Проблемы утилизации списанных боеприпасов

Курсовой проект по дисциплине «Концепции современного естествознания»

Выполнил студент Жуков Константин Александрович

Государственный университет управления, Институт управления в машиностроительной промышленности.

Москва

2004

Обоснование необходимости утилизации списанных боеприпасов (введение).

Взрыво- и пожароопасность утилизируемых боеприпасов.

Боеприпасы после их изготовления на предприятиях промышленности и проведения различных испытаний закладываются на хранение на складах, базах и арсеналах МО РФ. При этом назначается гарантийный срок хранения (ГСХ), в течение которого обеспечивается сохранность их технических характеристик и боевых свойств. В процессе хранения осуществляются контроль качественного состояния и регламентные работы, в том числе ремонт боеприпасов, связанный с удалением коррозии с металлических деталей корпусов, заменой смазки, а также ремонт деревянной укупорки и др.

Опыт хранения боеприпасов показывает, что их чувствительность к внешним воздействиям со временем повышается, что связано с изменением свойств взрывчатых веществ (ВВ), которыми снаряжены боеприпасы. Несмотря на лакокрасочные покрытия поверхностей корпусов, соприкасающихся с зарядом ВВ, с течением времени могут происходить взаимодействие ВВ с материалом корпуса боеприпасов и образование более чувствительных по сравнению с исходным ВВ соединений, что повышает опасность дальнейшего хранения боеприпасов.

Изменение физико-химических свойств ВВ в процессе хранения может существенно повлиять на сроки хранения боеприпасов.

В процессе старения изделий в течение гарантийного срока хранения (ГСХ) происходят накопление продуктов распада, их взаимодействие с лакокрасочным покрытием (ЛКП) и конструкционным материалом. Глубина превращения зависит как от условий и времени хранения, так и от конструктивных особенностей изделий. Нарушение технологии производства ВВ, повышение в основном продукте примесей кислот и щелочей даже на доли процента могут существенно изменять характеристики снаряжения боеприпасов, повышать взрыво-пожароопасность при их длительном хранении.

Вместе с тем теория длительного хранения боеприпасов до сих пор в достаточной степени не разработана. Не установлена количественная связь между химической стойкостью ВВ и гарантийным сроком хранения боеприпасов. Поэтому на практике сроки хранения устанавливают эмпирически по результатам контрольных испытаний, в процессе которых определяются сохранность боеприпасов и их боевые свойства. Принятые в настоящее время сроки хранения, после которых боеприпасы подлежат списанию, во многом занижены, назначены с гарантированной осторожностью. Между тем некоторые боеприпасы, снаряженные тротилом и применявшиеся во второй, а иногда и в первой мировой войне, сохранили свои взрывчатые свойства, несмотря на коррозию, а иногда и разрушение корпуса. Об этом свидетельствует опыт сплошного разминирования территорий, на которых шли боевые действия или которые подвергались бомбардировкам и артобстрелу.

Хранение списанных боеприпасов.

После окончания гарантийного срока хранения боеприпасы подлежат списанию. Списанные боеприпасы переводятся в другие хранилища: запрещено хранить их совместно с исправными боеприпасами, срок хранения которых не истек.

Списанные боеприпасы требуют более тщательного контроля при дальнейшем хранении. Сроки контрольных испытаний сокращаются, повышается трудоемкость регламентных работ, необходимы более квалифицированные специалисты, поэтому затраты на хранение списанных боеприпасов возрастают. При этом сроки дальнейшего хранения становятся неопределенными. Если, например, списанная техника может храниться достаточно долго и практический ущерб от этого невелик, так как ценность представляет главным образом металлолом и затраты на его хранение малы, то боеприпасы нельзя оставить без надежной охраны, организованной противопожарной службы, системы контроля качественного состояния боеприпасов и т.д.

Таким образом, уменьшение запасов боеприпасов за счет списания их части, отслужившей гарантийные сроки хранения, не только не сокращает, а, наоборот, увеличивает затраты на хранение. Это относится как к отдельному складу боеприпасов, так и к системе их хранения в целом.

Предварительные оценки показывают, что затраты на хранение списанных боеприпасов могут увеличиться на 10— 20 % по сравнению с затратами на хранение боеприпасов, у которых ГСХ не истек.

Предполагается, что инженерные боеприпасы будут в среднем уничтожаться в следующих размерах (до 2000 г.):

— инженерные мины (главным образом, противотанковые) — по 1 млн. шт. в год;

— заряды разминирования — примерно по 1,5—2,0 тыс. комплексов в год;

— артиллерийские боеприпасы примерно по 20 тыс. вагонов (400 тыс. т) и пороха по 3 тыс. вагонов (60 тыс. т).

Максимальное сокращение сроков хранения списанных боеприпасов путем их утилизации может существенно уменьшить затраты и снизить взрывопожароопасность хранения.

Списанные боеприпасы как фактор повышения криминогенной обстановки.

В настоящее время на базах и арсеналах различных видов Вооруженных сил и родов войск скопились миллионы единиц различных боеприпасов, списанных или подлежащих списанию. По некоторым данным, подлежат списанию и последующей утилизации или уничтожению до 80 млн. единиц боеприпасов. К ним относятся авиабомбы, ракеты, морские торпеды, масса ВВ в которых достигает сотен и даже тысяч килограммов, а также артиллерийские снаряды, инженерные мины и заряды с массой ВВ до нескольких килограммов (обычно не более 10 кг).

После того как боеприпасы списаны, их дальнейшее хранение, как указывалось выше, обусловлено рядом особенностей. Одна из них вызвана возможностью хищения боеприпасов, особенно если они уничтожаются вблизи мест хранения личным составом, связанным служебными и другими отношениями с отделами хранения. В этом случае возможно оформление похищенных боеприпасов как уничтоженных. На практике имели место связи лиц, ответственных за хранение боеприпасов, с криминогенными элементами, которые снабжались боеприпасами со складов за определенное вознаграждение. В прессе публиковались даже цены на рынках в некоторых южных регионах на оружие и боеприпасы. Таким образом, наличие списанных боеприпасов создает объективные условия для их хищения и использования в преступных целях.

