CC BY
158
УДК 662
А. И. Саттарова, Т. Л. Диденко, Ю. А. Евграфова
ТЕХНОЛОГИЯ РАССНАРЯЖЕНИЯ АРТИЛЛЕРИЙСКИХ СНАРЯДОВ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
Ключевые слова: утилизация, артиллерийский осколочно-фугасный снаряд, аппарат вымывания.
Данная статья посвящена расснаряжению артиллерийских боеприпасов среднего калибра с истекшим сроком хранения методом гидродинамического вымывания. Представлена технологическая схема извлечения взрывчатого вещества из боеприпасов, снаряженных порционным прессованием. Полученный состава Г-2У используется для изготовления промышленного ВВ - эмульсена-ГА.
Keywords: recycling, artillery high-explosive shell, scouring apparatus.
This article is devoted to the disposal of artillery ammunition of medium caliber with the expired storage period by the method of hydrodynamic leaching. The technological scheme of extracting explosives from ammunition equipped with batch pressing is presented. The obtained composition of G-2U is used for the production of industrial explosives-emulsion-HA.
Находящиеся на хранении боеприпасы с истекшими сроками хранения и непригодные к использованию представляют потенциальную опасность и требуют больших затрат на содержание мест хранения. Однако, уничтожение списанных боеприпасов расценивается как ущерб по крайней мере по двум причинам. Во-первых, результаты общественного труда различных слоёв общества (учёных, инженеров, рабочих, испытателей), материалы, зачастую достаточно ценные, затраченная электроэнергия -всё это представляет собой безвозвратные затраты и потери. Во-вторых, утилизация боеприпасов наносит неоценимый вред окружающей среде: загрязнению почвы, поверхностных и подземных вод, растительному и животному миру. Методом подрыва с 2009 по 2012 гг. в России было уничтожено порядка 6 млн. тонн боеприпасов.
Поэтому простое уничтожение списанных боеприпасов нецелесообразно и нелепо. Гораздо рациональнее подходить к этой проблеме с позиции применения «ненужных» боеприпасов в качестве промышленных взрывчатых веществ (ВВ). Это позволит не только уменьшить запасы устаревших боеприпасов, опасных для хранения и экологически вредных для уничтожения, но также и уменьшит экономические убытки - ресурсы, потраченные на их изготовление, будут использованы не зря.
В рамках федеральной целевой программы (ФЦП) утилизации вооружения и военной техники на период до 2020 года, предложенной Владимиром Путиным, было подсчитано, что Россия может получить более 3,5 миллиона тонн черных металлов, около 520 тысяч тонн цветных металлов, драгоценных металлов - 35 тонн, взрывчатых веществ и по-рохов - 1140 тысяч тонн. В ходе реализации указанной ФЦП от продажи продуктов утилизации планировалось получить около 105 миллиардов рублей. В связи с этим поставлена задача создания высокопроизводительных, высокомеханизированных, безопасных и экологически приемлемых производств по комплексной утилизации боеприпасов, позволяющих вернуть в народное хозяйство большое количество вторичного сырья [1].
Для реализации федеральной целевой программы в ФГУП «КНИИМ» разработана технология рас-снаряжения артиллерийских боеприпасов среднего калибра, имеющих заряд из ВВ типа А-1Х-2, наполненных методом порционного прессования. В основу технологии расснаряжения артснарядов положен метод разрушения разрывного заряда струей воды высокого давления. В настоящее время это один из применяемых способов расснаряжения указанных боеприпасов.
Извлечение взрывчатых веществ из каморы бое-припаса является наиболее опасной и сложной операцией. Выбор технологического процесса зависит от конструкции боеприпаса, рецептуры взрывчатых веществ, подготовки утилизированного взрывчатого материала к дальнейшей переработке, принципиальной целесообразности извлечения ВМ по требованиям безопасности.
Так, для извлечения ВВ из корпусов артиллерийских боеприпасов среднего калибра (100-152 мм), подлежащих утилизации, применяют установки модульного типа для вымывания ВВ струей высокого давления, обеспечивающие безопасность и экологическую чистоту технологического процесса.
Недостатками этого способа является необходимость воздействия на поверхность ВВ струи жидкости высокого давления, существенно превышающего предел прочности ВВ и способной эффективно его разрушить и образование при этом большого количества мелких частиц ВВ, образующих в жидкости стойкие мелкодисперсные суспензии, что приводит к большим энергозатратам, требует наличия сложной системы очистных сооружений и снижает эффективность и производительность процессов расснаряжения. Кроме того, этот способ применим только для боеприпасов с разрывным зарядом простой осесимметричной формы.
