Minimum druk van watergebaseerde emulsie explosieven branden
Summary
Presenteren wij onze een apparaat op basis van hot-wire ontsteking in een hydrofoor behuizing en een bijbehorende methodologie om de minimale druk vereist voor het opwekken van duurzame verbranding in op basis van water emulsie explosieven te meten. Deze methode verbetert de karakterisering van het product als u wilt toestaan dat een hen meer om veilig te gebruiken tijdens het pompen en mengen van operaties.
Abstract
Dit manuscript beschrijft een protocol voor het meten van de minimale druk nodig zijn voor het langdurig verbranden van watergebaseerde emulsie explosieven. Pompen water gebaseerde emulsie explosieven voor explosieven toepassingen zeer gevaarlijk zijn, kunnen zoals blijkt uit een aantal pomp ongevallen over de hele wereld in de laatste decennia, waaronder enkele die in een dodelijke slachtoffers resulteerde. In Canada, heeft de erkenning van dit gevaar geleid tot de ontwikkeling van pompen richtsnoeren die werden bekrachtigd door zowel de explosieven-industrie en de explosieve regelgevende divisie van de Canadese regering. In deze richtsnoeren, werd opgemerkt dat het minimum druk (MBP) gemeten in een laboratorium branden een goede leidraad bieden zou karakteriseren van het gedrag van deze producten in het verpompen van systemen. Dezelfde richtlijnen ook bellen voor het ontwerp van de pomp systemen die voorkomen, waar mogelijk, druk dan de MBP van het product wordt gepompt. Op het moment van publicatie van deze richtsnoeren, een methodiek voor het meten van dergelijke MBP waarden bestaan, maar het was nooit gevalideerd voor het meten van de MBP van ammoniumnitraat waterbasis emulsies (AWEs). AWEs worden nu veel breder dan elke andere watergedragen explosieven en precursoren in on-site bulk operaties laden.
De Canadese explosieven Research Laboratory (CanmetCERL) heeft zijn onderzoek de afgelopen tien jaar aan het ontwikkelen van een gevalideerde test protocol om te meten en interpreteren van representatieve MBP waarden voor AWEs. De proef, als het vandaag de dag wordt uitgevoerd zal worden beschreven en de kritieke onderdelen zal worden gerechtvaardigd door verwijzing naar recente gepubliceerde gegevens. MBP meetresultaten, voor een bereik van AWE-producten, zal worden gepresenteerd. Opneming van de MBP test in de test-normen voor de toelating van hoge explosieven in Canada zal ook worden besproken.
Introduction
De ammoniumnitraat waterbasis emulsie (AWE) explosieve werd uitgevonden in 1961. Het bestaat uit microscopische druppels van de oplossing van een vloeibare oxidator omgeven door een fase van voortdurende olie. De eerste stabiele en praktisch bruikbare emulsie stralen explosieve werd ontwikkeld door Harold F. Bluhm in de USA (1969) 1,2. De succesvolle commercialisering van dit soort explosieve is echter niet echt gebeurd vóór het begin van de jaren 1980.
Met de grote schaal van moderne mijnbouwactiviteiten en de komst van snelle bulk explosieve laden methodologie, moeten zeer grote volumes van ontzag explosieven worden vervaardigd en vervoerd. Een tanker lading vervoert meestal 20 ton van ontzag en vele dergelijke vrachtwagen ladingen zijn meestal nodig voor het laden van slechts één blast. Accidentele inleiding van dergelijke grote hoeveelheden explosieven zou vooral rampzalig en, derhalve, een goede kennis van hun gevaarlijke eigenschappen is verplicht tot overeenkomstige veilige hantering systemen ontwerpen. Terwijl het is algemeen bekend dat emulsies relatief ongevoelig voor mechanische evenementen (d.w.z. impact en wrijving events zijn), toevallige explosies gerapporteerde 3 nog geweest tijdens het verwerken van dit soort explosieve, met name in pompen toepassingen.
Het is al bekend sinds de jaren 1970- 4 die een minimale omgevingsdruk is vereist voor zichzelf verbranding onderhoudende plaatsvinden in waterbasis explosieven. Deze laatste waarde is gewoonlijk genoemd de “Minimum branden druk” (MBP). Vanuit een oogpunt van veiligheid waardoor kennis van deze drempel fabrikanten om beter inschatten veilige operationele druk voor verschillende behandelingsapparatuur.