Война в Афганистане и военные конфликты в так называемых "горячих точках" (Грузия, Абхазия, Карабах, Таджикистан, Приднестровье, Чечня) привели к тому, что возросло число лиц, ознакомленных с боеприпасами и умеющих их применять. Особенно это относится к инженерным минам (противопехотным и противотанковым), стандартным зарядам ВВ и средствам инициирования (взрывания): зажигательным трубкам, капсюлям-детонаторам, электродетонаторам и различным специальным взрывателям. Ввиду простоты обращения с минами "минерами" зачастую становятся неквалифицированные люди, практически незнакомые с последствиями действия взрыва. Так, в Афганистане были случаи, когда мины устанавливали дети.

Особую опасность представляют участившиеся случаи применения различных взрывных устройств, изготовленных из табельных средств (шашек или брикетов ВВ и взрывателей) или кустарным способом, но с использованием похищенных зарядов ВВ и средств их взрывания.

В связи с опасностью хищения взрывных устройств надежность хранения списанных боеприпасов должна быть не ниже тех, у которых сроки хранения не истекли. Нельзя допускать, чтобы со складов и хранилищ списанных боеприпасов взрывчатые материалы попадали в руки криминогенных элементов. Можно полагать, что после наведения порядка в хранении списанных боеприпасов, строгом учете при их уничтожении или утилизации будет снижен до минимума фактор повышения криминогенной обстановки в стране и особенно в отдельных регионах.

Ущерб от уничтожения и общие принципы утилизации списанных боеприпасов.

Уничтожение списанных боеприпасов расценивается как ущерб по крайней мере по двум причинам. Во-первых, результаты овеществленного труда различных слоев общества (ученых, инженеров, конструкторов, рабочих, испытателей), материалы, зачастую достаточно ценные, затраченные электроэнергия, другие виды энергий, а также затраты на амортизацию оборудования — все это представляет собой безвозвратные потери, которые снизили, ухудшили благосостояние больших групп населения страны и общества в целом.

В ходе постоянного совершенствования боеприпасов, разработки новых, более эффективных образцов целые коллективы ученых проводят исследования, затрачивая большие средства. Идеи ученых, их расчетно-теоретические построения реализуют в опытные образцы инженеры-конструкторы, инженерно-технический персонал и высококвалифицированные рабочие опытных производств. Проводятся разносторонние испытания образцов с использованием дорогостоящего оборудования лабораторий, полигонов на соответствие их заданным требованиям. Иногда по результатам испытаний образцы возвращаются на доработку, и весь цикл повторяется полностью или частично. После принятия боеприпаса на вооружение организуется его серийное производство, для чего на предприятиях промышленности создаются различные автоматические или автоматизированные линии по изготовлению боеприпасов. В процессе производства осуществляются контроль качества и испытания боеприпасов, что также требует больших затрат.

Наконец, для создания мобилизационных запасов и поддержания на необходимом уровне обороноспособности страны боеприпасы закладываются на хранение. Затраты на хранение боеприпасов на складах, базах и арсеналах МО РФ складываются из затрат на оборудование складов (строительство хранилищ, подъездных путей, ограждения, пожарных водоемов, проведение систем пожарной и охранной сигнализации, освещения, а также оборудование постов, караульных помещений и др.), содержание подразделений охраны и пожарных команд, обслуживающего персонала (штатных работников) склада, осуществляющих осмотр, ремонт, контрольные испытания, учет поступления и отправки боеприпасов в воинские части, на испытания и др.

Данные по затратам на хранение боеприпасов на примере инженерных боеприпасов свидетельствуют, что ущерб, связанный с уничтожением боеприпасов, составляет только за счет ранее проведенных расходов следующие суммы (в расчете на 1 т в ценах 1994 г.): разработка, испытания и серийное производство — около 2 млн. руб., хранение — 30... 35 тыс. руб. ежегодно [2].

Другая негативная сторона уничтожения списанных боеприпасов связана с нарушением (ухудшением) экологии окружающей природной среды, загрязнением почвы (грунта), поверхностных (в источниках, реках, озерах) и подземных (грунтовых) вод, растительности и воздушной среды.

Загрязнение окружающей природной среды неизбежно влияет на состояние животных и людей. Особенно опасно загрязнение элементами и соединениями тяжелых металлов (свинец, ртуть и др.), которые концентрируются в организме человека, вызывая тяжелые болезни, в частности печени, почек и др. Поэтому массовое уничтожение списанных боеприпасов, особенно средств инициирования (взрывателей), содержащих свинец, ртуть, на открытых площадках недопустимо. Ущерб от таких бездумных действий можно оценить только по затратам на восстановление окружающей природной среды до нормальных или хотя бы до допустимых показателей.

Поддаются оценке затраты на очистку почвы, в некоторой степени воды и растительности. Воздушная среда очистке не подвергается, за исключением случаев, когда фильтруется воздух при выбросах его из цехов или установок. При уничтожении боеприпасов на открытых площадках загрязнение воздуха неизбежно и предотвратить его практически невозможно.

По некоторым данным, которые приводились в докладах на конференциях по проблемам утилизации боеприпасов, ущерб от уничтожения существующих в настоящее время списанных боеприпасов составил бы около 60 млн. руб. (в ценах 1992 г.) [2].

Таким образом, все изложенные выше отрицательные аспекты содержания списанных боеприпасов (опасность их длительного хранения, дополнительные затраты на хранение, возможность их хищения и использование криминогенными и мафиозными группировками для осуществления взрывов, заказных убийств и др., а также с целью дестабилизации политической обстановки в регионах и в стране в целом, ущерб от уничтожения списанных боеприпасов, нарушение экологического равновесия окружающей природной среды) свидетельствуют о том, что простое уничтожение списанных боеприпасов нецелесообразно, а в больших масштабах — недопустимо.

Поэтому в нашей стране и за рубежом основным направлением снижения запасов устаревших боеприпасов является их утилизация и, главным образом, расснаряжение боевых частей, особенно снаряженных большими массами ВВ. Применяемые методы расснаряжения изложены в третьей части.

Как сложная техническая задача переработки взрывоопасных изделий длительного хранения, нередко с неизвестной историей эксплуатации, утилизация должна строиться на ряде основных принципов.

Комплексность переработки боеприпасов и их компонентов.

I. Процесс утилизации должен предусматривать переработку всех элементов изделий, включая боевые части, метательные заряды и двигатели, средства инициирования, системы управления, тару и т.д.