АОФ (артиллерийские осколочно-фугасные) снаряды калибра 125 мм, наполненные составом А-1Х-2 методом порционного прессования рассна-ряжаются гидродинамическим методом. 125 мм ОФС представляет собой стальной толстостенный корпус (углеродистая сталь марки С60 высокоосколочная - 0,6% С, 97% Fe и др.) в сборе с переходной
втулкой и стабилизатором, несущий разрывной заряд из взрывчатого вещества А-1Х-2, масса которой составляет 3,401 кг. Масса снаряда составляет 22,715 кг, высота 613,04-617,0 мм. Чертеж 125-мм ОФС представлен на рисунке 1.
1 - взрыватель,
2 - головка,
3 - доп. детонатор,
4 - прокладки,
5 - корпус,
6 - разрывной заряд,
7 - обтюрирующие пояски,
8 - стопор,
9 - лопасть,
10 - корпус стабилизатора,
11 - ось,
12 - кольцо.
Рис. 1 - 125-мм осколочно-фугасный снаряд
Штатное взрывчатое вещество А-1Х-2 представляет собой механическую смесь флегматизирован-
ного индивидуального взрывчатого вещества (ИВВ) из группы нитроаминов с металлической добавкой в соотношении 80:20. Внешний вид - однородный порошок серого цвета без видимых на глаз механических примесей и следов увлажнения. Допускается буроватый оттенок вещества и отдельные крупинки оранжевого цвета в пределах нормы по массовой доле компонентов. Температура вспышки составляет 198-200°С. ВВ А-1Х-2 токсично.
Разработанная технология включает в себя следующие стадии:
- извлечение ВВ из корпуса боеприпаса;
- измельчение крупной фракции суспензии вода-ВВ;
- отделение воды и получение продукта с заданной влажностью;
- съем отжатого продукта с фильтра и очистка фильтра;
- очистка оборотной воды.
На рисунке 2 представлена технологическая схема производства расснаряжения артснарядов гидродинамическим методом.
Изделия извлекаются из ящиков с помощью пневмоэлектротельфера и укладываются на поддоны. Из очка изделий вывинчиваются пластмассовые пробки вручную.
I Модуль вымывания: 1 - механизм обмена; 2 - тележка; 3 - тележка тяговая; 4 - шибер; 5 - штанга; 6 -сопловая головка; 7 - чашка; 8 - механизм вращения; 9- аппарат вымывания; 10- установка дробления кусков; 11
- насос высокого давления; 12 - мембранный насос; 13 - захват; 14 - механизм подъема; 15 - цилиндр поджима; 16 - сборник установки дробления;
II Модуль обезвоживания: 17 - разделители; 18 - коллектор раздачи; 19 - накопитель фильтрата; 20 - насос; 21
- блок предварительной очистки воды; 22 - фильтр блока; 24 - тележка механизма отжима; 25 - механизм отжима; 26 - устройство выгрузки разделителя; 27 - установка очистки фильтров; 28 - воронка; 29 - технологическая тара; 30 - бак с водой; 31 - весы;
III Система отстоя воды: 23 - резервуар; 32- направляющий кожух резервуара; 33 - выводной патрубок.
Рис. 2 - Технологическая схема производства расснаряжения артснарядов гидродинамическим методом
Извлечение наполнителя из ОФС среднего калибра осуществляется методом гидровымывания струёй воды высокого давления на оборудовании модуля вымывания с использованием установки насосной гидроочистной УНГ 60-80, модуля обезвоживания, блока предварительной очистки воды.
Предварительно подготовленные цельнокор-пусные изделия проходят гидровымывание через горловину корпуса. Изделие 125 мм ОФС поступает на вымывание в собранном виде: снаряженное изделие собрано с втулкой переходной, в которую установлена прессованная шашка. Изделие 125 мм ОФС, кроме того, принимается на вымывание в сборе со стабилизатором. Транспортировочная пробка у всех изделий должна быть отвинчена.
Управление процессом вымывания осуществляется с компьютерного пульта управления, расположенного на дистанции в помещении пультовой.
Модуль вымывания содержит П-образную раму с закрепленным на ней вверху механизмом вращения снарядов. В центре П-образной рамы установлена пара направляющих с тележкой, а внизу смонтирована емкость с двумя сопловыми головками. Струя воды высокого давления от установки насосной УНГ 60-80 под давлением 65 МПа по гибкому трубопроводу поступает в сопловые головки и через сопла попадает в изделия. Из изделий суспензия взрывчатый материал (ВМ) с водой по лотку поступает в приёмный лоток измельчителя, где крупные куски ВМ измельчаются и затем сливаются вместе с суспензией в сборник измельчителя, а оттуда воздушным мембранным насосом ДМ 40/315 А-Т-Т суспензия перекачивается в один из разделителей. Процесс извлечения разрывного заряда из изделий проводится с контролем температуры суспензии. Температура должна быть не более 45оС. При достижении температуры более 45оС насос высокого давления получает от прибора команду на отключение прерывателя струи, а на пульте управления загорается лампа, сигнализирующая о повышении температуры суспензии.
