一种测量工业炸药自持燃烧临界压力的方法

摘要

本发明公开了一种测量工业炸药自持燃烧临界压力的方法，试验的结果用于评估工业炸药生产与输送过程的安全性，并且为工业炸药生产与输送过程的安全压力范围提供参考，以减少事故的发生。本发明的试验成本较低，操作简单，对装置和仪器的损耗小；试验需要的样品质量小，产生的废药和废气少；对试验结果的判断有较为准确约束条件；使用特殊的装药方法适用于测量膏状、粉状、乳液状等多种形态的工业炸药自持燃烧临界压力。通过试验结果可以为生产、输送工业炸药过程中的安全压力范围提供参考，最终降低事故发生的可能性，达到安全生产的目的。

权利要求

1.一种测量工业炸药自持燃烧临界压力的方法，其特征在于：

步骤1：进行敞口式装药，同时称取样品的初始质量和初始高度；

步骤2：将敞口装药容器固定在反应腔体内，连接好加热元件后将敞口装药容器密闭，初次试验在一定压力范围内进行；所述的敞口式装药具体步骤如下：步骤2.1.根据样品形状选择尺寸适当的敞口装药容器，并称取样品的初始质量m0，记录初始高度h0；

步骤2.2.称取样品后将其固定在敞口装药容器中；

步骤2.3.将加热元件两侧连接导线后嵌入样品中，两根导线另一端分别接在两个电极上；

步骤3：根据样品反应后的高度变化和样品的质量消耗率进行结果判断，进而得到样品自持燃烧临界压力的取值范围；

步骤3中对结果的判断步骤如下：

步骤3.1.将反应腔体内的气体排出后取出反应后的样品，称量样品的质量m1；

步骤3.2.用样品消耗的质量除以样品的初始质量，计算并记录反应后样品的质量消耗率w，其中步骤3.3.以反应后样品外侧壁的最低高度为初始位置，记录其最低高度h1，然后沿样品上表面外圆周均匀选取其他三个点并记录高度为hi，分别计算Δhi＝hi-h0，i＝1～4；

步骤3.4.对试验结果进行判断：若样品的质量消耗率w＞50%，且存在Δhi≠0，即判断在该初始压力下样品能够传播燃烧，然后将初始压力降低0.05～0.25MPa后重复试验步骤1～

3；若上述两个条件只满足其一，则判定在该初始压力下样品不能自持燃烧，将初始压力升高0.05～0.25MPa后重复步骤1～3；直到两种试验结果紧邻出现，选取对应的两个不同初始压力值，则这两个压力值组成的压力区间即为试验结果。

2.根据权利要求1所述测量工业炸药自持燃烧临界压力的方法，其特征在于：步骤2中，敞口装药容器放置在反应腔体内的环形样品托台上，该反应托台通过螺纹连接固定在反应腔体内的螺纹铁棒上。

3.根据权利要求1所述测量工业炸药自持燃烧临界压力的方法，其特征在于：所述的加热元件为长15cm、直径0.5mm的镍铬电阻丝，绕成直径为2mm的线圈，且该线圈两端接在两根导线上并与两电极相连，线圈嵌入样品中间，距离上样品表面约1.5cm。

4.根据权利要求1所述的测量工业炸药自持燃烧临界压力的方法，其特征在于：步骤2中，加热过程为：向反应腔体内充气完毕后，使用9.99A恒定电流持续加热，同时记录加热时间，待电阻丝自动熔断后关闭电源；若出现电阻丝未自动熔断的情况，则加热16秒后关闭电源。

5.根据权利要求1所述的测量工业炸药自持燃烧临界压力的方法，其特征在于：步骤2中，所述的一定压力的范围为1～2MPa。

6.根据权利要求1所述的测量工业炸药自持燃烧临界压力的方法，其特征在于：所述的敞口装药容器内径范围为2.40～4.00cm。

说明书

一种测量工业炸药自持燃烧临界压力的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及工业炸药的生产与输送的安全性评估领域，直接应用于测量工业炸药自持燃烧临界压力的技术领域。

背景技术

[0002] 对于许多工业炸药，尤其是以硝酸铵为主要成分的工业炸药，其燃烧的最初阶段是吸热的，并且在常压下不能自持燃烧。然而当存在较高的环境压力时，工业炸药的燃烧性能会显著改善，初始燃烧阶段的放热量增大，燃烧会持续传播并且可能转为爆轰，该压力范围即为工业炸药的自持燃烧临界压力。故而在实际的生产、输送过程需要控制泵送压力和输送管道压力处于一定的安全压力范围，以减少事故发生的可能性。

