Проблемы и методы утилизации морально и физически устаревших боеприпасов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время объем боеприпасов, подлежащих утилизации, только в Российской Федерации составляет около 27 млн шт.

В период 1992-2009 годов на объектах хранения боеприпасов от западных до восточных рубежей России имели место 26 пожаров, в отдельных случаях это приводило к человеческим жертвам и полному уничтожению всего складского имущества. Работы по ликвидации последствий аварийных ситуаций представляют, в свою очередь, серьезную опасность для личного состава, задействованного в этом процессе.

При анализе происшествий 2 июня и 3 июля 2011 года причинами катастроф при утилизации боеприпасов стали несоблюдение правил при транспортировке и работе с взрывопожароопасными объектами.

В связи с тем, что в настоящее время произошло резкое изменение климатических условий необходимо места хранения и утилизации боеприпасов дополнительно обезопасить путем организации большего количества подъездных путей, вырубки широких полос просек (в случае складирования в лесах и близлежащих районов), прорытия широких траншей по всему периметру предприятия или места складирования. Также в целях избежания катастроф всю работу, связанную с утилизацией боеприпасов, включая их погрузку, разгрузку и транспортировку, должны выполнять обученные специалисты, прошедшие подготовку и аттестацию для подобного рода работ.

Технико-экономическая оценка повторного использования корпусов артиллерийских снарядов дает:

- при модернизации 122-мм осколочно-фугасных снарядов прибыль составляет 1,5-2,5 млн. руб. на 1000 штук;

- при модернизации 125-мм осколочно-фугасных снарядов - 2,5-2,9 млн. руб. на 1000 штук.

Процесс расснаряжения прессованных (гексогеносодержащих) ВВ в снарядах носит затратный характер. Реализация черных и цветных металлов по рыночным ценам на металлолом не восполняет производственных затрат на расснаряжение даже при дотации государства в 100-200 руб. за снаряд. Как показывает опыт практической утилизации гексогенсодержащих боеприпасов, стоимость расснаряжения одного снаряда калибра 125 мм на ФКП «Авангард», с достаточно высокими накладными расходами, превышает 1500-1800 руб. В этом и кроется причина отказа ряда предприятий от участия в утилизационном процессе гексогенсодержащих боеприпасов. Выход из сложившейся ситуации, по утверждению президента РАРАН, сегодня найден путем замены простой реализации сырьевых ресурсов на их глубокую вторичную переделку, что в значительной мере позволяет увеличить эффективность использования продуктов утилизации и создать условия рентабельности процесса. К настоящему времени уже созданы специализированные производственные мощности по переработке порохов и ВВ в гельпоры (водосодержащие промышленные взрывчатые вещества) и эмульсены (экологически чистая эмульсионная промышленная взрывчатка), переделка корпусов снарядов в трубы, заготовки деталей для машиностроения.

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.

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. 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.

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.

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.

1. КОНСТРУКЦИИ БОЕПРИПАСОВ, ПОДЛЕЖАЩИХ УТИЛИЗАЦИИ

Для объективной оценки современного состояния проблемы утилизации морально и физически устаревших боеприпасов (БП), необходим анализ конструкций БП, отражающих особенности изделий, влияющих на эффективность и безопасность процедуры расснаряжения. Кроме того, важным аспектом проблемы утилизации является обширная номенклатура существующих на сегодняшний день типов взрывчатых веществ (ВВ). Значимыми факторами, определяющими эффективность расснаряжения, служат прочностные характеристики извлекаемых материалов, а также перспективы промышленного использования компонентов.

Теоретический анализ конструктивных вариантов исполнения БП и типов взрывчатого снаряжения (ВС) необходимо осуществлять совместно с анализом существующих методов расснаряжения, что, в конечном счете, позволит определить возможные варианты решения конкретных задач по расснаряжению БП тем или иным способом.

В период ВОВ 1941-1945 гг. на вооружение Советской Армии наиболее массовым видом вооружения являлась артиллерия. Она потребовала разработки многочисленных и самых разнообразных модификаций снарядов всевозможных калибров, что привело к появлению более 1000 различных типов снарядов. Это делает решение проблемы их расснаряжения крайне затруднительным. Для расснаряжения каждого типа снаряда требуется своя технология, свои подходы и разное оборудование. Некоторые калибры т типы снарядов производились многими миллионами и для их утилизации требуются специальные высокопроизводительные агрегаты, другие - в меньших количествах, но конструкция их может быть во многом схожа с первым. Рассмотрим конструкции наиболее массовых БП и проведем их классификацию.

1.1 Снаряды

При рассмотрении конструкций снарядов будем придерживаться классификации, принятой в Советской Армии. В зависимости от калибра все снаряды делятся на три группы: малого, среднего и крупного калибров. В наземной артиллерии к снарядам малого калибра относятся снаряды калибра менее 70 мм, к снарядам среднего калибра - от 70 до 152 мм, к снарядам крупного калибра - более 152 мм. В зенитной артиллерии калибр более 100 мм относится к крупным.

Согласно принятому методу классификации по боевому назначению снаряды делятся на три группы - основного, вспомогательного и учебно-практического назначения.

Снаряды основного назначения (из различного сочетания таких снарядов составляются боекомплекты орудий): фугасные, осколочные, осколочно-фугасные, кумулятивные, шрапнели, картечи, бронебойные, бетонобойные, зажигательные, бронебойные подкалиберные, кумулятивные. К этой же группе относятся и все снаряды комбинированного действия: осколочно-трассирующие, осколочно-зажигательно-трассирующие, бронебойно-трассирующие и др.

