Теория и практика взрывобезопасности энергоемких материалов - Смирнов Л.А., Ншипал Г.А., Мнлехмм Ю.М., Осавчук А.Н., Гусаковскав Э.Г.

Автор: Смирнов Л.А. Ншипал Г.А. Мнлехмм Ю.М. Осавчук А.Н. Гусаковскав Э.Г.
Теги: химия взрывчатые вещества
Год: 2002
Похожие
Промысловая геофизика
Эксплозивные вещества
Взрывчатые вещества, пороха и боеприпасы отечественного производства. Часть 1. Справочные материалы.
Охрана труда в химической промышленности
Текст
                    Ншипал ГА., Мнлехмм Ю.М., Смирнов Л.А., Осавчук А.Н.,
Н 71 Гусаковскав Э.Г
Теория и практика взрывобезопасности энергоемких материалов. /
Под общ. рел Нишпала ГН - М.: ЦЭИ «Химмаш», 2002. - 140 с.
Настоящая монография посвящена вопросам (проблемам) обес-
печения взрывопожаробезопасности при производстве и использова-
нии взрывчатых материалов (ВМ) и изделий из них. Предлагается под-
робный анализ аварий, имевших место в практической работе с ВМ,
указаны причины их возникновения. Рассматриваются основные прин-
ципы оценки риска при работе с ВМ.
Книга адресована специалистам в области химии и технологии
энергоемких материалов, разработчикам технологического оборудо-
вания, а также студентам вузов соответствующих специальностей.
С Нишпал ГА ,
Милехин Ю М.
Смирнов Л А .
Осавчук А Н.
Гусаковская 3 Г. 2002 г
Предисловие
В предлагаемой книге рассмотрены вопросы обеспечения взрыво-
безопасности при производстве и использовании взрывчатых материа-
лов (ВМ) и изделий на их основе.
Достаточно много внимания уделено авариям, имевшим место в
практической работе с ВМ. На основе результатов многочисленных це-
ленаправленных исследований и системного анализа аварий установ-
лены причины и условия их возникновения и развития, а также даны
рекомендации по предупреждению аварий и снижению тяжести их по-
следствий. На базе количественных оценок рассматриваются условия
возникновения начальных очагов загорания и переход горения в дето-
нацию, а также принципы оценки риска при работе с ВМ.
Предлагаются варианты конструкций взрывозащищенного оборудо-
вания, а также рекомендации по созданию безопасных технологичес-
ких процессов переработки ВМ.
В книге рассмотрены вопросы, связанные с перевозкой опасных гру-
зов в соответствии с рекомендациями ООН. Проведен краткий анализ
отечественных методов оценки взрывчатых свойств энергоемких мате-
риалов в целях их использования для классифицирования по степени
опасности в соответствии с международными требованиями.
Настоящее издание рекомендуется для специалистов, работающих
в области химии и технологии энергоемких материалов, в области обес-
печения безопасности ВМ и изделий на их основе, для разработчиков
технологического оборудования, а также экспертов. Книга также мо-
жет быть рекомендована в качестве учебного пособия студентам учеб-
ных заведений соответствующих специальностей.
Материалы, вошедшие в издание, являются обобщенным результа-
том исследований, проведенных различными коллективами, работавши-
ми в области технологической безопасности ВМ и изделий на их осно-
ве. и прежде всего коллективом научно-технического центра «Взрыво-
оезопасность» ФЦЦТ «Союз». Среди специалистов, внесших весомый
вклад в становление этой области науки, необходимо назвать ученых,
стоявших у истоков ее развития: И.Я. Петровского, Л.В. Волкова,
В.С. Михалева, И.В. Мильчакова, Ю.Н. Аксенова, В.К. Боболева,
Б.И. Шехтера, Б.С. Самсонова, С.М. Муратова, Л.И. Левина, М.Ш. Яку-
шева, З.И. Шемониеву, Б.В. Соколова, ГВ. Рудаковского и многих дру-
гих.
Авторы выражают признательность всем, с кем долгие годы дове-
лось работать и взаимодействовать: Б.П. Жукову, Л.В. Забелину,
Н.А. Кривошееву, Г.Т. Афанасьеву, А.В. Дубовику, Ю.В. Звонареву,
О Н. Иванову, А.В. Марченко, Е.Ф. Жегрову, С.Е. Малинину, В.И. Бли-
нову, И.И. Глухареву, В.М. Меркулову и другим, атакже коллективу со-
трудников, в котором авторы работали многие годы.
Геннадий Антонович Нишпал - доктор технических наук,
профессор, один из основоположников научного направления -
технологическая безопасность ВМ, автор более 250 научных ра-
бот, неоднократно принимал участие в расследовании причин ава-
рий с ВМ, в том числе катастроф в Арзамасе и Свердловске, зас-
луженный деятель науки и техники РФ, член-корреспондент Рос-
сийской Академии транспорта, лауреат Государственной премии
СССР и премии Правительства РФ.
Юрий Михайлович Милехин - доктор технических наук,
профессор, академик РАРАН, автор более 100 научных работ, спе-
циалист в области физики горения и взрыва, лауреат Государствен-
ных премий СССР и РФ.
Леонид Алексеевич Смирнов-доктор технических наук, про-
фессор, автор многочисленных учебников, монографий, популяр-
ных изданий, специалист в области конструирования оборудова-
ния и организации производства ВМ, заслуженный деятель науки
и техники РФ, лауреат Государственной премии СССР.
Александр Николаевич Осавчук - кандидат технических
наук, автор более 150 научных работ, посвященных физике горе-
ния и взрыва, а также оценке риска производства ВМ, лауреат пре-
мии Правительства РФ
Эльвира Геннадиевна Гусаковскан - автор многочисленных
публикаций о проблемах технологической безопасности, ведущий
специалист в области организации испытаний и разработки нор-
мативной документации, имеет правительственные награды
Введение
Аварии - естественный спутник взрывоопасных производств.
Системы, элементы которых содержат значительный запас энергии, яв-
ляются потенциально опасными, так как всегда существует возможность
неконтролируемого ее высвобождения. Именно к таким элементам от-
носятся взрывчатые материалы (ВМ). И хотя современные производ-
ства и оборудование проектируются так, чтобы их надежность была мак-
симальной с точки зрения предотвращения опасных ситуаций, устанав-
ливаются системы контроля и предупреждения аварий, надежность этих
систем имеет конечное значение. Применение специальных мер лишь
понижает вероятность возникновения аварий из-за отказов оборудова-
ния или ошибок персонала, но все-таки эта вероятность никогда не рав-
на нулю. Нулевой риск возможен лишь в системах, лишенных запасен-
ной энергии, химически или биологически активных компонентов. Вся
история развития производства ВМ является тому подтверждением.
Человечество давно использует вещества, обладающие запасом энер-
гии. Первым таким веществом был порох, сведения о получении кото-
рого пришли из Китая и Византии. В Европе описание пороха появи-
лось в 1260 г, когда была опубликована «Книга огней» Марка Грека. На
Руси применение пороха и огнестрельного оружия началось с 1389 г,
спустя семь лет после Куликовской битвы Вначале порох в Россию вво-
зился из-за границы, но очень скоро было налажено собственное произ-
водство. А уже в 1422 г. от порохового взрыва и последующего пожара
сгорела вся столица.
