ДонНТУ Портал магистров ДонНТУ
Проект электронного датчика усилия Отчет о поиске в Internet
Электронная библиотека
Кутняшенко И. В., Бован Д. В.
(Донецкий национальный технический университет)
ПЕРСПЕКТИВЫ И ПРОБЛЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ УКРАИНЫ
Сборник научных трудов ДонНТУ серия "Химия и химическая технология"1995-2005г 110 с
Рассмотрены существующие способы утилизации боеприпасов, дан их сопоставительный анализ с точки зрения эффективности и безопасности, предложен ряд мероприятий для повышения производительности предприятий для утилизации и улучшения качества получаемых продуктов.
В последние годы становится всё актуальней проблема хранения, переработки и утилизации боеприпасов на складах Украины.
По ряду причин Украина после распада СССР превратилась в огромный арсенал. Боеприпасы остались в наследство от Первой и Второй мировых войн и послевоенной гонки вооружений. Сейчас на складах хранится 2,5 млн. тыс. тонн боеприпасов, из которых 340 тыс. тонн нуждаются в срочной утилизации. Через 2,5 года количество таких боеприпасов возрастет до 500 тыс. тон. Боеприпасы с истёкшим сроком хранения представляют постоянную угрозу несанкционированных взрывов и пожаров, что может приводить к катастрофическим последствиям, сопряженным с гибелью людей и невосполнимым ущербом природе.[1]
С другой стороны устаревшие боеприпасы являются государственным резервом ценных вторичных материалов. Например, артиллерийский выстрел содержит высококачественную корпусную сталь, латунную гильзу, взрывчатое вещество (ВВ) разрывного заряда и пороха метательного заряда. Но имеющиеся в Украине специализированные производства, позволяют утилизировать не более 30 -50 тыс. тонн боеприпасов в год, исходя из этого, возникает необходимость быстрого внедрения новых высокоэффективных технологий утилизации боеприпасов.[2]
Сейчас на многих арсеналах и базах расснаряжение (утилизация) боеприпасов продолжает проводиться наиболее «универсальным» методом подрыва или сжигания на специальных площадках. При этом происходит полная потеря вторичных материалов, включая пороха, используемые при выжигании ВВ, и даже стали корпуса при его подрыве.
На отдельных арсеналах практиковалась выплавка заряда острым паром через очко корпуса снаряда. Расплав ВВ вместе с конденсатом сливался на землю, а затем сжигался.
Применение таких способов утилизации совершенно неприемлемо с точки зрения экологической безопасности и экономической целесообразности. В связи с тем, что при сжигании и подрыве полностью теряются ценные материалы и в атмосферу поступает большое количество выбросов, содержащих токсические вещества, а при выплавке образуется конденсат, содержащий растворенное и взвешенное ВВ, которое, попадая в грунтовые воды, загрязняет большие территории.
По современным требованиям утилизация боеприпасов заключается в приведении их в не боевое состояние и извлечении вторичных материалов из их элементов. Вопрос утилизации металлических частей боеприпаса не вызывает дополнительных трудностей для металлургической промышленности, а утилизация ВВ нуждается в совершенствовании процессов и оборудования. Это обусловлено тем, что из-за новизны проблемы утилизации в мировой практике нет единого научно обоснованного подхода к её решению. Кроме этого сильно различается состав ВВ в различных боеприпасах, также изменением их свойств во время хранения и в процессе утилизации. Большинство параметров утилизированного тротила хуже чем первичного. Рассмотрим основные способы утилизации боеприпасов, применяемые на предприятиях Украины и проанализируем их с целью выявить и по возможности исключить воздействия, ухудшающие качество продукта.
Рассматривать будем утилизацию наиболее массовых боеприпасов, подлежащих утилизации – артиллерийских снарядов. В случае неокончательно снаряженного (без взрывателя) артиллерийского выстрела это сводится к следующим действиям.
Сейчас на предприятиях, которые раньше производили боеприпасы, применяет несколько различных способов извлечения ВВ для использования их энергетического потенциала.
Это бесконтактная выплавка, контактная инертным теплоносителем и механическая резка корпуса с последующим выдавливанием ВВ.
