续、工作压力降低等故障,并增加液压油泄露漏风险。

(3）混装车螺杆泵转子在定子的紧密包裹下转动,必然产生摩擦热量。正常情况下,乳化基质向泵出口输送,不会造成热量积累,不存在爆炸危险。但当泵口堵料、断料时,泵内的物料不再向前输送,而是在泵内聚集,持续积累热量,达到一定温度时硝酸铵将热分解,导致温度急剧升高,导致乳化基质自燃甚至发生爆炸。

(4）混装车使用过程中,在矿山恶劣环境下长期颠簸会出现仪器仪表等传感器连接线缆松动、断开或传感器损坏等情况,如果混装车操作人员或管理人员没有及时发现,可能导致混装车安全联锁保护功能失效。

3BCJ-3型现场混装乳化炸药车安全联锁保护功能

BCJ-3型混装车具备完备的安全联锁保护功能,包括敏化液断流保护,液压温度保护,螺杆泵输送压力、转速保护,乳胶温度保护,系统自检等。

(1）敏化液断流保护功能。敏化液既作为炸药化学敏化组分,又起到形成水环润滑输药管道的作用。BCJ-3型混装车在敏化液输送管道出口安装有电磁涡轮流量计。根据工艺配方,敏化液应输出3%为最佳,控制在2.5%～3.5%为宜。当敏化液低于控制值时,触发断流报警,系统发出声光报警提示,当连续报警时间达到断流延时值时,生产设备停止工作。

(2）液压温度保护功能。液压油箱安装有温度计,系统通过控制液压油冷却器启停来确保液压系统工作温度保持在一定范围内,控制参数在夏天时设置较低,以便冷却器提前启动:冬天环境温度较低,可适当调高参数。当温度异常,超过超温报警值时除冷却器外所有生产设备停止工作,温度低于报警温度后方可再次启动。

（3）螺杆泵输送压力、转速保护功能。BCJ-3型混装车在螺杆泵出口安装有压力表,马达内部安装有转速计数器,监控乳胶输送压力和螺杆泵转速:当出现出口堵料情况时,螺杆泵转子转动产生高压:当出现进口断料情况时,螺杆泵腔体出现吸空出口无物料产生低压:螺杆泵转速超过规定转速。以上情况均会发出系统声光报警,连续报警达到压力延时值时生产设备停止工作。

（4）乳胶温度保护功能。螺杆泵发生堵料、断料情况时,定子、转子互相摩擦会积累热量通过螺杆泵出口温度计测量输送的乳化基质温度,超过设定值将会立即停止所有生产设备工作。

（5）系统自检功能。系统每次启动时,会自动检测液压油温度计、转速计数器、压力表、敏化流量计、乳胶温度计在线状态,当检测不到某台仪表时,无法启动控制系统。

（6）多次报警停机功能。系统报警保护并触发停机后可再启动2次,当连续3次报警停机时,系统强制停机5min,连续触发4次报警停机,系统锁定操作屏幕弹出系统锁定码,现场操作人员需与厂家技术人员联系,确定排除设备故障后,由厂家技术人员授予解锁码解除系统锁定。

（7）企业管理平台功能。研发单位搭建了企业管理平台,混装车生产过程中的关键参数、报警信息等可随动态监控信息系统传输至该平台,技术人员可对设备故障进行远程诊断,协助企业处理故障。

4优化方案

（1）当螺杆泵出现堵料、断料问题时,具有极大的安全风险。现有车辆的监控报警是基于出现问题时压力的变化来间接判定故障,具有一定的不准确性。可效仿同为该公司的地下矿用乳化炸药混装车在螺杆泵出口安装乳胶流量计直接测量乳胶流量,既可以准确判断物流流动情况,又提高了计量精度,确保了工艺配比的准确性。

（2）乳胶温度测量为单点固定位置测量而乳胶出现热量聚集状况时,其发热区域、输送到监测点时所处的位置都是不固定的因此具有测量误差,可通过增加温度传感器数量或改为安装测温环,多点测量温度,更为安全可靠。

5结语

综上所述BCJ-3型现场混装乳化炸药车具有完善全面的安全联锁保护功能,并能够通过远程故障诊断加强混装车的安全管理,通过优化设计将能够进一步增强设备的安全性。