Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

מינימום שריפת לחצים של חומרי נפץ אמולסיה על בסיס מים

Published: October 31, 2017 doi: 10.3791/56167
Automatic Translation
1, 1, 1
1Canmet Canadian Explosives Research Laboratory, Natural Resources Canada

Summary

נוכח מכשירים בהתבסס על נחמש ההצתה מארז מווסת, מתודולוגיה המשויך כדי למדוד את הלחץ המינימלי הנדרש כדי לגרום בעירה מתמשכת בחומרי נפץ אמולסיה על בסיס מים. שיטה זו משפרת את אפיון המתירים להשתמש בהם בביטחה במהלך השאיבה ולערבב פעולות.

Abstract

כתב יד זה מתאר פרוטוקול כדי למדוד את הלחץ המינימלי הנדרש עבור צריבת מתמשכת של חומרי נפץ אמולסיה על בסיס מים. שאיבה אמולסיה על בסיס מים, חומרי נפץ עבור פיצוץ יישומים עלולה להיות מאוד מסוכנת, כפי שמתואר על ידי מספר תאונות משאבת ברחבי העולם בעשרות השנים האחרונות, כולל כמה שתוצאתם הרוגים. בקנדה, ההכרה של סכנה זו הובילה ההתפתחות של קווים מנחים השאיבה היו שאושרה על ידי שני חומרי נפץ תעשיית ואת החלוקה רגולטוריות נפץ של ממשלת קנדה. בהנחיות אלה, צוין כי המינימום שריפת לחצים (MBP) נמדד מעבדה תספק מדריך טוב כדי לאפיין את ההתנהגות של מוצרים אלה מערכות שאיבה. ההנחיות אותו קוראים גם על העיצוב של מערכות המשאבה למנוע, במידת האפשר, לחצים לחרוג של MBP של המוצר נשאב. בזמן הפרסום של הנחיות אלה, קיימת מתודולוגיה למדידת ערכי MBP כזה אבל זה היה לא מאומתים כדי למדוד את MBP של אמולסיות מים מבוססי אמוניום חנקתי (הפעולה סנובורד מדהים). הפעולה סנובורד מדהים המשמשים כיום הרבה יותר נרחב מאשר כל חומרי נפץ על בסיס מים, מבשרי אחרים בכמויות באתר פעולות טעינה.

מעבדת מחקר נפץ קנדי (CanmetCERL) יש כבר ניצוח מחקר במשך עשר השנים האחרונות לפתח פרוטוקול הבדיקה המאומת למדוד ולפענח ערכים MBP נציג עבור הפעולה סנובורד מדהים. המבחן, כפי שהיא מבוצעת כיום, יתוארו, המרכיבים הקריטיים יהיה מוצדק על ידי התייחסות לנתונים שפורסמו לאחרונה. תוצאות מדידות MBP, עבור מוצרים טווח של יראת כבוד, יוצגו. ההכללה של המבחן MBP בתקנים מבחן עבור האישור של חומרי נפץ בקנדה גם יידונו.

Introduction

אמוניום חנקתי על בסיס מים האמולסיה (AWE) חומר נפץ הומצא בשנת 1961. זה מורכב של טיפות מיקרוסקופיות של פתרון מחמצן נוזלי מוקף שלב שמן רציפה. אמולסיה יציב ושימושי למעשה הראשון פיצוץ מטען חבלה פותחה על ידי הרולד בלום פ בארה ב 1,(1969)2. עם זאת, מסחור מוצלחת של סוג זה של חומר נפץ שלא באמת קרה לפני תחילת שנות ה-80.

עם היקף גדול המכרות המודרניים, כניסתו של נפץ טעינת מתודולוגיה מהר בתפזורת, כמויות גדולות מאוד של יראת כבוד חומרי נפץ צריך להיות מיוצר ולא מוסעים. אחד טען מכלית המשלוחים בדרך כלל 20 טון של יראת כבוד, רבים טוען משאית כזו בדרך כלל אין צורך לטעון את הפיצוץ אחד בלבד. חניכה מקרית של כאלה כמויות גדולות של חומרי נפץ יהיה אסון במיוחד ו, לכן, ידע טוב של תכונותיהם מסוכנים נדרש לתכנן מערכות טיפול בטוח המתאים. אמנם זה ידוע כי אמולסיות הן רגישות יחסית אירועים מכאניים (כלומר השפעת החיכוך ואירועים), פיצוצים מקרית עדיין היה דיווח 3 לטיפול בסוג זה של חומר נפץ, בפרט שאיבה יישומים.

