丁羟复合推进剂混合工艺安全技术研

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1、丁羟复合推进剂混合工艺安全技术研究张明海冯自瑞郑钢贺锋刘成（西安北方惠安化学工业有限公司陕西西安710302）摘要：混合工序是复合推进剂制造工艺过程中最危险的工序之一，由于现场在制品量大，一旦发生事故，会造成巨大的人员伤亡和财产损失。文章从目前典型混合工艺和设备、推进剂原材料特性、工艺特点进行分析，探讨丁羟复合推进剂装药混合过程中的工艺安全控制措施。主题词：丁羟复合推进剂混合安全1引言复合推进剂是火箭发动机工作的动力来源，主要由弹性基体、固化及键合增塑体系、含能密度材料和金属燃料、氧化剂等组成，是通过机械混合得到的一种热固性假塑性流体。机械混合过程实际就是通过

2、不断的剪切、捏合，使各种原材料充分搅拌浸润，达到各组分均匀一致。因混合过程中在制品量大，同时由于设备的差异、原材料自身特性、工艺参数设定、工艺控制等因素影响，一旦控制不当，易形成重大安全事故。据统计，复合推进剂制造过程中，混合工艺过程发生事故最多，几乎是原材料处理、浇铸、固化、脱模、整型等主要工序事故数的总和，约占总工艺事故数的41.86%[1]，消除或减少混合工序事故是提升复合推进剂制造科研生产安全的重点。以下将从现行混合设备、混合工艺等方面展开分析。2现行工艺中存在的问题及危险机理分析当前，国内外复合推进剂制造领域主要采用立式真空混合机进行混合，采用人工现

3、场加料或远程控制加料的工艺方法。在丁羟复合推进剂配方组成中，具有潜在燃爆危险的组分包括三类：镁、铝等金属燃料粉体；高氯酸按等氧化剂粉体；黑索今、奥克托金等高能炸药类含能密度材料。镁、铝等金属粉具有爆炸性，其最小点火能量仅为几十毫焦；常用的氧化剂AP为助燃属性，AP细粉使用粒度一般在（0.1～50）微米之间，受到扰动易悬浮，会对燃爆起到推波助澜的效果；含能密度材料通常为高能炸药类材料，其使用粒度一般为几十微米，无论从能量特性还是安定特性都更应给予充分重视。由于箭弹武器有效射程和飞行速度等技战术指标日益提高，要求推进剂必须追求更高的能量和更高的燃速，在现有材料能量

4、水平难以大幅提升的情况下，只能通过提高推进剂配方中固体物的含量，降低固体物粒度来满足指标要求，目前，国内丁羟推进剂固含量指标一般在87%-91%，微米级氧化剂含量可达到50%。较高的固体物含量和较细的固体物粒度会给推进剂混合过程安全控制带来威胁，主要体现在以下几个方面：第一，当固体物料加入混合容器内时，细粒度物料在外力作用下会出现粉尘飞扬、弥散，可造成短时间、有限空间内的粉尘浓度过高的情况，即便未达到爆炸极限形成事故，也会在设备、管线、器物表面粘附积聚，尤其当粉尘粘附积聚在可能产生强机械作用的部位时，可能给日常生产、清理、维修等作业带来危险。第二，随着推进剂配

5、方中固体物含量的升高，液体组分占比逐渐降低，当固体粉料加入混合容器时，无论粉体物料自然堆积还是因静电吸附聚集，混合运转过程中不可避免出现“干混”现象，这种因未及时浸润而出现的“干混”几乎伴随混合工艺前期时间的1/3。若出现较大“干混”料团，同时混合桨叶转速较快，固体粉料可能在较强的摩擦作用下被激发，酿成事故。第三，固体粉料加入混合容器后，尤其是在推进剂配方中细料含量较多（20%以上），料浆会在离心力和表面张力作用下沿着搅拌桨和混合容器壁不断爬升。当混合量较大（最大混合容积的80%以上）、混合桨叶转速较快、由普通混合进入真空混合过程时，部分物料会“爬升”至搅拌桨

6、颈部或容器顶盖处，混合物料一旦进入工艺管线、设备缝隙，将形成安全隐患或造成安全事故。第四，混合过程中，随着各种原材料尤其是固体物料逐步加入，混合设备扭矩逐步增大，当所有固体物料全部加入混合容器，设备扭矩接近峰值，此时容器内物料一般呈凝固块状。若混合量较大或工艺由普通混合进入真空混合，设备扭矩将进一步攀升并伴随剧烈波动，此时混合设备甚至会出现停机、分离等保护性动作，这种情况下，推进剂物料会受到很强的剪切和摩擦作用，具有很大的安全隐患。第五，混合过程中，尤其是固体物料加完后的初期混合阶段，由于物料尚处于未完全浸润的状态，流动性较差，造成混合锅内部分物料分布不均匀，

7、混合桨某个方向上受力较大，混合桨发生形变，造成局部间隙变小，风险增加。第六，高固体物含量和较细的固体物粒度使料浆的感度有所提高，同时，为提高装药燃速，需要加入各种燃速催化剂，催化剂一般起到降低分解温度，提高反应活性的作用，这样会使料浆更加敏感，更容易激发发生燃爆。3防范及改进措施845厂是我国最早从事复合推进剂生产的单位之一，是最早从事丁羟推进剂装药研究和生产，通过对现有进行丁羟复合推进剂装药制造的两条生产线和一条工艺试验线的生产经验进行总结和比较，在解决上述问题时主要采取以下几方面措施：第一，针对细粒度物料粉尘飞扬、弥散问题，应从改变加料方式入手。对于金属燃

8、料粉体，可采用循环吸入式将粉体分散到弹