Снаряды вспомогательного назначения предназначаются для решения специальных задач: задымления, освещения, целеуказания, переброски агитационной литературы и др. Количество их относительно невелико.

Снаряды учебно-практического назначения расснаряжению не подлежат.

К основным типам снарядов можно отнести:

1. Для полковых и дивизионных пушек - осколочно-фугасный, фугасный, шрапнель пулевая, картечь, бронебойно-трассирующий, бронебойно-зажигательно-трассирующий, бронебойно-трассирующий подкалиберный, кумулятивный, дымовой;

2. Для пушек средних калибров армейской (корпусной) артиллерии - осколочно-фугасный, шрапнель, бетонобойный, дымовой, зажигательный, бронебойно-зажигательно-трассирующий;

3. Для гаубиц и гаубиц-пушек средних калибров дивизионной, армейской (корпусной) артиллерии - шрапнель, фугасный, дымовой, бронебойно-зажигательно-трассирующий, бронебойно-трассирующий;

4. Для пушек, гаубиц и мортир крупных калибров - осколочно-фугасный, бетонобойный, бронебойный;

5. Для противотанковых пушек - бронебойно-трассирующий, бронебойно-зажигательно-трассирующий, осколочный, подкалиберный;

6. Для зенитных пушек средних и крупных калибров - зажигательный, осколочный, бронебойно-трассирующий, бронебойно-зажигательно-трассирующий, подкалиберный;

7. Для зенитных пушек малого калибра - осколочно-трассирующий, бронебойно-трассирующий, осколочно-зажигательный трассирующий.

Рассмотрим устройство и конструкцию основных видов снарядов, применявшихся в годы Отечественной войны, а также снарядов с более поздними сроками изготовления, но снятых с вооружения и подлежащих расснаряжению и утилизации.

Фугасные снаряды характеризуются тем, что действуют за счет разрушительной силы взрывной волны от детонации помещенного внутри снарядов заряда ВВ, а также силы удара о преграду. Поэтому могущество фугасного снаряда определяется массой и мощностью заряда ВВ, размещаемого внутри его оболочки. В таких снарядах обычно применяют ВВ большой силы, а его внутренний объем за счет утончения стенок делают максимальным.

На рис. 1.1 а показан 122-мм фугасный снаряд с привинтной головкой, а на рис. 1.1 б - цельнокорпусной.



а б в г

Рис. 1.1

Осколочные снаряды поражают цели осколками, получаемыми за счет дробления корпуса снаряда на мелкие части взрывом заряда ВВ. На рис. 1.1 в изображен 122-мм осколочный снаряд с корпусом из сталистого чугуна. Чтобы обеспечить дробление корпуса такого снаряда среднего калибра на убойные осколки, для снаряжения применялись суррогатные ВВ.

Осколочно-фугасные снаряды, объединяющие в себе качества осколочных и фугасных снарядов, производились в очень больших количествах. Они составляли основную долю боекомплекта артиллерийских орудий среднего калибра. На листе 1 формата А1 представлена конструкция 122-мм осколочно-фугасного выстрела.

Для снаряжения осколочно-фугасных снарядов применялся тротил, а в военное время - суррогатные ВВ.

Бетонобойные снаряды широко применялись в Отечественной воне, но они обладают целым рядом особенностей, которые усложняют их расснаряжение. Снаряжаются такие снаряды в основном тротилом и обладают прочностью, достаточной для действия по железобетону, а по своим качествам - действием мощных фугасных снарядов. На рис. 1.1 г показан 152-мм бетонобойный гаубичный снаряд с взрывателем КТД.

Кумулятивные снаряды нашли широкое применение во время Отечественной войны и особенно в ее последние годы как один из основных типов снарядов для борьбы с танками. Изготовлялись они в очень больших количествах. Конструкция их более сложная, чем у осколочно-фугасных снарядов, и поэтому расснаряжение их достаточно сложно и требует специальных методов и оборудования.

На рис. 1.2 изображен 76-мм кумулятивный бронебойно-трассирующий снаряд. Его отличие от снарядов обычного типа (см. рис. 1.1) заключается в том, что внутри разрывного заряда помещается кумулятивная выемка, служащая для сосредоточения (кумуляции) и направления действия кумулятивной струи (КС).

Рис 1.2. Кумулятивный бронебойно-трассирующий снаряд к 76-мм пушке: 1- корпус снаряда; 2 - цилиндрический канал; 3 - кумулятивная выемка; 4 - воронка из цветного металла; 5 - детонатор; 6 - трассер.

Кумулятивная выемка представляет собой воронку из меди или ее сплавов, соединенную с трубкой, в конце которой размещается детонатор. Помимо сложности конструкции расснаряжение кумулятивных снарядов более опасно, так как для их снаряжения используются более мощные ВВ - прессованные сплавы гексогена и тротила, реже - чистый флегматизированный гексоген. Снаряжение производится шашками ил отливками ВВ, вкладываемыми непосредственно в корпус или в футляр, помещаемый затем в корпус. Многие типы кумулятивных снарядов имеют в донной части трассер.