II. Безопасность ведения процессов утилизации.

Процесс утилизации в ряде случаев более опасен, чем процесс снаряжения, как по ряду объективных причин (большое разнообразие конструкций, сосредоточенных в одном производстве, разнообразные условия хранения и эксплуатации конкретных изделий, трудности разборки и извлечения ВВ и т.д.), так и в силу субъективных причин, вызванных меньшей изученностью процессов расснаряжения, малым производственным опытом отечественной промышленности по утилизации, организационными вопросами поставки боеприпасов на утилизацию и т.п.

Поэтому должен быть создан специальный комплекс методов (технологий и специализированного оборудования) в зависимости от типа ВВ, порохов и топлив, габаритно-весовых характеристик изделий и их конструкций, а также решены вопросы контролируемой поставки изделий на утилизацию, проектирования и эксплуатации производств, технологической дисциплины и подготовки кадров.

III. Процессы утилизации должны быть экологически чистыми.

При прямом сжигании на открытом воздухе или подрывах в окружающую среду попадает большое количество токсичных окислов, цианидов, солей тяжелых металлов, диоксинов. Происходит загрязнение воздуха, воды и почвы. Поэтому технологии утилизации должны исключить отравление окружающей среды.

IV. Применяемые процессы утилизации должны осуществляться с минимальными экономическими потерями, а при глубоких вторичных переделах получаемого сырья в местах утилизации они должны быть экономически выгодны, за исключением переработки отдельных классов и видов боеприпасов.

Классификация взрывчатых материалов

По физическому состоянию ВМ могут быть твердыми (монолитными или сыпучими), пластичными и жидкими. Монолитные твердые ВВ, примером которых могут служить литой тротил, смеси тротила с гексогеном и алюминием (ТГА), тротила с аммиачной селитрой и алюминием (ТСА) и др., применяются в основном в военном деле. В качестве промышленных ВВ они используются в небольших количествах.

Твердые ВВ используют, как правило, в сыпучем состоянии в виде порошков и гранул. Сыпучими твердыми ВВ являются гранулированный тротил (гранулотол), сплав тротила с алюминиевым порошком (алюмотол), аммониты, пороха, смеси гранулированной аммиачной селитры с нефтепродуктами, дисперсным алюминием или тротилом.

Пластичные ВВ обычно состоят из смеси твердых компонентов с жидкой желатинированной массой и по консистенции напоминают крутое, а в некоторых случаях и жидкое тесто или сметану. К наиболее типичным пластичным ВВ принадлежат ПВВ-4, ПВВ-5А, ПВВ-7 и др.

В горной промышленности применяют пластичные ВВ разной консистенции на водной основе — водосодержащие ВВ. Твердые компоненты таких ВВ в большинстве случаев представлены чешуированным или гранулированным тротилом и аммиачной селитрой. Жидкая часть смеси состоит из насыщенного водного раствора кальциевой, натриевой и аммиачной селитры с добавкой растворимого в воде загустителя. К этой группе ВВ относятся так называемые льющиеся ВВ — акватолы, а также эмульсионные ВВ.

Примером жидких ВВ являются нитроглицерин, нитрогликоль и некоторые другие нитроэфиры, которые используются в настоящее время только в качестве компонентов порохов, детонитов и некоторых предохранительных ВВ.

В зависимости от областей применения ВВ разделяют на: инициирующие, бризантные, пороха и пиротехнические составы.

По химическому составу различают две группы ВВ: индивидуальные химические соединения и механические смеси.

В первую группу входят химические соединения, молекулы которых в определенных условиях способны к распаду с формированием новых, преимущественно газообразных соединений с выделением энергии. К ним относятся:

1. Инициирующие (первичные) ВВ:

а) соли тяжелых металлов гремучей кислоты, например, гремучая ртуть и гремучее серебро;

б) производные азотистоводородной кислоты, например, азид свинца, азид серебра и циануртриазид;

в) соли тяжелых металлов стифниновой и пикриновой кислот, называемые стифнатами и пикратами, например, тринитрорезорцинат (стифнат) свинца (сокращенно ТНРС);

г) тетразен.

2. Бризантные ВВ, включающие инициирующие (вторичные) ВВ (тетрил, ТЭН, октоген, гексоген) и обычные бризантные (тротил, нитрогликоль, нитроглицерин, пикриновая кислота и др.):

а) нитросоединения ароматического ряда, например, тринитротолуол (тротил), тринитрофенол (пикриновая кислота), тринитрофенилметилнитрамин (тетрил), октоген, динитробензол и др., а также некоторые нитропроизводные аминов, например, триметилентринитрамин (гексоген), нитрогликоль, нитродигликоль;

б) нитраты или эфиры азотной кислоты, например, глице-ринтринитрат (нитроглицерин), аммиачная селитра (нитрат аммония), а также нитраты целлюлозы (клетчатки) — пироксилины и коллоксилины, пентаэритриттетранитрат (ТЭН) и т.д.

Ко второй группе относятся разнообразные капсюльные составы для капсюлей-детонаторов и капсюлей-воспламенителей (последние представляют собой главным образом механические смеси гремучей ртути, хлората калия и трехсернистой сурьмы), а также смесевые бризантные ВВ. К смесевым принадлежат, по существу, все наиболее типичные промышленные ВВ: аммониты, граммониты, гранулиты, детониты, динамоны и водосодержащие ВВ, оксиливиты — различные порошкообразные органические поглотители, пропитанные жидким кислородом.

В эту же группу входят пороха (в частности, дымный, пушечный пироксилиновый порох, баллиститный, кордитный и порох на нелетучем растворителе) и пиротехнические составы (осветительные, сигнальные, трассирующие, зажигательные и дымовые), представляющие собой механические смеси из окислителей и горючих веществ [3].

Методы расснаряжения боеприпасов для извлечения взрывчатых элементов.

Общие сведения

Практически все страны, производящие обычные боеприпасы, всегда сталкивались с проблемой их утилизации применительно к устаревшим и снятым с вооружения, а также непригодным к использованию по прямому назначению.

