工业炸药智能包装生产工艺及其安全设计探讨

摘　要：介绍了工业炸药智能包装系统车间主要工艺与布置特点，结合工业炸药智能包装线设计经验，对工业炸药智能包装生产工艺及其安全设计中相关问题进行了探讨，旨在提高相关民爆企业生产水平。

关键词：工业炸药 工艺设计 工程设计

目前国内民爆生产企业工业炸药包装生产线经过多年发展，自动包装生产线设备可靠性与产能得到了一定提高，整机功耗整体下降，为民爆行业工艺技术与装备水平提升奠定了坚实基础。工业炸药包装过程是一项复杂的生产过程，人工操作已经不能与当前社会经济发展相适应，为了实现各工序装备技术向本质安全性、连续化及自动化方向发展，工业炸药包装生产线必须实现自动化与智能化。尤其是在当前包装自动化技术程度不断提高情况下，工业机器人在流水线上完成劳动量大和繁重工作，大大降低了劳动强度，减少了因工人情绪、技术不熟等因素影响造成产品缺陷的情况发生，减少了生产面积，提高了生产效率。同时，工业炸药包装工序作为一种特殊作业环境，存在一定危险性；包装生产线实现智能化、自动化才能保障生产安全，使工业炸药包装生产线向少人化或无人化发展，有效推进民爆生产企业产业结构优化升级，采用智能化工艺技术与装备，提高产业集中度和本质安全水平，确保民爆

装备与技术健康、协调和可持续发展。

在工业炸药包装过程中，应注重包装系统技术水平，需要生产企业采取各种有效措施，根据其工厂配备生产车间及不同生产工艺，使其具备本质安全性、功能齐全、自动化程度高以及包装速度快等特点。对于工业炸药包装生产线实现自动化、智能化及生产线工序的工艺合理性不仅决定了自动化程度，而且也决定了自动化生产线的可行性和经济合理性。在不影响工业炸药包装生产线使用性能和投资成本前提下，对生产线工序的工艺合理改进可以极大地降低包装生产线难度和成本。因此，工业炸药包装生产线应合理规划各工序和车间之间布局，以提升民爆生产企业综合实力。1　工艺流程

智能包装生产线通过药卷自动理料整列、计数堆码、自动开箱、机器人装箱、投放物料、动态称重剔除、自动封箱及捆扎后，经过成品输送皮带转运至装车平台，工艺流程如图1所示。

图1　工艺流程图

药卷通过分料输送系统进行可靠的自动分流，后经理料整列系统将姿态正确的药卷送入计数堆码装置内；无序药卷送入回料装置重新理料，实现系统自动理料功能。药卷通过计数堆码装置进入称重抓取平台，通过称重剔除，机器人将合格的药卷抓取放入包装箱内；称重不符合的送至回料装置重新理料。装箱完成后，包装箱进入自动封箱机折盖封口；经捆扎完成整个炸药包装工序，最后进入成品输送环节。

2　工业炸药智能包装生产工艺设计探讨2.1　工艺方案设计原则

理想的工业炸药包装生产工艺应该是生产效率高、辅助作业少且能耗低，包装产品均一性好、牢固、经济且美观。工业炸药包装线的工艺设计应遵循以下几项原则。

第一，在保证产品质量的同时，工艺方案应充分考虑生产成本、周期和环境保护等。

第二，根据企业要求，尽量采用国内外先进技术和设备，提高企业工艺技术水平。

第三，确定各工序先后顺序，采取保障危险品之间不发生殉爆的设施。

第四，合理配置和优化每台设备工艺内容，不要使一台设备功能过于复杂。

第五，分析优化药卷在包装线上的姿态方向，工艺设计时需要全盘考虑药卷在生产线上的分料机构、挡停机构以及换向机构，尽可能使这些机构数量与种类最少，简化生产线设计制造。

第六，尽可能使设备工艺衔接平衡，充分发挥整个生工 艺 与 装 备161产线的效率，避免在某些设备上出现浪费。第七，从各工序角度分析和优化，不仅要简化各设备结构，而且要使整条生产线结构简单、停机时间少与维修速度快，提高整条生产线可靠性。综上，工业炸药包装生产线工艺设计质量和水平直接决定了生产线上各设备的复杂程度、可靠性、整条生产线生产效率以及生产线制造成本等综合性能。2.2　合理布置，防止交叉干涉