Аварии сопровождали всю историю развития производства ВМ И
хотя статистика аварийных случаев, имевших место при производстве
и применении ВМ, долгое время вообще не велась, тем не менёе име-
ются некоторые описания аварий, происходивших чуть ли не с начала
эры черного пороха. Чаще всего приводимые в литературе примеры -
это сведения об авариях, в которых либо пострадали известные лица,
либо имели место трагические последствия.
S
Так, при разрыве пушки в 1460 г. в г. Роксбурге был убит король
Шотландии Иаков II. В 1645 г. при взрыве черного пороха погибло три
человека и была разрушена треть г. Бостона. В г. Брешиа (Италия) в 1769 г.
взрыв 85 т пороха разрушил 190 домов, а на созданном Петром! в 1712г.
первом государственном пороховом заводе за 90 лет его существования
произошло 92 взрыва.
Развитие науки и промышленности привело к появлению в XIX в.
новых видов взрывчатых веществ (ВВ), более мощных, чем черный
порох. Первый описанный несчастный случай с ВВ нового поколения
произошел в 1864 г. в г. Хеленбурге (Швеция). Погибло 5 человек, сре-
ди которых был Эмиль Нобель - брат изобретателя динамита Альфреда
Нобеля.
Не обошлось и без взрывов нитрата аммония, используемого глав-
ным образом в качестве удобрения, а также в качестве основного ком-
понента современных промышленных ВМ. Первый такой взрыв слу-
чился в Лондоне в 1896 г. Нитрату аммония принадлежит первенство
по количеству вещества, взорвавшегося в одной аварии. Одна из этих
аварий произошла 21 сентября 1921 г. в г. Оппау (Германия). И хотя
многочисленные описания аварии расходятся в деталях, главной ее при-
чиной считается взрыв смеси нитрата и сульфата аммония, который про-
изошел в результате инициирования детонации взрывным зарядом, обыч-
но применявшимся для дробления слежавшегося удобрения. На месте
взрыва образовалась воронка длиной 165 м, шириной 96 м и глубиной
18,5 м (по другим данным, размеры воронки были 115 х 75 х 10 м); 75%
зданий в г. Оппау (всего около 1 000) был и разрушены. В результате взры-
ва погиб 561 человек, включая 4 человек в г. Манигейме, расположен-
ном в 7 км от места взрыва. Ранения же получили 1500 человек.
Другая крупная авария, связанная с нитратом аммония, произошла
16-17 апреля 1947 г. в порту Техас-Сити. На судне «Grandcamp» с 2300 т
нитрата аммония в 8 часов утра возник пожар, в 9 часов 12 минут про-
изошел взрыв, при котором погибло более 200 человек. Имели место
серьезные разрушения в порту. Возникший пожар быстро распростра-
нился на близлежащий комплекс компании «Monsanto» и терминалы
ряда нефтяных компаний. Обломки при взрыве разлетались на тысячи
метров; например, обломок винта массой 1 т отлетел на 4 км.
В 1 час 10 мин следующего дня на другом судне «Highflyer», транспор-
тировавшем нитрат аммония и (по некоторым сообщениям) серу, загорев-
шемся в результате взрыва на «Grandcamp», также произошел взрыв.
Всего за два дня погибло 522 человека, получили ранения 2000
и 200 человек пропали без вести. Материальный ущерб (в ценах
1947 г.) составил 100 млн долларов США. Тротиловый эквивалент (ТЭ)
каждого из взрывов составил примерно 1000 т
6
Случай в Техас-Сити послужил основанием для возникновения по-
нятия «эффект домино», которым обусловлены пожары на нефтехрани-
лищах близлежащего химического предприятия и складских помеще-
ниях.
Еще одним примером, в котором также наблюдался «эффект доми-
но», является авария, произошедшая в 1985 г. иа Павлоградском хи-
мическом заводе при перегрузке тротила из вагона в автомобиль. Из-
за неисправности автомобиля загорелись мешки из-под тротила, ве-
тошь, хлопчатобумажные нити, пламя перешло на россыпи тротила
под вагоном и эстакадой ленточного конвейера. Двери вагона были
открыты, пламя охватило мешки с тротилом в вагоне и приближалось
ко второму вагону с тротилом. Через 25 мин после начала горения про-
изошел взрыв в обоих вагонах. Ударная волна, раскаленные обломки
конструкций вагонов, горящие предметы, разбросанные при взрыве
иа расстояние до 3 км, вызвали многочисленные загорания и пожары.
В двух зданиях завода пожары стали причиной взрывов, при этом час-
ти разбитого оборудования разлетались иа расстояние до 400 м, а еще
в 28 зданиях загорания удалось погасить. Ущерб от аварии соста-
вил 1,5 млн руб.
Особенностью развития производства и использования ВМ в на-
шей стране является значительная удаленность производящих заво-
дов от мест применения ВМ. По этой причине ежесуточно «на коле-
сах» находятся несколько десятков тысяч тони ВМ, транспортирова-
ние которых осуществляется по магистралям общего назначения, что
создает определенную опасность при железнодорожных перевозках,
в том числе пассажирских. Широко известны аварии, произошедшие
в 1988 г. на станциях Арзамас и Свердловск. Так, при взрыве на стан-
ции Арзамас погиб 91 человек, в том числе 12 детей, ранено 744 че-
ловека, полностью разрушено 44 жилых дома, материальный ущерб
(в ценах до 1991 г.) составил более I 20 млн руб. Взрыв на станции
Свердловск привел к гибели 6 человек, травмы получили 1021 че-
ловек, было повреждено 642 дома, 77 из которых подлежали сносу,
материальный ущерб составил более 236 млн руб Эти аварии слу-
жат ярким примером тех печальных последствий, которые вызыва-
ются нарушением правил транспортирования опасных грузов, в том
числе ВМ
Не вдаваясь в анализ причин и следствий упомянутых аварий, отме-
тим. что они иллюстрируют факт неизбежного роста числа аварий при
росте производства и применения ВМ, их транспортировании При
уменьшении вероятности происхождения каждого конкретного негатив-
ного события при возросшей концентрации ВМ масштабы последствий,
если оно все же случается, заметно возрастают.
7
Таким образом, очевидно, что повышение безопасности при обра-
щении с ВМ, в том числе при их производстве и применении, является
одной из важных проблем, стоящих перед государством.
Новое научное направление -технологическая безопасность. При
производстве ВМ в большинстве случаев развитие аварии происходит
по следующей схеме: образование начального очага загорания - рас-
пространение горения за пределы очага - переход горения во взрыв или
детонацию - возникновение вторичных факторов поражения, некото-
рые из которых могут стать причиной образования новых зон аварии.
Как правило, производство ВМ на исправном оборудовании, из ка-
чественного сырья, при соблюдении технологического регламента и
правил эксплуатации оборудования не приводит к возникновению оча-
га загорания.
Однако при производстве, транспортировании и использовании ВМ
нередки случаи, когда из-за воздействия неблагоприятных факторов или
их сочетания в энергоемком материале возникает начальный очаг заго-
рания. Основные причины возникновения очага - механическое и (ил и)
тепловое воздействие, электрический разряд, химическая реакция. Тех-
ническими и организационными мероприятиями можно снизить часто-
ту появления таких причин, но нельзя исключить их полностью. Чем
раньше будет прервано развитие аварии, тем меньшим будет ущерб.