Способ извлечение продукта из изделий, выплавкой паром бесконтактным методом на 2-х блоках выплавки. Каждый блок выплавки представляет собой две термокамеры. Около каждой термокамеры установлен вытяжной шкаф для охлаждения выплавленного продукта, собираемого на поддоны, установленные на тележке под термокамерой. На 2-м блоке дополнительно смонтированы две установки выплавки для извлечения продукта из крупногабаритных изделий. Их устанавливают в гнезда сборки термокамеры, отцентровав изделие очком вниз.
После окончания выплавки тележку с поддонами устанавливают в вытяжной шкаф для охлаждения. Охлаждение осуществляется воздухом при температуре помещения. После затвердевания продукт перевозят в отделение комплектации выплавленного продукта.[4]
При извлечении тротила этим способом часть его остаётся на стенках снаряда, а конструкция термокамеры не обеспечивает достаточной герметичности и пар взаимодействует с расплавленным материалом, что снижает его качество.
Для тротилсодержащих боеприпасов наиболее разработанным методом является выплавка наполнителя с использованием внутреннего или внешнего обогрева водяным паром или специально подобранным жидким теплоносителем.
Наиболее дешевый метод – применение водяного пара для подачи внутрь боеприпаса с целью выплавки тротилсодержащей ВС с последующей сепарацией мелкодисперсного металла (алюминия) и с использованием воды в замкнутом оборотном цикле. При этом тротил после кристаллизации может быть употреблен вторично в народном хозяйстве в качестве компонента промышленного ВВ.
Эффективно, особенно для крупногабаритных изделий, применение других жидких теплоносителей (силиконовое масло, парафин, церезин). При этом теплоноситель также участвует в замкнутом оборотном цикле, а тротил подвергается соответствующей переработке и используется в народном хозяйстве. В качестве внешнего теплоносителя может быть использован и водяной пар. Выплавка тротила осуществляется на специальных установках паро-воздушной смесью при температуре воды 93-95°С и пара 125°С.
Но эти методы не позволяют обеспечить высокую чистоту продукта т. к. оборудование, на котором они осуществляются, не обладает достаточной герметичностью, а теплоносители не подвергаются должной очистке.
На Брянском химическом заводе для утилизации крупногабаритных боеприпасов тротилового снаряжения разработана технология и оборудование по методу вымывания ВВ расплавом парафина.
В качестве рабочей жидкости выбран расплав парафина, обладающий рядом преимуществ по сравнению с другими применяемыми рабочими жидкостями (полиметилсилоксановые жидкости, расплав тротила и т.д.). Расплав парафина инертен по отношению ко всем типам ВВ в рабочем диапазоне температур, обладает большой теплоемкостью и низкой вязкостью, взаимно нерастворим в тротиле, плотность расплава парафина почти вдвое ниже плотности расплава тротила, парафин малотоксичен и взрывобезопасен.
Процесс проводится следующим образом. Подготовленное к вымыванию изделие устанавливают на стапель установки вымывания наклонно очком вниз и стыкуют через уплотнение с приемной воронкой. В очко изделия вводят форсунку, через отверстия которой в зарядную камору подается расплав парафина. Свободная поверхность заряда омывается струями расплава парафина, при этом внешний слой тротила расплавляется и уносится потоком расплавленного парафина. Смешанный расплав по сливному трубопроводу поступает в аппарат-разделитель, где снижается скорость потока и происходит непрерывное разделение расплавов парафина и тротила за счёт разности плотностей. Расплав парафина перетекает в насосную установку и вновь нагнетается насосом в камору изделия на вымывание. Расплав тротила через гидравлический затвор, препятствующий проходу парафина, поступает в сборник тротила.
Извлеченный тротил в этом производстве разливают на плиты, и после затвердевания раскалывают на куски. Полученный таким образом тротил используют для производства промышленных ВВ. Планируется производить переработку расплава тротила чешуированием.
Технологический процесс извлечения ВВ расплавом парафина является экологически чистым, так как технологические аппараты и коммуникации герметичны, выбросы паров вредных веществ в атмосферу исключены. Оборудование просто в обслуживании.
