Переработка (утилизация) боеприпасов и порохов и адаптация продуктов их утилизации для промышленных целей

DOI: http://dx.doi.org/10.30686/1609-9192-2018-3-139-76-78

Д.Ф. Давыдов, канд. техн. наук, начальник управления Минобороны России

А.В. Рябов, Минобороны России

В.В. Федосеев, Минобороны России

Б.В. Мацеевич, акад., Российская академия ракетных и артиллерийских наук

Ю.Г. Щукин, д-р техн. наук, проф., генеральный директор НТЦ «Росвзрывобезопасность»

Согласно открытым источникам и информации с сайта государственных закупок ежегодно для утилизации предприятиям оборонно-промышленного комплекса передается значительное количество боеприпасов и их элементов для утилизации. Объемы утилизации составляют десятки тысяч тонн боеприпасов.

К процессу привлечены предприятия всех форм собственности, как государственные, так и частные предприятия.

Рассмотрим опыт утилизации некоторых из них. ООО «Гефест-М» проводит работы по утилизации выстрелов стрелкового оружия калибров 7,62–14,5 мм и артиллерийских боеприпасов калибров 100–152 мм.

Для утилизации патронов стрелкового оружия ООО «Гефест-М» провело модернизацию своих производственных площадей, укомплектовало их новейшим оборудованием и получило всю необходимую разрешительную документацию на ее эксплуатацию.

Утилизация патронов осуществлялась на оборудовании производства ОАО «КБАЛ им. Л.Н. Кошкина»: Линия автоматическая роторная демонтажа патронов. Автомат выдавливания капсюля АВК-43, Автомат разрушения пули АРП-43М.

Автомат разрушения пули АРП-43М

Автомат разрушения пули АРП-43М

Для реализации утилизируемых порохов в гражданской промышленности на ООО «Гефест-М» была разработана линия производства промышленных взрывчатых составов Гельпоры ГПС. Составы представляют собой смесь порохов и концентрированного раствора солей на основе аммиачной селитры. В настоящее время ведутся работы по постановке состава на производство. Смонтировано почти 2 десятка видов специализированного оборудования, произведены монтажные и пусконаладочные работы.

Установка разборки обойм модели УР-43

Установка разборки обойм модели УР-43

При участии ООО «НТЦ «Взрывобезопасность» проведены приемочные испытания гельпоров ГПС. ООО «Гефест-М» организовало и производство утилизации унитарных и раздельно-гильзовых артиллерийских выстрелов, для чего также было произведено техническое перевооружение производственных мощностей с оформлением необходимой разрешительной документации.

Конечными продуктами утилизации артиллерийских выстрелов и патронов являются лом металлов и пороха.

Пороха находят применения в составах промышленного назначения: гельпоры ГПС, гранипоры различных марок, а также в пороховых взрывчатых составах ПВС-ПС, ПВС-ПБ 7276-141-07511819-2002 и ВЭМ7276-017-69731651-2016. Снаряжение головных частей артбоеприпасов представляло собой неплавкие гексогенсодержащие смеси, извлечение которых методом гидровымывания (разработка ФГУП «КНИИМ») энергозатратно и проблематично для реализации. Ввиду этого данные составы, как правило, уничтожались сжиганием на специализированной площадке.

ФКП «НИИ «Геодезия» для извлечения гексогенсодержащих ВВ из боеприпасов калибра 76–152 мм применялся комплекс гидрокавитационного вымывания.

Комплекс состоит из модуля гидрокавитационного (ГК) вымывания ГКМ4 и модуля обезвоживания суспензии ВВ. Изготовитель оборудования – ФГУП «ГНПП «Сплав». В результате работы комплекса получают увлажненный (влажность 25±5%) состав флегматизированного гексогена – Г2У.

Срок хранения продукта Г2У не более 5 суток, что является препятствием для реализации продуктов утилизации. Ввиду значительного объема таких боеприпасов подлежащих утилизации целесообразна организация НИОКР по данному направлению. При этом результатом этих работ должны стать образцы оборудования, способного серийно изготавливать на основе гексогенсодержащих составов востребованные промышленностью взрывчатые материалы.

В диссертационной работе Романовского A.J1. содержаться материалы по решению указанного вопроса.