זה כבר ידוע מאז 1970 4 בלחץ הסביבה המינימלי הנדרש עבור עצמי מתמשכת בעירה כדי לקחת את המקום חומרי נפץ על בסיס מים. ערך זה האחרון יש בדרך כלל כבר שנקרא "מינימום שריפת הלחץ" (MBP). בטיחות נקודת מבט, הידע שהמכסה עלולה לאפשר ליצרני אומדן טוב יותר בטוח לחצים הפעלה לציוד טיפול שונים.

המחלקה של המשאבים הטבעיים של הממשלה של קנדה פרסם "הנחיות Pumping חומרי נפץ על בסיס מים" 5, איזו מדינה כי באמצעות לחצים שאיבה מתחת MBP אמולסיות או watergels היא פרקטיקה בטיחות טובה. זה צריך להיות שם לב כי קווים מנחים אלה תוכננו עם שיתוף הפעולה של מרבית היצרנים, כי בארה ב, מכון מקבלי של חומרי נפץ (IME) גם פרסם הנחיות דומות מאוד 6. עם זאת, מסמכים אלה, היה ללא תיאור או מרשם על כיצד יש למדוד את MBP.

בעשרות השנים האחרונות, דווחו רק מעט מחקרים הקשורים MBP מדידות. . צ'אן et al. 4 . דיווח התוצאות של MBP מידות עבור חומרי נפץ watergel, אשר גם אמוניום חנקתי, על בסיס מים. הם הגיעו למסקנה כי MBP יכולות להיות תלות חזקה על מספר גורמים ניסוח כגון תכולת המים, נוכחות של לרגישות כימי או אבקות מתכתיות. במחקר אחר, וואנג 7 תיאר כלי לחץ 2.5 L. מווסת עם N2 ו לקביעת שיטה שיהיה Bruceton של MBP עבור הפעולה סנובורד מדהים בסיסיים. במערכת זו, נמדדו הערכים MBP מסדר 15 MPa עבור אמולסיה בסיסי שיש על תכולת המים של 16% מסה.

שימוש דומה. מווסת כלי בדיקה, הירוסקי. et al. 8 דיווחו על התוצאות של כמה מדידות MBP עבור חומרי נפץ יראת כבוד. הם ציינו כי האופי (כלומר זכוכית או שרף) הספירות-המיקרו בשימוש כדי לרגש את חומר הנפץ גם יש השפעה חזקה על התוצאות. לאחרונה, Turcotte. et al. 9 פיתחו מערכת דומה לזה של וואנג, הירוסקי et al., ניסו להשתמש בו כדי למדוד את MBP של כמה הפעולה סנובורד מדהים. עם זאת, הם מצאו הרבה בעיות אפשריות שעלולות להוביל האישושים MBP מוטעים. בפרט, צוין כי הגיאומטריה מקור ההצתה (סליל חוט nichrome) היה לא כראוי מאומתים עבור הפעולה סנובורד מדהים. בשנת 2008,. Turcotte et al. 10 וצ'אן. et al. 11, פיתחו שני מכשירים בהתבסס על מערכת חוטי הצתה מכוילת מתודולוגיה המשויך כדי למדוד MBP של הפעולה סנובורד מדהים. הם יש גם בשימוש במתקן ללמוד את מאפייני ההצתה של טיפוסי הפעולה סנובורד מדהים, למדוד את האנרגיה הדרושה כדי להשיג ignitions אמין 12 ולמד את השפעת המאפיינים הפיזיים ומרכיבים על MBP במגוון רחב היראה חומרי נפץ 13,14. עד מהרה להיות מוצע טכניקה מדידה זו MBP כמבחן רגיל בתוך ארצות האומה הובלה של חומרים מסוכנים (TDG האו ם) בדיקות, הקריטריונים עבור הסיווג להעברה של הפעולה סנובורד מדהים 15.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

הערה: החומרים והציוד המשמש כאן מפורטים בטבלה של החומרים.

1-הכנת הרכבות חוט הצתה

הערה: nitrile כפפות מומלץ עבור פעולה זו.

  1. למדוד אורך שנקבע מראש ובודק (NiCr) וחותכים בעזרת חותך חוט. חתך אורכי 85 מ מ עבור 76.2 מ מ (3 ") זמן לבדוק תאים.
  2. שימוש במחט האף צבת, לכופף את החוט NiCr לעשות לולאה קטנה בכל קצה. עם כלי crimping נכונה, אחוי כל אחד לתוך 50 ס מ אורך 14 מד תיל אמריקאי (AWG) אבן יבוש נחושת חוט חשוף באמצעות מחברי אחוי uninsulated-קצה.
  3. חזור על שלב 1.1-1.2 כדי להפוך מכלולים רבים כנדרש.
    הערה: מומלץ להכין מספר הרכבות מראש כמו כל מדידה MBP ייקח 10-15 הרכבות). אסיפה תיל שהושלם מוצג באיור 1. אם כל החוטים כראוי משולבים, crimped למחבר, ההתנגדות הנמדד על פני מכלול תיל (כפי שנמדדו המנצחים נחושת משני צידי הכבל NiCr) חייב להיות פחות מ 0.5 Ω.