В военных руководящих документах рекомендуется взрывчатые вещества и средства взрывания, непригодные для взрывных работ (ВР), уничтожать взрыванием, сжиганием, потоплением в водах морей и океанов или растворением в воде. Для уничтожения ВВ путем возбуждения в них детонационной волны (взрыванием) выбирают территорию (полигон) достаточной площади, удовлетворяющей следующим основным требованиям:

— воздействие взрывов, проводящихся на полигоне, не должно превышать допустимых норм (как и при любом производственном процессе) на окружающие объекты;

— при проведении работ необходимо гарантировать отсутствие на территории полигона людей, непосредственно не занятых в процессе уничтожения;

— расстояние от мест складирования ВВ до полигона должно обеспечивать как безопасность складских помещений, так и минимум транспортных операций.

При организации взрывных работ необходимо достигать максимальной степени реагирования ВВ (полной детонации зарядов) путем установки достаточного количества инициирующих устройств [4].

Основным фактором воздействия взрывных процессов на окружающую территорию является воздушная ударная волна. Ее интенсивность может быть существенно уменьшена путем частичного или полного углубления уничтожаемых боеприпасов с ВВ в грунт или производства взрывов в специальных бронированных камерах, а также путем применения глушителей в виде пены, специальных покрытий, взрывания в воде и др.

Взрывание может быть рекомендовано как метод уничтожения боеприпасов с истекшим сроком хранения и не подлежащих демонтажу ввиду опасности. Использование данного метода достаточно безопасно при соблюдении несложных правил обращения со взрывчатыми материалами. В то же время подрыв на открытой местности может создать мощную нагрузку на окружающую среду, привести к загрязнению воздушного бассейна, воды, гибели лесных массивов.

Таким образом, проблема загрязнения атмосферы продуктами неполной детонации ВВ является чрезвычайно важной при уничтожении больших количеств боеприпасов методами взрывания или сжигания. Однако она не может быть решена путем улучшения процессов окисления при использовании этих методов, поскольку даже при наибольшей степени реагирования могут образовываться значительные количества таких веществ, как монооксид углерода, окислы азота, частицы твердого углерода и др.

В табл. 3.1 и 3.2 приведены данные термодинамических расчетов по составу образующихся газообразных и твердых продуктов для различных ВВ и горючих в процессе их детонации и открытого горения. Видно, что при значительном объеме уничтожаемых ВВ нельзя игнорировать образование токсичных продуктов, так как их значительное количество может наносить реальный вред окружающей среде.

Таблица 3.1 Масса компонентов продуктов (кг), содержащих углерод, при детонации 1 т ВВ



Таблица 3.2 Масса компонентов продуктов (кг) при открытом сжигании 1 т вещества

Токсичность газов, выделяемых при взрыве, обычно невелика: даже при взрывах зарядов массой в несколько тонн концентрация их в воздухе меньше предельно допустимой. Лишь в непосредственной близости возможно токсическое воздействие продуктов взрыва на биообъекты. Вместе с тем интенсивное и длительное поступление таких газов на определенную территорию может привести к изменению геохимических условий (изменению рН природных вод, раскислению почвы и т.п.) [2].

При детонации заряда имеет место разброс непрореагировавших частиц ВВ, имеющих размер до 0,1 мм и массу около 7 • 106 г. Заряды ВВ, выплавленного из боеприпаса, могут давать отказы, неполную детонацию, что приводит к более интенсивному загрязнению окружающей среды. Осаждающиеся из воздуха частицы ВВ образуют зону первичного заражения. Количество частиц зависит от многих факторов, в том числе от материала и толщины оболочки, типа ВВ, его качественного состояния и др.

Взрывчатые вещества можно условно разделить по экологической опасности на две группы:

1 — содержащие тяжелые металлы;

2 — не содержащие тяжелые металлы.

В отношении взрывчатых веществ второй группы (бризантные ВВ) биосфера в состоянии активно защищаться (выявлены штаммы микроорганизмов, питающиеся, например, тротилом), но от веществ, содержащих тяжелые металлы (например, свинец), необходимо защищать биосферу нейтрализацией токсичных свойств свинца веществами, вырабатывающими анионы или комплексные соединения.

Возможность переноса свинца на большие расстояния при взрывах на открытых (площадках) полигонах ограничивает применение данного способа. Для обеспечения экологической безопасности уничтожение боеприпасов взрывом необходимо производить в закрытых герметичных объемах, принимать меры по обезвреживанию токсичных газов, пылевых взвесей и тяжелых металлов.

Необходимо также учитывать, что при сжигании происходит возгонка ВВ, сорбция и перенос полидисперсных частиц ВВ на поверхности сажи и, таким образом, загрязнение окружающей природной среды продуктами неполного сгорания ВВ. При сжигании количество частиц ВВ, выбрасываемых в окружающую среду, на один-два порядка выше, чем при взрыве.

Экологический ущерб от применения таких способов не требует пояснений, кроме того, безвозвратно теряется значительное количество уничтожаемых материальных ресурсов.

В бронеямах и на открытых площадках при систематическом уничтожении боеприпасов накапливаются во много раз превышающие допустимые пределы (ПДК) ядовитые продукты, что необходимо учитывать работающему взрывперсоналу.

Принятие во многих странах мира специальных законодательств по охране окружающей среды, движение "зеленых" ставят заслон использованию экологически грязных способов уничтожения и активизируют поиск с целью перехода к экологически безопасным и экономически целесообразным способам утилизации.

В качестве основного способа утилизации рассматривается расснаряжение боеприпасов с последующей переработкой взрывчатых веществ и элементов корпусов боеприпасов.

Под методами расснаряжения боеприпасов понимают методы извлечения из них элементов взрывчатых веществ с последующей утилизацией как ВВ, так и элементов корпусов.

Проблема расснаряжения боеприпасов рассматривается в более широком контексте как часть более общей задачи создания технологий, позволяющих организовать экономически выгодную и экологически чистую переработку боеприпасов для планомерного сокращения арсенала, поскольку после истечения сроков хранения боеприпасов возникают проблемы, связанные с его использованием.

Технологический процесс извлечения взрывчатых веществ из каморы боеприпаса является наиболее опасным, наиболее сложным в обеспечении специальным оборудованием и в ведении техпроцесса. Выбор этого техпроцесса зависит от рецептур взрывчатого материала в боеприпасе и подготовки утилизированного ВМ к дальнейшей переработке, принципиальной целесообразности по требованиям безопасности по извлечению ВМ.