Het departement van de natuurlijke hulpbronnen van de regering van Canada heeft gepubliceerd “Richtsnoeren voor de pompen van Water gebaseerde explosieven” 5, waarin staat dat met behulp van pompen druk ver onder de MBP emulsies of de watergels een goede veiligheid praktijk. Het moet opgemerkt worden dat deze richtsnoeren werden ontworpen met de medewerking van de meeste commerciële fabrikanten en zeer vergelijkbaar richtsnoeren 6dat in de VS, het Instituut voor Makers van explosieven (IME) ook heeft gepubliceerd. Echter, in deze documenten, er was geen beschrijving of voorschrift op hoe de MBP moet worden gemeten.
In de laatste decennia, zijn slechts een paar studies met betrekking tot MBP metingen gemeld. Chan et al. 4 gemeld MBP meetresultaten voor watergel explosieven, die ook ammoniumnitraat en waterbasis. Zij hebben geconcludeerd dat de MBP kan een sterke afhankelijkheid van de verschillende formulering factoren zoals vochtgehalte, aanwezigheid van chemische sensibilisatoren of metallic poeders. In een andere studie, Wang 7 een 2.5 L drukvat drukkend met N2 beschreven en gebruikt een Bruceton en neergaande methode voor het bepalen van de MBP voor fundamentele AWEs. Met dit systeem, werden MBP waarden in de orde van 15 MPa gemeten voor een fundamentele emulsie met een watergehalte van 16 massa %.
Met behulp van een soortgelijke drukkend vaartuig test, Hirosaki et al. 8 hebben de resultaten van de metingen van sommige MBP voor AWE explosieven gemeld. Zij hebben opgemerkt dat de natuur (dwz glas of hars) van de micro-bolletjes worden gebruikt om het sensibiliseren van de explosieven ook een sterke invloed op de resultaten heeft. Meer recentelijk Turcotte et al. 9 een systeem vergelijkbaar met die van Wang en Hirosaki et al. hebben ontwikkeld en hebben geprobeerd om het te gebruiken voor het meten van de MBP van sommige AWEs. Nochtans, hebben zij vele mogelijke problemen die tot onjuiste vaststellingen van de MBP leiden kunnen gevonden. Met name werd opgemerkt dat de ontsteking bron geometrie (Nichroom draad spoel) was nooit goed gevalideerd voor AWEs. In 2008, Turcotte et al. 10 en Chan et al. 11, hebben beide een apparaat op basis van een gekalibreerde ontsteking wire systeem en een bijbehorende methode voor het meten van de MBP van AWEs ontwikkeld. Zij hebben ook de faciliteit gebruikt voor het bestuderen van de kenmerken van de ontsteking van typische AWEs, gemeten van de energie-eisen aan het verkrijgen van betrouwbare ontstekingen 12 en bestudeerde de invloed van fysieke kenmerken en ingrediënten op de MBP van een breed scala van ontzag explosieven 13,14. Deze MBP meettechniek wordt momenteel voorgesteld als een standaardtest binnen de Verenigde natie Transport of Dangerous Goods (UN TDG) Tests en Criteria voor de indeling voor het vervoer van AWEs 15.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ons werk aangetoond dat het lineaire hot-wire geometrie met 0,5 mm diameter NiCr rechte draad en 10 tot en met 16 A ontsteking huidige volstond te ontsteken AWEs met water inhoud tot 25% van massa. Voor hoge viscositeit formuleringen (zoals verpakte emulsie producten) bieden horizontale en verticale configuraties bijna identieke resultaten 17. Echter voor lage viscositeit formules (zoals emulsie bulkproducten) induceren effecten van de zwaartekracht in verticale configuratie emulsie stroom die de …
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De ontwikkeling van het testen protocol gemeld in de resultaten van deze publicatie uit een gezamenlijk onderzoeksproject tussen natuurlijkehulpbronnen Canada (CanmetCERL, explosieven R & sectie D) en Orica Mining Services. Toestemming van Orica Mining Services te publiceren van niet-merkgebonden informatie over dit onderwerp wordt volledig erkend. De deelname van het CanmetCERL van analytische traject de fysische karakterisering van de verschillende AWEs bereid doorheen het huidige werk wordt ook dankbaar erkend.