2. לדוגמה, הכנה למבחן תא

הערה: nitrile כפפות מומלץ עבור פעולה זו.

מבחן
  1. הכן תאים אחד המורכב צינור פלדה גליל קטן עם אורך של 7.6 ס מ, קוטר פנימי לפחות 1.6 ס מ. ודא כי בכל תא הבדיקה יש חתך מ"מ ברוחב 3 במכונה לאורך הציר כדי לאפשר בעירה גזים להימלט במהלך בדיקות של. < b r / > הערה: פאזל מדהים משחק הם מוליכי.
  2. על מנת להבטיח כי כל להצתה הנוכחי יעבור דרך הכבל הצתה, לצבוע את הפנים של כל תא עם שתי שכבות של צבע הלא מוליך בטמפרטורות גבוהות. להכין מראש מספר תאים מבחן.
  3. להכין מספר מס 0 אטומה פקקים על-ידי reaming הבתוך הפנים כדי להכיל את המחברים splice וה מנצחים נחושת של ההרכבה חוט הצתה.
  4. להשתמש אופקי לשסף את הפלאפון הבדיקה כדי להוסיף את חוט הצתה לתוך התא. בזהירות החלקת פקק אטומה מוכן לאורך כל חוט הנחושת ולהוסיפם בכל קצה של התא, המבטיח כי חוט הצתה אינו דחוס או מעוות.
  5. למשוך את החבל ההצתה מתוח, כופפו את הרגל-חוטי נחושת אנכית כדי להבטיח להם ( איור 2, איור 3).
  6. להציג את הדגימה לתוך התא דרך 3 מ"מ ברוחב חתך בזהירות כדי למנוע גרימת התגבשות של המדגם, החדרת אוויר חללים במדגם. השתמש במרית כדי להסות את אמולסיה כדי להסיר חללים אוויר במידת הצורך. הקש במהירות את התא שוב ושוב על משטח כדי להבטיח כי האמולסיה ישקע לתוך חללים. חזור על מילוי, בטישה ו הקשה עד האמולסיה כבר לא מיישב את כל עוד יותר.

3. טעינת מדגם לחץ כלי

  1. להכין כלי לחץ עם המאפיינים הבאים כדי לטעון את התא מדגם: הפעלת לחץ ההתנגדות של 20.7 MPa (או 3,000 psig) (ראה טבלה של החומרים), עשוי נירוסטה להימנע נזק קורוזיה לטווח ארוך מן המוצרים התגובה גזי, מצויד עם שתי אלקטרודות מוזנים נוקשה מבודד מפלוגת זרם חשמלי עד 20 א, ואטום יש לחץ דירוג מקבילה לזו של כלי השיט עצמו.
    1. מטעמי בטיחות, להתקין את הכלי בחדר מוגן הבדיקה מצוידים עם קרע הרכבה הדיסק (ראה את הטבלה של חומרים) מתוכנן לפרוק את כלי הקיבול, בלחץ נמוך במקצת מאשר שלה מקסימום ההפעלה לחץ.
    2. כדי לפרוק את כלי הקיבול לאחר מבחן, לצייד ששקע גז עם שסתום בלחץ גבוה זה יכול להיות מופעל מרחוק.
      הערה: אפשר להשיג בדרכים שונות. לדוגמה, זה יכולה להיות מושגת באמצעות שילוב שסתום סולנואיד שסתומים/אוויר המופעל. עליך להיות מחובר לים של כלי השיט גז סעפת מערכת מפנל חדר מוגן בקרבת מקום מסוגל מרחוק מתאים לחץ הספינה לחץ ללחצים הראשונית שבחרת באמצעות צילינדר בלחץ של ארגון (חנקן עשויים להיות חלופה אבל אולי לא להיות כמו אינרטי). יריעה זו יהיה בדרך כלל מותאמים אישית עשויים צינורות פלדת בלחץ גבוה, ואני בלחץ גבוה פיטינגים ושסתומים. מומלץ כי הכלי גם להיות מצויד עם 0-20.7 MPa (0-3000 psig) לחץ רגשי.
  2. להציג תא מבחן עם דגימת (להכין בסעיף 2) לתוך כלי לחץ. הצב ציר זמן אופקית עם הסדק על העליונה ( איור 2). לחבר את חוטי נחושת חשוף האלקטרודות בתוך הכלי. ודא שלשעבר לא נוגע בגוף הספינה. לסגור. ואטמו את הכלי לחץ.
  3. באמצעות את multimeter להבטיח אין מגע חשמלי בין כל אלקטרודה לגוף הספינה לחץ.
    הערה: אם כל קשר מזוהה בין אלקטרודה לגוף של כלי השיט, דוחה שלה צריכה להיקבע, פעולות יש לנקוט כדי לחסל אותו. לפני בדיקת יכולות להמשיך.