После проведения вымывания изделия снимаются с тележки аппарата вымывания с помощью пневмоэлектротельфера и укладываются на стеллаж для осмотра на отсутствие остатков ВМ. Для осмотра внутренней каморы изделий используется низковольтный светильник. При обнаружении остатков ВМ в корпусе изделия оно подлежит повторному вымыванию на модуле вымывания. Далее суспензия ВМ с водой из аппарата вымывания стекает в лоток, по которому поступает в камеру дробления, где происходит измельчение кусков ВМ до размеров 4 мм. Куски ВМ, поступающие в камеру дробления с потоком суспензии, под давлением подвижной щеки разрушаются и измельчаются в крошку, которая потоком суспензии смывается в сборник с сеткой. Крошка фракции 4 мм и менее смывается суспензией в ёмкость под сеткой. Куски вымытого ВМ размером более 4 мм накапливаются на сетке сборника, периодически извлекаются с сетки вручную совком из цветного металла и повторно пропускаются через камеру дробления. Контроль наличия кусков ВМ на сетке измельчите-
ля осуществляется при заходе в помещение участка для осмотра вымытых изделий. Заходить в помещение мастерской допускается только при остановке процесса вымывания.
Далее суспензия с мелкой фракцией ВМ (размеры крошки 3,8 мм и менее) из ёмкости измельчителя воздушным мембранным насосом по трубопроводу перекачивается в разделитель модуля обезвоживания. Разделитель представляет собой цилиндрический сосуд с коническим днищем. Разделитель работает в режиме осадителя за счет гравитационной силы. Он снабжен патрубком для подвода суспензии и патрубком для отвода фильтрата, причем конструкция патрубка подвода обеспечивает успокоение входного потока суспензии. В днище аппарата имеется разгрузочный патрубок, к фланцу которого подсоединяется устройство выгрузки, которое одновременно является затвором. Устройство выполнено на базе винтового насоса. Разделитель снабжен вибратором, способствующим выгрузке осадка. Разделитель монтируется на площадку через вибропоглощающее устройство. Отбор фильтрата осуществляется непрерывно при условии непрерывного вымывания за счет гидростатического давления в линии подачи суспензии. Разделение суспензии осуществляется в верхней цилиндрической части аппарата. Осаждение частиц продукта идет по всей площади аппарата, а выход фильтрата осуществляется через внутренний конус, нижнее основание которого закрыто фильтрующей перегородкой. Аппарат имеет указатель уровня осадка.
Суспензия подаётся в разделитель через приёмник суспензии в центральный патрубок крышки. Осаждение частиц твёрдого вещества происходит в верхней части аппарата по всей его площади. Осевшие частицы сползают по конической полке зонта, перемещаются вниз и накапливаются в нижней конической части корпуса разделителя. Осадок наполнителя с влажностью ~50%, накопившийся в конической части разделителя после отстоя, периодически удаляется путем включения привода устройства выгрузки, выполненного по принципу винтового насоса. При необходимости включается пневмовибратор, после чего происходит выгрузка влажного осадка ВМ в тканевый фильтр, вложенный в тележку. Отвод осветлённой жидкости (фильтрата) из разделителя осуществляется непрерывно за счёт гидродинамического давления в линии подачи суспензии. Фильтрат через внутреннюю полость выводного зонта и патрубок вывода фильтрата непрерывно перетекает в накопитель фильтрата, предназначенный для приема фильтрата из разделителя и установки отжима.
Перед началом выгрузки осадка ВМ тележка должна быть соответствующим образом подготовлена: в тележку укладывается сетка, затем вставляется чистый тканевый фильтр. Тележка с фильтром вручную перемещается по направляющим установки отжима на позицию выгрузки осадка из разделителя. После нажатия кнопки, дающую команду на включение привода устройства выгрузки, производится выгрузка. Выгрузка 20±2 кг осадка, что опре-
деляется вместимостью фильтра, происходит за 45 - 50 с. Тележка с осадком ВМ вручную отводится на отжим. Края фильтра аккуратно, ровно заправляются на ВМ, сверху на фильтр укладываются вторая сетка и диск. Тележка перемещается на рабочую позицию установки отжима до соприкосновения. Шток пневмоцилиндра опускается, пята штока входит в каркас тележки и начинает давить через диск и сетку на ВМ. Одновременно с началом цикла на диск через пяту подаётся сжатый воздух, вытесняющий с поверхности диска воду (фильтрат), которая стекает в накопитель фильтрата.