Materials
| Nitrile gloves (100/pk) | Fisher Scientific | 19149863B | https://www.fishersci.ca/shop/products/purple-nitrile-exam-gloves-6/19149863b?searchHijack=true&searchTerm=19149863B&searchType=RAPID&matchedCatNo=19149863B |
| NiCr60 wire 24 AWG (200 feet per roll) | Omega Engineering | NIC60-020-200 | http://www.omega.ca/pptst_eng/NI60.html |
| Wire cutters: Mini Diagonal Cutting Pliers, 5 in. | Canadian Tire | Product #058-4736-0 | http://www.canadiantire.ca/en/pdp/mastercraft-mini-diagonal-cutting-pliers-0584736p.html#srp |
| Mini needle nose pliers, 5 in. | Canadian Tire | Product #058-4731-0 | http://www.canadiantire.ca/en/pdp/mastercraft-mini-needle-nose-pliers-0584731p.html#srp |
| Crimping tool, 8.5 in. | Canadian Tire | Product #058-4617-4 | http://www.canadiantire.ca/en/pdp/mastercraft-8-in-crimping-tool-0584617p.html#srp |
| Bare copper wire (14AWG) | Electronics Plus | 2000BC-14-5/5 lb roll | Bare (uninsulated) copper wire |
| Non-insulated butt-splice connectors (100 units) | Electrosonic | Panduit BS14-C | http://www.alliedelec.com/panduit-bs14-c/70044299/?mkwid=si03ezhXY&pcrid=64596948257&pkw=panduit%20bs14-c&pmt=b&pdv=c&gclid=CM_1jO-DsdMCFZKIswodMugASw |
| Stainless Steel pipe nipples (10 – 20 units) | Wolseley Inc. | SSNKX3 | sample cells: 76.2 mm long x 12.7 mm od (3" long x 0.5" od) with 3 mm slit machined along the length of the cell, painted inside and out with two coats of non-conductive paint (e.g., high-heat barbeque Armor Coat or Krylon brands). |
| High-temperature non-conductive paint | Canadian Tire | Product #048-0648-8 | http://www.canadiantire.ca/en/pdp/armor-coat-bbq-paint-0480648p.html#srp |
| Solid green neoprene stoppers (size 0; 1 package of 68) | Cole-Palmer | OF-62991-04 | https://www.coleparmer.ca/i/cole-parmer-solid-green-neoprene-stoppers-standard-size-0-68-pk/6299104?searchterm=OF-62991-04 |
| Spatula, stainless steel | Fisher Scientific | 14-375-10 | https://www.fishersci.ca/shop/products/fisherbrand-spoonula-lab-spoon/1437510?searchHijack=true&searchTerm=1437510&searchType=RAPID&matchedCatNo=1437510 |
| 7.5 L Pressure Vessel | Autoclave Engineers | 40A-9104, 9122, 40C-1365, 2376 | minimum internal diameter of 127 mm; equipped with 20.7 MPa (3000 psi) rupture disc assembly; Solenoid& air operated valve on the outlet; http://www.autoclaveengineers.com/products/pressure_vessels/PV_Bolted_Closure/index.html |
| Electrodes (set of 2) | Electo-meters | Conax EG-375-A-SS-T, 25.4 cm (10") conductor | with Teflon sealing glands; https://www.conaxtechnologies.com/wp-content/uploads/2016/03/5001D-80-105-Flanges-and-Accessories.pdf |
| Rupture disc | Oseco | 39859-3-1 | http://www.oseco.com/imgUL/files/STD_0515.pdf |
| Universal safety head (rupture disc assembly) | Autoclave Engineers | SS-4600-1/2F | http://www.autoclave.com/products/accessories/universal_safety_heads/index.html |
| High-pressure valve (air-operated, fail-open) | Autoclave Engineers | 1/2" SW8XXX-CM | http://www.autoclave.com/aefc_pdfs/OM_P1_Manual_Air_Valve.pdf?zoom_highlightsub=air+operated+valve#search="air operated valve" |
| Pressure transducer | Omega Engineering | PX176-3KS5V | Amplified Voltage Output Transducer for Absolute; 0-20.7 Mpa (0-3000 psi) sealed gauge, 91 cm (36") cable http://www.omega.ca/pptst_eng/PX176.html |
| Digital multimeter | Amazon.com | Fluke Model 110 Plus | https://www.amazon.com/Fluke-110-Plus-essential-multimeter/dp/B01JX912I2 |
| Data acquisition Interface | IOTECH | Model Daqlab 2000 with DBK15 acquisition board | http://www.mccdaq.com/products/daqlab2000s |
| Personal Computer with monitor and National Instruments DASYLab Software (V13, basic) installed | DELL | CORETMi7 vProTM | Computer must meet requirements for Dasylab 13: 1GHz + x86 compatible; Windows 7 or 8, 32-bit or 64-bit; 2 GB+ RAM |
| oscilloscope | Any storage oscilloscope with 2 input channels (0-10 V), 12k samples per channel and acquisition frequency of 10 ms/sample. | ||
| Precision Shunt Resister | Canadian Shunt Industries | LA-20-100 | (20 A, 100 mV) Enclosed in custom box http://www.cshunt.com/pdf/la.pdf |
| Constant Current Power Supply | Agilent | N6700B Low-Profile MPS Mainframe, 400W; N6754A DC Power Supply with High Speed Test Extensions option | http://www.keysight.com/en/pd-1125217-pn-N6754A/high-performance-autoranging-dc-power-module-60v-20a-300w?cc=CA&lc=eng |
| Inlet valve | Ottawa Valves and Fittings | Swagelok SS-43GS4-PT | https://www.swagelok.com/en/catalog/Product/Detail?part=SS-43GS4 |
| Full face mask | Cooper Safety | 3M 7800 series | http://www.coopersafety.com/product/3m-7800-series-full-face-respirator-1124.aspx |
| General purpose cartridges | Cooper Safety | 3M 60923 | http://www.coopersafety.com/product/3m-60923-organic-vapor-acid-gas-p100-cartridge-1533.aspx?sid=101950 |
Referencias
- Bluhm, H. F. Ammonium nitrate emulsion blasting agent and method of preparing same. US Patent. , (1969).