4. ביצוע מבחן

  1. בחדר מוגן, לחבר את האות מ מתמר לחץ אל רכישת נתונים (ראה טבלה של החומרים) או אוסצילוסקופ זמינים. גם, לחבר את המתח על פני resistor המחלף ברמת דיוק גבוהה הנתונים (או אוסצילוסקופ). ודא כי resistor המחלף הזה מחובר גם בסדרה עם מקור תמידי הנוכחי. להתחבר הסדרה האלקטרודות על הספינה לחץ לספק קבוע הנוכחי דרך הכבל NiCr.
    הערה: בידיעה עמידותו, המתח על פני resistor המחלף הזה מספק מדידה ההצתה הנוכחי של.
  2. להפעיל את מערכת רכישת מחשב המבוסס על הנתונים (או אוסצילוסקופ זמינים).
  3. מרחוק לסגור את הכלי ' s outlet שסתום (ראה סעיף 3.1 הערה). באמצעות צילינדר בלחץ ארגון בכלי וחדר סעפת גז (המתוארים בסעיף 3), להתחיל מתאים לחץ את הכלי כדי הלחץ הראשוני הנדרש עבור ילדי
    הערה: בהתאם ניסוח של יראת כבוד, הלחץ הזה יכול להשתנות בכל מקום בין 0.3 ל- 19.3 MPa (50 עד 2500 psig). אם זהו המבחן הראשון עם מוצר נתון יראת כבוד, לתת ניחוש של MBP, בהתבסס על ניסוח של המדגם, להחליט בלחץ מה זה המבחן הראשון חייב להתבצע.
    1. פעם לחץ מושגת, סוגרים את הכלי ' שסתום כניסת s ולהשאיר כלי הקיבול. מווסת למשך 5-10 דקות כדי לבדוק כי המערכת כוללת אין דליפה משמעותית. ברגע זה הוא הוקם, לפתוח מחדש את שסתום כניסת, להתאים את הלחץ הערך הראשוני שבחרת ולאחר מחדש סגור את שסתום כניסת. אם קצב הדליפה משמעותי מזוהה, לדחות את הבדיקה עד תחזוקה נדרש בוצעה.
  4. להפעיל את ה-constant הנוכחי מקור ולאפשר של 10.5 A הנוכחי לזרום דרך הכבל ההצתה. תמשיך הנוכחי עד המדגם יידלק, ממיס את חוט הצתה, לעצור את הזרמת הנוכחי; זה צפוי להמריא כמה תורות ס' את אספקת החשמל לאחר ההצתה התרחש, הלחץ החלה להגדיל.
    הערה: הלחץ עשוי לעבור אחד או שניים קיצון ולאחר מקסימה ואתה צריך להתחיל להקטין באופן רציף. כאשר זה קרה, לחכות 10 דקות נוספות לפני שאעשה משהו.
  5. עם סיום הבדיקה, מרחוק לפתוח את השסתום עודפים של וונט גזי בעירה כל למערכת הפליטה המתאימים. מחק לצמיתות לאט עם ארגון למשך כמה דקות להסיר את כל המינים גז רעיל לפני פתיחת את כלי הקיבול. ודא הספינה בחזרה אל הסביבה presלפני מחדש להכנס לחדר הבדיקה.
  6. נעל את החשמל הנוכחית קבוע לספק (באמצעות מנעול החוצה מפתח או ניתוקם מן הכוח AC) ובמרחק הליכה אל חדר כלי לחץ. לובש מסיכת פנים עם מחסנית המתאים למטרות כלליות, פתח את הכלי. להבריא את התא בדיקה על-ידי ביטול המנצחים נחושת בין האלקטרודות ורשום את כל התצפיות חזותי.
    1. על-ידי הסרת את אטומה פקקים לנסות להתבונן כמה המדגם שרף. בהמשך המסמך תצפיות אלה על ידי לקיחת תמונות. לאחר סיום, לנקות ביסודיות את כלי הקיבול (עיין בסעיף 6).
      הערה: מן ההבחנות הללו, אם המדגם שרף לחלוטין (בעירה הקדמית הגיעו בדופן התא מבחן; כמות קטנה של הדגימה יכול להישאר על פקקים אטומה), התוצאה כדין ' ללכת '. להפחית את הלחץ למבחן הבא. אחרת התוצאה כדין ' האסור ' והגדילה הלחץ חייב להיות הבא מבחן (ראה תצפיות טיפוסי איור 4A). רשומת לחץ מ המתמר יכול גם לשמש כראיה בעירה מתמשכת או לא ( איור 4B).
  7. פעל בהתאם לשלבים המתוארים בסעיף 5 להלן לנתח את זרם רכשה והנתונים לחץ. חזור על שלבים 4.1 ל 4.6 תוך ופוחת בהדרגה לחץ (או יפחת) עד MBP נקבע את מידת הדיוק הרצויה (ראו דוגמאות טיפוסיות באיור 5).
    1. לבצע מינימום של 10 עד 12 בדיקות בעזרת זה ' שיהיה ' מתודולוגיה.
      הערה: MBP מצוטט חייב להיות הממוצע בין הלחץ הראשוני של הגבוה ביותר ' האסור ' אירוע (P n, מקסימום) וזו של הנמוך ביותר ' ללכת ' אירוע (P g, דקות) ( איור 5). בבר שגיאה MBP נמדד לציין את:
      Equation