По этим условиям боеприпасы разделяются на следующие классы:

1. Боеприпасы раздельно-шашечного снаряжения: в том числе осколочно-футасные снаряды калибров 57—130 мм, шнуровые заряды ШЗ-1, ШЗ-2 и др., авиационные НУРСы типа С-5, С-8, дистанционные средства разминирования и др.;

2. Боеприпасы с разрывным зарядом из тротила, т.е. допускающие простое вьшлавление: осколочно-футасные снаряды и мины калибров 76—240 мм. Противотанковые и противопехотные мины, осколочно-фугасные авиабомбы, морские мины различных типов, боевые части торпед и др.;

3. Боеприпасы со смесевым разрывным зарядом из составов ВВ с плавкой составляющей в виде тротила (не менее 20 %) типа ТГ, ТГА, ТА, ТД, МС и т.д. К ним относятся артиллерийские мины, БЧ ракет и БЗО торпед, морские мины, РГБ, авиационные бомбы различных типов, НУРСы "Град", "Ураган", "Смерч", противотанковые и противопехотные мины и т.д.

4. Боеприпасы со смесевым разрывным зарядом из составов ВВ без плавкой основы типа А-1Х-1, А-1Х-П, окфол и другие или с содержанием плавкой основы менее 20 %. К ним относятся осколочно-фугасные снаряды повышенного могущества, НУРС "Град", С-13 и т.д.

5. Боеприпасы с жидкими, пластичными эластичными взрывчатыми веществами, в том числе различные системы разминирования, боевые части объемно-детонирующих систем, ВИЗы и т.д.

6. Кассетные и кумулятивные боеприпасы. К ним относятся изделия типа РБК с элементами типа АО, ПТАБ, ШОАБ, кассетные головные части изделий "Ураган", боевые части систем, "Алдан", "Ветер", "Вилюй", ПТУРСы и т.п.

Принадлежность боеприпаса к тому или иному классу определяет выбор производства из ряда техпроцессов, разработанных для этого класса [2].

Исследования в этой области целесообразно разделить на несколько стадий: анализ с точки зрения экономической оправданности, безопасности и возможности экологических последствий существующих методов расснаряжения; определение требований по экономическим, экологическим и техническим параметрам к вновь разрабатываемым технологиям;

создание новых технологий расснаряжения боеприпасов с максимально возможным извлечением из них вторичных ресурсов и разработка конкретных технологических решений по созданию образцов новой техники, предназначенной для расснаряжения и переработки боеприпасов.

Разработка технологий расснаряжения боеприпасов, в отличие от аналогичных исследований в других областях, имеет определенную специфику, которую следует обязательно учитывать при проведении работ.

Прежде всего это относится к тому факту, что в боеприпасах используются чувствительные к механическим и тепловым воздействиям вещества, представляющие собой значительную потенциальную опасность, и в первую очередь в плане взрывоопасности. Даже случайный взрыв одного снаряда в месте, где сосредоточены их значительные запасы, может привести к трагическим последствиям.

Вторая особенность связана с тем, что боеприпас как продукт, подлежащий утилизации, представляет собой, как правило, неразъемную конструкцию, изначально не рассчитанную на демонтаж. Естественно, что извлечение из него вторичных ресурсов связано с дополнительными трудностями.

Третья особенность состоит в том, что наряду с легко утилизируемой металлической составляющей исходный боеприпас содержит весьма значительную долю взрывчатых веществ, порохов, твердых ракетных топлив, отравляющих веществ и т.д.

Перечисленные особенности создают ряд дополнительных проблем в процессе разработки технологий расснаряжения боеприпасов.

Расснаряжение боеприпаса предполагает удаление из него взрывателя, вскрытие корпуса с целью обеспечения доступа к взрывчатому веществу, извлечение взрывчатого вещества, последующую утилизацию элементов корпуса и взрывчатого вещества.

Расснаряжение взрывателя также предполагает вскрытие корпуса и обеспечение доступа к взрывчатому веществу, извлечение взрывчатого вещества, последующую утилизацию корпуса и взрывчатого вещества.

В настоящее время практически нет универсального метода расснаряжения боеприпасов. Это связано с очень большим разнообразием как конструкций боеприпасов, взрывателей, так и используемых для их снаряжения рецептур ВВ, имеющих большой диапазон физико-механических и физико-химических свойств.

Удаление взрывателя из корпуса боеприпаса может осуществляться путем вывинчивания его вручную или средствами механизации, отделением встроенных взрывателей, применением кумулятивных зарядов, пиротехнических составов (термитной резки), с помощью ультразвуковых резаков, гидрорезаков или путем механической резки резцом на станках.

Вскрытие боеприпаса для обеспечения доступа к взрывчатому веществу может выполняться следующими средствами и способами:

— гидрорезкой;

— взрывной резкой кумулятивными струями;

— ультразвуковой резкой;

— прожиганием корпусов продуктами сгорания пиротехнических составов (термитных резаков);

— разламыванием корпусов в химически активных средах;

— резанием (фрезерованием, сверлением) лезвием (резцом) на металлообрабатывающих станках;

— изламыванием после предварительного резания;

— химическим растворением корпусов или их частей;

— электрохимическим растворением (травлением);

— воздействием лазером.

Извлечение взрывчатого вещества из корпусов боеприпасов или их элементов может осуществляться следующими способами:

— выплавлением;

— вымыванием струёй жидкости;

— выбиванием с помощью механических средств;

— импульсным способом (нагруженном импульсом ударной волны);

— вытачиванием;

— магнитодинамическим воздействием на корпус;

— растворением;

— воздействием сверхнизких температур.

Методы разделки корпусов боеприпасов

Разделка корпусов и отделение взрывателей гидрорезкой позволяют с помощью сверхзвуковой струи жидкости разрезать корпус, отделить (при необходимости) взрыватель и вымывать из корпуса взрывчатое вещество с последующей утилизацией продуктов разделки. Технология позволяет разрезать практически все твердые материалы, применяемые для изготовления боеприпасов, с температурой в зоне резания не более 90 °С и минимальной шириной разреза. Наиболее эффективно резание водяной струей с абразивным наполнителем (см. табл. 3.3).

Возможна струйная очистка и смывка покрытий различного химического состава, перфорация отверстий в твердых и хрупких материалах импульсными жидкостными и абразивно-жидкостными струями. Данная технология представляется наиболее перспективной, взрывобезопасной и к тому же позволяет использовать утилизируемые пороха в качестве источника (генератора) высокого давления (500—700 МПа).