包装生产线工艺布置必须紧凑，走向顺畅，尽可能采用平面布置，减少台阶。有条件的应当实现在一个车间内完成工业炸药包装的各个工序全过程，同时提高包装线对系列化工业炸药产品生产的适应性，提高生产本质安全性、节能与环保水平，完善外部配套工程，选择最佳工艺路线。

工业炸药包装线工艺的设计与布置，是民爆生产企业车间设计的一个重要内容，涉及的设备工艺主要有理料、计数、全自动开箱、机器人抓取、全自动装箱、全自动封箱、自动剔除、资料投放、自动喷吗、自动捆扎以及全自动码垛。工业炸药生产中具有爆炸危险性，由于采用了自动化控制技术，因此在包装车间工艺设计过程中要注重考虑对车间内的静电、管道压力、温度以及输送速度等控制内容，做到自动控制管线与工艺流程相吻合；各种控制管线、输送线应顺畅，不产生交叉；在电机、电器设备上方和附近不得设置管道；对于蒸汽管道应避免设置在通道和操作面上，不应埋地敷设，采用架空时便于检修。2.3　设备切换与分配组合方案

在包装线中需要多种设备组合形成组合体系，来完成不同工序操作，因此在工序和设备布置设计时，应实现相邻设备切换与分配组合。由于包装线各相邻设备之间的工序造作具有依赖性，只有前一台设备操作完成后，药卷或箱体才能经过输送线送到相邻的下一个设备进行操作；一旦一个设备出现故障，则整条生产线都会停下来，给生产任务带来较大损失，所以包装线、各设备及包装线控制系统的可靠性是非常关键的设计指标。

在总体方案设计完成后，进行各设备详细机构设计，在总体方案设计中已经确定的各设备位置、药卷姿态方向、设备工序操作的具体内容、操作完成后药卷或箱体位置和姿态等，设计人员应根据上述条件进行详细的机构结构设计，需要将各设备位置、药卷或箱体姿态方向进行控制，对药卷或箱体传感器检测确认等工作通过包装线组成一个系统。2.4　合理设计自动化控制方案包装线在生产过程中为了满足多种工艺要求，必须使自动化控制方案达到较高水平，由于民爆器材产品对静电比较敏感，在厂房建设和设备构造上比较特殊，需要配置特殊的区域和车间，避免与其他工艺共用车间。尤其是对危险工艺的设置，需要对包装线中的各种参数、运动速度以及物料形态等进行控制，满足各种不同工艺要求。2.4.1　各子设备与包装系统连接与控制根据最后确定的设备工艺流程，使其依次在包装线上排布，调试完成后按照各设备在包装线上的相对外置进行连接固定。例如凌乱无序的药卷通过输送线上的理料装置后进行理料，将药卷理顺送入计数堆码装置内，无序药卷通过导向机构进入回料装置，进一步理料再回到理料装置的入口。计数堆码装置采用光电计数器与接料料仓配合，通过光电计数器进行计数，落入药卷的数量达到设定数量时，理料装置输送机构暂停，接料料仓出口面打开药卷通过自重落入称重料仓，然后由机器人抓取后，装入箱体。2.4.2　药卷、箱体姿态方向的控制

如果药卷在输送过程中的姿态方向与输送线进行工序操作时的姿态方向不一致，则应在输送线上设置导向机构或翻转换向机构，改变药卷姿态方向。在包装线总体设计时，应盘考虑各机构取料、放料时药卷或箱体姿态，尽可能地将药卷或箱体输送时姿态方向一致的工序安排在一起，使整条包装线换向次数及换向机构次数最少，以简化生产线设计与制造，满足各工序操作简化要求。