5. ניתוח נתונים

הערה: ראו איור 6 לקבלת דוגמה של גרף המציג ניסוי MBP שנותחה.

  1. קודם לקבוע את הזמן, t 0, כאשר החוט ההצתה הופעלה (זרם פתאום עולה ל 10.5 A). לקבוע את הזמן כאשר חוט הצתה נשרף (זרם פתאום מחזירה 0), t b. להקליט את ההבדל Δt w = t b – t 0 כמו " חוט נמשך " זמן.
  2. לקבוע את חוט הצתה הממוצע הנוכחי, אני iw; זה הממוצע של כל נקודות הנתונים של הרשומה הנוכחית בין t 0 ו- t b. לקבוע את הזמן כאשר המעקב לחץ תחילה סוטה מקו הבסיס הראשוני, t p0. להקליט את ההבדל Δt p = t p0 – t 0 כמו " זמן לעלות הלחץ ".
  3. לקבוע את הלחץ ההתחלתי הממוצע, P אני; זה הממוצע של כל נקודות הנתונים של הרשומה הלחץ בין t 0 , t p0. לקבוע את הלחץ המקסימלי, P מקסימום; זהו הערך המרבי של הרשומה לחץ.
    הערה: הסימן לחץ עשוי להכיל מספר קיצון ולאחר מקסימה.
  4. לאתר את המקסימום האחרון (בדיוק לפני הלחץ יתחיל להקטין באופן רציף עם השלמת צריבת); זה הזמן להפסיק לשרוף (t-s). חישוב ההפרש Δt b = t-s – t p0, ולהכניס אותו כמו " זמן לשרוף ".

6. מנקים

  1. נקיים ושימוש חוזר הבדיקה תאים במידת האפשר. תשליך תא מבחן בכל פעם זה נמצא כי שאריות מוצק הם מאוד קשה לנקות. נקה את התאים עם מים, אתנול, נייר מגבת. אם הצבע הלא מוליך פגום, לצבוע מחדש את התא לפני מחדש להשתמש בו.
    הערה: שימוש בסבון או חומרי ניקוי לנקות את התאים אינה מומלצת מאחר שאריות דטרגנט עלול לערער את חומרים פעילי שטח ניסוחים מסוימים אמולסיה.
  2. לנקות את כלי הקיבול לאחר כל הפעלה.
    הערה: לובש מסיכת פנים עם מחסניות למטרות כלליות המתאימה מומלץ עבור האדם מנקה את כלי הקיבול. פורמולציות מסוימות, במיוחד כאלה המכילים לרגישות כימי, עלולים ליצור משקעים מעצבן יותר מאשר אחרים.
  3. להסיר לכלוך ולחות מכלי הקיבול לחץ בעזרת מגבות נייר, החלת מים או אתנול כנדרש. להבטיח כי האלקטרודות מנוקים באופן דומה, כולל דיסקיות, אגוזים.
  4. בסופו של היום, להחזיר כל חומר שאינו בשימוש מדגם ופסולת למיקום האחסון המתאים (בדרך כלל מגזין חומרי נפץ).
  5. לבטל את מערכת רכישת הנתונים ואת המחשב (או אחסון אוסצילוסקופ).
  6. סגור את השסתום הראשי על הגליל ארגון (או חנקן) ולדמם הקווים ארגון (או חנקן).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