Величина ущерба в основном определяется физическими, химичес-
кими, механическими и т.д. процессами, которые происходят в ВМ, и
количеством материала, в них вовлеченного. Физические процессы,
происходящие в ВМ, характеризуются различными поражающими фак-
торами. Если развитие аварии заканчивается на стадии горения, то эти-
ми факторами в основном являются сравнительно длительное действие
пламени, тепловое излучение и образование токсичных продуктов го-
рения. Если же горение перейдет во взрыв или детонацию, то среди
поражающих факторов будут преобладать воздушная ударная волна
(УВ), разлетающиеся осколки и обломки оборудования и строительных
конструкций. Каждый из поражающих факторов имеет свои законы воз-
никновения и распространения, размеры зон поражения, и знание этих
законов необходимо для того, чтобы можно было правильно оценить
тяжесть возможных последствий от различных аварий.
Актуализация вопросов обеспечения взрывобезопасности производ-
ства твердых ракетных топлив в конце 50-х - начале 60-х годов привела
к созданию нового научного направления - технологической безопас-
ности Оно появилось на стыке наук, с одной стороны, физики горения
и взрыва и, с другой стороны, химии и технологии производства ВМ.
'Это научное направление изучает причины возникновения начального
очага загорания в перерабатываемых материалах При этом тщательно
8
исследуется чувствительность ВМ к различным внешним воздействи-
ям: удару, трению, тепловому импульсу, электрическому разряду; ста-
бильность ВМ и его совместимость с различными веществами. Не каж-
дый начальный очаг приводит к распространению реакции за его пре-
делы. Следующим шагом является изучение условий распространения
химической реакции после возникновения начального очага. Посколь-
ку химические реакции могут протекать различными способами (в виде
медленного химического разложения, горения или детонации), то сле-
дует определить условия, в которых реализуется тот или иной механизм
реакции, и условия, когда один из механизмов переходит в другой (пе-
реход горения в детонацию). Необходимо изучить и механизмы процес-
сов, и законы формирования сопровождающих реакции поражающих
факторов, а также влияние на эти факторы различных защитных средств
и сооружений. Кроме того, надо решить, а чего, собственно, нельзя до-
пустить: возникновения начального очага загорания, массового пожара
или мощного взрыва? Необходимый шаг в разработке стратегии обес-
печения безопасности - это установление границы между гипотетичес-
кими авариями и проектными. Гипотетические аварии происходят из-
за таких естественных инициирующих событий, возникновение кото-
рых маловероятно, а устранение либо экономически и социально не обо-
сновано, либо технически недостижимо (например, падение самолета
на вагон со взрывчаткой). Проектные аварии порождаются определен-
ными инициирующими событиями. Так, например, падение упаковки с
ВМ с максимально предусмотренной регламентом проведения работ
высоты на землю есть проектная авария. Для предотвращения ущерба
от нее необходимо осуществление технических мероприятий, напри-
мер, разработка погрузочно-разгрузочных средств и конструкции упа-
ковки, позволяющих снизить вероятность такой ситуации, и, кроме того,
не допустить воспламенения ВМ даже в случае падения содержащей
его упаковки.
Граница между гипотетическими и проектными авариями во мно-
гом определяется техническими и экономическими возможностями
предприятий Новые технические решения или даже просто ресурсы
для реализации известных, но дорогостоящих мероприятий могут при-
вести к тому, что гипотетическая авария станет проектной.
Научно обоснованный подход в обеспечении безопасности состоит
в 1ом. что необходимо оценить не только вероятность возникновения
той или иной аварии, но и масштабы ее последствий, то есть оценить
риск аварии. Необходимо разработать совокупность специальных мер.
не позволяющих аварии развиться до значительных масштабов
Решение этих вопросов позволяет сформулировать требования к
технологическому оборудованию, его размещению в производственных
9
зданиях, размещению зданий и защитных сооружений на промплощад-
ке, определить эффективность различных видов защитных сооружений
и выбрать оптимальные из них в каждом конкретном случае, устано-
вить безопасные и допустимые расстояния между ними.
Результатами исследований в рамках этого научного направления
являются нормы, правила и стандарты, исходные данные для проекти-
ровщиков и конструкторов, рекомендации по схемам построения тех-
нологических процессов, по конструкциям специальных зданий и за-
щитных сооружений, методы исследований и испытаний различных
видов ВМ.
Важность решения проблемы обеспечения безопасности настолько
велика, что в последние годы вопросы безопасности стали одним из
решающих факторов при выборе той или иной технологии производ-
ства, а иногда и самой возможности организации производства, пред-
ставляющего угрозу для персонала, населения и окружающей среды.
Все это нашло свое отражение в вышедшем в 1997 г. «Законе о про-
мышленной безопасности». Превалировавшая до сих пор концепция
«абсолютной безопасности» перестала соответствовать внутренним за-
конам техносферы. Техника безопасности, цель которой - не допустить
никаких аварий и тем самым защитить работника, должна смениться
качественно новой наукой, способной обнаруживать наиболее риско-
ванные звенья производственных комплексов и подсказывать оптималь-
ные пути их замены.
Цель книги - это выявление потенциальных опасностей, способ-
ных нанести существенный урон при производстве и применении ВМ;
анализ условий проявления разрушительного потенциала ВМ; изложе-
ние требований к конструкции оборудования, его размещению, защит-
ным сооружениям, порядку организации технологического процесса и
т.п., направленных на снижение вероятности возникновения и тяжести
последствий возможных аварий; описание методов регламентирования
безопасности.
ГЛАВА 1. Методология изучения
характеристик ВМ
1.1.	ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ФИЗИКИ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА
В наиболее широком смысле слова взрывом называют физическое
или химическое превращение вещества, сопровождающееся крайне
быстрым переходом его энергии в энергию сжатия и движения исход-
ного вещества или продуктов его превращения и окружающей среды.
Для нас практический интерес представляет взрыв, происходящий за
счет потенциальной химической энергии, которая превращается в энер-
гию сжатых газов в результате быстрого протекания химической ре-
акции.
Взрыв ВМ может протекать в двух различных формах: гомогенного
превращения, происходящего при постепенном, медленном нагреве ВМ
во всем его объеме, и самораспространяющегося превращения. Чаще
всего, когда говорят о взрыве ВМ, имеют в виду самораспространяю-
щееся с большой скоростью химическое превращение, протекающее с
выделением большого количества тепла и образованием газов.
Вследствие быстроты, с которой реакция проходит по ВМ, образу-
ющиеся газы даже при отсутствии прочной оболочки имеют высокое
давление и производят сильный удар по окружающей среде, разруша-
ют ее, разбрасывают и вызывают в ней ударные волны.
Из определения взрыва следуют четыре основных условия, которым
должна удовлетворять химическая реакция для того, чтобы она могла
протекать в форме взрыва:
I)	экзотермичность;
2)	образование газов,
3)	высокая скорость;
4)	способность к самораспространению
Все эти условия не являются абсолютными и независимыми друз оз
друга и в своем сочетании определяют не только возможность саморас-
11
пространения химической реакции в форме взрыва, но и механическое '
действие последнего.	j
Экзотермичность превращения определяется тем, что прочность ’
связей между атомами в продуктах превращения значительно больше, !
чем в самом ВМ. Отсюда ясно, что способность к экзотермической ре-
акции зависит от химической структуры вещества.