В работе обоснованы параметры процесса утилизации БП ГК способом и разработаны рекомендации по его совершенствованию на основе включения в состав установки утилизации БП дополнительного оборудования, обеспечивающие повышение производительности; увеличение безопасности процесса и срока безопасного хранения и применения ВВ путем введения в рабочую воду стабилизатора; улучшение эксплуатационных характеристик утилизируемых ВВ.

Экспериментально определены характеристики модифицированного алюминийсодержащего ВВ на основе извлеченного из БП ГК способом А-IX-2. Установлено снижение его чувствительности до уровня тринитротолуола и повышение срока безопасного хранения с 5 суток до 1 года и более.

Определены энергетические характеристики модифицированного алюминийсодержащего ВВ и зависимости от условий химреакции, что, позволяет определять параметры вторичного использования ВВ в качестве энергетического материала.

Установлено, что в условиях ГК воздействия происходит разрушение поверхностного оксидного слоя частиц алюминиевой пудры. Алюминий активно реагирует с водой с образованием гидроксида. Зависимость полноты превращения исходного продукта в реакции дисперсного алюминия описывается уравнением Ерофеева-Аврами

α=1-e-kt

, где k– константа скорости химической реакции, с-1; α – массовая доля прореагировавшего алюминия; t– время реакции, с. Экспериментально получено значение константы скорости реакции в выбранном интервале температуры Т = 280– 360 °К

076 f1

Точность определения величины к составляет ±5 с-1.

С использованием полученного значения к установлена зависимость в процессе ГК воздействия на РЗ (рис. 1).

Рис. 1 Зависимость массовой доли прореагировавшего алюминия от времени и температуры в процессе гидрокавитационного воздействия на РЗ

Из полученных результатов следует, что на начальной стадии происходит разрушение жировой и оксидной пленки на поверхности чешуек алюминия, после чего протекает химическая реакция, которая сопровождается интенсивным выделением водорода. С повышением температуры начальная стадия резко сокращается. При температуре 20–25 °С величина составляет 0,6 в течение часа, что является причиной ограниченного срока безопасного хранения извлеченного алюминийсодержащего ВВ А-2у, который установлен разработчиком ГК способа утилизации БП. Полученные результаты соответствуют практике реализации ГК способа утилизации БП в КНИИМ.

Основной профиль утилизации ФКП «Авангард» –122 и 220 мм реактивные снаряды, а также твердотопливные элементы к ним.

ФКП «Авангард» освоило технологии переработки твердых ракетных топлив РСЗО во взрывчатые материалы промышленного назначения для нефтегазовой промышленности и геофизических работ.

ООО «НТЦ «Взрывобезопасность» с использованием арендованных неиспользуемых объектов Минобороны России производственный комплекс, позволяющий осуществлять переработку твердых ракетных топлив по месту их нахождения во взрывчатые материалы промышленного назначения. Обществом разработано и допущено к применению 11 рецептур промышленных ВМ и изделий на их основе для горнорудной промышленности. Объемы их реализации достигают 1000–1500 т в год.

На ФКП «Самарский завод «Коммунар» для увеличения объемов сбыта продуктов утилизации было налажено производство пороховых взрывчатых составы типа гранипоров БП.

Применяемые предприятиями технологии являются практическим воплощением ряда научных работ, в том числе д-ра техн. наук К.М. Колмакова.

В его диссертационной работе теоретически обоснована возможность трех механизмов разрушения: ударного, напряжения сжатия, возникающее в РЗ при воздействии ультразвука (УЗ), превышающего величину ; откольного – в фазе разгрузки УЗ напряжения достигающего значения .; усталостного – при значениях амплитуды УЗ меньше нижнего предела прочности, но воздействующих длительное время. В разрывном заряде (РЗ) накапливаются микродефекты и остаточные деформации, что приводит к снижению прочности РЗ и его разрушению.

Для определения возможного механизма инициирования энергетических материалов (ЭМ) проведен расчет скорости Vв смещения торца волновода, которая определяется амплитудой ультразвуковых волн (УЗВ), частотой, акустическими свойствами ЭМ и волновода.

Расчетами установлено, что при возбуждении в РЗ колебаний амплитудой до 50 мкм скорость удара волновода много меньше скорости звука в ЭМ. В таких условиях ударное воздействие носит квазистатический характер, и возбуждение взрыва возможно за счет действия повышенного давления. Максимальное значение переносного акустического давления (амплитуда давления) расчитано через амплитуду колебания частиц 1A0. Критические параметры инициирования ЭМ ударом представлены в табл. 1.

