Minimum brændende pres af vandbaseret Emulsion sprængstoffer
Summary
Vi præsenterer et apparat baseret på hot-wire tænding i en trykisoleret kabinet og en tilhørende metode til at måle den minimum pres der kræves for at fremkalde vedvarende forbrænding i vandbaseret emulsion sprængstoffer. Denne metode forbedrer produkt beskrivelse for at, at man kan bruge dem mere sikkert under pumpning og blandingsprocesser.
Abstract
Dette manuskript beskriver en protokol for at måle den mindste pres der kræves for vedvarende afbrænding af vandbaseret emulsion sprængstoffer. Pumpe vand-baserede emulsion eksplosivstoffer til sprængning programmer kan være meget farligt, som det fremgår af en række pumpe ulykker rundt om i verden i de sidste årtier, herunder nogle, der har resulteret i dødsfald. I Canada, har anerkendelse af denne fare ført til udviklingen af pumpe retningslinjer, der blev godkendt af både sprængstoffer-industrien og den eksplosive regulerende Division af den canadiske regering. I disse retningslinjer, blev det bemærket, at minimum brændende pres (MBPS) målt i et laboratorium, der ville give en god guide for at karakterisere adfærd af disse produkter i pumpe systemer. De samme retningslinjer kræver også design af pumpesystemer, der forhindrer, når det er muligt, pres fra overstiger MBP af produktet der pumpes. På tidspunktet for offentliggørelsen af disse retningslinjer, en metode, der eksisterede for måling af fejlværdierne MBP men det var aldrig blevet valideret for at måle MBP af ammoniumnitrat vandbaseret emulsioner (AWE). AWEs er nu anvendes meget mere udbredt end andre vandbaseret sprængstoffer og forstadier i on-site bulk loading operationer.
Den canadiske sprængstoffer Research Laboratory (CanmetCERL) har været at gennemføre forskning i de sidste ti år at udvikle en valideret prøvningsprotokol for at måle og fortolke repræsentative MBP værdier for AWEs. Test, som det er udført i dag, vil blive beskrevet og de kritiske komponenter vil være begrundet ved henvisning til de seneste offentliggjorte data. MBP måleresultaterne for en vifte af ærefrygt produkter, vil blive præsenteret. Optagelse af MBP testen i test standarderne godkendelse af Højeksplosiver i Canada vil også blive drøftet.
Introduction
Ammoniumnitrat vandbaseret emulsion (ærefrygt) eksplosive blev opfundet i 1961. Det består af mikroskopiske dråber af flydende iltningsmiddel opløsning omgivet af en kontinuerlig olie fase. Den første stabile og praktisk brugbar emulsion sprængning eksplosive blev udviklet af Harold F. Bluhm i USA (1969) 1,2. Men den vellykket kommercialisering af denne type af eksplosive ikke virkelig skete før begyndelsen af 1980erne.
Med det store omfang af moderne minedrift og fremkomsten af fast bulk eksplosiv ladning metode, skal meget store mængder af ærefrygt eksplosivstoffer være fremstillet og transporteres. Et tankskib belastning transporterer typisk 20 tonsvis af ærefrygt og mange sådanne lastbil belastninger er normalt nødvendigt at indlæse kun et blast. Utilsigtet initiering af sådanne store mængder af sprængstoffer ville være særlig katastrofale, og derfor et godt kendskab til deres farlige egenskaber er forpligtet til at indrette tilsvarende systemer til sikker håndtering. Mens det er velkendt at emulsioner er relativt ufølsomme over for mekanisk hændelser (dvs. slag og friktion begivenheder), har utilsigtet eksplosioner stadig været rapporteret 3 mens håndtering denne type af eksplosive, især i pumpe applikationer.
Det har været kendt siden 1970 4 , et minimum barometerstanden er kræves for selvstændige vedvarende forbrænding skal finde sted i vand-baserede sprængstoffer. Denne sidstnævnte værdi har normalt kaldt “Minimum brændende trykket” (MBPS). Fra et sikkerhedsmæssigt synspunkt, kan kendskab til denne tærskel tillade producenterne bedre skøn sikker drift pres for forskellige håndteringsudstyr.