Бронебойные снаряды предназначены для поражения бронированных целей. Все бронебойные снаряды подразделяются на обычные (калиберные) и подкалиберные, и имеют самые разнообразные конструкции. Например, применяемые в годы Отечественной войны бронебойные цельнокорпусные остроголовые снаряды по конструкции оболочки подразделяются на следующие группы: с приварной головкой и бронебойным наконечником, с бронебойным наконечником, с бронебойным и баллистическим наконечником. Такое многообразие типов требует и унификации методов их расснаряжения. На листе 1 формата А1 представлена конструкция 122-мм бронебойного подкалиберного и калиберного снаряда.

Калиберные бронебойно-трассирующие снаряды изготовлялись в очень больших количествах с самого начала войны и применительно к поражаемой цели в разных конструктивных вариантах. На рис. 1.3 показаны четыре типа калиберных бронебойно-трассирующих снарядов. Расснаряжение их требует применения ряда специальных методов.

Бронебойные снаряды обычно снаряжают тротилом. Малокалиберные снаряды часто снаряжали более мощным ВВ - тэном или флегматизированным гексогеном.

В ряде конструкции для придания снаряду зажигательной способности в камеру снаряда кроме ВВ вкладывали шашки из термитного состава, либо все снаряжение представляло собой смесь ВВ с алюминиевым порошком.

Подкалиберные снаряды. Разработанные 45-, 57-, 76- и 85-мм подкалиберные снаряды к пушкам соответствующего калибра нашли массовое применение как средство борьбы с бронированными целями противника и значительно усилили мощь артиллерии, особенно танков Т-34, являвшихся основой танкового вооружения Советской Армии в период Отечественной войны.

Рис. 1.3. Калиберные бронебойно-трассирующие снаряды:

а - камерный остроголовый;

б - камерный тупоголовый с баллистическим наконечником;

в - сплошной тупоголовый с баллистическим наконечником;

г - камерный с бронебойным и баллистическим наконечником.

На рис. 1.4 изображены два характерных типа подкалиберных снарядов. Основной деталью подкалиберного снаряда является бронебойный сердечник, который изготавливается из сверхтвердого металла, например, из карбида вольфрама.

а б

Рис. 1.4. Подкалиберные снаряды:

а - подкалиберный бронебойно-трассирующий снаряд катушечной формы;

б - 76-мм бронебойный выстрел (унитарный патрон) с подкалиберным бронебойно-трассирующим снарядом

Артиллерийские снаряды специального назначения. Во время Отечественной войны 1941-1945 гг. большое применение нашли артиллерийские снаряды вспомогательного назначения и их накопилось достаточно большое количество. К этому классу относятся дымовые, зажигательные, осветительные, агитационные, целеуказательные и другие снаряды. Они отличатся более сложной конструкцией: в камеру снаряда в зависимости от назначения закладываются дымовые шашки, зажигательные элементы, осветительные шашки, повисающие в воздухе на парашютах, агитационная литература и т. п. Поэтому их расснаряжение затруднено тем, сто для каждого типа снаряда требуется разрабатывать свой метод и оборудование. На рис. 1.5 показано устройство некоторых типов этих снарядов.

а б в г

Рис. 1.5. Cнаряды специального назначения:

а - дымовой цельнокорпусной снаряд; б - осветительный парашютный снаряд;

в - сегментный зажигательный снаряд; г - сегментный зажигательный снаряд

Порох, необходимый для производства выстрела, для многих видов снарядов засыпается в специальные гильзы, скрепленные затем со снарядом. На рис. 1.6 показано устройство некоторых типов гильз.

1.2 Мины

За время Великой Отечественной войны массовое применение нашли минометы, потребовавшие изготовления к ним огромного количества мин и зарядов к этим минам. Некоторое увеличение поставок минометов в армию происходило и в первый период после окончания войны. По этой причине и в связи со снятием с вооружения ряда минометных систем на складах скопилось очень большое количество мин, требующих утилизации.

а б в

Рис. 1.6. Некоторые типы гильз:

а - латунные для выстрелов раздельного заряжания;

б - латунные для выстрелов патронного заряжания;

в - стальные свертные сборные.



Рис. 1.7. Конструкции мин:

а - 82-мм осколочная; б - 120-мм осколочно-фугасная; в - 160-мм фугасная

На рис. 1.7 показаны наиболее распространенные конструкции мин различных калибров.

Конструкции их просты: корпус овальной формы, заполняемый ВВ, в головную часть корпуса ввертывается взрыватель; в хвостовой части крепится стабилизатор, перья которого обеспечивают устойчивость полета мины. В трубку стабилизатора вставляется основной заряд, состоящий из картонной гильзы (подобной гильзе охотничьего патрона), которая заполняется нитроглицериновым порохом в виде тонкосводных лепестков, закрепляемых войлочными пыжами. Закраины гильзы завальцовываются. Дополнительными зарядами в 82-мм мине служат кольцевые тонкосводные пластинки нитроглицеринового пороха типа НБ, зашитые в футляры из материи; у 120-мм мин в матерчатые чехлы кольцевой формы засыпался зернений ил нитроглицериновый порох. Дополнительные заряды к 82- и 120-мм минам состояли из трех таких элементов. Вид основных и дополнительных зарядов к этим минам показан на рис. 1.8.



