книги / Основы технологической безопасности производств энергонасыщенных материалов и изделий

Частные решения с момента утверждения имеют силу правил; когда таких изменений накапливается много, принимается решение о переиздании сборника правил. Аккумулирование этих изменений и дополнений осуществляет орган специальной инспекции взрывоопасных производств министерства или агентства, он же обеспечивает их рассылку на предприятия и в органы, согласовавшие правила.

Первые правила эксплуатации были изданы отделом техники безопасности (ОТБ) Министерства оборонной промышленности в 1961 г., последующие редакции правил были осуще-

ствлены в 1967, 1980 и 1992 гг.

Правила устройства впервые изданы в 1967 г. и переиздавались в 1989 г. В 2002 г. появилась новая редакция, как правил эксплуатации, так и правил устройства.

Правила устройства и эксплуатации, утверждаемые государственным органом, в ведении которого находятся взрывоопасные предприятия, согласовываются заинтересованными ведомствами: ЦК профсоюза, МВД, Минтруда, Минюстом, Госгортехнадзором. После утверждения они становятся юридическим документом. Если нарушения, допущенные работающими в производстве, привели к аварии, они могут быть привлечены к уголовной ответственности; при этом в материалах, передаваемых в судебные органы, должно быть четко указано, какие пункты правил нарушил работающий или руководитель.

5.1. ПРАВИЛА УСТРОЙСТВА ПРЕДПРИЯТИЙ, ИХ СТРУКТУРА, РАЗДЕЛЫ

Правила устройства предприятий по изготовлению порохов, твердых ракетных топлив, ВВ, пиротехнических средств и составов, средств инициирования и изделий военной техники на их основе состоят из пяти разделов и приложений к ним:

1 раздел. Общая часть.

2 раздел. Устройство предприятий.

141

3раздел. Организация производственных процессов.

4раздел. Здания и сооружения.

5раздел. Инженерное оборудование зданий. Приложения.

В общей части правил указано, где, в каких производствах,

НИИ, испытательных станциях применяются эти правила, для каких организаций они являются обязательными при проектировании и строительстве.

Вразделе «Устройство предприятий» описаны общие условия размещения предприятий, уровни защиты зданий и сооружений. Изложены мероприятия гражданской обороны и устойчивость работы предприятий; дана классификация работ по степени опасности; приведены расчетные загрузки зданий взрывоопасной продукцией, организация территории предприятия, разделительные расстояния, защитные устройства зданий и сооружений; описаны правила охраны предприятия; рассмотрены пути сообщения

итранспорт, теплоснабжение, водоснабжение и канализация, внешние электрические устройства.

Вразделе «Организация производственных процессов» изложены особые требования к организации производств, требования к хранению взрыво- и огнеопасных веществ и изделий, автоматизации производственных процессов.

Вразделе «Здания и сооружения» изложены требования к производственным зданиям, складским зданиям, административным и бытовым, транспортно-техническим и пешеходным сооружениям, сооружениям для проведения испытаний и т.п.

Вразделе «Инженерное оборудование зданий» приведены требования к отоплению и вентиляции, технологическому теплоснабжению зданий, к системам автоматической противопожарной защиты и электротехническим устройствам.

Помимо правил устройства предприятия обязаны руководствоваться общегосударственными правилами и нормами, в них не вошедшими. Это СНИП и другие общегосударственные нормативы в области транспорта, энергетики и т.п.

142

Нет необходимости в толковании всех глав правил устройства, они написаны доступным техническим языком и не представляют трудности для понимания и усвоения. Остановимся на фундаментальном элементе, который лежит в основе важнейших разделов правил.

5.1.1. Тротиловый эквивалент (α)

Коэффициент α характеризует энергию взрывчатого превращения химического вещества по сравнению с ТНТ (тринитротолуолом). Это понятие фундаментальное, потому что на его основе осуществляются все расчеты: по загрузкам зданий, скла-

дов, определению расстояний между производственными зданиями, расстояния до административных, бытовых, городских зданий и жилья.

Коэффициент α в каждом случае получается из эксперимента. Нижеприводятся некоторыевеличиныαдля порохов и СТРТ:

143

Тротиловый эквивалент (α) входит составной частью в формулы расчета загрузок и расстояний. Внутренние и внешние допустимые расстояния рассчитываются по формуле

S = К Pα ,

где К – коэффициент, учитывающий допустимый ущерб;

Р– предельная загрузка здания порохом или СТРТ.

