Mínimo ardor presiones de explosivos de emulsión a base de agua
Summary
Presentamos un aparato basado en Hot-wire el encendido en un recinto presurizado y una metodología asociada para medir la presión mínima necesaria para inducir la combustión sostenida en explosivos de emulsión a base de agua. Este método mejora la caracterización de productos para permitir un uso más seguro durante el bombeo y las operaciones de mezcla.
Abstract
Este manuscrito describe un protocolo para medir la presión mínima necesaria para la grabación continua de explosivos de emulsión a base de agua. Bombeo de la emulsión a base de agua explosivos para voladura aplicaciones pueden ser muy peligrosos, como lo demuestra un número de accidentes de la bomba del mundo en las últimas décadas, incluyendo algunas que resultaron en muertes. En Canadá, el reconocimiento de este peligro ha llevado a la elaboración de directrices bombeos que fueron avalados por tanto la industria de explosivos y la división reguladora explosiva del gobierno canadiense. En estas directrices, se observó que la mínima quema las presiones (MBP) medidas en un laboratorio le proporcionaría una buena guía para caracterizar el comportamiento de estos productos en sistemas de bombeo. También llaman a los mismos lineamientos para el diseño de sistemas de bombeo que impiden, en la medida de lo posible, las presiones de superiores a la MBP del producto bombeado. En el momento de la publicación de estas directrices, existió una metodología para la medición de estos valores MBP pero nunca había sido validada para medir el MBP de emulsiones basadas en agua de nitrato de amonio (AWEs). AWEs se utilizan mucho más ampliamente que otros explosivos basados en agua y precursores a granel en las operaciones de carga.
El laboratorio de investigación de Canadá explosivos (CanmetCERL) ha estado realizando investigación en los últimos diez años para desarrollar un protocolo de pruebas validado para medir e interpretar valores representativos de la MBP de AWEs. La prueba, como se realiza en la actualidad, se describirán y los componentes críticos se justifica por referencia a los últimos datos publicados. Se presentarán los resultados de las mediciones de la MBP, para productos de una gama del temor. También se discutirá la inclusión de la prueba de la MBP en las normas de ensayo para la autorización de altos explosivos en Canadá.
Introduction
El nitrato de amonio con base de agua explosivo de emulsión (AWE) fue inventado en 1961. Consiste en gotas microscópicas de una solución oxidante líquido rodeado por una fase de aceite continua. La primera emulsión estable y prácticamente útil voladura explosivos fue desarrollada por Harold F. Bluhm en los Estados Unidos (1969) 1,2. Sin embargo, la comercialización exitosa de este tipo de explosivo no realmente sucedió antes del comienzo de la década de 1980.
Con la gran escala de las operaciones de la minería moderna y la llegada del explosivo carga metodología rápida bulto, volúmenes muy grandes de explosivos de temor tienen que ser fabricado y transportado. Una carga de la cisterna por lo general transporta 20 toneladas de asombro y muchos tales cargas de camión son generalmente necesarias para cargar sólo una ráfaga. Iniciación accidental de tales grandes cantidades de explosivos sería particularmente desastrosa, y por lo tanto, se requiere un buen conocimiento de sus propiedades peligrosas para el diseño de sistemas de manejo correspondientes. Aunque es bien sabido que emulsiones son relativamente insensibles a mecánicos eventos (es decir, impacto y fricción), explosiones accidentales todavía han sido reportados 3 durante la manipulación de este tipo de explosivos, particularmente en el bombeo aplicaciones.
Ha sido conocido desde la década de 1970 4 que una presión ambiente mínima se requiere para auto sostenido combustión se realice en explosivos a base de agua. Este último valor generalmente se ha denominado la “quema de presión mínima” (MBP). Desde un punto de vista de seguridad, conocimiento de este umbral podría permitir a fabricantes para mejor estimar presiones de operación seguras para diversos equipos de manipulación.
El Departamento de recursos naturales del gobierno de Canadá ha publicado “Directrices para el bombeo de explosivos a base de agua” 5, que indican que el uso de bombeos presiones muy por debajo de la MBP de la emulsiones o watergels es una práctica de seguridad. Debe notarse que estas pautas fueron diseñadas con la colaboración de fabricantes más comerciales y que, en los Estados Unidos, el Instituto de fabricantes de explosivos (IME) también ha publicado pautas muy similares 6. Sin embargo, en estos documentos, había ninguna descripción o prescripción de cómo debe medirse la MBP.
En las últimas décadas, sólo unos pocos estudios relacionados con las mediciones de la MBP se han divulgado. Chan et al. 4 reportó los resultados de las mediciones de MBP para explosivos de hidrogel, que también son nitrato de amonio y agua. Ellos han concluido que el MBP puede tener una fuerte dependencia de varios factores de formulación como el contenido de agua, presencia de activadores químicos o polvos metálicos. En otro estudio, Wang 7 describe un recipiente de presión de 2.5 L a presión con N2 y utiliza un método altibajos Bruceton para determinar el MBP para AWEs básicas. Con este sistema, se midieron valores MBP del orden de 15 MPa para una emulsión básica con un contenido de agua de 16% de masa.
Utilizando similar a presión prueba de vaso, Hirosaki et al. 8 han divulgado los resultados de algunas mediciones de MBP para explosivos de asombro. Han observado que la naturaleza (es decir, de vidrio o resina) de microesferas se utiliza para sensibilizar los explosivos también tiene una fuerte influencia en los resultados. Más recientemente, Turcotte et al. 9 han desarrollado un sistema similar a la de Wang y Hirosaki et al y han intentado utilizar para medir el MBP de algunos AWEs. Sin embargo, han encontrado muchas posibles problemas que pueden llevar a determinaciones erróneas de MBP. En particular, se observó que la geometría de la fuente de ignición (bobina del alambre del nicrom) nunca había sido validada adecuadamente por AWEs. En 2008, Turcotte et al. 10 y Chan et al. 11, se han desarrollado tanto un aparato basado en un sistema de cables de encendido calibrado y una metodología asociada para medir el MBP de AWEs. También han utilizado las instalaciones para el estudio de las características de ignición de AWEs típico, mide las necesidades de energía para obtener confiable encendidos 12 y estudió la influencia de las características físicas y los ingredientes en el MBP de una amplia variedad de asombro explosivos 13,14. Esta técnica de medición de MBP actualmente se propone como una prueba estándar dentro de la unida nación transporte de mercancías peligrosas (TDG ONU) pruebas y de criterios para la clasificación para el transporte de AWEs 15.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nuestro trabajo demostró que el lineal de hilo caliente geometría con alambre 0,5 mm diámetro NiCr y 10 a 16 corriente de ignición fue suficiente para encender sobrecoge con el contenido de agua hasta un 25% de masa. Para las formulaciones de alta viscosidad (por ejemplo, productos envasados de la emulsión), configuraciones horizontales y verticales proporcionan resultados casi idénticos 17. Sin embargo, preparados de baja viscosidad (como productos de emulsión a granel) para efectos de la …
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
El desarrollo del Protocolo de prueba registrados en los resultados de esta publicación de un proyecto de investigación conjunto entre recursos naturales de Canadá (CanmetCERL, R de explosivos & sección D) y servicios mineros Orica. Autorización de servicios mineros Orica para publicar información sin propiedad sobre este tema es totalmente reconocido. La participación de la sección analítica de CanmetCERL a la caracterización física de las diversas AWEs preparado a lo largo de este trabajo es también agradece.
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
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- 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)
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- Wang, J. . Ignition and Combustion Characteristics of Emulsion Explosives under Pressure. , (1991).
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