а б в

Рис. 1.8. Конструкции основных и дополнительных зарядов к минам:

а основной заряд к 120-мм мине; б - дополнительный заряд к 120-мм мине;

в - дополнительный заряд к 82-мм мине; 1 - капсюль-воспламенитель; 2 - дымный порох; 3- нитропленочный кружок; 4 - порох; 5 - бумажная гильза; 6 - пыжи; 7 - пучок; 8 - перкалевый картуз

1.3 Авиационные бомбы

Авиабомбы также нашли широкое применение в войне 1941-1945 гг. Они стали одним из основных видов вооружения Военно-воздушных Сил. В настоящее время на складах скопилось значительное количество авиабомб, срок хранения которых истек или истекает.

Авиабомбы представляют собой оперенные боеприпасы, предназначенные для сбрасывания с самолетов по различным целям на земле и на море. Любая авиабомба состоит из цилиндрической оболочки, заполненной ВВ, хвостового оперения, взрывателя или донной трубки.

Существует большое количество различного типа бомб, которые классифицируются по назначению, подобно артиллерийским снарядам:

фугасные авиабомбы - предназначены для бомбардировки фортификационных сооружений, промышленных предприятий, железнодорожных объектов, населенных пунктов и других объектов;

осколочные авиабомбы - предназначены для поражения живой силы и техники;

зажигательные авиабомбы - предназначены для вызова пожаров в населенных пунктах, на складах, промышленных предприятиях и т. п.;

осветительные авиабомбы - предназначены для освещения местности, занятой противником.

Масса авиабомб колеблется от нескольких килограммов до нескольких тонн. Такое разнообразие типов авиабомб создает исключительную сложность для их расснаряжения, затрудняя создание оптимальных методов и агрегатов и требуя разработки специального оборудования применительно к каждому типу авиабомб.

На рис. 1.9 показаны конструкции некоторых типов авиабомб, подлежащих утилизации.

1.4 Реактивные снаряды

За период войны 1941-1945 гг. было изготовлено 1440 тыс. шт. реактивных снарядов к различным системам типа «Катюша». Реактивный осколочно-фугасный снаряд М-13 изображен на рис. 1.10.

Изготовлялся целый ряд модификаций реактивных снарядов (рис. 1.11), устроенных и работающих по образу и подобию снаряда М-13.

После войны разработаны и стали изготовляться в большом количестве реактивные и турбореактивные снаряды 2-го поколения (ЦД24-ВД), и 3-го поколения («Град»).



а б в г д е

Рис. 1.9. Конструкции авиабомб:

а - фугасная ФАБ-100; б - осветительная ФАБ-80;

в - противотанковая кумулятивная ФАБ-2,5-1,5; г - осколочная АО-2,5;

д - зажигательная ФАБ-100-IIК;

г - зажигательная ФАБ-6О-ТГ

Рис. 1.10. Реактивный осколочно-фугасный снаряд М-13:

1 - боевая часть; 2 - взрыватель; 3 - воспламенитель;

4 - ракетный двигатель; 5 - сопловой блок с оперением



Рис. 1.11. Отечественные реактивные снаряды:

а - М-8; б - М-13; в - М-20; г - М-28; д - М-30;

е - М-31; ж - М-31УК; з - М-13ДД

2. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ УТИЛИЗАЦИИ БОЕПРИПАСОВ

В настоящее время, несмотря на недостаточное финансирование, исследования по утилизации БП проводятся рядом отраслевых институтов и предприятий промышленности, институтами Российской академии наук, институтами Министерства обороны и значительным количеством вузов. Однако нерешенных вопросов еще много. До сих пор взрыватели и средства воспламенения, гексогеносодержащие ВВ сжигаются или подрываются на открытых площадках без использования очистных сооружений. Корпуса снарядов и гильз продаются по ценам простого металлолома. Малая степень переработки получаемых материалов и низкая цена их реализации при высокой стоимости транспорта, электроэнергии и тепла приводят к значительным убыткам предприятий: одни лишь железнодорожные перевозки дают до 45 % указанных убытков.

Проведенными в нашей стране работами выявлено около 160 направлений переработки БП для гражданских нужд, из них только по ВВ около 70. Поэтому, основным (наиболее массовым) направлением утилизации представляется использование взрывчатых материалов в горнодобывающих отраслях, нефте- и газодобыче, путем их переработки в промышленные ВВ. На этом направлении необходимо проведение широкого комплекса исследований и промышленных испытаний. Интересные перспективы связаны также с более глубоким переделом металла гильз и корпусов в трубы, черепицу и т.д.

Сегодня в рамках программы ведется разработка целого ряда проектов, в соответствии с которыми планируется выпуск высокотехнологичной наукоемкой гражданской продукции.

Разработка технологии утилизации БП, 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 БП используются вещества, представляющие высокую потенциальную опасность.

Вторая особенность связана с тем, что БП, как продукт, подлежащий утилизации, представляет собой неразъемную конструкцию, изначально не рассчитанную на демонтаж.

Третья характерная особенность состоит в том, что наряду с легко утилизируемой металлической оболочкой БП содержит и весьма значительную долю ВВ и порохов.

Понятно, что перечисленные особенности создают целый ряд дополнительных проблем в процессе разработки технологий утилизации БП.

В качестве основного способа утилизации рассматривается расснаряжение БП с последующим использованием, как ВВ, так и элементов корпусов.

Утилизация БП является работой повышенной опасности, требует наличия высококвалифицированных специалистов, оригинального технологического оборудования, производственных и складских помещений, отвечающих условиям взрывопожаробезопасности.