Характерной особенностью ВМ является способность вызванной в
них локальной химической реакции к неограниченному самораспрост-
ранению в определенных условиях. Это происходит в результате рас-
пространения по ВМ тепловой волны, передаваемой теплопроводнос-
тью или ударной волной (УВ) и вызывающей при своем прохождении
химическую реакцию. Тепловая волна поддерживается химической ре-
акцией, которую она вызывает. Таким образом, способность реакции к
самораспространению зависит не только от термохимических и кине-
тических характеристик вещества, но определяется также возможнос-
тью создания высокой концентрации энергии в слоях ВМ, соседних с
первоначальным очагом реакции.
Таким образом, само понятие взрывчатости не имеет абсолютного
характера и является не качественным, а количественным. Невозможно
безотносительно к характеристикам заряда говорить, что вещество, в
котором произошла реакция, взрывчато. Необходимо указать условия,
при которых оно является взрывчатым. Если же эти условия не оговоре-
ны, то это означает, что вещество, о котором идет речь, взрывчато при
обычных условиях, характерных для его технического применения.
Возможность и особенно скорость самораспространения реакции
зависят, кроме термохимических и кинетических характеристик веще-
ства, также от условий передачи энергии.
Если энергия передается путем относительно медленного процесса
теплопроводности, то скорость реакции мала. Этот случай имеет место
при горении Повышение давления при отсутствии оболочки очень мало,
и механическое действие продуктов реакции незначительно.
Если же при местном прохождении химической реакции с тем же
энергетическим эффектом возникает большое давление, то передача
энергии может осуществляться путем распространения скачка давле-
ния, так называемой ударной волной. Скорость передачи энергии та-
ким путем несравненно выше скорости теплопередачи, соответственно
быстрее распространяется и химическая реакция. Повышение давле-
ния при ней весьма велико, равно как и обусловленное им разруши-
тельное действие. Это явление называется детонацией взрывчатого ве-
щества
Необходимым условием существования режима распространения
реакции является наличие среди ее продуктов (при соответствую-
12
щей температуре) газов. В этом заключается значение образования
газов как условия детонационного самораспространеиия химичес-
кой реакции.
Именно высокая скорость реакции обеспечивает ту огромную мощ-
ность, которая является характерным признаком взрыва. Поэтому, если
даже выполняются остальные условия, но скорость реакции низка, то
взрыва не происходит. Так, уголь горит без всякого взрыва и при этом
выделяется много тепла и газов, ио скорость реакции невысока, так как
она протекает только иа поверхности контакта кислорода воздуха с го-
рящим материалом, потому что отношение поверхности горения к объе-
му горящего материала мало. Таким образом, для ВМ существуют две
формы быстрого химического превращения: горение и детонация.
Они имеют различные механизмы передачи тепла из зоны реакции к
новым порциям ВМ, вступающим в реакцию, и различные скорости
распространения.
Горение - самораспространяющийся процесс химического превра-
щения вещества, при котором, как уже отмечалось, распространение
химической реакции в структурных слоях вещества обеспечивается теп-
лопроводностью. Выделяющееся при химической реакции тепло пред-
шествующего слоя нагревает следующий слой. Процесс зависит от ха-
рактера протекающей химической реакции и скорости передачи тепла
к новому, прогреваемому слою. В обычных условиях горение - сравни-
тельно медленный процесс. Если изменить условия теплопередачи, то
это сразу же скажется на процессе горения ВМ.
Каждый материал, в том числе ракетные топлива, имеет свою строго
определенную скорость горения. Под скоростью горения понимают ли-
нейную скорость распространения фронта реакции вглубь вещества пер-
пендикулярно поверхности горения. Распространение горения по поверх-
ности заряда происходит значительно быстрее В зависимости от условий
скорость горения изменяется в широких пределах (от долей миллиметра
до нескольких метров в секунду) даже у одного и того же вещества.
Скорость горения ВМ с увеличением давления возрастает согласно
закону, конкретное выражение которого зависит от индивидуальных
свойств ВМ. Конкретное аналитическое выражение закона горения имеет
большое значение в практике. Горение лежит в основе использования
порохов, твердых ракетных топлив и пиротехнических смесей.
Различают нормальное послойное горение и взрывное горение.
Если вещество пористое или порошкообразное, то при давлении,
превышающем определенное критическое значение,газообразные го-
рячие продукты горения могут проникать вглубь вещества и поджигать
его перед фронтом горения Тогда горение будет протекать уже не по-
слойно. не параллельными слоями, а охватывать определенный объем
13
Скорость горения вещества при этом резко возрастает до десятков и
даже сотен ы!с. Такой вид горения обычно называют взрывным горе-
нием (конвективное горение, дефлаграция).
В природе существуют различные виды взрывного горения, но наи-
более распространенным из них является так называемое фильтраци-
онное (конвективное) горение. Этот вид горения происходит тогда, ког-
да проникновение газов внутрь вещества, например, шашки топлива,
происходит только при наличии внешнего по отношению к горящему
веществу давления (горение в замкнутом объеме, в камере ракетного
двигателя и т.п.). Другим видом взрывного горения является процесс,
для протекания которого необязательно наличие внешнего давления, а
необходим только локальный очаг высокого давления для инициирова-
ния процесса. В дальнейшем роль оболочки выполняет само вещество.
В этом случае его сгорание происходит за доли секунды и оно превра-
щается в газы, сжатые в первоначальном объеме вещества, и такой вид
горения называют объемным горением.
Детонация - самораспространяющийся процесс чрезвычайно быс-
трого химического превращения вещества. Детонация обеспечивается
распространением по веществу механической волны с очень крутым
фронтом, которую называют ударной волной. Распространяясь по ве-
ществу, УВ сжимает его в своем фронте до очень высоких давлений
(порядка десятков и сотен тысяч атмосфер), и за счет этого выделяется
очень большое количество тепла, в результате чего происходит хими-
ческая реакция. Выделяющаяся тепловая энергия при этом поддержи-
вает параметры УВ, и она становится стационарной. Такая волна назы-
вается детонационной. Детонационная волна в зависимости от индиви-
дуальных свойств вещества - плотности, химического состава и других
факторов - может распространяться со скоростью от десятых долей км/с
до нескольких км/с. Например, шашки ВМ имеют скорость детонации
5-7 км/с. Превращение исходного вещества в газы при детонации про-
исходит в его собственном объеме. При этом плотность вещества в эле-
ментах детонационной волны в 1,5-2 раза превышает исходную.
Из сказанного следует, что в одном и том же ВМ можно возбудить
процессы горения или детонации в зависимости от подбора инициа-
торов, физического состояния вещества и ряда внешних факторов.
Знание условий возбуждения и протекания взрывных процессов в
ВМ чрезвычайно важно с точки зрения недопустимости несанкциони-
рованного возникновения любых взрывных процессов, особенно дето-
нации. Очевидно, что даже загорание на отдельной фазе технологичес-
кого потока чревато тяжелыми последствиями, так как современное
производство ВМ отличается многотоннажностью и крупными габари-
тами единичных изделий из них
14
По своему служебному назначению все взрывчатые системы, в за-
висимости от требуемого для выполнения целевой функции процесса,
делятся на четыре группы:
1.	Инициирующие взрывчатые вещества (ИВВ).
2.	Бризантные взрывчатые вещества (БВВ).
3.	Метательные ВВ. Ракетные топлива и пороха...
4.	Пиротехнические смеси.
1.2. ПОКАЗАТЕЛИ ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНОСТИ
Наличие взрывчатых свойств у того или иного вещества определяет
лишь потенциальную возможность его взрыва. Для того чтобы эта воз-
можность реализовалась, необходимо произвести на ВМ определенное
воздействие, способное вызвать взрыв. Такое воздействие называют
начальным импульсом.