Материал	Толщина, мм	Скорость резания, мм/мин
Сталь Сталь Титан Нерж. сталь Бетон В35	10 23 3 7 560	240 90 600 270 10

Таблица 3.3 Скорость резания абразивно-водяной струей

Технический процесс активного вымывания заряда ВВ из корпуса высокоскоростными струями жидкости предусматривает применение различных фильтров и других устройств для отделения взрывчатого вещества от жидкости.

Этот метод перспективен для разделки боеприпасов крупного калибра.

Способ вымывания ВВ из корпусов боеприпасов струёй жидкости имеет недостатки и связанные с этим ограничения, которые заключаются в следующем: обязательное создание высокого давления жидкости, большой ее расход, необходимость применения специальных камер и обеспечения соосности сопел и корпусов боеприпасов.

Для вскрытия корпусов боеприпасов кумулятивной струёй применяют удлиненные или осесимметричные кумулятивные заряды. Они устанавливаются на таком удалении от корпуса боеприпаса, при котором исключается взрыв заряда ВВ разделываемого боеприпаса. Иногда для резки корпусов боеприпасов применяют контактные листовые заряды или удлиненные кумулятивные заряды. С их помощью в снаряжении разделываемого боеприпаса вызывают низкопорядковые взрывные процессы, которые обеспечивают вскрытие корпуса боеприпаса. Основное преимущество взрывных технологий заключается в том, что для их реализации не требуется сложного технологического оборудования. Эти технологии энергетически автономны. В связи с тем, что технологии основаны на низкопорядковых взрывных процессах, ущерб окружающей среде может быть сведен к минимуму. Однако такой способ вскрытия нельзя признать взрыво- и экологически безопасным, так как в зависимости от состояния корпуса и ВВ разделываемого боеприпаса, случайного отклонения расстояния между корпусом и кумулятивным зарядом не исключается передача детонации и несанкционированный взрыв боеприпаса. При взрыве кумулятивного или листового заряда в окружающую среду попадают токсичные вещества.

Ультразвуковой способ вскрытия корпусов боеприпасов для извлечения зарядов ВВ из средств взрывания пригоден при любом снаряжении боеприпаса. При необходимости ультразвуковым инструментом проделываются отверстия для доступа к ВВ в корпусах из любых материалов практически в любом сечении. Взрыво-, пожаро- и экологическая безопасность обеспечивается применением способа в водной среде.

Процесс разделки боеприпасов состоит из ориентации и фиксации боеприпаса (средства взрывания), вскрытия корпуса, извлечения снаряжения, предварительной обработки снаряжения (разделения бризантных и инициирующих ВВ, флегматизации бризантных ВВ, ликвидации взрывоопасных свойств инициирующих ВВ), упаковки продуктов переработки для последующей транспортировки и утилизации.

Применение недорогого оборудования, отсутствие жестких требований по герметичности, низкая температура и давление жидкости и относительная простота операций позволяют рассматривать этот способ как один из перспективных, но малопроизводительных. Процесс вскрытия корпусов и извлечения взрывчатых веществ может быть автоматизирован, а применение блокового принципа позволит перестраивать комплекс оборудования для переработки любых типов средств взрывания и регулировать его производительность.

Имеющийся огромный опыт работы в области создания пиротехнических средств позволяет принципиально решить вопрос о бездетонационном вскрытии корпусов боеприпасов и извлечения из них зарядов ВВ. Метод заключается в прожигании корпуса струёй продуктов сгорания пиротехнического состава и создании в нем избыточного давления, приводящего к вскрытию корпуса, дроблению и выбросу заряда ВВ.

Вскрытие корпусов и извлечение из них взрывчатых веществ при применении пиротехнических составов предусматривают распределение и крепление на корпусе боеприпаса пиротехнического заряда, его поджигание, извлечение из корпуса (при необходимости) остатков ВВ, сбор и упаковку продуктов переработки для последующей транспортировки и утилизации.

В процессе горения пиротехнического состава в корпусе боеприпаса создается избыточное давление, которое приводит к вскрытию корпуса, его дроблению и выбросу заряда ВВ. В некоторых случаях корпус может прожигаться, обеспечивая доступ к взрывчатому веществу. Высокая температура и раскаленные частицы повышают вероятность воспламенения и взрыва ВВ. Поэтому этот метод взрывоопасен. При сгорании пиротехнических составов в окружающую среду выделяются токсичные вещества (свинец, ртуть, хлор и т.д.). Этот метод может быть применен для уничтожения особо опасных средств в незначительных количествах.

Изламывание корпусов боеприпасов или средств взрывания может выполняться с предварительной подготовкой (надрез, надпил, сверление) или без подготовки. Оно может производиться в воздухе, воде или химически активных жидкостях. Этот способ является относительно простым и высокопроизводительным. Тонкостенные корпуса вскрывают без предварительной подготовки, толстостенные — с предварительной подготовкой. Для исключения попадания взвешенных частиц ВВ в воздух, снижения взрыво- и пожароопасности изламывание производят в жидкостях. При вскрытии средств взрывания с токсичными веществами изламывание осуществляют в химически активных средах.

Резание лезвием (резцом, сверлом и т.п.) корпусов боеприпасов и средств взрывания является высокопроизводительным способом, но требует точной подгонки, особенно малоразмерных деталей, средств взрывания и резца, интенсивного охлаждения и создания необходимого привода на одну из деталей.

Промышленное применение способа резания возможно лишь при поточной технологии подачи корпусов боеприпасов (средств взрывания) в фиксированном положении на лезвии для снятия заданного количества металла в заданном сечении для разделения бризантного и инициирующего ВВ в тонкостенных оболочках или для подготовки корпусов средств взрывания к излому.

Химическое растворение корпусов в промышленном масштабе, по-видимому, невыгодно и может быть применено для обезвреживания особо опасных изделий или их элементов, или малых количеств изделий, если недоступны другие методы.

Метод электрохимического растворения (травления) может быть экономически выгодным при переработке большого количества средств взрывания с металлическими толстостенными корпусами. Большая энергоемкость данного метода, экологическая опасность ввиду применения большого количества химически активных веществ не позволяют использовать его для вскрытия корпусов боеприпасов.