[0003] 工业炸药自持燃烧临界压力的概念在上世纪70年代才被提出，经过几十年的发展，该概念已被一些西方国家所接受并用于评估工业炸药生产过程的泵送安全性。然而，并没有机构或组织规定工业炸药自持燃烧临界压力的标准试验装置和统一的测试方法，因此许多研究人员使用不同的方法和装置进行试验，得到的结果存在一定的差异。在近十多年中，加拿大炸药研究实验室的学者对工业炸药自持燃烧的临界压力测定方法进行了较为深入的研究，他们使用的测量方法是将工业炸药(主要是以硝酸铵为主要成分的含水炸药)装在直径为1.6cm、长度为7.6cm的钢管中，钢管侧面开有凹槽，两端使用特殊材料的圆柱形管帽封口，在钢管中间穿入固定长度和直径的镍铬电热丝后将电热丝两端用铜线接上高压电极，固定在容积为4L的密闭金属压力容器中，预先估计一个压力值后使用惰性气体进行加压，用高压电源进行加热，通过压力测试系统接收容器内压力的变化情况，最后通过压力变化曲线、电阻丝电流的变化情况和炸药残留情况等来判断在某初始压力下炸药的燃烧是否能够传播。虽然使用该方法多次测量所得到的结果比较准确，但是试验次数多，试验前的准备工作和操作步骤繁琐，试验装置的成本很高，一旦样品发生爆轰，产生的破片会对试验装置造成严重的损坏。另外，国内的工业炸药含水量少，炸药的敏感度比国外高，种类繁多，与国外炸药的配方有一定的差别，故而该种试验方法不适合在国内应用。因此，急需开发出符合国内实际情况的工业炸药自持燃烧临界压力的测试方法。

发明内容

[0004] 本发明的目的是建立一种简便、准确并且试验过程安全的测量工业炸药自持燃烧临界压力的试验方法，其特征在于试验条件易于实现，装药方法简单，试验结果重现性好，结果判据明确。本发明所采用的技术方案是：

[0005] (1)采用敞口装药容器装药，测量样品的初始质量和初始高度后再将药品装入反应腔体内。将两端带有螺纹的铁棒固定在封盖内侧，螺纹棒的下端通过螺纹连接的方式固定环形样品托台。将样品装入适当尺寸的烧杯内径范围2.40～4.00cm后，称取样品的质量，测量样品的平均高度h0(默认药品外观为圆柱体)，并将烧杯放入样品托台中使其固定。使用两根导线与封盖上的电极连接，导线下方连接电热丝线圈，线圈尺寸。将加热元件和导线连接完毕后将线圈完全没入样品表面的中间位置，没入深度为1～1.5cm，即装药完毕。

[0006] (2)使用恒定的加热条件对样品进行恒定电流加热。将封盖与反应罐体连接紧密后，连接加热电路，然后进行试验。首先需要充入一定压力的气体(第一次试验的初始压力范围为1～2MPa)。连接完加热电路后开启加热电源，使用9.99A恒流电源进行加热。记录从开始加热至电阻丝熔断的加热时间，加热完毕电路断开后关闭电源。若出现电阻丝未自动熔断的情况，则加热16秒后关闭电源。

[0007] (3)判断样品在该初始压力下是否传播燃烧。当样品反应完毕后，待数据采集仪读数稳定后打开泄压阀门，将反应腔体内的气体至室外。接着取出反应后的样品，观察燃烧情况并称取反应后样品的质量m1，计算样品的质量消耗率 同时，以样品外侧壁的最低高度为初始位置并记录样品最低高度为h1，然后沿样品上表面外圆周均匀选取三个点并记录高度为hi，分别计算Δhi＝hi-h0(i＝1～4)。若样品的质量消耗率w＞50％，并且存在Δhi≠0，即可以判定在该初始压力下样品能够传播燃烧，然后降低环境初始压力0.05～0.25MPa，重新进行试验。若两个条件只满足其中之一，则升高初始压力0.05～0.25MPa后重复步骤1-3。直到两种试验结果紧邻出现，选取它们对应的两个不同初始压力值，则这两个压力值组成的压力区间即为试验结果。

[0008] 本发明相对于现有技术相比具有显著特点：1、本发明考虑了国内工业炸药行业的产品特点，建立了一种简便的测量工业炸药自持燃烧临界压力的试验方法和判断反应结果的依据。2、该试验方法实际操作步骤简便，操作过程安全性好，对于结果的判据明确，具有较好的应用前景。