Технологический процесс извлечения ВВ из корпусов БП является наиболее опасным и сложным, в частности, в подборе специального оборудования и в ведении техпроцесса. Выбор этого техпроцесса зависит от свойств взрывчатого материала БП и от предъявляемых требований безопасности по извлечению. По этим условиям БП можно разделить:

- БП раздельно-шашечного снаряжения: в том числе осколочно-фугасные снаряды калибров 57 -- 130 мм, авиационные НУРСы типа С-5, С-8 и др.

- БП с разрывным зарядом из тротила, т.е. допускающие простое выплавление: осколочно-фугасные снаряды и мины калибров 76 -- 240 мм. К ним относятся противотанковые и противопехотные мины, осколочно-фугасные авиабомбы, морские мины различных типов, боевые части ракет.

- БП 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 БСО торпед, морские мины, РГБ, авиационные бомбы различных типов, НУРСы, "Град", "Ураган", "Смерч", противотанковые и противопехотные мины и т.д.

- БП со смесевым разрывным зарядом из составов ВВ без плавкой основы типа А-IХ-1, окфол и другие или с содержанием плавкой основы менее 20 %. К ним относятся осколочно-фугасные снаряды повышенного могущества, НУРСы, "Град" и т.д.

- БП с жидкими, пластичными эластичными ВВ, в том числе различные системы разминирования, боевые части объемно-детонирующих систем и т.д.

- Кассетные кумулятивные БП. 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 БП к тому или иному классу определяет выбор производства из ряда техпроцессов, разработанных для этого класса. Расснаряжение БП предполагает удаление из него взрывателя, вскрытие корпуса с целью обеспечения доступа к ВВ и извлечение ВВ. В настоящее время практически нет универсального метода расснаряжения БП. Это связано с очень большим разнообразием как конструкций БП, взрывателей, так и использованных для их снаряжения рецептур ВВ, имеющих большой диапазон физико-механических и физико-химических свойств.

2.1 Удаление взрывателя из корпуса БП и его расснаряжение

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

Расснаряжение взрывателей предполагает вскрытие корпуса и обеспечение доступа к ВВ, извлечение ВВ, последующую утилизацию корпуса и ВВ. К расснаряжению взрывателей можно применить ниже описанные технологии.

2.2 Вскрытие БП

Вскрытие БП для обеспечения доступа к ВВ может выполняться различными способами:

- взрывной резкой КС;

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

- ультразвуковой резкой;

- резанием (фрезерованием, сверлением) резцом на металлообрабатывающих станках;

- разламыванием корпусов в химически активных средах;

- химическим растворением корпусов или их частей;

- магнитодинамическим способом;

- изламыванием корпусов БП после предварительного резания;

- электрохимическим растворением (травлением);

- воздействием лазером;

- расплавлением корпусов БП;

- гидрорезкой.

Рассмотрим основные достоинства и недостатки данных способов.

а) Для вскрытия БП кумулятивной струей применяют удлиненные или осесимметричные кумулятивные заряды. Они устанавливаются на таком расстоянии от корпуса БП, при котором исключается взрыв заряда ВВ расснаряжаемого БП. В некоторых случаях для резки корпусов БП применяют контактные листовые заряды или удлиненные кумулятивные заряды. С их помощью в снаряжении разделываемого БП вызывают низкопорядковые взрывные процессы, которые обеспечивают вскрытие корпуса БП.

Основное преимущество данного способа в том, что для их реализации не требуется сложного технологического оборудования. Эти технологии энергетически автономны, а так как данная технология основана на низкопорядковых взрывных процессах, ущерб окружающей среде может быть сведен к минимуму. Однако такой метод извлечения ВВ взрыво- и экологически не безопасен, так как возможен несанкционированный взрыв БП, причем при взрыве в окружающую среду попадают токсичные вещества. При взрыве кумулятивного или листового заряда в окружающую среду попадают токсичные вещества.

б) Вскрытие корпуса и извлечение из них ВВ при применении пиротехнических составов предусматривает распределение и крепление на корпусе БП пиротехнического заряда, его поджигание, извлечение из корпуса заряда ВВ, сбор и упаковку продуктов переработки для последующей транспортировки и утилизации. Метод заключается в прожигании струей продуктов сгорания пиротехнического состава, создании в корпусе избыточного давления, приводящего его к вскрытию, дроблению и выбросу заряда ВВ. В некоторых случаях корпус может прожигаться, обеспечивая доступ к ВВ. Однако, данный метод все же не дает полной гарантии безопасности проведения работ, так как наличие раскаленных частиц и высокая температура повышают вероятность воспламенения и взрыва ВВ. При сгорании пиротехнического состава в окружающую среду также выделяются токсичные вещества (свинец, ртуть, хлор и т.д.).

в) Высокоскоростная распиловка и резка корпусов механическим инструментом относится к весьма опасным операциям. Этот способ является весьма высокопроизводительным, однако требует точной подгонки и интенсивного охлаждения. Промышленное применение данного способа резания возможно лишь при поточной технологии подачи корпусов БП в фиксированном положении 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. При использовании этого способа для разрезания корпуса скорость распиловки должна быть в несколько раз больше скорости нормального горения ВВ.