טיפוסי raw אותות בדיקה והתוצאה היא אירוע מלא שעבר בירושה (קרי "קדימה") מוצגים באיור 6. ההצתה הנוכחי (עיקול כחול) נראה קדימה ב t0 = 0, להישאר עד החוט NiCr בוער בטמפרטורה tb = 19.1 s. ההצתה הממוצע המחושב הנוכחי (כלומר הממוצע של כל נקודות הנתונים בין t0 ו- tb הואhw = 10.59 א על הפרוטוקול לחץ (עיקול אדום), הסימן הראשון ברור עזיבת התוכנית הבסיסית הראשונית נוצרת להתרחש ב- tp0 = 17.3 s. הלחץ ההתחלתי הממוצע מחושב (כלומר הממוצע של כל נקודות הנתונים בין t0 tp0) הוא Pאני = 4.924 MPa (700 psig). Tp0, הלחץ הוא לראות במהירות להגדיל למקסימום של Pמקסימום = 6.095 MPa (870 psig) ב- t-s = 33.7s. בנקודה זו החזית הבוערת הגיע הקיר הפנימי של התא והוא הלחץ יורד במהירות כמו בעירה נפסקת.

בפרוטוקול מדידה MBP המובאת כאן פותחה באמצעות מחקר קפדני של ההשפעות פיזיים רבים יכולים להשפיע על תוצאות המדידות. דרך הפרסום של מספר מסמכים, נתונים MBP על מגוון רחב מאוד של יראת כבוד ניסוחים הוצגו, ובכך לבסס את השימושיות ואת הפארמצבטית 16 בפרוטוקול מדידה המוצע.

בפרט, השפעת preponderant התוכן המים על ניסוחים MBP של היראה בבירור הוכח. ניתן לראות באיור 5 מציג את הנתונים MBP עבור חמש ניסוחים יראת כבוד עם תכולת המים משתנה בין 11.7 ו- 24.8% בנפח גדול (%). עבור אלה אמולסיות חמש, הפתרון מחמצן כללה רק אמוניום חנקתי ומים בזמן הסכום שלב (שמן + חומרים פעילי שטח) שמן, קומפוזיציה נשמר קבוע. זה יכול להיות שנצפו, עבור כל אחת מהמידות, סדרה של 12 עד 16 בדיקות בוצעו. עבור כל אחת מהמידות, שני קווים אופקיים קצר לציין את מרווח הזמן הלחץ בין האירוע "האסור (או חלקית)" הגבוה, הנמוך "ללכת" האירוע, כפי שצוין בפרוטוקול לעיל. זה ממחישה היטב את התלות חזקה של MBP של אלה נוסחות מסוים התוכן המים. איור 5, זה יכול גם להיות ציין כי פיזור הנתונים MBP הוא גבוה בהרבה עבור נוסחות שני עם תכולת המים הנמוך (EM4 ו- EM5). מאז אלה נוסחות הכיל רק אמוניום חנקתי בפתרון מחמצן שלהם (אין אחרים מלחים), הם יש טמפרטורות גבוהות יחסית התגבשות וייתכן, ככזה, נוטה יותר התגבשות על מניפולציה. זה יכול לגרום מידה מסוימת של אחידות הדגימות ולכן פיזור חשובים יותר בנתונים.

Figure 1
איור 1: להשלים את מכלול חוט הצתה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2: MBP טיפוסי תא מבחן עם דגימת הרכבה אמולסיה שהותקנו ההצתה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3: מבחן תא. (א) התכנסו מבחן תא לפני החדרת אמולסיה מדגם דרך הסדק. תצוגה (B) של המבחן תא מקצה פתוחים אחד עם מעצור אטומה הוסר, מציג את הפרטים של החוט NiCr לאורך הציר של התא נירוסטה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 4
איור 4: תצפיות חזותיות והקלטות לחץ. (א) תצפיות חזותיות טיפוסי "ללכת" (משמאל) ואירועים (מימין) "האסור". (B) רשומות לחץ טיפוסי של "קדימה" & אירועים "האסור". אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 5
איור 5: סיכום של תוצאות המדידות MBP של אמוניום חנקתי/מים היראה נוסחות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 6
איור 6: דוגמה של ניסוי MBP שנותחה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