Разделка корпусов боеприпасов лазером для обеспечения доступа к снаряжению возможна при обеспечении интенсивного теплоотвода от остального материала. Этот метод может оказаться экономически выгодным и найти промышленное применение. Он позволяет безопасно, быстро и на заданную глубину вскрывать корпуса боеприпасов из любых материалов в автоматическом режиме.

Преимуществами метода резки корпуса боеприпаса лазерным лучом являются: отсутствие механического и электрического воздействия на обрабатываемый материал, возможность высокопроизводительной обработки с малым удельным тепловыделением и термодеформациями (скорость резания достигает десятки сантиметров в минуту). Лазерная резка основана на тепловом воздействии лазерного излучения на материал. Особенно эффективна резка металлов, когда в зону обработки совместно с лазерным лучом подается струя газа, способствующая удалению продуктов распада, а в некоторых случаях инициирующая химическую реакцию в месте воздействия излучения на металл. Лазерная установка мощностью лазера 1 кВт позволит резать изделия толщиной стенки до 14 мм со скоростью 0,5 м/мин.

Метод расплавления корпусов средств взрывания с последующей утилизацией снаряжения применим для пластмассовых материалов с температурой плавления до 200 °С. Необходимо учитывать, что большая часть корпусов средств взрывания изготовлена из материалов с температурой плавления 200—600 °С, поэтому этот метод не может найти широкого применения.

Разработана технология уничтожения боеприпасов взрыванием в герметичных емкостях с последующей очисткой газообразных продуктов взрыва от экологически опасных веществ и утилизации оставшихся компонентов. Такая технология уже находит практическое применение на действующих предприятиях.

Перспективы применения утилизированных ВВ.

Большая часть извлекаемых из боеприпасов ВВ при утилизации может и должна быть использована в промышленности для взрывных и других работ на карьерах, прочих объектах на земной поверхности, а также для создания наукоемких технологий получения новых материалов и сплавов.

Взрывная технология получения тугоплавких материалов позволяет регулировать экстремальные условия по температурам и давлениям. Мощные ВВ и пороха, извлекаемые при расснаряжении боеприпасов, позволяют достичь давлений (до 2—3 ГПа) и температур (несколько тысяч градусов), которых нельзя добиться другими методами.

Новым типом углеродного материала, получаемого по такой технологии, является ультрадисперсный алмаз (УДА), который находит широкое применение в медицине, электронике, оптике, причем область его использования постоянно расширяется.

В промышленности на основе утилизируемых ВВ и порохов могут быть получены рецептуры водосодержащих составов, безопасных в обращении, а также безопасной экологически чистой технологии их производства. Почти все извлекаемые из боеприпасов ВВ, кроме тротила, обладают повышенной чувствительностью и токсичностью, неблагоприятным в экологическом плане составом продуктов взрыва, поэтому не могут быть непосредственно использованы в промышленности, для взрывания в подземных условиях. Однако составы на основе включающих гексоген бризантных ВВ оборонного назначения и некоторого количества структурированной специальными добавками воды с растворимыми в ней окислителями (нитратами, перхлоратами) позволяют решить эту проблему.

Могут быть созданы составы с высоким уровнем технологичности, стабильности, безопасности, экономичные и эффективные. Их применение в промышленности может быть самым разнообразным, начиная от использования в шланговых зарядах для геофизических работ и заканчивая зарядами повышенной пористости для добычи штучного камня, заоткоски уступов.

Важным перспективным направлением в этом плане является также создание технологий, связанных с управляемым воздействием взрыва на материалы при работах в горной, металлургической и нефтедобывающей отраслях промышленности, строительстве, машиностроении. Эти методы могут быть применены при взрывной разделке железобетонных конструкций, дроблении и рыхлении горных пород, при специальной обработке плит и неметаллических материалов, очистке поверхностей, емкостей и отверстий ото льда, металла, при нанесении покрытий на внутренние поверхности сложного профиля, компактировании труднопрессуемых порошков различных материалов [1].

Еще одной важной и масштабной проблемой является использование порохов в народном хозяйстве. Обычно пороха после длительного хранения уничтожаются сжиганием, так как они теряют свои эксплуатационные свойства. Однако ввиду того, что по химическому составу пороха практически не отличаются от ВВ, они могут заменить ШЗ при взрывных работах на карьерах, перфорации скажи и, дроблении пород. Использование порохов, подлежащих утилизации, потребует детального изучения их детонационной способности, так как основным режимом их функционирования является горение, как правило не переходящее в детонацию. Переход в детонационный режим возможен при их мощном инициировании и достаточно большом диаметре заряда. С другой стороны, малая детонационная способность порохов, а следовательно, и высокая безопасность открывают широкие возможности их использования в качестве промышленных ВВ.

Разработка взрывчатых составов на основе порохов и технологий их изготовления является и в дальнейшем важнейшей научно-технической проблемой, требующей проведения детальных исследований в области определения детонационных характеристик порохов, их химической стойкости, безопасности, совместимости с другими ВВ, чувствительности к различным внешним воздействиям. Термодинамические расчеты параметров детонации порохов показывают, что при функционировании в этом режиме они превосходят по скорости детонации, давлению и температуре тротил, хотя и уступают гексогену. Еще более значительного увеличения параметров детонации порохов можно добиться путем добавления к ним веществ с положительным кислородным балансом для улучшения сбалансированности получаемой смеси по соотношению "горючее — окислитель". Так, добавление аммиачной селитры — наиболее дешевого и распространенного ВВ — позволяет достичь параметров детонации, близких к таковым гексогена при той же начальной плотности смеси.

Вместе с тем высокая чувствительность к тепловым и механическим воздействиям ограничивает применение как порохов, так и их смесей с другими ВВ. Этот недостаток может быть устранен введением в состав смеси небольшого количества воды (до 10-12 %). В результате параметры детонации снижаются незначительно (скорость детонации уменьшается на 300—400 м/с), а безопасность использования таких веществ значительно возрастает. Обладающая пассивирующим действием вода способна значительно снизить чувствительность к механическим и тепловым воздействиям и обеспечить отсутствие пыления и электризации. Кроме того, подбор вводимых в систему флегматизаторов и окислителей позволяет обеспечить гомогенность состава, улучшить экономические показатели и состав продуктов взрыва. Таким образом, могут быть получены составы с высоким уровнем технологичности, физической и химической стабильности, взрывобезопасности, эффективные и экономичные. Такие составы могут применяться методом свободной заливки в шпур или скважину, при этом увеличиваются плотность состава, коэффициент использования выбуренного объема.