Различные ВМ обладают разной чувствительностью к внешним воз-
действиям. Чувствительность есть способность ВМ реагировать на
внешние воздействия возникновением горения или взрыва. Чувствитель-
ность ВМ характеризуется минимальной величиной начального импуль-
са, необходимой для возбуждения взрывчатого превращения.
К показателям чувствительности относятся:
чувствительность к удару;
чувствительность к ударному сдвигу;
чувствительность к трению;
температура вспышки;
температура начала интенсивного разложения;
температура воспламенения;
чувствительность к искровому разряду;
стойкость (химическая стойкость и физическая стабильность).
К показателям восприимчивости к детонации относятся:
минимальный инициирующий импульс,
критический диаметр детонации;
расстояние передачи детонации;
критическое давление возбуждения детонации.
Показателем взрывоопасности является склонность к переходу го-
рения в детонацию (ПГД).
Под чувствительностью к механическим воздействиям (удару,
ударному сдвигу, трению) понимают способность ВМ разогреваться в
локальных точках до температуры вспышки при переходе механичес-
кой энергии удара или трения в теплоту.
Температурой вспышки называют ту минимальную температуру
при которой теплоприход становится больше теплоотвода, и химиче-
и
ская реакция, вследствие ее ускорения и самоускорения, принимает ха-
рактер взрывчатого превращения. Иными словами, температура вспыш-
ки - это та наименьшая температура, до которой должен быть нагрет
ВМ, для того чтобы вызвать в нем необратимое химическое превраще-
ние с образованием конечных продуктов разложения, характерных для
конкретного ВМ. Химическое превращение может протекать со скоро-
стями, сопровождающимися звуковым и световым эффектами.
Под чувствительностью вещества к искровому разряду понима-
ют его способность воспламеняться при воздействии на него электри-
ческого разряда с определенной энергией.
Все ВМ после изготовления имеют определенный срок хранения
(служебной пригодности), который зависит от неизменности их свойств.
Сроки хранения зависят как от индивидуальных особенностей ВМ, так
и от условий, в которых осуществляется хранение.
При обычных температурах реакция разложения ВМ настолько мала,
что значительное время в них не происходит изменения свойств. Если
хранение длительное или оно осуществляется при более высоких тем-
пературах, то скорости реакций разложения увеличиваются, и при оп-
ределенных условиях это может привести к бурному разложению ВМ и
их самовозгоранию. Различают два вида стойкости:
химической стойкостью называется способность ВМ не претерпе-
вать при нормальных условиях хранения химические превращения,
могущие привести к самовоспламенению или хотя бы к существенно-
му изменению эксплуатационных свойств;
физической стойкостью называется способность ВМ сохранять
свои физические свойства в практических условиях их хранения и при-
менения.
При возбуждении врывчатого превращения в ВМ энергией другого
ВМ имеется ряд особенностей и закономерностей, которые зависят как
от индивидуальных свойств ВМ, так и от условий, при которых проис-
ходит это возбуждение. В зависимости от целого ряда факторов и видов
приложения энергии в ВМ могут протекать различные процессы, кото-
рые характеризуются целым рядом показателей.
Минимальный инициирующий импульс - минимальное количе-
ство стандартного ВВ, при подрыве которого может быть возбуждена
детонация исследуемого ВМ.
Критический диаметр детонации - диаметр, при превышении ко-
торого в ВМ возможно протекание устойчивой, стационарной детона-
ции открытого заряда. Критический диаметр определяется временем
протекания химической реакции в зоне детонационной волны.
Расстояние передачи детонации - максимальное расстояние меж-
ду испытываемым зарядом и стандартным инициатором, при подрыве
16
ю/горого в испытуемом заряде еще возбуждается устойчивая детона-
ция. Расстояние передачи детонации характеризует чувствительность
ВМ к УВ
Критическое давление возбуждения детонации - минимальное
давление УВ, при прохождении которой по заряду ВВ в нем возбужда-
ется устойчивая, стационарная детонация.
Переход горения в детонацию - процесс изменения механизма воз-
буждения химической реакции от теплопроводности при горении к удар-
новолновому механизму за счет образования в горящем веществе УВ с
параметрами, достаточными для возбуждения детонации. Переход го-
рения в детонацию зависит как от индивидуальных особенностей ВМ и
его физического состояния, так и от внешних условий, при которых
происходит этот переход.
Проводимая по указанным показателям оценка характеризует сте-
пень пожаровзрывоопасности перерабатываемого материала и служит
отправной точкой для организации безопасного производства ВМ или
его транспортирования.
1.3. ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ НАЧАЛЬНОГО
ОЧАГА ЗАГОРАНИЯ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ И ОБРАЩЕНИИ С ВМ
1.3.1.Чувствнтельвость к механическим воздействиям
Основной причиной несанкционированных (случайных) загораний
при производстве ВМ и изготовлении из них изделий является превы-
шение допустимого уровня механического воздействия для перераба-
тываемого материала. Действительно, практически любые операции по
переработке ВМ связаны с механическими воздействиями на них. На-
пример. при операциях прессования зарядов, механической обработки
на токарных и фрезерных станках, шнековании, чистке оборудования и
т.д. на ВМ оказываются механические воздействия Знание закономер-
ностей воздействий и допустимых величин этих воздействий на ВМ,
исключающих его загорание (те допустимых тепловых воздействий,
являющихся результатом перехода механической энергии в тепловую),
является одним из главных вопросов организации безопасных методов
переработки ВМ. В настоящее время в науке отсутствует единая точка
(рения на механизм перехода механической энергии в тепловую В то
же время этот вопрос имеет принципиальное значение при организа-
ции безопасных технологических процессов и конструирования обору-
дования. так как исключение возможности возникновения начального
очага загорания автоматически исключает аварию Многие видные уче-
ные XX столетия (НА Холено. Ю.Б. Харитон, В К Бобылев,
17
К.К. Андреев, В.С. Козлов, Ф.А. Баум, Ф. Боуден и другие) пришли к
выводу, что чувствительность к механическим воздействиям не являет-
ся постоянной величиной, присущей данному ВМ, а зависит от конк-
ретных условий приложения нагрузки, физического состояния и дру-
гих факторов. Не останавливаясь подробно на существующих взглядах
на механизм чувствительности, отметим, что в науке наибольшее рас-
пространение получила так называемая теория «горячих точек». Как
показывают многочисленные эксперименты, энергия удара, производи-
мого по ВМ, недостаточна для нагрева его до температуры вспышки в
объеме, находящемся в зоне удара. Разогрев навески (количества) ис-
пытуемого ВМ составляет величину не более 1 °C. Отсюда возникла
гипотеза локальных разогревов, впервые высказанная Ю.Б. Харитоном
и затем экспериментально подтвержденная А.Ф. Беляевым и В.К. Бо-
былевым. Сущность этой гипотезы заключается в том, что при механи-
ческом воздействии в веществе возникают напряжения. Наличие нео-
днородностей в ВМ (гетерогенность, различие в форме и размерах час-
тиц и т.д.) приводит к тому, что в локальных объемах ВМ могут возни-
кать «пики напряжений». В этих местах могут возникать высокие тем-
пературы, т.е. будут образовываться «горячие точки», являющиеся цен-
трами возникновения реакций взрывчатого превращения ВМ. Так, по
данным С.М. Муратова и его сотрудников, температура в зоне удара,
способная вызвать реакцию взрывчатого превращения, имеет величину
550U650 °C. Причинами возникновения «горячих точек», как показано
Ф. Боуденом и А.Ф. Иоффе, являются:
адиабатическое сжатие небольших включений в жидких, пластич-
ных и твердых ВВ;
трение твердых частиц, особенно тугоплавких примесей;
вязкостной нагрев при быстром течении ВМ.