由于药卷形状为标准圆柱形，所以在药卷输送始终卧式姿态为主，在整条包装线上采用了以下几种换向机构。

第一，档杆。在输送皮带上设置固定档杆，药卷经过档杆后理顺为“1”字型送入计数堆码装置内。

第二，机器人抓取机构。机器人抓取机构上设置了回转机构，药卷进入接料料仓后通过机器人抓取后，使药卷在其作用下完成90°旋转。

第三，输送机组合。箱体在输送过程中可能由两组垂直分布的输送机完成箱体转向。2.4.3　药卷、箱体的暂停与分隔控制

由于药卷的外形为标准圆柱形，药卷在输送皮带上输送时无法同时抓取。因此，设计了计数堆码装置，采用光电计数器与接料料仓配合，通过光电计数器进行计数，达到设定数量时，料仓出口面挡板在气缸作用下打开，药卷通过自重落入称重料仓；如在自动封箱工序中，通过送箱辊道机设置无动力辊道，后箱作用于前箱，使前箱进入封箱机的夹送皮带。由于皮带夹送速度比送箱辊道机速度快，使前、后箱之间会拉开适当距离，从而使箱子有序地进入封箱装置中。3　工业炸药智能包装生产工艺安全设计探讨3.1　合理的平面布置

工业炸药智能包装线总体规划和设计，是由总图运输与建筑、给排水、工艺设计、自动化控制、节能以及环保等专业组成。设计前，相关设计人员到现场对厂区内的外部施工条件、现有生产条件、工程地质情况、水文气象条

162现代制造技术与装备2019第8期　总第273期件即环境保护等问题进行实地勘察，搜集所需要的设计资料，保证工程总体规划和设计严格按照《民用爆炸物品工程设计安全标准》执行。工业炸药智能包装线总平面布置是在总体规划基础上，根据现有生产工艺和生产企业各组成部分的特点以及火灾、爆炸危险性，结合现场条件、自

然条件和周边环境，经多种方案比较后确定，按功能分区集中布置，在生产区布置与生产联系密切危险性设施及辅助设施。包装线总体布置包括危险品生产区、辅助生产区、包装区、空压机站以及配电室等，某民爆生产企业包装车间的平面布置图如图2所示。

图2　包装车间平面布置图

在一个较完善的民爆生产企业厂区内扩建新的包装线，必须注意新包装生产线的特殊性，考虑厂区整体性，实现厂区内新包装线和原有设施合理布局、生产设备连接顺畅，内外部安全距离满足《民用爆炸物品工程设计安全标准》要求。设计时，总平面布置从安全角度主要考虑以下方面内容。

第一，平面布置应紧凑合理，减少施工用地，尽量利用原有建筑物和构筑物；第二，合理的组织运输，保障现场的运输道路通畅，减少二次搬运；第三，各项设备设施的布置应满足方便施工、安全防火、环境保护和劳动保护要求；第四，在平面布置上，设备安装时尽量避免干扰其他各专业施工；第五，符合现场卫生安全技术要求和消防相关标准；第六，结合拟采用的设备安装方案和安装顺序；第七，各种设备既满足包装线作业需要，又要便于安装、拆卸及维修；第八，设备设施用电按最短线路敷设进行电力平衡布置，既减少线路敷设距离，又降低功率损耗。

根据规范可将包装线与全自动装药工房联建，中间设置隔墙，既满足工艺要求，又符合规范规定，是较理性的布置。设计应充分利用地形高程差，合理确定厂房和道路

高程，解决车间运输道路与原厂区道路衔接；如果解决不好此问题，就会造成生产过程中人员流动和物流紊乱，同时增加厂区土石方及道路工程的不必要支出。因此，平面布置应符合安全、防火、卫生、检修和施工要求，有利于保障人身安全和改善工作环境，为企业正常生产与安全创造必要条件。

3.2　合理的选择设备、设施材质

设备、设施材质及其性能，直接影响生产安全，如果设备、设施材质不符合包装系统生产对安全的特殊要求，就会造成设备因“先天不足”而造成安全隐患。危险品包装线选用的设备和装置应符合下列要求。

第一，在满足产品质量前提下，选用低速、低压与低噪音的设备，如当温度、压力等工艺参数超标时，应设置自动监测报警装置。

第二，与药卷、箱体接触的设备零部件应光滑，有摩擦、碰撞时不得产生火花，危险品制造的原材料、在制品、成品等与其设备材质不得有不良反应。

第三，设备的结构选型不应有堆积物料死角，应采取工 艺 与 装 备163措施防止润滑油进入物料，防止物料进入其他旋转部件；第四，当检修人员作业时，应设有安全保障措施，防止他人启动设备。第五，在连续化包装生产线工艺中，设备本身已采取了防止传爆的安全防范技术措施，各设备之间也应采取防止传爆的安全防范技术措施。