В процессе вымывания парафином заряд ВВ полностью удаляется из корпуса изделия, дополнительная очистка корпуса перед разделкой в металлолом не требуется.
С целью обеспечения универсальности технологии вымывания расплавом парафина проводятся работы по извлечению этим методом зарядов из гексогенсодержащих ВВ и утилизации извлеченных продуктов.[4]
Механический способ извлечения ВВ из каморы боеприпаса включает следующие операции, снаряд распиливают в ванне с водой на три составляющие части головную, цилиндрическую и донную, после чего беспрепятственно выпрессовывают на специальной установке выпрессовки. При полуавтоматическом режиме работы на тележку, стоящую за кабиной, устанавливают подставку с противнем. Изделие со срезанным дном устанавливают в подставку вниз срезом таким образом, чтобы боковой детонатор находился между ребрами жесткости подставки. Включают установку. Тележка перемещается в кабину, шибер закрывается, нижняя плита с подставкой, противнем и изделием поднимается. Одновременно накладка, закрепленная на верхней плите пресса, выталкивает заряд из корпуса, продавливая его через отверстия подставки. Куски продукта ссыпаются на противень, корпус изделия деформируется. По окончании процесса выталкивания заряда шибер открывается, и тележка с кусками продукта и деформированным корпусом перемещается из кабины.
После извлечения ВВ из корпуса металл идёт на переплавку, а ВВ поступает на переработку для вторичного использования.
Для того чтобы организовать оптимальный процесс переработки и утилизации ВВ необходимо знать основные свойства материалов: насыпную и объемную плотности, угол естественного откоса, угол обрушения, угол внутреннего трения, коэффициент трения, адгезионные свойства, гранулометрический состав и т. д.
Сейчас даже при утилизации ВВ на специализированных предприятиях эти свойства не определяются. Мы предлагаем использовать приборный комплекс для оперативного определения свойств ВВ подлежащих утилизации.
За аналог приборного комплекса предлагается использовать приборы, которые широко используются для исследования дискретных материалов, но их конструкцию внести изменения, учитывающие взрыво- и пожароопасность исследуемых материалов.
Определение гранулометрического состава заключается в просеивании данного материала через набор сит с ячейками заданного размера в порядке возрастания. После полного просева взвешивают каждую фракцию и определяют процентное содержание.
Для определения насыпной и объемной плотности, каких либо специальных приборов не требуется достаточно линейки, весов и мерного сосуда.[5]
Определение угла естественного откоса, а так же угла обрушения, сводится к измерению углов образованных в результате высыпания материала через щель в днище прямоугольного, прозрачного сосуда.[5]
Прибор для определения сдвиговых характеристик состоит из станины и двух полуматриц, одна не подвижна, другая подвешена на стальных нитях, с возможностью регулирования зазора между ними. К подвижной полуматрице присоединён динамометр и привод. В матрицу засыпается исследуемый материал, приводом производится сдвиг, а динамометр фиксирует усилие сдвига.[5]
Для изготовления предлагаемых приборов не требуется сложного оборудования и больших материальных затрат, их можно изготовить не посредственно на предприятии силами ремонтных служб. Применительно к ВВ все приборы, во избежании искрообразования, необходимо изготавливать из цветного металла, дерева.
Применения средств определения комплекса механических свойств ВВ существенно повысят безопасность и производительность предприятий по переработке списанных боеприпасов.
Как видно из представленного выше материала, производственные мощности оборонных предприятий Украины имеют возможность увеличить объём и ассортимент утилизируемых боеприпасов, что позволит утилизировать как свои, так и боеприпасы России и стран НАТО, повысить качество (обеспечить стабильность технических свойств ВВ) получаемого при утилизации продукта.
Были представлены различные способы расснаряжения утилизированных боеприпасов, каждый из способов заслуживает особого внимания, так как во всех из них есть достоинства и недостатки. Линии по расснаряжению боеприпасов можно разместить на любом специализированном предприятии.
ЛИТЕРАТУРА
© ДонНТУ, Кутняшенко И.В. 2008