По мнению Н.А. Холево, последняя причина является основной при
возникновении взрывчатого превращения в результате механического воз-
действия. Отметим, что эта причина в силу особенностей механических
свойств и условий переработки является наиболее характерной
Действительно, практически все технологические приемы перера-
ботки ВМ связаны с механическими воздействиями и текучестью:
разогрев и течение термопластичной пороховой массы на вальцах, в
шнек-прессе и раструбном пресс-инструменте;
перемешивание топливной массы и ее слив, подлавливание и дру-
гие операции при формовании изделий;
прессование шашек из порошкообразных ВМ.
В настоящее время существует множество экспериментальных ме-
тодов оценки чувствительности к механическим воздействиям, которые
можно разделить на две группы
18
К первой группе относятся методы относительной оценки, позволя-
ющие построить ряд чувствительности ВМ, т.е. аттестовать данный ВМ
по уровню его чувствительности к механическим воздействиям в стан-
дартных условиях в ряду других ВМ. Необходимо отметить, что ука-
занная группа методов широко распространена и за рубежом, в таких
развитых странах, как США, Великобритания, ФРГ, Япония и др. К этим
методам относятся:
Определение чувствительности к удару ВМ. Производится на
вертикальном копре с помощью так называемого штемпельного при-
борчика. Вещество помещают между двумя стальными роликами, кото-
рые вставляются в стальную втулку (штемпельный приборчик). На вер-
хний ролик сбрасывают груз, движущийся по вертикальным направля-
ющим. При падении груза наблюдатель фиксирует наличие или отсут-
ствие взрыва (хлопка, дыма, пламени). Чувствительность ВМ характе-
ризуется частостью взрывов, выражаемых в процентах, в 25 параллель-
ных опытах при падении на штемпельный приборчик груза массой 10 кг
с высоты 25 см или максимальной высотой падения груза при отсут-
ствии взрывов в 25 % испытаниях (нижний предел) на вертикальном
копре (рис. 1,о).
а
Рис I Схемы приборчиков для копровых испытаний
а - на удар, б - на ударный сдвиг; в - иа неударное трение;
I - ролики. 2 - навеска испытуемого ВМ, 3 - поддон. 4 - муфта; 5 -
вращающийся пуансон
Навеска испытуемого материала -0,1 г. Используют грузы массой
10, 5 или 2 кг Иногда чувствительность определяют по удельной рабо-
те улара (Дж/м2), которую определяют по формуле.
А д = mghlS,
где т - масса груза, кг; х - ускорение свободного падения, м/с2; h -
высота падения, м, 5- площадь навески испытуемого ВМ в приборе, м2.
19
Определение чувствительности к ударному сдвигу производит-
ся на приборе марки K.-44-III, в который помещен приборчик для копро-
вых испытаний (рис. 1,6). Масса навески испытуемого материала 0,02 г.
Оценку результата производят по максимальной величине давления при-
жатия образца ВМ при отсутствии взрывов (нижний предел), при отно-
сительном сдвиге образца от удара маятникового груза массой 2 кг по
ролику с различных углов или по работе трения (Дж) в этих условиях,
вычисляемой по формуле:
• А =Кр L S„
тр тр» пр сд* об’
где р^ - давление прижатия образца, Па; - площадь образца, м2;
LcM _ относительное перемещение ролика по образцу, м; К - коэффи-
циент трения.
Коэффициент трения можно определить любым способом, напри-
мер, по методу Мамаева на приборе марки К-44-1П он определяется по
формуле:
= [a(cos<p - cos0)] /
где р* - давление по манометру, Па; £си - путь сдвига, м; 0 - угол паде-
ния маятника; ф - угол отскока маятника; а = 16 Н-м - постоянная ха-
рактеристика данного прибора.
Определение чувствительности к трению производится на при-
боре марки И-6-2 (рис. I, в), в который помещен приборчик для копро-
вых испытаний. Оценку результатов 2S параллельных испытаний (при
отсутствии следов взрывчатого разложения) производят по максималь-
ному значению давления прижатия образца (нижний предел), при вра-
щении пуансона с угловой скоростью 54,5 рад/с (520 об/мин) в течение
3 с, если не произошло воспламенения (взрыва) образца.
Чувствительность пиротехнических составов при кратковре-
менном трении. Большинство пиротехнических составов обладают
высокой чувствительностью к трению, что накладывает жесткие огра-
ничения при проектировании оборудования. Поэтому в пиротехничес-
кой промышленности для создания условий испытаний, близких к ре-
альным. принято давать оценку чувствительности либо в координатах
«работа трения - мощность трения» (граничная кривая между областя
ми отказов и воспламенений), либо по совокупности максимальных
значений давления, скорости и пути истирания, не приводящих к вос-
пламенению - так называемая характеристика pvS Такие характерис-
тики были применены для большинства пиротехнических составов. По
ним можно оценить, опасно или безопасно оборудование для данного
2о
состава по работе и мощности трения (Д') или оценить допустимые пре-
делы pvS - характеристик перерабатываемых составов в оборудовании
по их максимальным величинам.
Следует отметить, что при сообщении ВМ определенного количе-
ства энергии степень поглощения ее ВМ и характер ее распределения в
нем могут в сильной мере зависеть от свойств ВМ и-условий, в которых
производится воздействие.
Поскольку эти свойства различны, то для разных ВМ одинаковые
условия воздействия не являются равными, чем и объясняется избира-
тельный характер чувствительности ВМ. Изменяя условия воздействия,
можно существенно изменять как абсолютную, так и относительную
чувствительность ВМ, т.е. их расположить в ряду чувствительности к
данному виду начального импульса.
Рис 2 Сравнительный ряд чувствительности различных
ВМ при механических воздействиях в условиях копровых
испытаний
I область инииннрхюн1нх взрывчатых веществ (ИВВ). 2 об-
ласть бризантных взрывчатых веществ (БВВ). 3 - область порохов
н твердых топлив
Ко второй группе относятся разработанные в нашей стране ориги-
нальные модельные методы испытаний ВМ, которые позволяют вос-
произвести реальные механические воздействия, имеющие место в от-
дельных узлах аппаратов, отдельной фазе производства и др практи-
ческих условиях В ряде случаев эти методы дают возможность опреде-
лить основные критические параметры загорания исследуемою ВМ
(давление, скорость, время), знание которых необходимо для конырхи-
рования аппаратуры в целях безопасной переработки ВМ
21
Каждая из этих групп методов испытаний имеет свои преимуще-
ства и недостатки. Несомненным достоинством первой группы мето-
дов является их простота, малая навеска испытуемого вещества
(0,02...0,1 г), а также относительно малая стоимость и оперативность
испытаний. Существенным недостатком данной группы методов явля-
ется относительность оценки чувствительности испытуемых ВМ, т.е.
построение только ряда чувствительности испытуемых ВМ.