第六，包装线的各种设备、装置或管道应设有导出静电措施。

由于民爆特殊性，包装过程对火花和静电比较敏感，厂房内门窗、设备及附件均采用不产生火花材料及防静电材料。由于包装方式、搬运方式等原因容易出现包装破裂、破损等情况，厂房的地面宜做成不发生火花的柔性地面，且采用防静电地面面层。危险品厂房应采用平开门，向外开启，不应设置门槛；外门口应做防滑坡道，危险工作间的门不应与其他房间门直对。生产区的门窗玻璃宜采用防止碎玻璃，如此设计，不仅提高了生产安全性，而且有效延长了厂房使用寿命。

3.3　保证良好的采暖、通风和空气调节效果

采暖、通风和空气调节工程对改善劳动条件、合理利用和节约能源及资源、保护环境、保证产品质量以及提高劳动生产率有着十分重要的意义。民用爆破器材工程的生产厂房内的采暖、通风和空气调节设计除应符和国家标准和相关规定外，还应符合下列要求。

第一，管道的外表面应涂以易于识别爆炸危险性粉尘颜色的油漆，且均采用非燃烧材料制作。

第二，采暖干管不应穿过抗爆间室的墙体，且支管上的阀门应设在操作走廊内。

第三，管道不应设在地沟、吊灯内，其入口和换热装置不应设在危险工作间内。

第四，排风口的位置和风速应能有效的排除燃烧爆炸危险性粉尘。

第五，含有燃烧爆炸危险性粉尘的空气应经净化处理后排出，宜采用湿法方式处理，且除尘器应置于排风系统负压上，排风机、调节阀等均采用防爆型。

第六，风管内的风速应按燃烧爆炸危险性以及粉尘不在风管内沉积原则确定，风管应有坡度，并应设置清扫孔等清理装置。

由于厂房内极易产生易燃、易爆的粉尘，在选择设备时，宜采用外形平整不易积尘的机构构件和构造，其内墙面和顶棚表面应平整光滑，所有凹角宜抹成圆弧，且建筑物不用设置天窗。厂房内的采暖、通风和空气调节系统设计，应根据工程实际情况、有害气体种类和性质，计算出正常通风量；事故排风量确定要看厂房火灾危险性。首先解决的是生产工艺和操作人员的安全性问题；其次，系统设计要符合工艺和规范要求；最后，考虑能耗、噪音、系统稳定性、检修方便及易于操作等方面，简而言之是要从安全、节能、环保以及运行可靠等方面进行设计。4　结语

根据长期设计及总包工程经验，在设计前，先要向业主了解产品种类、生产能力、场地面积以及各种配置要求等信息，然后向业主提供初步设计方案，确定企业是否需要一定规格内的物料的兼容性，是否需要工业机器人与厂房的设计、当地卫生的要求及业主的卫生要求及其他要求；同时，设计时还要考虑到安装、调试和维护等。总之，要在尽可能小的空间上达到最佳效果，为业主节省投资。

在工业炸药智能包装系统工艺设计过程中在遵照《民用爆炸物品工程设计安全标准》相关规定基础上，以安全生产为目标，加强对车间内布局合理性控制，以此提高自动化、智能化水平和生产效率，保障生产人员安全，推动民爆行业技术进步。

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Discussion on Intelligent Packaging Technology

and Safety Design of Industrial Explosives

PAN Xianfeng

Technology Research Institute Limited Company, Huaibei 235000)

(China Coal Technology Engineering Group Huaibei Blasting Abstract: This paper introduces the main process and

layout packaging system workshop, and combines the experience of characteristics of the industrial explosives intelligent

related problems in the industrial packaging intelligent packaging industrial explosive intelligent packaging line design to discuss the production level of relevant civil explosive enterprises.production process and its safety design, aiming to improve the

Key words: industrial explosives, process design,

engineering design