העבודה שלנו הוכיח כי להתניע ליניארי גיאומטריה עם תיל ישר של NiCr בקוטר של 0.5 מ מ, 10 כדי 16 A זרם התנעה היה מספיק כדי להצית מכבידה כשהתוכן מים עד 25% בנפח גדול. עבור ניסוחים צמיגות גבוהה (כגון מוצרים ארוזים אמולסיה), תצורות אופקיים ואנכיים לספק תוצאות כמעט זהות 17. עם זאת, עבור נוסחות צמיגות נמוכה (כגון מוצרים בצובר אמולסיה) השפעות כבידה בתצורה אנכיים זירוז זרימת אמולסיה שמטרידה את תהליך ההצתה. במקרים אלה, נמצאה בתצורה אופקית כדי לספק תוצאות חוקי לשחזור 17. זה צריך להיות שם לב שהערכים MBP בשנת העבודה הנוכחית עבור תוכן אמולסיות מים גבוה הם נמוכים בהרבה מאלה שדווחו על ידי וואנג 7 עבור מוצרים דומים. ההבדל הזה הוא כנראה בשל העובדה כי, במקרה שלו, מקור ההצתה היה הגיאומטריה של סליל, אשר יעילה פחות כדי להעביר אנרגיה האמולסיה, לעומת הצורה הגיאומטרית ישר גלילי בשימוש העבודה הנוכחית. בנוסף, אם הסליל נוצר מתוך חוט קוטר קטן מדי או אם הלולאות נמצאים קרוב מדי אחד לשני, הסליל הצתה עלולה לשרוף פגים, לפני האמולסיה יכול להידלק. במקרה כזה, סביר מאוד כי כשל להצית עשוי היה מתבלבל עם כשל להפיץ.

לדוגמה, עבור משטח טיפוסי פרירים יראת כבוד כגון EM6 (17.4% מים, איור 5), MBP נמדד עם הגיאומטריה גלילי הנוכחי הוא 8.2 מגפ ס. MBP מצוטט על ידי וואנג עבור מוצר דומה עם פחות מים (16.0% מים), באמצעות הגיאומטריה סליל, היה 15.2 MPa 7, אשר הוא כמעט כפול בגובה. יתר על כן, באמצעות הגיאומטריה סליל עם ובודק אותו בשימוש העבודה הנוכחית, התגלה כי אמולסיה דומה עם 16.8% מים לא יכול להידלק כדי בעירה ממושכת אפילו בלחץ הראשוני עד 15.8 MPa 9. לשם השוואה, אמולסיות חקרה בשנת העבודה הנוכחית, שהיו המים תוכן גבוהה כמו 24.8%, יכול כל להידלק על בעירה מתמשכת על לחצים מתחת 15 MPa.

כצפוי, הנתונים בשנת העבודה הנוכחית מדגים בבירור כי תכולת המים הוא המרכיב העיקרי שליטה MBP של הפעולה סנובורד מדהים. התפקיד של מספר מרכיבים אחרים גם נחקר בפירוט קצת. עם זאת, תופעות בלתי צפויות רבות של כמה מרכיבים (נתרן חנקתי, microspheres זכוכית, לדוגמאות) היה evidenced 14 , עוד מחקר הנדרשים כדי להבין באופן מלא כיצד הנוכחות שלהם משפיע על ההצתה ועל הפצת בעירה במערכות אלו יראת כבוד.

הבדיקה, כמפורט בפרוטוקול לעיל, נוספה הדרישות האישור של חומרי נפץ בקנדה על ידי חומרי נפץ רגולטוריות חלוקה של משאבים טבעיים קנדה 18. זה הפך מבחן אישור על קבלת חומרי נפץ שטופלו באמצעות משאבות או לולבי ברג. בדיקה זו גם הוצע כחלופה הסדרה TDG האו ם 8c מבחן (Koenen test) 19 עבור הפעולה סנובורד מדהים. קבלת המבחן נמצא כעת ממתינים להמשך הדיון בתוך הקבוצה התכתבות לא רשמית מובלים על ידי קנדה 20. קבוצה זו מורכבת שבע בינלאומי ומחירי ארבע הלא - ארגונים ממשלתיים. מידע מפורט יותר על הפרוטוקול הנ ל ניתן לקבל באמצעות פנייה המחברים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים מצהירים כי יש להם אינטרסים כלכליים אין מתחרים.