Еще более существенного повышения мощностных характеристик ВВ на основе утилизированных порохов можно достичь введением в их состав мелкодисперсных частиц металлов — алюминия, магния. Термодинамические расчеты покапывают, что только ультрадисперсные частицы (5 мкм) способны прогреваться и окисляться в зоне детонационной волны. В то же время работоспособность металлизированных ВВ на основе порохов существенно повышается, и связано это с окислением частиц металла на стадии расширения продуктов взрыва. Энергия, выделяющаяся при горении металла, способствует увеличению фугасного действия такого смесевого состава.

Важной областью применения утилизируемых порохов является их использование как удлиненных кумулятивных зарядов для разрушения различных конструкций, разделки судов, самолетов, отслуживших свой срок, а также целого ряда металлоконструкций — реакторов, котлов, нефте-хранилищ и т.п. Кроме того, эластичные ВВ, получаемые из утилизируемых боеприпасов, пригодны для резки различных сложнопрофильных металлоконструкций.

В настоящее время существует принципиальная возможность применения утилизируемых порохов как энергоносителей для различных устройств. Например, гидрорежущие устройства могут служить для перфорации отверстий в различных сооружениях, разделки корпусов боеприпасов, обрубки фундаментных свай и т.п., а использование в них пороха позволит существенно уменьшить массу и габариты этих устройств, обеспечив, кроме того, их автономное функционирование. Баллистические устройства на основе порохов также могут получить широкое применение в народном хозяйстве — в строительстве, при тушении пожаров, на транспорте и в сельском хозяйстве, при аварийно-спасательных работах.

Перспективным будет использование порохов в пиротехнике. Составы на основе нитратов целлюлозы отличаются красочностью цветов и оттенков, малой дымностью и поэтому могут применяться в составах цветных огней. Пороха могут представлять собой термическую основу в дымовых составах различного назначения, а также в составах для получения конкретных газов. В сельском хозяйстве такие дымовые составы предназначаются для борьбы с вредителями и защиты от заморозков.

Еще один важный перспективный аспект утилизации порохов — их использование в композиционных топливных составах на основе древесных опилок, торфа, угольной пыли и т.п. Добавление в такие составы штатных окислителей позволяет им устойчиво гореть при нормальных условиях, а следовательно, дает возможность применять их в быту в качестве топлива в различных тепловых установках. Следует отметить, что существенной проблемой, ограничивающей использование смесевых составов как топлива, остается их экологическая чистота и стоимость. Однако, как показывают исследования, оптимизация структурных компонентов таких смесевых составов позволит снизить выделение вредных веществ в атмосферу до уровня обычных топлив, служащих для этой цели в настоящее время.

Наряду с доминирующим использованием порохов как энергоносителей, имеется возможность их утилизации и в качестве ценного сырья. Порох представляет собой сложную систему, включающую ряд очень ценных компонентов, и в первую очередь нитроцеллюлозу — сырье для производства лаков, красок, клеевых композиций, пластмассовых труб.

Особую важность и актуальность в настоящее время приобретает проблема утилизации твердых ракетных топлив. Работы по созданию промышленных технологий переработки этих материалов ведутся во многих странах, в том числе и России. Предложено большое количество методов их переработки, однако нет еще завершенных разработок на уровне заводских технологий.

Основная задача в этой области на сегодняшний день — это систематизация имеющихся технических предложений и знаний, оценка научно-технического потенциала решения проблемы, создание промышленных технологий.

Перспективы развития технологий в этой области связаны с решением трех основных задач: извлечения топлива из изделия, дезинтеграции его до уровня составляющих компонентов и использования последних. Каждая из этих задач требует получения ответов по самому широкому кругу вопросов, и прежде всего касающихся взрыво- и пожаробезопасности, экологической безопасности и экономической целесообразности. Для реализации каждой задачи необходимо использование соответствующего оборудования, которое может представлять собой как стационарные, так и передвижные установки.

Отдельный блок проблем связан с определением состава конечных продуктов, в которые будет переработано данное топливо. Ценным компонентом большинства ракетных топлив является мелкодисперсный алюминий; разработка методов его использования в промышленности представляет собой важную научную задачу. Другой важный составной компонент ¾ полимерносвязующая основа, из которой можно получать новые композиционные материалы: абразивные, бронезащитные и функциональные композиции с заданным комплексом технологических и эксплуатационных характеристик. Еще один компонент твердых ракетных топлив — окислитель, чаще всего перхлорат аммония, может быть использован в различных энергетических устройствах.

Важной проблемой при утилизации боеприпасов является возможность использования металла корпусов, гильз, мин, высвобождающегося при переработке. Представляется перспективным производство ряда товаров широкого потребления (например, декоративных и охранных решеток) из гильз, имеющих цилиндроконическую форму. Возможна утилизация гильз и корпусов путем переплавки и жидкофазного восстановления. Еще один способ утилизации связан с переработкой корпусов боеприпасов методом пластического деформирования в товары народного потребления и в детали продукции машиностроения.

Таким образом, области возможного применения утилизированных ВВ и боеприпасов весьма разнообразны. Несомненно, основное значение имеет использование их как энергоносителей для взрывных работ, в различных устройствах, пиротехнике, химических производствах. Они могут служить источником сырья для промышленного производства товаров народного потребления, ценных материалов, композиционных составов. Обоснование экономической эффективности и целесообразности утилизации всего спектра боеприпасов, а также возможных областей применения КВМ становится важной государственной и народнохозяйственной задачей.

Список литературы

Мержанов А.Г., Усвицкий И.М. Созидающий огонь. ― М.: Советская Россия, 1989. ― 80 с.

Щукин Ю.Г., Кутузов Б.Н., Татищев Ю.А. Промышленные взрывчатые вещества на основе утилизированных боеприпасов. ― М.: Недра, 1998. ― 319 с.: ил.

Мацеевич Б.В. Номенклатура и характеристики промышленных взрывчатых материалов. ― М.: Наука, 1986. ― 45 с.

Северов А.Н. Опыт производства взрывных работ. ― М.: Наука, 1995. ― 120 с.: ил.

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://referatovbank.ru/