Разумеется, возможен иной безопасный способ распиловки -- очень медленное воздействие (еще лучше -- с подачей охлаждающей жидкости, исключающее разогрев металла и ВВ). Однако технологические достоинства этого метода становятся достаточно высокими лишь при разрезании корпусов, содержащих материалы с большей скоростью горения, когда получение необходимой сверхвысокой скорости резания становится нереальным.

Следует отметить, что замечание относительно конструкции режущего инструмента (для извлечения ВВ из корпуса), в котором с ВВ должна соприкасаться по возможности только режущая кромка, но не корпус резца или оправка, полностью относится и к конструкции фрез и дисков: профиль фрезы или диска в целом также должен исключать возможность "затирания", особенно вблизи оси вращения, в зоне, где линейная скорость движения мала, и при образовании прогретого слоя ВВ толщина его может быть значительной.

г) Химическое растворение корпусов, по-видимому, невыгодно и может быть применено для обезвреживания особо опасных изделий или их элементов, или малых количеств изделий, если не доступны другие методы.

д) 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 БП.

е) Магнитодинамический способ расснаряжения БП принадлежит к числу нетрадиционных. Получены соотношения для оценки параметров магнитных полей, обеспечивающие пластическое деформирование цилиндрических оболочек, в результате чего возможно извлечь заряд ВВ из корпуса целиком. Экспериментальные данные и предварительные оценки позволяют рекомендовать метод для использования при извлечении кумулятивных облицовок кумулятивных зарядов и боевых частей и при утилизации взрывных устройств.

ж) Изламывание корпусов БП 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 в воздух, снижения взрыво- и пожароопасности изламывание производят в жидкостях. При вскрытии средств взрывания с токсичными веществами изламывание осуществляют в химически активных средах.

з) Ультразвуковой способ вскрытия корпуса БП для извлечения снаряжения зарядов ВВ из средств взрывания пригоден при любом снаряжении БП. 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 использованием данного способа в водной среде.

и) Разделка корпусов БП лазером для обеспечения доступа к снаряжению позволяет повышать производительность с обеспечением хорошего качества реза, толщина дефектного слоя при этом меньше 0,1 мм. Он позволяет безопасно, быстро и на заданную глубину вскрывать корпуса БП из любых материалов в автоматическом режиме. Однако при резке металла данным методом необходимо обеспечение интенсивного теплоотвода от остального материала и подача кислорода.

Преимуществами данного метода резки корпуса являются отсутствие механического и электрического воздействия на обрабатываемый материал, достаточно высокая производительность, скорость резания при которой достигает десятков 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 позволяет резать изделия толщиной стенки до 14 мм со скоростью 0,5 м/мин.

к) Метод расплавления корпусов средств взрывания с последующей утилизацией снаряжения применим для пластмассовых материалов с температурой плавления до 200°С. Однако при этом 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.

л) Разделка корпусов гидрорезкой позволяет с помощью сверхзвуковой струи разрезать корпуса головных частей БП и вымывать из них ВВ. Эта технология дает возможность разрезать почти все твердые материалы. Температура в зоне резания не превышает 90°С, ширина реза -- минимальная. Промышленное применение высоконапорных струй жидкости выгодно как с точки зрения охраны труда, так и в части снижения производственных затрат. Применение гидросистем сверхвысоких давлений позволяет сделать качественный скачок в развитии машиностроения за счет повышения производительности и качества обработки изделий, улучшения условий труда. Данная технология представляется наиболее перспективной и взрывобезопасной. В отличие от лазерной резки, которая также дает весьма малую ширину реза, но действует на основе термического разрушения материала, гидрорезание происходит в холодном состоянии, поэтому можно разрезать материалы в условиях взрывоопасной среды.

2.3 Способы извлечения ВВ из корпусов БП

Анализ литературных источников [1, 2, 8, 9, 11], посвященных проблеме утилизации БП, позволяет проклассифицировать известные технологические методы на две группы:

физические методы воздействия на снаряжение БП,

химические методы воздействия на снаряжение БП.

Наглядно на листе 1 формата А1 представлена классификация методов расснаряжения боеприпасов.

Для аргументированного анализа преимуществ и недостатков технологических процессов, относящихся к перечисленным типам процессов утилизации, рассмотрим их сущность. Каждому из выше перечисленных методов расснаряжения соответствуют определенные технологические приемы.

2.3.1Физические методы расснаряжения

Физические методы расснаряжения БП включают:

- термическое воздействие;

- механическое воздействие.

2.3.1.1 Термические методы

Термические методы подразделяются:

а) Криогенный метод.

При этом методе процесс извлечения ВВ предусматривает охлаждение изделия в холодильной камере. Этот метод позволяет разрушить заряд по всему его объему путем предварительной выдержки БП в охлажденной среде при температуре -196°С в течение 3 ч. В качестве хладагента может использоваться жидкий азот. Затем изделие подвергают вибрации при частоте 30 -- 50 Гц и амплитуде колебаний (2,5 -- 3,0)-10^-3 м. Для ускорения растрескивания и создания большого температурного градиента было рекомендовано после охлаждения БП его обработку лазерным пучком.

б) Выплавление ВВ с использованием теплоносителей (контактное и неконтактное).

К контактным методам относится воздействие теплоносителем. Это наиболее дешевые методы, использующие применение водяного пара для подачи внутрь БП с целью выплавки тротилосодержащего ВС с последующей сепарацией мелкодисперсного металла (алюминия) и с использованием воды в замкнутом оборотном цикле. При этом тротил после кристаллизации может быть употреблен вторично в них в качестве компонента промышленных ВВ.