Таблица 1 Критические параметры инициирования ВВ ударом

Результаты расчетов показывают, что до амплитуды смещения ЭМ 50 мкм давление УВЗ по гексогену в 23 раза ниже критического. Это свидетельствует о безопасности ударного характера разрушения ЭМ при реализации ультразвукового способа утилизации БП.

Безопасность теплового режима считается обеспеченной, если температура не превысит некоторого критического значения: либо температуры вспышки, при задержке 5 с. (ТВСП 5с) и 5 мин. (ТВСП5м), либо технологическую температуру, обеспечивающую безопасную работу с ЭМ.

Исходя из опыта снаряжения методом порционного прессования, безопасный тепловой режим обеспечивается для гексогенсодержащих смесей в области технологических температур (Тт) до 308...313 °К.

Установлено время разрушения по ударному механизму составляет 1/4 периода –1,25-10-5 с, а при откольном 3/4 периода – 3,75·10-5 с (при f = 20 кГц). Следовательно, разогрев ЭМ будет определяться не временем разрушения слоя ЭМ, а временем его пребывания в области УЗВ. Поэтому безопасность УЗ утилизации обеспечивается своевременным удалением разрушенной части РЗ.

Таблица 2 Удельные мощности излучения

Рассчитаны удельные мощности излучения УЗ (Wуд) необходимые для реализации каждого механизма разрушения РЗ. Для снижения требуемой мощности излучения обосновано применение режима локального разрушения РЗ, при котором УЗВ сосредотачивается только на площади контакта концентратора с РЗ. С учетом возможной площади концентратора для крупнокалиберных снарядов (S =0,003 м) максимальная мощность излучения составит 360 Вт.

Экспериментально проведено разрушение шашек из A-IX-1 и A-IX-2 и расснаряжение 23 мм ОФЗ снаряда ЗОФ8 РЗ из A-IX-2 для 30 мм пушки 2А72.

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны способ и схема установки УЗ утилизации БП (рис. 2). Установка может обеспечить утилизацию боеприпасов, содержащих разрывные заряды из различных видов ЭМ (ТНТ, ТГ, ТГА, A-IX-1, A-IX-2) с величиной поднутрения каморы до 1,5 при температуре воздуха в цехе до 25 °С; потребляемая мощность УЗ тракта не более 4,0 кВт; – длина рабочей части волновода не менее 1,5 длин снаряда; частота колебаний волновода 20-22 кГц; амплитуда колебаний волновода 10-50 мкм.

Рис. 2 Схема установки ультразвуковой утилизации БП. 1 – ультразвуковой генератор; 2 – концентратор с пьезокристаллическим преобразователем и системой охлаждения; 3 – крепление волновода (опорный диск); 4 – система сбора ЭМ; 5 – привод поворот

В результате деятельности по утилизации боеприпасов достигнуты следующие результаты:

  • определена совокупность процессов механического или физического воздействия на компоненты разрывных и метательных зарядов боеприпасов, обеспечивающих эффективное расснаряжение широкой номенклатуры боеприпасов и их безопасное применение в производстве взрывных работ промышленного назначения;
  • установлены зависимости параметров взрывных работ от свойств утилизируемых ВВ, обеспечивающие управление энергией действиея взрыва;
  • разработаны инженерные методики определения рациональных параметров взрывания с использованием утилизируемых ВВ в сложных горно-геологических условиях и условиях Крайнего Севера;
  • применены различные методы практической утилизации боеприпасов; созданы технологические линии и комплексы, способные серийно осуществлять переработку компонентов боеприпасов во взрывчатые материалы промышленного назначения.

Таким образом, промышленная утилизация боеприпасов под контролем Минобороны России, Минпромторга России и Ростехнадзора дает серьезный импульс для развития утилизационных технологий, оборудования и обеспечивает вывод на внутренний рынок значительного количества высокоэнергетических вторичных продуктов.

Учитывая положительный опыт и имеющийся потенциал использования вторичных материалов продуктов утилизации боеприпасов, в целях снижения бюджетной нагрузки разумным представляется дальнейшее развитие технологии взрывных работ с использованием высокоэнергетических материалов утилизируемых боеприпасов.

Ключевые слова: утилизация боеприпасов, артиллерийские выстрелы, гексоген, промышленное ВВ, ультразвук, гидрокавитация, гидродинамика, патроны стрелкового оружия, пороха, твердые ракетные топлива

Журнал "Горная Промышленность" №3 (139) 2018, стр.76