趙東奎, 田 軒, 黃亞峰, 馮曉軍, 石 健
(西安近代化學(xué)研究所,陜西 西安 710065)
奧克托金(HMX)是我國武器彈藥裝備中常用的一種高能炸藥,HMX基混合炸藥大量應(yīng)用于國防。受使用壽命限制,我國每年都有大量的HMX炸藥因服役期滿而成為廢舊炸藥。
目前,國內(nèi)外常用的廢舊火炸藥處理方法[1-2]有公海傾倒和深土掩埋及露天燃燒、爐中焚燒、爆炸法。前2種方法并未解除含能材料爆炸的潛在威脅,因此在上世紀70年代中期以后已停止使用。露天燃燒具有操作簡單等優(yōu)點,但由于燃燒時形成大量有害氣體和固態(tài)殘渣,對空氣污染嚴重;爐中焚燒可將火炸藥材料充分分解氧化,將污染氣體(如氮氧化物)的生成量降至最低,但該方法所用設(shè)施的建造、使用和維護需要大量費用,目前該方法已被發(fā)達國家采用。其他國家普遍采用露天燃燒法。
隨著環(huán)境問題的日漸突出及各國對環(huán)境問題的日漸重視,廢舊火炸藥的處理方式正由過去的銷毀型向資源二次開發(fā)型轉(zhuǎn)變。廢舊火炸藥二次開發(fā)是將廢舊彈藥中的火炸藥經(jīng)過回收、加工后重新利用的過程,民用化是其再利用的重要途徑[3-4]。
在廢舊炸藥回收利用[5-6]方面,西安近代化學(xué)研究所(204所)有明顯的技術(shù)優(yōu)勢,如,孫國祥等于2002年成功回收了鈍化黑索金炸藥。2012年,204所組織科研人員將廢舊HMX炸藥制備成民用耐熱炸藥。本文對比研究了該炸藥的組成、熱性能和應(yīng)用性能,參比對象為由純HMX制備的H781炸藥。
在民用炸藥應(yīng)用領(lǐng)域,石油、天然氣等射孔彈是其中一種重要產(chǎn)品。由于石油和天然氣開采環(huán)境通常伴隨高溫,為了保證作業(yè)過程中的安全性,應(yīng)用環(huán)境對油、氣射孔彈用炸藥提出了苛刻的耐熱要求。目前,國內(nèi)外在石油、天然氣開采方面根據(jù)井深將主炸藥分為3類,見表1。
表1 油、氣射孔彈用耐熱炸藥
首先,選定HMX基民用耐熱炸藥H781作為再利用目標;然后,將廢舊HMX基炸藥回收制備成H781A;最后,對比了它與H781炸藥的性能。
針對H781A炸藥進行分析,試驗對象分別為藥粉和炸藥裝藥。
2.1.1 粒度、水分揮發(fā)分、成分
按照 Q/AY.82A-2001《H781炸藥》規(guī)定,取樣測試H781A炸藥的粒度、水分揮發(fā)分、成分。試驗數(shù)據(jù)見表2。
表2 H781A炸藥組分試驗數(shù)據(jù)
由表2可知,H781A炸藥符合204所H781產(chǎn)品的組成要求。
2.1.2 機械感度
試驗方法采用 GJB772A-601.1(爆炸百分數(shù)法),H781A炸藥的感度數(shù)據(jù)見表3。
表3 H781A與H781的機械感度
由表3數(shù)據(jù)可知,H781A炸藥感度較低,符合204所H781產(chǎn)品對感度性能的要求。
2.1.3 H781A炸藥的真空安定性
按照GJB772A方法501.2進行真空安定性試驗,對比測試了H781A炸藥的真空安定性。試驗條件:5g藥在180℃下恒溫48h的放氣量。試驗結(jié)果見表4。
表4 真空安定性結(jié)果(放氣量) mL
綜上所述,H781A炸藥在組成、機械感度和熱安定性方面符合H781炸藥的驗收規(guī)范。除此之外,H781A的可壓性、流散性等性能方面也與H781炸藥相當。
2.2.1 能量特性
由于H781炸藥主要利用炸藥爆轟后的金屬射流效應(yīng)完成射孔,因此炸藥爆速是影響射孔彈射孔能力的主要參數(shù)。H781A炸藥的爆速性能是否達到H781的指標,是其能否作為耐熱射孔彈裝藥的主要技術(shù)指標。采用試驗方法GJB772A-702.1對H781A與H781炸藥的實測爆速進行了對比。結(jié)果見表5。
表5 H781A與H781的爆速
由表5可知,H781A的爆速性能與H781相當。
2.2.2 耐熱性能
1)高溫下的安全性能
利用熱爆炸試驗對比研究了相同尺寸下2種裝藥在200℃的熱爆炸延滯期。具體實驗條件:藥柱尺寸為Ф50mm×50mm,限制條件采用無約束,加熱方式采用空氣加熱,升溫速率設(shè)定為1℃/min,從室溫升至200℃,恒溫至炸藥反應(yīng),恒溫時間即為炸藥的熱爆炸延滯期。結(jié)果表明,H781與H781A炸藥在上述條件下的熱爆炸延滯期均大于9h。
2)高溫下的性能變化
利用恒溫失重法對比研究了2種炸藥在190℃下的性能變化。實驗條件:藥柱尺寸為Ф50mm×50mm,限制條件采用無約束,加熱方式采用空氣加熱,升溫速率設(shè)定為1℃/min,從室溫升至180℃恒溫2h,觀察試驗前后的質(zhì)量變化。結(jié)果見表6。
表6 炸藥的熱失重參數(shù)
由表6結(jié)果可知,H781A炸藥的失重率與H781炸藥的失重率基本相當。在體積不變的情況下,炸藥的失重可能導(dǎo)致炸藥的密度降低。但根據(jù)Kamlet爆速公式計算發(fā)現(xiàn),H781A炸藥因熱失重導(dǎo)致的爆速下降值僅為68m/s,影響較小。
分別對H781和H781A炸藥進行射孔彈壓制,在炸高、彈型和藥型罩等相同條件下進行穿深性能對比。試驗結(jié)果見第66頁表7。
由表7可知,含H781A炸藥的射孔彈與H781射孔彈穿深性能相當。
表7 射孔彈穿深性能對比 mm
1)由廢舊HMX基炸藥回收制備的民用耐熱炸藥H781A,其藥粉在產(chǎn)品組成、熱安定性、機械感度等性能上符合H781產(chǎn)品驗收規(guī)范,在流散性、可壓性方面與H781炸藥相當。
2)無約束的H781和H781A炸藥藥柱在高溫條件下的安全性和使用性能相當,符合使用要求。結(jié)合射孔彈應(yīng)用,其試驗結(jié)果表明,H781A炸藥的射流深度與H781炸藥相當。
綜上,廢舊HMX基炸藥回收制備的民用耐熱炸藥H781A裝填的射孔彈可安全、有效地用于高溫射孔作業(yè)。
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