- Persson, P. -. A., Holmberg, R., Lee, J. . Rock Blasting and Explosives Engineering. , 86 (1993).
- Perlid, H. Pump Safety Tests Regarding Emulsion Explosives. Proceedings of the 22nd Annual Conference on Explosives and Blasting Techniques, International Society of Explosives Engineers. 2, 101-107 (1996).
- Chan, S. K., Kirchnerova, J. Ignition and Combustion Characteristics of Water-gel Explosives. Proceedings of the 18th Explosives Safety Seminar, U.S. DOD. , 193-200 (1978).
- Guidelines for the Pumping of Water-Based Explosives. Natural Resources Canada, Explosives Regulatory Division, Minister of Public Works and Government Services Canada, Catalog no. M37-53/2003E Available from: https://miningandblasting.files.wordpress.com/2009/09/canadian-guidelines-for-pumping-of-water-based-explosives.pdf (2016)
- . Guidelines for the Pumping of Bulk, Water-Based Explosives Available from: https://miningandblasting.files.wordpress.com/2009/09/pumping-of-water-based-explosives-june-2010.pdf (2010)
- Wang, J. . Ignition and Combustion Characteristics of Emulsion Explosives under Pressure. , (1991).
- Hirosaki, Y., Suzuki, S., Takahashi, Y., Kato, Y. Burning Characteristics of Emulsion Explosives (I) – Pressurized Vessel Test. Kayaku Gakkaishi. 61, 35-41 (2000).
- Turcotte, R., Lightfoot, P. D., Badeen, C. M., Vachon, M., Jones, D. E. J. A Pressurized Vessel Test to Measure the Minimum Burning Pressure of Water-Based Explosives. Propellants, Explos., Pyrotech. 30, 118-126 (2005).
- Turcotte, R., Goldthorp, S., Badeen, C., Chan, S. K. Hot-wire Ignition of AN-based Emulsions. Propellants, Explos., Pyrotech. 33, 472-481 (2008).
- Chan, S. K., Turcotte, R. Onset Temperatures in Hot-wire Ignition of AN-Based Emulsions. Propellants, Explos., Pyrotech. 34, 41-49 (2009).
- Goldthorp, S., Turcotte, R., Badeen, C. M., Chan, S. K. Minimum Pressure for Sustained Combustion in AN-based Emulsions. Proceedings of the 35th International Pyrotechnics Seminar. , 385-394 (2008).
- Turcotte, R., Goldthorp, S., Badeen, C. M., Feng, H. Influence of Physical Characteristics and Ingredients on the Minimum Burning Pressure of Ammonium Nitrate Emulsions. Propellants, Explos., Pyrotech. 35, 233-239 (2010).
- Badeen, C. M., Goldthorp, S., Turcotte, R., Feng, H., Chan, S. K. Effect of Formulation Changes on the Minimum Burning Pressure of Ammonium Nitrate Emulsions. Proceedings of the “10ième Congrès International de Pyrotechnie”, in conjunction with the 37th International Pyrotechnics Seminar (Europyro 2011) , Session S1a. , (2011).
- Turcotte, R., Goldthorp, S., Badeen, C. M., Johnson, C., Feng, H., Chan, S. K. Influence of Physical Characteristics and Ingredients on the Minimum Burning Pressure of Ammonium Nitrate Emulsions. , 197-206 (2009).
- . . Recommendations on the Transport of Dangerous Goods, Manual of Tests and Criteria. , 200-207 (2015).
- The Minimum Burning Test for Ammonium Nitrate Emulsions. SAFEX Newsletter Available from: https://www.safex-international.org/safex/page-newsletter.html (2016)
