Mínimo, queimando as pressões de explosivos de emulsão à base de água
Summary
Nós apresentamos um aparelho baseado em ligação direta de ignição em um compartimento pressurizado e uma associado de metodologia para medir a pressão mínima necessária para induzir a combustão auto-sustentada em explosivos de emulsão à base de água. Esse método melhora a caracterização do produto para permitir que um para usá-los com mais segurança durante o bombeamento e operações de mistura.
Abstract
Este manuscrito descreve um protocolo para medir a pressão mínima necessária para queima sustentado de explosivos de emulsão à base de água. Emulsão à base de água explosivos para aplicações de jateamento podem ser muito perigosos, como demonstrado por uma série de acidentes bomba ao redor do mundo nas últimas décadas, incluindo alguns que resultou em mortes de bombeamento. No Canadá, o reconhecimento deste perigo levou ao desenvolvimento de bombeamento orientações que foram aprovadas por tanto a indústria de explosivos e a divisão de explosivos regulamentar do governo canadense. Nas presentes directrizes, verificou-se que o mínimo que queima as pressões (MBP), medidas em um laboratório proporciona um bom guia para caracterizar o comportamento desses produtos em sistemas de bombeamento. As mesmas diretrizes também chamam para a concepção de sistemas de bombeamento que evitar, sempre que possível, as pressões de superiores o MBP do produto a ser bombeado. Aquando da publicação das presentes orientações, existiu de uma metodologia para medir tais valores MBP, mas ele nunca tinha sido validado para medir o MBP de emulsões à base de água do nitrato de amónio (espan). Espan agora é usados muito mais amplamente do que quaisquer outros explosivos à base de água e precursores em massa no local, as operações de carregamento.
O canadense explosivos Research Laboratory (CanmetCERL) vem realizando pesquisas ao longo dos últimos dez anos para desenvolver um protocolo de teste validado para medir e interpretar os valores representativos de MBP para INCR. O teste, como é realizada hoje, será descrito e os componentes críticos serão justificados por referência aos últimos dados publicados. Resultados das medições de MBP, para produtos de uma gama de AWE, serão apresentados. Inclusão do teste MBP nos padrões de teste para a autorização de explosivos no Canadá também será discutido.
Introduction
O nitrato de amónio com base em água emulsão (AWE) explosivo foi inventada em 1961. Trata-se de microscópicas gotas de uma solução de líquido oxidante, cercado por uma fase contínua de óleo. A primeira emulsão estável e praticamente úteis explosivo foi desenvolvida pela Harold F. Bluhm em os EUA (1969) 1,2. No entanto, a comercialização de sucesso deste tipo de explosivo não aconteceu mesmo antes do início da década de 1980.
Com a grande escala de operações modernas de mineração e o advento do explosivo metodologia de carregamento rápido granel, volumes muito grandes de explosivos AWE tem que ser fabricado e transportados. Uma carga de caminhão-tanque normalmente transporta 20 toneladas de temor, e muitas dessas cargas de caminhão são geralmente necessários para carregar apenas uma explosão. Iniciação acidental de grandes quantidades de explosivos seria particularmente desastrosa e, portanto, um bom conhecimento de suas propriedades perigosas é necessário para projetar sistemas de manuseamento seguro correspondente. Enquanto é sabido que as emulsões são relativamente insensíveis a eventos mecânicos (ou seja, eventos de impacto e fricção), explosões acidentais foram ainda relatados 3 quando manusear este tipo de explosivo, particularmente em bombeamento aplicações.
Tem sido conhecido desde a década de 1970 4 uma mínima pressão ambiente é exigido para auto sustentado combustão a ter lugar em explosivos à base de água. Este último valor geralmente foi denominado o “Burning pressão mínima” (MBP). De um ponto de vista da segurança, conhecimento desse limiar poderia permitir que os fabricantes a melhor estimativa seguras pressões operacionais para diversos equipamentos de manipulação.
O departamento de recursos naturais, do governo do Canadá, que publicou “Diretrizes para o bombeamento de explosivos à base de água” 5, que afirmam que o uso de bombeamento pressões bem abaixo o MBP das emulsões ou watergels é uma prática de segurança. De notar que estas orientações foram projetadas com a colaboração dos fabricantes mais comerciais e que, nos EUA, o Instituto de fabricantes de explosivos (IME) também publicou muito semelhantes diretrizes 6. No entanto, nestes documentos, não havia nenhuma descrição ou prescrição sobre como o MBP deve ser medido.
Nas últimas décadas, registaram-se poucos estudos relacionados a medições de MBP. Chan et al . 4 relatou os resultados das medições de MBP para watergel explosivos, que são também de nitrato de amónio e à base de água. Eles concluíram que o MBP pode ter uma forte dependência em vários fatores de formulação como teor de água, presença de sensitizers químicas ou pós metálicos. Em outro estudo, Wang 7 descreveu um vaso de pressão de 2,5 L pressurizado com N2 e usado um método de altos e baixos de Bruceton para determinar o MBP para incr básica. Com este sistema, MBP os valores da ordem de 15 MPa foram medidos para uma emulsão básica com um teor de água de 16% em massa.
Usar um similar pressurizado teste de navio, Hirosaki et al 8 relataram os resultados de algumas medidas de MBP para explosivos AWE. Eles notaram que a natureza (ou seja, de vidro ou resina) das microesferas sendo usado para sensibilizar os explosivos também tem uma forte influência sobre os resultados. Mais recentemente, Turcotte et al 9 desenvolveram um sistema semelhante de Wang e Hirosaki et al e tentou usá-lo para medir o MBP de alguns INCR. No entanto, eles encontraram muitos possíveis problemas que podem levar à errôneas determinações de MBP. Em particular, observou-se que a geometria de fonte de ignição (bobina de fio de nicromo) nunca tinha sido devidamente validada para INCR. Em 2008, Turcotte et al 10 e Chan et al 11, desenvolveram-se tanto um aparelho baseado em um sistema de fios de ignição calibrado e uma associado metodologia para medir o MBP de INCR. Eles também têm usado a facilidade para estudar as características de ignição de AWEs típicos, medidos os requisitos de energia para obter confiança ignições 12 e estudou a influência das características físicas e ingredientes no MBP de uma grande variedade de AWE explosivos 13,14. Esta técnica de medição de MBP atualmente é sendo proposta como um teste padrão dentro do United Nation transporte de mercadorias perigosas (UN TDG) testes e critérios de classificação para o transporte de AWEs 15.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nosso trabalho demonstrou que uma ligação directa a linear geometria com 0,5 mm de diâmetro NiCr reto fio e 10 a 16 corrente de ignição era adequada para inflamar incrível com conteúdo de água de até 25% em massa. Para formulações de alta viscosidade (como produtos embalados emulsão), horizontais e verticais configurações fornecem resultados quase idênticos 17. No entanto, para fórmulas de baixa viscosidade (por exemplo, produtos a granel emulsão) efeitos de gravidade na configura…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
O desenvolvimento do protocolo do teste relatou neste resulta da publicação de um projecto de investigação conjunta entre Canadá dos recursos naturais (CanmetCERL, explosivos R & D seção) e Orica Mining Services. Permissão de Orica Mining Services para publicar informações de não-proprietários sobre este assunto é totalmente reconhecido. A participação de capítulo do CanmetCERL analítico para a caracterização física do espan vários preparados ao longo do presente trabalho é reconhecida também com gratidão.
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)