Acknowledgments

הפיתוח של פרוטוקול הבדיקה דיווח זה תוצאות הפרסום מפרוייקט מחקר משותף בין קנדה משאבים טבעיים (CanmetCERL, חומרי נפץ R & סעיף ד) שירותי הכרייה Orica. הרשאה של שירותים מכרות Orica לפרסם מידע קנייני בנושא זה היא הובנה במלואה. ההשתתפות של סעיף אנליטית של CanmetCERL כדי אפיון פיזיים שונים הפעולה סנובורד מדהים מוכן לאורך כל העבודה הנוכחית הוא הודה גם בהכרת תודה.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ammonium nitrate emulsion blasting agent and method of preparing same. US Patent. Bluhm, H. F. , 3,447,978 (1969).
  2. Persson, P. -A., Holmberg, R., Lee, J. Rock Blasting and Explosives Engineering. , CRC Press. 86 (1993).
  3. Perlid, H. Pump Safety Tests Regarding Emulsion Explosives. Proceedings of the 22nd Annual Conference on Explosives and Blasting Techniques, International Society of Explosives Engineers. Cleveland, Ohio, USA, 2, 101-107 (1996).
  4. Chan, S. K., Kirchnerova, J. Ignition and Combustion Characteristics of Water-gel Explosives. Proceedings of the 18th Explosives Safety Seminar, U.S. DOD. San Antonio, Texas, , 193-200 (1978).
  5. Hanley, J. P., Shaw, R. 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).
  6. Institute of Makers of Explosives. Guidelines for the Pumping of Bulk, Water-Based Explosives. , 1120 Nineteenth Street, N.W., Suite 310, Washington, DC, USA. Available from: https://miningandblasting.files.wordpress.com/2009/09/pumping-of-water-based-explosives-june-2010.pdf (2010).
  7. Wang, J. Ignition and Combustion Characteristics of Emulsion Explosives under Pressure. , Department of Engineering Science, New Mexico Institute of Mining and Technology. (1991).
  8. Hirosaki, Y., Suzuki, S., Takahashi, Y., Kato, Y. Burning Characteristics of Emulsion Explosives (I) – Pressurized Vessel Test. Kayaku Gakkaishi. 61, 35-41 (2000).
  9. 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).
  10. Turcotte, R., Goldthorp, S., Badeen, C., Chan, S. K. Hot-wire Ignition of AN-based Emulsions. Propellants, Explos., Pyrotech. 33, 472-481 (2008).
  11. Chan, S. K., Turcotte, R. Onset Temperatures in Hot-wire Ignition of AN-Based Emulsions. Propellants, Explos., Pyrotech. 34, 41-49 (2009).
  12. 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. Fort Collins, CO, USA, , 385-394 (2008).
  13. 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).
  14. 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. Reims, France, , (2011).
  15. Turcotte, R., Badeen, C. M., Goldthorp, S. On the Use of the Minimum Burning Pressure Test as a Replacement for Some of the Series 8 Tests, Presented to the Committee of Experts on the Transport of Dangerous Goods and on the Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals, Sub-Committee of Experts on the Transport of Dangerous Goods, Forty-eight session, Geneva, 30 November – 9 December, 2015, ST/SG/AC.10/C.3/2015/41, CERL Report 2015-09 (TR). , Available from: http://www.unece.org/trans/main/dgdb/dgsubc3/c32015.html (2015).
  16. Badeen, C. M., Goldthorp, S., Turcotte, R., Lightfoot, P. D. On the Use of the Minimum Burning Pressure Test as an Alternative Series 8 Test, Presented to the Committee of Experts on the Transport of Dangerous Goods and on the Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals, Sub-Committee of Experts on the Transport of Dangerous Goods, Thirty-seventh session, Geneva, 21–30 June, 2010, UN/SCETDG/37/INF.41, CERL Report 2010-20 (TR). , Available from: http://www.unece.org/trans/main/dgdb/dgsubc3/c3inf37.html (2010).
  17. 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. Proceedings of the 36th International Pyrotechnics Seminar, 2009 Aug 23-28, Rotterdam, The Netherlands, , 197-206 (2009).
  18. Type E - High Explosives, Classification and Authorization, General and Detailed Requirements for Type E Explosives, Explosives Regulatory Division. , Natural Resources Canada, Government of Canada. Available from: http://www.nrcan.gc.ca/explosives/resources/guidelines/16423 (2015).
  19. Recommendations on the Transport of Dangerous Goods, Manual of Tests and Criteria. , 6th revised ed, United Nations, New York and Geneva. 200-207 (2015).
  20. Hsu, N. The Minimum Burning Test for Ammonium Nitrate Emulsions. SAFEX Newsletter. 58, Available from: https://www.safex-international.org/safex/page-newsletter.html 6-8 (2016).

Tags

כימיה גיליון 128 אמוניום חנקתי חומרי נפץ מסחרי להתניע הצתה הלחץ הבוער מינימלי נפץ על בסיס מים חומרי נפץ אמולסיה בעירה סכנה חומר נפץ
מינימום שריפת לחצים של חומרי נפץ אמולסיה על בסיס מים
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Turcotte, R., Badeen, C. M.,… More

Turcotte, R., Badeen, C. M., Goldthorp, S. Minimum Burning Pressures of Water-based Emulsion Explosives. J. Vis. Exp. (128), e56167, doi:10.3791/56167 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter