Решение проблем расснаряжения боеприпасов и утилизации взрывчатых материалов в условиях Донецкого казенного завода химических изделий.
Праздникова Т.Н., Галиакберова Ф.Н., Мироненко Т.В., Орешин В.С.
Донецкий национальный технический университет (ДНТУ), Донецкий казенный завод химических изделий (ДКЗХИ), Казанский государственный технологический университет (КГТУ)
В настоящее время на Украине в выполнение работ Государственной программы утилизации устаревших боеприпасов вовлечены ряд заводов, организаций и большое число специалистов. В силу специфики работ с боеприпасами так же созданы производства на территории арсеналов и баз хранения.
Ссылаясь на средства массовой информации, объем боеприпасов, подлежащих утилизазации в Украине, составляет 20 тыс. т. Ежегодно количество непригодных для использования боеприпасов увеличивается на 10 – 15 тыс. т из-за окончания срока их хранения.
Донецкий казенный завод химических изделий является одним из немногих предприятий Украины, осуществляющим непосредственно расснаряжение артиллерийских снарядов и мин, противотанковых мин, авиабомб и боевых частей ракет.
Работы по созданию производственных мощностей по утилизации боеприпасов (БП) были начаты в 1994г. и продолжаются по настоящее время.
Организация производств по утилизации БП позволила использовать имеющиеся на заводе промышленные здания, защитные сооружения, коммуникации, часть технологического оборудования.
Появилась реальная возможность создания новых рабочих мест и использования знаний и умения ИТР и рабочих, имеющих большой опыт работы и обращения с взрывчатыми веществами и взрывоопасными изделиями.
В основном, в настоящее время производится утилизация боеприпасов, снаряженных тротилом. Это обусловлено двумя факторами: тротил является легкоплавким ВВ и находит применение в основной массе промышленных ВВ.
Расснаряжение этих боеприпасов производится по применявшейся в основном производстве методике освобождения корпусов боеприпасов, забракованных по каким-либо причинам, от ВВ горячей водой, паром, горячим воздухом контактным или неконтактным способами. Естественно, если раньше эти работы носили единичный характер и проводились на относительно простых установках, то для массового производства, связанного с утилизацией, потребовалась разработка новых конструкций оборудования, его изготовления и монтажа, новых технологических линий.
Заряды боеприпасов, имеющих тонкие оболочки, в частности противотанковые мины, освобождаются от оболочек путем их разрезания на специальном оборудовании в защитных железобетонных кабинах с последующим раздавливанием самого заряда мины до технологически необходимых размеров кусков ВВ.
Боеприпасы, снаряженные раздельно-шашечным методом, освобождаются от ВВ путем нагревания и выталкивания заряда из корпуса, при этом не имеет значения, каким ВВ они были снаряжены, тротилом, гексогеном или смесью.
На Донецком казенном заводе химических изделий созданы и введены в эксплуатацию следующие мощности по утилизации боеприпасов:
- выплавка тротиловых артиллерийских снарядов средних калибров методом контактной выплавки горячей водой (мощность здесь и дальше при односменной работе – 50-75 тыс. шт. в год; одновременно выплавляется 12 изделий; время выплавки в зависимости от калибра 25-40 мин; температура теплоносителя 85-950С);
- выплавка тротиловых артиллерийских снарядов средних калибров методом неконтактной выплавки паром (мощность 125-250 тыс. шт. в год; одновременно выплавляется 12 изделий на одной установке: время выплавки в зависимости от калибра 35-60 мин, давление пара 1,5 атм.);
- выплавка артиллерийских снарядов, снаряженных раздельно-шашечным методом (мощность 125 тыс. шт. в год, одновременно выплавляется на одной установке 48 шт., давление пара 2 атм., время выплавки в зависимости от калибра 25-30 мин);
- утилизация противотанковых тротиловых мин, путем разрезания корпуса с последующим дроблением продукта (мощность потока 100 тыс. шт. в год);
- утилизация гексогенсодержащих осколочно-фугасных артиллерийских снарядов калибра 122-152 мм методом распиливания (мощность потока 100 тыс. шт. в год);
- расснаряжение кумулятивных снарядов калибра 100-125 мм путем разборки с последующим подплавлением мастики и извлечением продукта А-1Х-1 (мощность потока 50 тыс. шт. в год);
- поток утилизации противопехотных мин (мощность потока 125 тыс. шт. в год);
- поток разборки на составные элементы снаряды с готовыми поражающими элементами;
- поток утилизации головных частей реактивных снарядов калибров 160-240 мм, методом бесконтактной выплавки.
В настоящее время сложность в обеспечении безопасности заключается в определении степени опасности поступающих боеприпасов.
В зависимости от условий хранения боеприпасы поступают с различным состоянием тары. Так боеприпасы поступают в разрушенной сгнившей таре, если это барабаны - то частично сгнившие брусья, у ящиков - гнилые донья и даже торцевые стороны, поэтому погрузочно-разгрузочные работы, транспортировка боеприпасов затруднена и небезопасна, возможно, выпадение изделий из тары.
Предприятия, производящие утилизацию боеприпасов несут колоссальные убытки. Так как процесс утилизации является экономически невыгодным, он связан с большими трудозатратами, энергоемок, связан с потреблением большого количества воды, требующей соответствующей очистки перед сбросом. Высвобождаемые при утилизации ВВ перед их использованием требуют значительных обработок, связанных с их очисткой. Так, например, убытки завода за период утилизации составили более 2 млн. гривен. И поэтому ввиду тяжелого финансового положения, как ДКЗХИ, так и другие заводы отрасли не могут оплатить стоимость полного комплекта КД. Поэтому заводы вынуждены на основании общих типовых технических описаний внешнего осмотра изделий разрабатывать вначале технологию производства опытных работ и, на основании результатов опытного рас снаряжения, разрабатывать документацию для серийных работ.
По сложившейся традиции утилизация взрывчатых материалов и изделий в основном производится на снаряжательных предприятиях. Конечно, уровень безопасности будет более обеспечен на предприятиях, имеющих опыт работы по снаряжению аналогичных боеприпасов.
Как правило, производство взрывчатых материалов, и снаряжение изделий выполняется на оборудовании, разработанном отраслевыми НИИ, используется качественное сырье, работы ведутся при соблюдении технологического регламента и правил эксплуатации оборудования, что не должно приводить к возникновению аварийных ситуаций, то есть в штатном режиме работы опасности остаются потенциальными.
Процесс же расснаряжения и утилизации боеприпасов в большинстве своем является более опасным процессом, чем снаряжение. Из-за наличия дополнительных операций, при которых ВВ подвергается механическому и тепловому воздействию, а также из-за того, что этому воздействию подвергаются "состарившиеся" ВВ (хранившиеся в изделиях и имеющие в своем составе продукты разложения и, возможно, продукты их взаимодействия с корпусом изделия). Особенно актуально это для изделий, снаряжение которых производилось по упрощенной технологии военного времени.
Расснаряжение тротилосодержащих боеприпасов в основном проводится по методикам освобождения корпусов боеприпасов от взрывчатых веществ горячим теплоносителем неконтактным способом. В данной технологической схеме предусмотрена изоляция выплавляемого ВВ от теплоносителя, поэтому полностью отсутствуют вредные газовые выбросы и загрязненные сточные воды, то есть обеспечивается выполнение самых высоких требований по экологической чистоте производства. Основное оборудование отличается простотой и дешевизной изготовления.
Необходимо отметить, что на утилизацию чаще поступают боеприпасы, находящиеся в служебном обращении - ржавые, имеющие повреждения и дефекты корпуса. Кроме того, по результатам входного контроля технического состояния боеприпасов отмечалась разгерметизация изделий. Следствием нарушения герметизации является "течь" разрывного заряда на поверхности боеприпаса.
Опыт показывает, что для большинства изделий наиболее опасной операцией является извлечение ВВ из корпуса боеприпаса. Для остальных определяющими являются операции разборки изделий в целом или его элементов. Особую опасность представляют операции вывинчивания комплектующих (головных и донных стаканов, капсюльных втулок, извлечение шашек-детонаторов) так как большинство из них при снаряжении было поставлено на грунтовку или закрепитель. Эти операции расснаряжения боеприпасов в технологической цепочке являются не только наиболее трудоемкими, но и взрывоопасными.
Так 8 июля 2000года на участке утилизации фугасного 203 мм снаряда индекса 53-ф-626 на Донецком казенном заводе химических изделий произошло разрушение корпуса, в результате чего погиб сборщик и травмирован выплавщик.
Изделие 53-ф-625 массой 98,82 кг было установлено на ложемент для высверловки стопорного винта, крепящего головную часть изделия с корпусом. Высверовка производилась сверлом диаметром 79 мм на глубину, отрегулированную ограничителем подачи сверла.
При высверловке стопорного винта произошло разрушение корпуса изделия, при этом головная часть ударилась в стенку кабины, и была отброшена в защитный дворик. Цилиндрическая часть корпуса, пробив опорную стенку, также была выброшена в дворик.
Экспертной группой отобраны образцы тротила из оставшихся кусков после разрушения изделия. Физико-химический анализ качества тротила удовлетворял требованиям ГОСТ В70-59. Визуально тротил в пристенном (периферийном) слое головной части отличался более темным (коричневым) цветом по сравнению с тротилом в основном объеме головной части. Физико-химический анализ такого тротила, извлеченного из другого изделия, той же партии 1946 года изготовления показал, что по характеристикам он не отличался от тротила, взятого из центра заряда. Содержание ионов железа и натрия в тротиле, извлеченном из пристенного слоя, соответственно составляет 0,0055% и 0,001% (анализ выполнен спектрофотометрическим методом). Методом газожидкостной хроматографии было определено, что основное вещество этого слоя - ТНТ - 99%. Определение температуры вспышки тротила проводили в открытых стеклянных пробирках, помещенных в глицериновую баню. Навеску 0,1г тротила помещали в глицериновую баню, нагретую до 100С, продолжая нагревать со скоростью 250С\мин. При достижении температуры 2510С произошла вспышка тротила, время нагревания составило 1 час. Экспертной группой проведен эксперимент по определению температуры корпуса головной части при высверловке отверстия под стопор. Термопару помещали внутри корпуса напротив высверливаемого отверстия.
Первоначально место расположения стопорного винта засверливалось на глубину 15,8 мм (остаточная толщина стенки головной части 4,4 мм) время воздействия затупленным сверлом на поверхность стенки головной части составляло до 5 мин. Температура на внутренней поверхности головной части напротив отверстия не превысила 400 С.
Затем отверстие высверливали до остаточной толщины стенки 0,5 – 0,7 мм (до вздутия с внутренней поверхности). После примерно 1мин. сверления термопара зафиксировала температуру металла внутри головной части напротив отверстия 1540С.
Исходя из характера разрушения корпуса изделия, наличия тротила на месте происшествия, а также характера разрушения в кабине и защитном дворике сделан вывод, что основным физическим процессом, протекающим при демонтаже изделия, было горение в замкнутом объеме, которое не перешло в детонацию.
Повышение температуры в зоне высверловки могло вызвать перегрев и загорание тротила. При горении тротила в замкнутом объеме повышались давление и температура.
Горение тротила в замкнутом объеме [1] привело к повышению давления выше давления разрушения корпуса изделия (оценочное значение давления разрушения корпуса изделия составляет по расчетам порядка 200 кгс\см2). Вследствие этого образовалась трещина в корпусе в районе головной части в зоне высверловки, о чем свидетельствует выемка на внутренней стороне корпуса и V-образный характер трещины. При достижении указанного давления корпус разрушился на шесть фрагментов. При резком сбросе давления произошло прекращение горения тротила. Головная часть отделилась от корпуса: корпус отбросило в одну сторону, головную часть - в другую. При ударе о стенку заряд из тротила рассыпался и частично выбросился из цилиндрической части и полностью - из головной.
Предполагаемой причиной загорания тротила можно считать повышение температуры в зоне сверления в результате пересверловки (при температуре ниже 150 0С).
В технической литературе отсутствуют конкретные данные по свойствам тротила и других ВВ длительного хранения. В литературе отмечается, что с увеличением сроков хранения боеприпасов чувствительность к удару и трению у тротила повышается, а температура вспышки снижается [2].
Можно предположить, что при снаряжении изделия отсутствовало или было нарушено лаковое покрытие внутренней поверхности головной части в зоне стопорного винта. В результате этого при длительном хранении изделия (54 года) произошло образование металлических производных тротила. Такие производные имеют температуру вспышки около 1170С и большую чувствительность к удару и трению, чем у тротила. Повышение температуры в зоне высверловки могло привести к вспышке указанных образований и загоранию тротила.
Тяжесть последствий от возможных чрезвычайных ситуаций при разборке боеприпасов может быть очень значительной.
Имеются нерешенные вопросы по обеспечению безопасности расснаряжения боеприпасов. Поэтому так важны мероприятия по обмену опытом и выработка перспективных направлений для решения этой сложной задачи.
На Донецком казенном заводе химических изделий отработана технология расснаряжения гексогенсодержащих артиллерийских снарядов калибра 122-152 мм методом распиливания.
Расснаряжение производится путем "выталкивания" взрывчатого вещества из фрагментов, на которые боеприпасы предварительно распиливаются на ленточном станке «Ринака».
Распиливание производится в воде. Этот метод является относительно простым, но требует предварительной подготовки снарядов, точной подгонки изделий и резца и охлаждения.
На стадии подготовки изделия к резанию производится вывинчивание съемных деталей: стопорных винтов, стабилизаторов и пробок. Из резьбы изделий удаляется смазка. В случае невозможности вывинчивания стопорных винтов отверткой, производится высверливание их на станке высверловки. Диаметр сверла и глубина сверления для изделий разных чертежей задается индивидуально. Диаметр сверла должен быть не меньше внутреннего диаметра резьбы стопора, а глубина сверления не должна превышать глубины гнезда под стопорный винт.
Подготовленное изделие подается на стадию распиливания.
Распиливание изделий на фрагменты осуществляется дистанционно на ленточном станке, представляющем горизонтально - углорезную машину с одно-колонковой направляющей (лучом) пильной скобы. Подача скобы задается дроссельным клапаном, скорость режущего полотна регулируется с помощью электрорегулирующего вентиля (от 5 м/мин до 300 м/мин). Длина рабочей части пилы устанавливается в зависимости от габаритов изделия направляющими кронштейнами. Изделия для распиливания закрепляются в зажиме. Усилие зажима создается гидронасосом.
Для охлаждения режущего полотна и изделия во время распиливания станок помещен в ванну с водой. Уровень воды в ванне контролируется поплавковым выключателем и устанавливается на 15 - 20 мм выше уровня поверхности распиливаемого изделия.
Рез изделия (донной и головной частей его) производится по схеме, соответствующей калибру изделия. Фрагменты подаются на стадию выдавливания продукта.
Выдавливания продукта из фрагментов выполняется на установке выпрессовки на основе пресса 1Д 0334.
Извлеченный продукт измельчается и может повторно использоваться в народном хозяйстве как промышленное ВВ 1 класса - для ведения взрывных работ на поверхности при ручном заряжании скважин любой степени обводненности. Может использоваться, как составная часть смесевых ВВ (скального аммонала, гепоров). Извлеченный продукт А - 1Х -2 можно использовать для наполнения изделий методом прессования.
Металлические фрагменты корпусов - металлолом, используются в качестве металлической шихты в металлургических печах, при выплавке стали и чугуна.
Основные технические характеристики установки распиливания следующие:
Производительность по А-1Х-2 - 20 кг\ч.
Диаметр обрабатываемых изделий - 122-152 мм.
Скорость резанья - 80 м\мин.
Время распиловки одного снаряда - до 7 мин.
Отличительными особенностями технологии распиливания изделий являются:
- экологическая чистота (в атмосферу не выделяются вредные аэрозоли и газы);
- отсутствие термического воздействия на ВВ;
- обеспечение взрывобезопасности операций.
Проблемным остается вопрос надежного удаления остатков ВВ из внутренней полости корпусов боеприпасов после расснаряжения из-за отсутствия приемлемого способа, который отвечал бы современным требованиям, как по производительности, экономичности, так и по качеству чистки.
За время работ по утилизации завод расснарядил более 30 тыс. т боеприпасов, утилизировано при этом 7,5 тыс. т взрывчатых веществ, которые были использованы для изготовления промышленных взрывчатых веществ. На металлургические заводы отправлено 25 тыс. т стали, более 200 т меди.
Процессы рас снаряжения и утилизации боеприпасов эффективны и экономически целесообразны только в том случае, если продукты извлеченные из изделий будут доведены до состояния, позволяющего использовать их в народном хозяйстве.
На ДКЗХИ практически все утилизированные продукты перерабатываются в промышленные взрывчатые вещества и изделия, среди которых особым спросом пользуются следующие:
- чешуированный тротил марки УЧ;
- аммонит 6 ЖВ патронированный и сыпучий;
- граммонит 79\21 холодного смешения;
- аммонит Т-19 патронированный;
- литой тротиловый заряд массой 2,5 кг, со сквозным каналом;
- прессованная тротиловая шашка Т – 400Г и др.
Во всех выше перечисленных веществах и изделиях используется утилизированный тротил. С целью использования гексогенсодержащих веществ связаны новые технологические потоки следующих производств:
- прессование зарядов скального аммонала;
- прессование шашек из утилизированных продуктов А-1Х-2 и МС;
- изготовление промышленного взрывчатого вещества «Гепор» на основе утилизированных порохов и А-1Х-2.
В настоящее время на заводе разрабатываются новые технологии по утилизации боеприпасов и производству новых видов промышленных взрывчатых материалов.