Втабл. 16 и 17 представлены формулы расчета безопасных расстояний для различных вариантов зданий.

Таблица 1 6

В США пользуются несколько видоизмененной формулой (документ МО США ДОД–4145–26–11)

где S – безопасное расстояние в футах (30,48 см); N – коэффициент; W – загрузка в фунтах (0,45 кг).

144

Таблица 1 7

Сравнительные допустимые расстояния по правилам России и США для активного здания, обвалованного категории А, при загрузке СТРТ 50 т

Сравнение внутренних допустимых расстояний (см. табл. 17) по правилам, принятым в России (ПУП) и в США (ДОД–4145–26–11), показывает, что требования правил России существенно жестче.

5.1.2. Классификация производств по степени их опасности

Указанной классификации предшествовала большая исследовательская работа по изучению взрывчатых свойств порохов и так называемым «переходным» процессам. Поводом для глубокого изучения обозначенных свойств порохов явилась крупнейшая авария в 1959 г., когда воспламенение баллиститной пороховой массы в формующем прессе перешло к загоранию ее в раструбе, а затем горение перешло в детонацию. Это был первый в истории баллиститных порохов случай их детонации, с нехарактерными для пороховых производств разрушительными последствиями.

Этот случай обратил на себя внимание крупных ученых того времени А.С. Бакаева, К.К. Андреева, М.И. Воротового, Б.П. Жукова. Обеспокоено этой аварией было и правительство нашей страны. В НИИ отрасли, в учебных и академических ин-

145

ститутах в короткий срок были проведены исследования, которые позволили построить научно обоснованную технологию производства и выработать научно обоснованные правила устройства по классификации производств, для производства крупногабаритных изделий из высокоэнергетических составов как для баллиститных порохов, так и для СТРТ.

Уместно сказать несколько слов об этих исследованиях по взрывоопасности баллиститных порохов. Уже в самом начале исследований ученые ввели понятие «восприимчивости» кдетонации, которого раньше четко не выделяли, а если и подразумевали, то отождествляли с детонационной способностью. Однако пороха в этом отношении существенно отличаются от бризантных ВВ.

По фактору необходимой интенсивности возбуждающей детонацию ударной волны восприимчивость баллиститных порохов оказалась в сравнении с бризантными ВВ на порядок ниже. В то же время это не исключало для некоторых составов порохов того, что их детонационная способность была выше, чем у ВВ.

Было также выяснено, что на рост восприимчивости к детонации и на саму детонационную способность влияет наличие в составе пороховой таблетки и прессуемой массы даже небольшого количества тонкодисперсных порошков веществ повышенной плотности (более 3,0 г/см3) или твердости, которые независимо от их химических свойств становятся центрами возбуждения химической реакции в детонационной волне. К числу таких веществ относятся ряд катализаторов и стабилизаторов горения в высокоэнергетических составах.

Исследовано влияние на детонационные свойства порохов каталитических добавок, прочности оболочек инструмента, начальной температуры и других факторов. Это позволило выработать рекомендации по рецептурной компоновке составов порохов в целях максимального снижения их детонационных свойств. Доказано, что детонация в прессовых кабинах начинается в шнек-прессах, в транспортных витках которого про-

146

исходит переход горения пороховой таблетки в детонацию с последующим распространением на всю загрузку пороха.

Исследования позволили на основе изученного механизма горения сформулировать требования к разрабатываемым рецептурам, к удельной поверхности таблетки, к сечению каналов витков шнек-пресса, к статической и динамической прочности корпуса пресса. Последние требования легли в основу внедренных в промышленности прессов с динамически ослабленными втулками. Прессы сейчас конструируются и изготавливаются с обеспечением эффекта разрыва детонационной волны по фактору интенсивности (рис. 6).

Рис. 6. Пресс(1) с изменяющейся плотностьюполуфабриката ираструб(2) со спрессованной массой

Аналогичные исследования проведены и для СТРТ. В частности, по детонационной способности, склонности к переходу горения в детонацию, горючести и воспламеняемости чистого перхлората и его смесей с порошками горючих веществ и т.п.

Для СТРТ выполнены исследования по безопасным условиям транспортировки перхлората и его смесей с порошками горючих веществ пневмо- и вакуум-транспортом; по переходу горения в детонацию стружки, кусков, проливов и т.п. (монолитные изделия не детонационно-способны).