Результаты исследований, полученные при помощи методов отно-
сительной оценки чувствительности к механическим воздействиям, не
могут быть непосредственно использованы при проектировании техно-
логической аппаратуры и организации технологического процесса. Эти
задачи решают только с использованием модельных методов испыта-
ний, которые либо воспроизводят работу отдельного узла аппарата, либо
моделируют в количественном измерении процессы, происходящие в
ВМ. Однако эти методы при всей их необходимости могут быть приме-
нены только при наличии действующей или по крайней мере уже спро-
ектированной аппаратуры, а также достаточного количества испытуе-
мого ВМ (десятки и сотни граммов, а иногда и больше).
Таким образом, целесообразность использования обеих групп ме-
тодов оценки чувствительности не вызывает сомнений. Преимущество
каждой из групп на определенном этапе разработки нового ВМ очевид-
но, так как на первоначальном этапе решающую роль при аттестации
ВМ в ряду уже известных играют результаты относительной оценки
чувствительности, при организации же безопасного технологического
процесса необходимо знание критических параметров загорания, кото-
рые можно получить при помощи модельных испытаний.
Анализ работы технологического оборудования, применяемого
при производстве ВМ, позволяет при всей его сложности выделить
несколько типов механического воздействия на перерабатываемый
материал, соответствующих реальным условиям производства, та-
ких, как объемное сжатие, трение при сдвиге, течение через канал
(зазор) и т.п. (табл. 1).
Представленная классификация механических воздействий позво-
ляет путем создания несложных устройств произвести эксперименталь-
ное моделирование и определение критических параметров загорания
применительно к технологической аппаратуре, используемой в произ-
водстве ВМ. Основными параметрами, характеризующими условия за-
горания ВМ, являются: удельное давление в зоне воздействия (р^, Па),
относительная скорость перемещения ВМ (v^, м/с), а также длитель-
ность этого воздействия (/, с)
Описанный способ подхода к моделированию процесса загорания
ВМ позволяет прогнозировать уровень безопасности для вновь разра-
бэтываемых технологических аппаратов. Данный вопрос, естественно,
не нашел еще своего окончательного решения, однако в настоящее вре-
мя уже существуют определенные положения для создания моделей,
при разработке которых необходимо выполнить ряд следующих требо-
ваний:
ВМ, основные материалы, контактирующие с.ним. должны соот-
ветствовать натурным;
должна соблюдаться идентичность механизма инициирования взрыв-
чатого превращения;
условия развития процесса должны соответствовать натурным (пре-
вышение критического диаметра детонации, предельные давления, инер-
ционность и др.).
Таблица 1
Классификация механических воздействий при технологических
операциях в процессе производства ВМ
Тип воздействия	Технологическая операция или оборудование	Определяемые параметры
Объемное сжатие	Подлавливание, полимери- зация, слив, прессование	р, МПа
Трение при сдвиге	Поршни, шнеки, скребки	V, м/с; р, МПа
Трение при бесконеч- ном сдвиге	Уплотнения, механическая обработка	V, м/с; р, МПа
Течение через канал	Шнеки, решетки, вальцы	W, мин р. МПа
Скоростной улар	Центробежное смешивание	V. м/с
При этом одной из наиболее сложных задач, требующей специ-
ального решения для каждого конкретного случая, является выпол-
нение требований геометрического и энергетического подобия. В на-
стоящее время в некоторых случаях принято считать, что геометри-
ческое подобие можно принимать в масштабе 1: (5... 10), а энергети-
ческое 1 125. Однако этот вопрос требует дальнейшего изучения.
Разработанные методы моделирования механических воздействий,
применительно к производству и эксплуатации ВМ, нашли достаточно
широкое применение и хорошо зарекомендовали себя. Некоторые из них
описаны ниже.
Метод трения прн бесконечном сдвиге. (Модель работы сальни-
ковых уплотнений аппаратов.) Сущность метода заключается в опреде-
лении критических параметров загорания (давление, скорость) техно-
логической взрывчатой смеси, находящейся между торцом и боковой
поверхностью вращающегося пуансона и неподвижным поддоном.
23
Используются различные материалы пар трения (сталь, латунь, фторо-
пласт и т.д.) (рис. 3).
Метод оценки чувствительности жидких взрывчатых веществ
(ЖВВ) к вибрационным воздействиям. Сущность метода заклю-
чается в определении частоты, амплитуды колебаний и времени воз-
действия, приводящих к загоранию ЖВВ ( рис. 4).
Рис. 3. Схема установки
для испытаний модели
сальниковых уплотнений:
I - испытуемый образец ВМ;
2 - вращающийся пуансон; 3 -
неподвижный пуансон; 4 - ма-
териал пары трения
Рис 4 Схема установки для оценки
чувствительности ЖВВ к вибрации
I - электромагниты; 2 - подвижный сер-
дечник; 3 - коромысло; 4 - кювета; 3 - на-
веска ЖВВ
Полученные по этому методу количественные данные позволяют
спрогнозировать поведение ЖВВ в реальных условиях.
Исключительно важным представляется создание модельных уста-
новок, позволяющих реализовать натурные механические воздействия
для оценки безопасности крупногабаритных изделий из ВМ. Испыта-
ния натурных изделий требуют не только больших материальных зат-
рат и связаны с высоким риском, но и, как правило, трудно технически
осуществимы. Известно, что механическому воздействию натурное из-
делие подвергается в локальной зоне, где оно претерпевает наиболь-
шие нагрузки. В связи с этим напряженное состояние в изделии также
ограничивается некоторым объемом, составляющим небольшую часть
изделия.
На основании этого были предложены и экспериментально апроби-
рованы несколько вариантов модельных установок, имитирующих ме-
ханические воздействия в реальных условиях
Установка МКИ-1. определяющая чувствительность к трению при
проскальзывании изделий из ВМ (при падении с высоты) по различ-
ным материалам (бетон, металл, брезент и т.п.). Сущность метола зак-
лючается в определении критических параметров нагружения (р, v),
24
приводящих к загоранию изделия. Конструктивно эта установка пред-
ставляет собой металлическую рельсовую конструкцию, имеющую оп-
ределенный угол наклона, по которой скатывается специальная тележ-
ка (рис. 5).
Рис. 5 Схема установки МКИ-1 по определению
чувствительности ВМ к механическим
воздействиям
I - материал пары треки», 2 - тележка со сменным гру-
зом; 3 - инертный блок с испытуемым ВМ; 4 - рабочий
стол с демпфером и пружиной
Тележка является моделью изделия, состоящей из следующих эле-
ментов: сменных грузов, образца испытуемого материала массой от
нескольких граммов до десятков килограммов, инертного блока с ана-
логичными испытываемому ВМ физико-механическими характерис-
тиками. На тележку устанавливаются сменные калиброванные гру-
зы, моделирующие весовые характеристики и обеспечивающие при-
жатие образца испытуемого материала в момент соприкосновения с
Рис б .Характер изменения сизы трения (I) и давления
прижатия в начале (3) и в конце (2) поверхности скольже-
ния при проскальзывании образца ВМ по неподвижной
поверхности
материалом пары трения при проскальзывании тележки На горизон-
тальном участке рельсового пути на заданном расстоянии устанав-
ливается преграда В теле преграды устанавливаются датчики дав-
ления, например, тензонометрические, которые регистрируют силу
трения и давление прижатия при проскальзывании образца по не-
подвижной поверхности (рис 6)
25
Аналогичный способ уменьшения массы испытуемого образца за
счет размещения его в инертном блоке с теми же физико-механически-
ми характеристиками использован в методе, имитирующем сброс изде-
лия с заданной высоты на жесткое основание (вес изделия в этом слу-
чае моделируется дополнительным грузом).