Решение проблем подготовки кадров
Наряду с другими проблемами, в военно-промышленном комплексе Украины сложилась критическая ситуация с кадрами. С развалом СССР прекратился приток химиков-технологов – выпускников вузов России, а во вновь созданном государстве ни один институт подобных специалистов не готовил. Усугубилось положение и тем, что многие инженеры и технологи уехали на родину, в Россию, другие же подались в коммерческие структуры. А «последние из могикан» – старые опытные кадры – к 2005-му году практически все уйдут на заслуженный отдых. Поэтому – то, и забили тревогу в 1996 году ветераны Донецкого казенного завода химических изделий (именуемого в то время Донецким заводом резино-химических изделий): нет им достойной сиены, нельзя допустить, чтобы уникальные технологии остались бесхозными! И предложили: а почему бы ни взяться за решение этой проблемы Донецкому национальному техническому университету (именуемого в то время Донецким государственным техническим университетом), используя свой научный потенциал и прекрасную производственную базу местного завода?
Эта идея нашла поддержку руководителей всех родственных предприятий, научно-исследовательских институтов и ректората ДГТУ. Но сколько их, идей сегодня витает в воздухе! Требуются невероятные усилия, чтобы, преодолевая всевозможные преграды, опустить их на землю и дать им взрасти. Попробуй, докажи киевским чиновникам в министерствах и ведомствах необходимость открытия в университете двух новых специальностей, когда в вузе число их, как и студентов в целом, постоянно сокращается!…
Менялись министры и премьеры, но официальные письма с просьбой разрешить проблему с подготовкой кадров для военно-промышленного комплекса оставались без ответа. И тогда технический университет на свой страх, и риск, при поддержке народного депутата Украины Б.М. Кожевникова (выпускника Казанского химико-технологического института), все же набрал первую группу из 25 студентов для обучения новым специальностям. Это было в 1996 году. В 1997 году была получена лицензия на выпуск специалистов. В 2001 году был первый выпуск 18 специалистов, из них 10 были направленными с заводов: Донецкого казенного завода химических изделий и Павлоградского химического завода. Сегодня учится уже 120 студентов. И учатся они, в основном, по направлениям предприятий ВПК на законных основаниях. Основными заводами направляющих абитуриентов являются: Донецкий казенный завод химических изделий, Рубежанский казенный химический завод «Заря», Казенный завод «Звезда» г. Шостка, казенный завод «Импульс» г. Шостка, Горловский химический завод, казенное химическое объединение имени Петровского.
С целью подготовки высококвалифицированных специалистов для работы в отрасли спецхимии и специального производства и в целом для военно-промышленного комплекса Украины был создан учебно-научно-производственный комплекс «Энергия». В своей деятельности учебный комплекс руководствуется законом Украины «Про образование» и нормативным документам Министерства образования и науки Украины. Учебный комплекс «Энергия» координирует работу процесса обучения студентов, по специальности «Химическая технология высокомолекулярных соединений» и специализации «Технология твердых химических веществ». В рамках работы комплекса проводятся регулярные совещания, на которых обсуждаются вопросы:
- организации всех видов практики;
- распределение выпускников – специалистов для работы в спецпроизводстве и спецхимии;
- организации защиты дипломов;
- организация учебного процесса;
- организация обучения студентов (мужчин) на военной кафедре Дон НТУ;
- организация курсов мастеров – взрывников и т. д.
Учебный процесс построен следующим образом: лекционные занятия проводятся на базовой кафедре «Химической технологии топлива», лекционные и практические занятия специального характера проводятся в аудиториях военной кафедры университета, лабораторные работы, связанные с использованием, применением, анализом и подрывом проводятся на базе Донецкого казенного завода химических изделий. В распоряжение студентов помещения центральной заводской лаборатории, цеха действующих и законсервированных производств, испытательные площадки по проведению взрывных работ, неограниченное количество взрывчатых материалов для анализа и испытаний, специальная литература и технологические регламенты и инструкции по технике безопасности.
Отдельные виды лабораторных работ проводятся на базе Макеевского научно-исследовательского института, организуются экскурсии в Обл. УВД, в отдел взрыво-технической службы.
Организованы выездные защиты дипломных проектов и работ, в 2001 году защиты проводились на базе ДКЗХИ, 2002 и 2003 годах на ДКЗХИ, 2004 г. также планируются выездные защиты на Рубежанском казенном химическом заводе «Заря».
Первые выпускники получили 100 % распределение, один выпускник зачислен в аспирантуру.
Перечень используемой литературы
- Андреев К. К., Беляев А.Ф. Теория взрывчатых веществ. М., Оборонгиз,1960 – 595 с.
- Орлова Е. Ю. Химия и технология бризантных ВВ. М., Химия1973г
|