炸药燃烧转爆轰的原因分析及对安全销毁炸药的启示

炸药燃烧转爆轰的原因分析及对安全销毁炸药的启示

【摘要】本文针对炸药烧毁过程中由燃烧转爆轰的事故，对比了炸药燃烧和爆轰反应，揭示了两者的异同以及分析了燃烧转爆轰的规律及条件，获得了对安全销毁炸药的启示，对安全烧毁废炸药具有实际指导意义。

【关键词】炸药；燃烧；爆轰；安全

1 引言

燃烧转爆轰（Denagrationt to DetonationTransition，简称DDT）是系统由燃烧发展为稳定爆轰过程中出现的一个复杂的物理、化学反应，它广泛存在于火箭推进剂的燃烧、爆破器材的起爆以及炸药的生产、贮存和使用过程中。在炸药的烧毁过程中，由燃烧转为爆轰而发生事故的现象时有发生。究其原因，主要是由于不了解炸药可以由燃烧转为爆轰以及在什么条件下会转化，未采取相应的防护措施。因此，研究炸药燃烧转爆轰的原因，注意避免产生炸药燃烧转爆轰的现象对于安全销毁炸药具有重要的实际意义。

2 炸药的燃烧和爆轰

燃烧和爆轰是炸药分解的两种常见形式。

炸药的燃烧是一种猛烈的物理化学变化。炸药被引燃后，火焰向深层传播，使炸药燃烧。燃烧以燃烧反应波的形式传播，反应区的能量通过热传导、辐射及燃烧气体产物的扩散传入下层炸药。炸药的燃烧按照燃烧速度是否稳定可分为稳定燃烧与不稳定燃烧[1]。

在相同的条件下，测定炸药燃烧的稳定性其结果列于表1中[2]。

由表1可见，猛炸药燃烧稳定性最高，而起爆药最低，易熔炸药（熔点较低的）又比难熔炸药的稳定性高。

爆轰反应是极其复杂的化学反应，是炸药化学反应的最激烈形式。爆轰波沿炸药高速自行传播，速度一般在数百米到数千米每秒，爆压可达几十吉帕，爆温可达几千摄氏度，且传播速度受外界条件的影响很小。

爆轰时，炸药释放能量的速率也很快，因此可产生很高功率。高压、高温、高功率决定了炸药作功的强度。可把爆轰的传播视为爆轰波的传播，它的传播具有波动性质。在爆炸点附近，压力急剧上升，其爆轰产物猛烈冲击周围介质，从而导致爆炸点附近物体的碎裂和变形。

表1 炸药稳定燃烧的临界破坏压力

猛炸药

火药和起爆药炸药种类梯恩梯

苦味酸

太安

黑索今

硝化棉

过氯酸铵混合物

雷汞

叠氮化铅+石蜡熔点/℃80

122

141

202

—

—

—

—p临/MPa

200

80

55

25

10～17

10

任何压力下都爆轰

3 燃烧和爆轰的异同

3.1 燃烧和爆轰的共同点

燃烧波和爆轰波都属于化学反应波。燃烧和爆轰一经发生，它们不是在全体物质内进行，而是在某一局部区域以化学反应波的形式，按一定的方向、一定的速度，一层层地自动传播进行。化学反应波的反应区比较窄，化学反应就在这个很窄的反应区内进行并完成，而且这个过程一经发生就可以自动地继续下去，直到爆炸物质全部反应完毕。

3.2 ，燃烧与爆轰的本质区别

燃烧与爆轰是两类不同的化学反应方式，它们的区别主要表现在如下几方面：①激发反应的方式：燃烧通过热传导、热辐射方式引起化学反应；爆轰通过冲击波、冲击压缩引起化学反应。②火焰面传播速度：燃烧速度为每秒数毫米至每秒数百米；而爆轰速度为每秒数千米。③质点运动方向：燃烧产物质点运动方向与燃烧界面消失方面相反，爆轰产物质点运动方向与界面消失方向相同。④波压：燃烧时反应压力较低；而火、炸药爆轰时，其反应压力常高达数十万个大气压[3]。

4 DDT的规律和条件

4.1 DDT的规律

燃烧转爆轰具有下述一般规律：

（1）气体平衡的破坏是燃烧转变为爆轰的主要原因，当燃烧速度超过某一临界值，平衡就可能被破坏；

（2）火焰面的弯曲会破坏燃烧的稳定性；

（3）对大多数能燃烧的炸药，其燃速和加速度大大小于临界值；

（4）当排气不充分时，火焰面压力增加，火焰面后形成冲击波的原因；

（5）装于壳体中的炸药更容易发生燃烧转爆轰。

4.2 DDT的条件

燃烧转变为爆轰最重要的因素是炸药的性质。一般说来，化学反应速度很高的炸药很容易产生爆轰。

实验研究得出炸药的燃烧在以下条件下可转化为爆轰：

（1）燃烧气体平衡的破坏，燃烧转变为爆轰的主要原因。

要燃速超过某一临界值，就会产生这种破坏。这种转变的关键条件是燃烧压力的增加。

（2）炸药装入壳体中，有助于燃烧转变为爆轰。因为装入壳体后造成炸药的燃烧在密闭或半密闭环境中进行，生的气体排出受到壳体的阻碍，燃烧气体平衡受到破坏，使燃烧反应区压力增高，燃烧加快，而有助于燃烧转变为爆轰。

（3）燃烧面的扩大，可以破坏燃烧的稳定性，促使其转变为爆轰。

因为这时单位时间燃烧的炸药量也要成比例地增加，燃速加快，燃烧温度增高。燃烧速度或燃烧温度达到某一程度时，燃烧就会转变为爆轰。风可使燃烧速度加快，也有助于爆轰的形成。

（4）药量大时，易由燃烧转变为爆轰。

这是因为药量较大时，炸药燃烧形成的高温反区将热量传给了尚未反应的炸药，使其余的炸药受热而爆炸。炸药燃烧转爆轰是一个多因素控制下的复杂系统，是多阶段非定常过程，物理量值要跨过几个量级范围，研究难度大。由于对象、实验条件和测试方法等方面的原因，已有研究对于其机理的解释一直没有得到令人满意的结论，只是提供了一些初步结果，宏观和部分微观的研究主要是唯象的认识，还有不少问题有待进一步深入研究。

5 启示

在烧毁火炸药过程中，需要充分考虑到各种火炸药的燃烧转爆炸的性质，对于烧毁处理火炸药有以下启示。

在炸药烧毁过程中，要充分认识到大量火炸药即使经过长期储存，其爆炸危险性依然存在。炸药的燃烧与爆炸是炸药的两种反应形式，在一定条件下完全可能转化，容易导致爆炸事故的发生；但是只要在废炸药烧毁过程中，根据炸药由燃烧转化为爆炸的规律，采取必要的措施和方法加以防止，是能够保证烧毁作业的安全的，切不可掉以轻心、麻痹大意，否则极易导致事故的发生。