Department of Natural Resources af den canadiske regering har offentliggjort “Retningslinjer for pumpning af vand-baserede sprængstoffer” 5, som stat, ved hjælp af pumpende presset godt under MBP emulsioner eller watergels er en god praksis. Det bør bemærkes, at disse retningslinjer var designet i samarbejde med de fleste kommercielle producenter og at i USA, Institut beslutningstagere af sprængstoffer (IME) har også publiceret meget lignende retningslinjer 6. Men i disse dokumenter, der var ingen beskrivelse eller recept på hvordan MBP bør måles.
I de sidste årtier, er blevet rapporteret kun få undersøgelser i forbindelse med MBP målinger. Chan et al. 4 rapporteret MBP måleresultaterne for watergel sprængstof, som også er ammoniumnitrat og vand-baseret. De har konkluderet, at MBP kan have en stærk afhængighed af flere formulering faktorer som vandindhold, tilstedeværelsen af kemiske sensibiliserende eller metalpulver. I en anden undersøgelse, Wang 7 beskrevet en 2,5 L trykbeholder tryk med N2 og anvendt en Bruceton up-and-down metode til at bestemme MBP for grundlæggende AWEs. Med dette system, blev MBP værdier omkring 15 MPa målt til en grundlæggende emulsion har et vandindhold på 16 masse %.
Ved hjælp af en lignende trykbaerende fartøj test, Hirosaki et al. 8 har rapporteret nogle MBP måleresultaterne for ærefrygt sprængstoffer. De har bemærket, at naturen (dvs. glas eller harpiks) af mikro-kugler bliver brugt til at bevidstgøre sprængstoffer også har en stærk indflydelse på resultaterne. Mere nylig, Turcotte et al. 9 har udviklet et system svarende til Wang og Hirosaki et al. og har forsøgt at bruge det til at måle nogle AWEs MBP. Dog har de fundet mange mulige problemer, der kan føre til fejlagtige MBP bestemmelser. Især blev det bemærket at tændingen kilde geometri (nichrome wire coil) aldrig var blevet korrekt valideret for AWEs. I 2008, Turcotte et al. 10 og Chan et al. 11, har udviklet både et apparat, der er baseret på en kalibreret tænding wire system og en tilhørende metode til at måle MBP AWEs. De har også brugt facilitet til at studere tænding Karakteristik af typiske AWEs, målt energiforbrug at opnå pålidelige tændinger 12 og studerede påvirkning af fysiske egenskaber og ingredienser MBP for en bred vifte ÆREFRYGT sprængstoffer 13,14. Denne MBP måleteknik, der i øjeblikket foreslås som en standard test inden for United Nation Transport af farligt gods (UN TDG) prøver og kriterier for klassificering af transport af AWEs 15.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vores arbejde viste, at den lineære hot-wire geometri med 0,5 mm diameter NiCr lige ledning og 10 til 16 A tænding strøm var tilstrækkelig til at antænde AWEs med vand indhold op til 25 masse %. For høj viskositet formuleringer (f.eks. emballerede emulsion produkter) giver horisontale og vertikale konfigurationer næsten identiske resultater 17. Dog for lav viskositet formler (såsom emulsion masseprodukter) fremkalde tyngdekraft effekter i lodret konfiguration emulsion flow, som forstyrrer …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Udviklingen af den prøvningsprotokol rapporteret i denne publikation resultater fra et fælles forskningsprojekt mellem Natural Resources Canada (CanmetCERL, sprængstoffer R & D afsnit) og Orica Mining Services. Orica Mining Services tilladelse til at offentliggøre fællesbetegnelse oplysninger om dette emne er fuldt ud anerkendt. Deltagelse af Canmetcerls analytiske afsnit til den fysiske karakterisering af de forskellige AWEs forberedt i hele den nuværende arbejde anerkendes også taknemmeligt.
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 |
References
- 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)