Отжим влажного осадка ВМ на установке отжима проводится при технологических параметрах: давление отжима - 3,0-5,0 кгс/см2; время воздействия давления - 2 - 5 мин. Контроль давления осуществляется по манометру. По окончании процесса отжима тележка вручную выводится с позиции отжима, извлекается диск, сетка, фильтр с отжатым осадком ВМ. Тканевый фильтр с влажным ВМ передается на операцию выгрузки отжатого ВМ.
Указанные параметры процесса отжима позволяют получать состав Г-2У с влажностью 25±5 %. Готовое взрывчатое вещество Г-2У представляет собой неоднородную массу серого цвета, состоящую из смешанных с водой мелких частиц и кусочков нерегламентированной формы. Допускаются совместимые с взрывчатым веществом включения (примеси) лака, эмали, грунтовок, клея, используемых при снаряжении боеприпасов. Массовая доля флегматизированного ИВВ и примесей 60±5 %, металлической добавки 15±5 %, воды 25±5 %. Влажное ВВ Г-2У используется в качестве компонента для производства промышленного взрывчатого вещества эмульсена-ГА.
Далее из тележки извлекается сменный тканевый фильтр с отжатым ВМ, который передается на переработку или на уничтожение. Полиэтиленовый мешок с отжатым ВМ взвешивается, плотно завязывается шпагатом в «чуб» и помещается в бумажный битумированный мешок, который пломбируется и наносится информация: шифр ВМ, номер места, масса нетто в кг, дата, фамилия аппаратчика приготовления смесей. Масса нетто извлечённого ВМ в одном мешке не должна превышать 20 кг. Максимальный срок хранения извлечённого ВМ - пять суток.
Тканевый фильтр после выгрузки из него отжатого ВМ промывается водой. Загрязнённая вода из
ёмкости для промывки фильтров после отстоя в течение 15 -20 минут сливается в накопитель фильтрата, осадок ВМ со дна ёмкости собирается деревянной лопаткой и выгружается в полиэтиленовый мешок, который по мере заполнения удаляется в комнату хранения отходов. Для очистки фильтрата от взвешенных частиц после прохождения модуля обезвоживания предусмотрен блок предварительной очистки воды.
Фильтрат из среднего отсека накопителя фильтрата по трубопроводу направляется на блок предварительной очистки воды воздушным мембранным насосом DМ 25/125 А-Т-Т. Величина рабочего давления сжатого воздуха, от которого работает насос, должна быть в интервале 0,4-0,5 МПа.
Процесс утилизации взрывчатых веществ весьма сложен и опасен. В ходе процесса утилизации происходит масса необходимых дополнительных операций, при которых ВВ подвергается механическому и тепловому воздействию. Опасность возрастает также из-за того, что этому воздействию подвергаются «состарившиеся» ВВ, которые находились в изделиях и имеют в своем составе продукты разложения и, возможно, продукты их взаимодействия с корпусом изделия. Необходимо отметить, что на утилизацию наиболее часто поступают боеприпасы, которые находились в служебном обращении - ржавые, имеющие повреждения и дефекты корпуса.
К тому же, применяемые в настоящее время способы утилизации далеко не идеальны и получаемые ПВВ не в полной мере удовлетворяют всем предъявленным к ним требованиям. Именно поэтому изыскание новых, более эффективных методов утилизации и использования «ненужных» взрывчатых веществ является важной задачей специалистов, работающих в данной области.
Итак, технология расснаряжения артснарядов гидродинамическим методом обеспечивает качественное и безопасное проведение процесса с последующей переработкой высвобождаемых материалов в промышленные ВВ, а также соблюдение требований экологической чистоты процесса.
Литература
1. Хайруллина Н.С., Базотов В.Я., Александров В.Н. Промышленная конверсия и утилизация боеприпасов: К., КГТУ.-2008.108 с.
© А. И.Саттарова - студент каф. ТТХВ КНИТУ, sattarova_ КНИТУ, levtat@list.ru; Ю. А. Евграфова - студент гр. 1121-71
alisa@mail.ru; Т. Л. Диденко - к.х.н., доцент кафедры ТТХВ каф. ТТХВКНИТУ, paula.wesley@mail.ru.
© A. I Sattarova - student 1121-71 gr., Department of technology of solid chemical substances KNRTU, sattarova_alisa@mail.ru; T. L. Didenko - Ph.D., Department of technology of solid chemical substances KNRTU, levtat@list.ru; J. A. Evgrafova - student 1121-71 gr., Department of technology of solid chemical substances KNRTU, paula.wesley@mail.ru.