Эффективно применение и других жидких теплоносителей (силиконовое масло, парафин). При этом теплоноситель также участвует в замкнутом оборотном цикле, а тротил подвергается соответствующей переработке и используется в народном хозяйстве. В качестве внешнего теплоносителя может быть и водяной пар. Для этого возможно применение секционных антидетонационных ванн прямоугольного сечения с встроенными паровыми теплообменниками, которые одновременно выполняют роль антидетонационных броневкладышей. Секционная пятислойная конструкция и защита исключают передачу детонации при случайном взрыве. Передача детонации между ваннами также исключается вследствие их размещения на расстоянии 100 мм друг от друга и заполнения промежутков между ними железобетоном. Применение водяных ванн с паровым обогревом и минимальным объемом воды гарантированно исключает перегрев (свыше 100С) при любых неполадках системы и, в тоже время, позволяют значительно сэкономить тепло- и энергоресурсы.

При выплавке заряда в нем предварительно высверливается канал диаметром 30 -- 45 мм. Выплавка тротила осуществляется на специальных установках пароводяной смесью при температуре воды 93 -- 95°С и пара 125°С. Время выплавки в зависимости от типа БП колеблется в пределах 7--19 мин.

Однако имеющийся опыт утилизации БП показывает возможность аварийного слива тротилосодержащих жидкостей непосредственно в грунт, а через него -- в фунтовые воды.

Выплавление ВВ можно осуществлять и с помощью полиметилсилоксановых жидкостей, дибутилфталат, растворов аммиачной селитры и расплавов перегретого тротила. Все эти жидкости могут быть использованы на одном и том же оборудовании. Однако предпочтение отдается тротилу, который является универсальным ВВ (имеющим низкую точку плавления (80,2°С), поддающимся всем способам снаряжения и расснаряжения). Как теплоноситель он универсален: взрывобезопасен, термически стабилен в жидкой и газовых фазах, имеет низкую упругость пара (1,33-10^-4 Па при комнатной температуре). Его использование в качестве теплоносителя при расснаряжении позволяет обеспечить экологическую безопасность технологии, исключить (благодаря физико-химическим свойствам) его попадание в грунт и окружающую среду.

Основное достоинство метода состоит в отсутствии интенсивных механических воздействий на извлекаемое ВВ. Основной недостаток -- низкая производительность, связанная, прежде всего, с малым коэффициентом теплообмена между теплоносителем и нагреваемой поверхностью.

Выплавление в результате нагрева корпуса ТВЧ и СВЧ (неконтактное):

1) преимущество метода использования тока высокой частоты (ТВЧ) является то, что нагрев БП может происходить в процессе его транспортирования на конвейере, что позволяет автоматизировать процесс нагрева. Установлено, что глубина проникания электромагнитной энергии в металл измеряется миллиметрами, а в диэлектрик -- сотнями метров, т.е. нагрев ВВ, заключенного в корпус снаряда, должен быть равномерным. Нагрев осуществляется при прохождении изделия через зону рабочего конденсатора, высоковольтная пластина которого расположена над лентой конвейера.

Неудобством при использовании этого метода является то, что корпуса расснаряжаемых БП и авиабомб имеют сложную конфигурацию и их равномерный нагрев возможен только при одинаковой напряженности электрического поля по всему объему нагреваемого материала. Но нагреваемые изделия неравномерно заполняют пространство между пластинами рабочего конденсатора, что приводит к неодинаковой напряженности электрического поля в различных частях изделия.

2) в последнее время нагрев в электромагнитном поле сверхвысокими частотами (СВЧ) получил большое распространение в различных отраслях промышленности и зарекомендовал себя эффективным и экономичным методом.

Теоретические основы и особенности нагрева взрывчатых материалов были изучены Л.А. Смирновым и В.Н, Новиковым еще в 80-е годы. Было показано, что нагрев ВВ, помещенного в металлическую оболочку, происходит по следующему механизму: электромагнитное поле СВЧ, проникая через оболочку в материал, взаимодействует с его молекулами и вызывает их колебания, что приводит к излучению энергии в результате внутримолекулярного трения, т.е. энергия поля преобразуется в тепловую энергию в материале. Данный метод используется для нагрева и плавления ТНТ и ТГ-80, возможен только при условии радиопрозрачности корпуса, равномерности поля СВЧ, а также при отсутствии в ВВ различных включений.

2.3.1.2 Механические методы

Технологические процессы механического расснаряжения БП включают в себя две основные группы механических методов расснаряжения: контактные -- требующие непосредственного механического воздействия инструмента на вещество (вытачивание, использование струи жидкости, центрифугирование, выдавливание ВС), другие, связанные с тем или иным способом разрушения заряда или оболочки без применения режущего инструмента, названые неконтактными (использование ультразвука, магнитно-импульсное извлечение).

а) Высверливание.