附图说明

[0009] 图1为测量工业炸药自持燃烧临界压力的步骤流程图。

[0010] 图2为膏状工业炸药样品装药完毕后的实物图。

[0011] 图3为图2中样品在低于自持燃烧临界压力情况下的试验结果图和时间-压力曲线图，其中图3a为试验结果图，图3b为时间-压力曲线图。

[0012] 图4为同一样品在高于自持燃烧临界压力情况下的试验结果图和时间-压力曲线图，其中图4a为试验结果图，图4b为时间-压力曲线图。

具体实施方式

[0013] 下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明的实质内容。

[0014] 本发明的测量工业炸药自持燃烧临界压力的方法如下：

[0015] 步骤1：进行敞口式装药，同时称取样品的初始质量和初始高度；

[0016] 步骤2：将敞口装药容器固定在反应腔体内，连接好加热元件后将反应容器密闭，初次试验在一定压力范围内进行；

[0017] 步骤3：根据样品反应后的高度变化和样品的质量消耗率进行结果判断，进而得到样品自持燃烧临界压力的取值范围。

[0018] 敞口式装药具体步骤如下：

[0019] 步骤2.1.根据药品形状选择尺寸适当的敞口装药容器(内径范围2.40～4.00cm)，并称取样品的初始质量m0，记录初始高度h0；

[0020] 步骤2.2.称取药品后将其固定在敞口装药容器中；

[0021] 步骤2.3.将加热元件两侧连接导线后嵌入药品中，两根导线另一端分别接在两个电极上；

[0022] 步骤3中对结果的判断步骤如下：

[0023] 步骤3.1.将反应腔体内的气体排出后取出反应后的样品，称量药品的质量m1；

[0024] 步骤3.2.用样品消耗的质量除以样品的初始质量，计算并记录反应后样品的质量消耗率w，其中

[0025] 步骤3.3.以反应后样品外侧壁的最低高度为初始位置，记录其最低高度h1，然后沿样品上表面外圆周均匀选取其他三个点并记录高度为hi，分别计算Δhi＝hi-h0(i＝1～4)；

[0026] 步骤3.4.对试验结果进行判断：若样品的质量消耗率w＞50％，且存在Δhi≠0，即判断在该初始压力下样品能够传播燃烧，然后将初始压力降低0.05～0.25MPa后重复试验步骤1-3。若两个条件只满足其中之一，则将初始压力升高0.05～0.25MPa后重复步骤1-3。直到两种试验结果依次出现，选择它们对应的两个不同初始压力值，则这两个压力值组成的压力区间即为试验结果。

[0027] 实施例：以某一乳化炸药为样品为例，测量其自持燃烧临界压力。对于该样品，外观为黄色脂膏状，其主要成分为硝酸铵、水、硝酸钠和复合油相。

[0028] 在试验开始前需要对待测药品进行装药，如图2所示。对于该样品，需要将其切成4～5cm的圆柱体，每次试验所需样品的质量为20～35克。取样完毕后记录样品的初始质量m0，初始高度h0，再将加热元件嵌入样品中，加热元件尺寸为长15cm、直径0.5mm的镍铬电阻丝，绕成直径为2mm的线圈，且该线圈两端接在两根导线上并与两电极相连，线圈嵌入样品中间，距离样品上表面约1.5cm。

[0029] 装药完毕后将封盖与罐体压紧密封，连接加热电路后向反应腔体中充入一定压力的气体，初始试验压力范围为1～2MPa，通过数据采集仪判断反应腔体内的压力大小。充气完毕待采集仪读数稳定后，打开加热电源使用9.99A恒定电流加热，同时记录加热时间。线圈自动熔断后，然后将加热电源关闭。若线圈未自动熔断，则加热时间为16秒。

[0030] 待3～5分钟，样品反应完毕，数据采集仪读数稳定后，打开排气阀门将反应罐体内的气体排至室外。最后取出反应完毕的样品，称取反应后的样品质量m1，计算样品的质量消耗率w，使用公式 同时以样品外侧壁的最低高度为初始位置并记录样品最低高度为h1，然后沿样品上表面外圆周均匀选取其他三个点并记录高度为hi，分别计算Δhi＝hi-h0(i＝1～4)。

[0031] 图2中样品的初始质量m0＝38.8g，样品的平均高度为h0＝4.8cm。

[0032] 图3为图2中样品在初始压力为0.95MPa下的燃烧情况，以样品外侧壁的最低高度为初始位置并记录样品最低高度h1＝4.0cm，沿样品上表面外圆周均匀选取其他三个点并分别记录高度h2＝4.8cm，h3＝4.2cm，h4＝4.8cm，计算Δhi＝h0-hi(i＝1～4)，则Δh1＝0.8cm，Δh2＝0cm，Δh3＝0.6cm，Δh4＝0cm。反应结束后样品的质量m1＝30.91g，则样品的质量消耗率w＝16.1％，小于50％。由于两种判定条件只满足其一，故该样品在初始压力为
0.95MPa的环境中不能传播燃烧。然后将初始压力增加0.05MPa再次进行试验。

[0033] 图4为同一种样品的在另一初始压力下的试验情况，初始压力为1.00MPa。试验前使用药柱的平均高度h0＝4.5cm，样品质量m0＝36.7g。在试验结束后，以样品外侧壁的最低高度为初始位置并记录样品最低高度h1＝1.2cm，沿样品上表面外圆周均匀选取其他三个点并记录高度为h2＝2.6cm，h3＝1.6cm，h4＝2.4cm，分别计算Δhi＝h0-hi(i＝1～4)，则Δh1＝3.3cm，Δh2＝1.9cm，Δh3＝2.9cm，Δh4＝2.1cm。反应结束后样品的质量m1＝7.64g，则样品的质量消耗率w＝79.18％，大于50％，并且存在Δhi≠0(i＝1～4)，故而可以判断在该初始压力1.00MPa下该样品可以自持燃烧。最终，由于这两次试验的试验结果紧邻出现，因此选择这两次的试验初始压力作为试验结果，故而可以确定该样品的最小自持燃烧压力范围为0.95～1.00MPa，结束试验。