Изучены также свойства СТРТ, содержащие в составе мощные ВВ. Указанные исследования легли в основу классифи-

147

кации производств по степени их опасности в правилах устройства заводов. На основе этих исследований установлены категории производств и зданий, а также безопасные расстояния между ними. Были определены для этого предельные давления в ударной волне, способные возбуждать детонацию. Предложены конструктивные решения зданий и сооружений, которые позволяют прерывать нарастание давления.

В зависимости от вероятности возникновения взрыва и характера его воздействия на окружение здания и сооружения разделяются на категории А, Ал и Б.

Категория А – возможный взрыв разрушает сооружения и создает для окружения опасную зону.

Категория Ал – взрыв локализуется в сооружении. Категория Б – взрыв представляет для окружения опас-

ность с вероятностью 10–4 в год.

Огнеопасные процессы с веществами, способными гореть без доступа воздуха и перехода горения в детонацию, разделяются на категории В и Г.

Категория В – загорание не локализуется в здании и представляет опасность для окружения.

КатегорияГ– загораниелокализуетсявздании(сооружении). В зданиях категории В для снижения опасности (возможности перехода горения в детонацию) предусматриваются вы-

шибные поверхности (ВП).

Минимальное значение ВП определяется по следующим формулам (F – суммарная площадь вышибных поверхностей, м2; Р – предельная загрузка здания порохом или СТРТ, кг):

для зданий по обработке порохов F = 3·10–3 Р;

для складов с порохом в упаковке F = 2·10–3 Р;

для складов при хранении в упаковке средне- и крупногабаритных изделий СТРТ F = 3·10–3 Р.

Присутствующая в формуле величина Р (загрузка) играет основную роль как в пожароопасных, так и во взрывоопасных зданиях и определяется суммированием всех веществ (в килограм-

148

мах), обладающих детонационной способностью, выраженной через тротиловый эквивалент. Масса загрузки определяется условием непередачи детонации на соседние сооружения, галереи, транспортеры и т.д.

Условия непередачи считаются по формуле

SD = K1K2 K3 K4 3 Q 3 D,

где SD – расстояние непередачи детонации, м; Q – масса эквивалента тротила (на полу Q удваивается); K1 – коэффициент, учитывающий свойства ТРТ или ВВ: для тротила K = 1,5; гексогена и октогена – 1,9; ТЭНа – 2,4; K2 – коэффициент, учитывающий тип конвейера: для подвесного K = 1,0; для ленточного K = 1,2; K3 – коэффициент, учитывающий канальный эффект (тоннель, галерея).

Более простая формула для зданий, которые должны располагаться вне зоны наибольшего разлета осколков (например:

пульт, дефектоскопия, механические службы и т.п.), S = 4,5 Pα где Р – расчетная загрузка здания взрывоопасным веществом; α – тротиловый эквивалент, рассчитывается и устанавливается разработчиком пороха и СТРТ.

При взрывах больших масс ЭКМ приходится при расчетах учитывать не только разлет частей оборудования и сооружений, но и сейсмический эффект.

На основании натурных испытаний советских специалистов, осуществленных в 1946–1947 гг. в производствах порохов и ВВ в Германии, и на основе результатов исследований воздействия возникшей при аварии сейсмической волны, полученных в НИХТИ под руководством Г.А. Нишпала совместно с Сталинградской сейсмической лабораторией НИИ геологии и геофизики, Ю.Б. Корольковым выведена формула для определения смещения грунта:

V = 903 Pα ,

R

149

где V – скорость смещения грунта, см/с; Рα – загрузка, приведенная к тротилу, кг; R – кратчайшее расстояние от эпицентра взрыва до ближайшей стены пассивного здания.

Скорость смещения грунта соизмерима с сейсмическим эффектом при землетрясении по шкале MSK–64 (табл. 18).

Таблица 1 8

Соизмеримость скорости смещения грунта с сейсмическим эффектом

Указанные исследования позволили создать такие конструкции зданий, которые способны локализовать взрыв 3 т тротила без ущерба для окружающих строений.

5.2. ПРАВИЛА ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРЕДПРИЯТИЙ, ИХ СТРУКТУРА

Правила эксплуатации включают в себя требования к эксплуатации огне- и взрывоопасных производств, изготавливающих пороха, твердые ракетные топлива, взрывчатые вещества, пиротехнические средства и составы, средства инициирования

ибоеприпасы на их основе.

Вправилах также изложены требования к работающему на предприятии персоналу по обеспечению безопасности, производственной санитарии и охране окружающей среды.

150