Этот метод применяется в основном для расснаряжения снарядов, ВС которых состоит из малочувствительных к механическим воздействиям ВВ. Метод состоит в том, что с помощью специального сверла перьевого типа производится удаление из снаряда заряда ВВ. Этот способ является наиболее предпочтительным, в отношении энергоемкости, т.к. энергия тратится на ослабление и разрыв межмолекулярных связей лишь в локальных, дискретно рассредоточенных зонах хрупкого разрушения, без однородного рассредоточения по заряду ВВ. По данному способу в камору установленного очком вниз вращаемого снаряда подается прижимаемый к стенке корпуса инструмент, снабженный каналом для подачи воздуха. Под действием собственного веса извлекаемое ВВ опускается через очко в приемное приспособление и уносится прокачиваемым потоком воздуха в систему очистки (циклон и фильтр). Подача воздуха через державку инструмента необходима для удаления со стенок каморы слоя пыли, не выпадающей под собственным весом, но стряхиваемой легкими ударами по корпусу снаряда.

б) Дробление заряда путем применения ударных нагрузок.

Метод применяется только для разрушения ВВ, имеющих малую чувствительность к механическим воздействиям. Для дробления используется специальный инструмент из цветного металла. Процесс дробления связан с различными по интенсивности динамическим воздействиям на ВВ, но нагрузка, при которой производится разрушение, должна быть меньше предельной, при которой деформационный нагрев может достичь уровня температуры воспламенения.

в) Воздействием струей жидкости высокого давления.

Данный метод позволяет извлекать ВС из широкого спектра БП различного назначения. При этом методе отсутствует контакт режущего металлического инструмента непосредственно с разрушаемым материалом, обеспечивается надежный отвод тепла из зоны резания, что исключает возможность образования в ней высоких температур. В качестве инструмента используется тонкая струя жидкости, истекающая из насадки под давлением.

Технологический процесс извлечения ВВ осуществляется следующим образом. БП завозятся в мастерскую, проходят подготовительные и контрольные операции, затем подаются на установку вымывания. Вскрытие корпуса и вымывание осуществляется дистанционно. Вымытое ВВ, отделенное от воды на фильтре, периодически выгружается из него и передается на дальнейшую переработку. Корпуса после контроля направляются для разделки в металлолом. Экологическая чистота процесса обеспечивается системой очистки воды.

Вымывание ВВ струей воды высокого давления позволяет производить извлечение как плавких, так и неплавких составов, что дает возможность считать данный метод универсальным.

г) Центрифугирование (высокооборотное и низкооборотное).

Эти методы относятся к сухим методам извлечения зарядов ВВ из корпусов БП, т.е. позволяющим получать извлекаемые порошки и шашки ВВ в сухом виде, без использования специальных операций сушки. Если в каморе корпуса, по форме близкой к цилиндрической, имеется отверстие (в частности, свободное очко, после удаления взрывателя), то ВВ можно извлечь, вращая БП вокруг оси, перпендикулярной оси каморы, выбрасывая ВВ на улавливатель. Основными вопросами при анализе метода центрифугирования на стадии оценки принципиальной возможности его использования в практике утилизации БП являются: при каких условиях центростремительные силы недостаточны для удержания ВВ в корпусе, и при каких условиях торможение ВВ, выброшенного из корпуса на улавливатель, будет безопасным. Анализ опасности процессов, сопровождающих извлечение ВВ из корпуса центрифугированием, может быть проведен на основании теоретических и экспериментальных исследований. Однако, результаты такого анализа позволяют получить лишь ориентировочные данные из-за отсутствия необходимой информации о развитии, накоплении повреждений структуры заряда внутри корпуса, а также к моменту начала торможения на улавливателе. Окончательные выводы о безопасности процесса дают лишь эксперименты на различных модификациях модуля центрифугирования.

Извлечение ВВ низкооборотным центрифугированием разрывного заряда можно реализовать только при сравнительно низких частотах вращения (порядка 10с^-1), при этом возможно движение и выброс из каморы Разрывного заряда или отдельных его шашек как целого сплошного тела. Выход ВВ из каморы БП завершается его ударным торможением на улавливателе, который в случае недиспергируюшего низкооборотного центрифугирования целесообразно выполнять в виде конструкции, неподвижной относительно снаряда. В зависимости от скорости соударения, температуры ВВ и его прочностных характеристик может наблюдаться как полное сохранение тормозимой шашки, так и ее разрушение с образованием компактной массы. Самой опасной из возможных ситуаций, возникающих при ударном торможении ВВ на улавливателе, приводящей к наиболее разрушительным действиям, является возникновение "тлеющего" длительное время "очагового горения".

Режим высокооборотного центрифугирования характерен для высоких значений касательных напряжений на границе контакта заряда с каморой БП, реализуемых, в первую очередь, в БП, снаряженных прессованием в корпус. Извлечение ВВ достигается при высоких частотах вращения (порядка 150 -- 200 с^-1) в зависимости от конструктивных и технологических особенностей снаряда и снаряжения. В процессе извлечения ВВ испытывает интенсивное фрикционное воздействие, обусловленное прижатием заряда или его фрагментов к стене каморы вследствие возникающего ускорения Кориолиса.

Извлечение заряда происходит в виде отрывающихся от торца фрагментов, измельчающихся при движении по каморе изделия и при соударении с улавливателем. При выходе из каморы и торможении ВВ на улавливателе происходит интенсивное "пылеобразование", что требует использования традиционных систем отбора пылевоздушной смеси из кожуха улавливателя, транспорта и очистки. В реальных условиях можно ожидать искрообразования не только электростатической природы, но и в результате соударения металлических частиц с элементами конструкции центрифугирующей установки.

д) Выдавливание заряда взрывчатого снаряжения.