При этом могут быть измерены напряжения, возникающие в испы-
туемом образце, его скорость в момент удара и т.п. В конечном счете
может быть произведена оценка критических параметров загорания
испытуемого ВМ.
На практике при оценке безопасности проведения горновзрывных
работ можно использовать также модельное устройство оценки чувстви-
тельности к соударению скважинных зарядов при их падении с различ-
ных высот (рис. 7).
Рис 7 Схема испытаний по соударению изделий из
ВМмоделирующих снаряжение скважин
I - защитная труба. 2 - электродетонатор, 3 - шпагат под-
вески. 4 - крепление шпагата на изделии; 5 - изделие, 6 -
направляющая. 7 - клиновое крепление направляющей
Представляет также практический интерес модельное устройство
оценки безопасности ВМ при его волочении, которое в определенной
степени воспроизводит условия эскавации при отказе ВМ в скважине
(рис. 8)
Из приведенных примеров моделей видно, что каждый метод ре-
шает только одну частную задачу. Однако знание критических пара-
метров загорания ВМ в конкретных условиях позволяет технически
2о
грамотно разрабатывать технологические режимы при производстве
и мероприятия по безопасной эксплуатации ВМ, а также располагать
обоснованными данными для конструирования технологической ап-
паратуры.
Рис. 8. Схема испытаний по волочению изделий:
I - направляющие блоки; 2 - вышка, 3 - приводной груз; 4 - приводной канал;
5 - листы покрытия желоба; 6 - желоб; 7 - изделие
Таблица 2
Критические параметры загорания ВМ при типичных условиях
Тип воздействия на ВМ	Время, с	Критические параметры	
		р , МПа	V. м/с
Длительное трение при ста- новившемся теплоотводе	'3000	10 25	0.2 0.3
Трение с истиранием испыту- емого материала	5 30	15 30	>1.0
Проскальзывание при падении или сдвиге	1 10 1	20 40	5 4
Кратковременные импульсные воздействия	5 10 ’	500 1000	5
27
Анализируя многочисленные данные, полученные при различных
исследованиях, позволивших решить отдельные задачи, можно в каче-
стве примера привести ряд количественных оценок критических пара-
метров загораний при механических воздействиях на ВМ (табл. 2).
Приведенные в табл. 2 данные с учетом коэффициента безопаснос-
ти (1,5...2) в зависимости от условий переработки материала могут быть
использованы при конструировании технологического оборудования и
оснастки для переработки ВМ. Следует также отметить, что критичес-
кие параметры, как это видно из табл. 2, находятся в значительной зави-
симости от времени механических воздействий на ВМ.
1.3.2. Чувствительность к тепловым воздействиям
Температура вспышки является одним из основных показателей, по
которым определяется пожароопасность ВМ.
Моменту вспышки предшествует период самоускорения реакции, ко-
торый называется периодом индукции или периодом задержки. Чем выше
температура, до которой нагревается ВВ, тем меньше период задержки.
Определение температуры начала интенсивного разложения произ-
водят нагреванием образца ВМ (скорость нагрева 5 градусов в минуту)
от нормальной температуры до той минимальной температуры, при ко-
торой в образце начинается химическое превращение со скоростью,
достаточной для получения звукового эффекта и пламени.
Температура вспышки зависит не только от вида ВМ, но и от теплопро-
водности материала емкости, в которой ВМ находится, величины его на-
вески, скорости нагревания и других факторов, определяющих условия
теплоотдачи и возможность самоускорения реакции. Поэтому определять
температуру вспышки ВВ следует в одинаковых стандартных условиях.
Температура вспышки ВМ, °C:
Пироксилиновые пороха	...... 190.	200
Нитроклетчатка ..	195	205
Нитроглицерин	2J0
Баллнститные пороха ..... 180.	220
Гексоген ... ....................................... 230
Тротил............ ..	290
СРТТ	200	300
Азид свинца.	315
Стандартным способом определения температуры вспышки ВМ
является нагревание образца от температуры, близкой к предполагае-
мой температуре вспышки. За температуру вспышки принимают ту наи-
28
меньшую температуру, при которой вспышка происходит не позже, чем
через 1 мин после помещения навески ВМ в нагретый прибор.
1.33. Статическое электричество как причина возникновения
начального очага загорания
Под статическим электричеством (СЭ) принятопонимдть электри-
ческие заряды, находящиеся в состоянии относительного покоя, рас-
пределенные на поверхности или в объеме диэлектрика, или на поверх-
ности изолированного проводника. Перемещение зарядов СЭ в про-
странстве обычно происходит вместе с наэлектризованными телами.
По физико-химическому строению все вещества электрически ней-
тральны, т.е. обладают равным количеством положительных и отрица-
тельных зарядов. Тело является наэлектризованным, если содержит из-
быток зарядов того или иного знака. Процесс электризации заключает-
ся в том, что одно тело приобретает или отдает другому электрические
заряды преимущественно одного знака. Обмен зарядами между взаи-
модействующими телами происходит на границе их соприкосновения
(или вблизи ее) за счет физико-химических процессов. Два электричес-
ки нейтральных тела, приведенные в соприкосновение, после разрыва
контакта между ними могут оказаться наэлектризованными зарядами
противоположного знака. Мерой электризации является количество элек-
трических зарядов, перешедших с одного тела на другое в ходе их взаи-
модействия.
Наиболее ярко способность к электризации проявляется на диэлек-
трических материалах. Идеальных диэлектриков, совершенно не про-
водящих электрический ток, в природе не существует, поэтому прово-
димость любого диэлектрика не равна нулю. Следовательно, даже са-
мый лучший диэлектрик способен рассеивать заряды, сообщенные ему
в результате электризации, однако процесс этот происходит значитель-
но медленнее, чем у проводников
Электрические свойства диэлектрика характеризуются объемным
сопротивлением р (Ом м) нли удельной объемной электропроводно-
сгью yv = |/pv, те способностью единицы объема материала прово-
дин, электрический гок. Кроме объемной электропроводности, боль-
шое значение для электризации имеет поверхностная электропровод-
ность материала у> = 1/р>. Поверхностная электропроводность мо-
*ег быть существенно выше объемной за счет наличия на поверхно-
<ih диэлектрика всякого рода загрязнений, пленки влаги с раство-
ренными в ней различными веществами и т.н . что способствует уве-
личению токов утечки На величину поверхностной электропровод-
ности иногда большое влияние оказывает температура и влажность
окружающего воздуха Поверхностная электропроводность часто
29
играет определяющую роль как в самом процессе электризации, так
и в ходе рассеивания зарядов СЭ.
Заряды СЭ возникают при образовании и последующем разрыве кон-
такта двух физических тел. Контакт двух твердых тел сопровождается воз-
никновением на границе их соприкосновения двойного электрического слоя,
что связано с обменом электронами между телами. Переход зарядов с од-
ного тела на другое возможен вследствие разности энергетического состо-
яния взаимодействующих поверхностей, например, работы выхода элект-
ронов. Находящиеся в контакте тела с образовавшимся на границе их раз-
дела двойным электри*теским слоем остаются электрически нейтральны-
ми, однако каждое из них приобретает некоторый электрический заряд,
плотность которого равна плотности заряда возникшего двойного электри-
ческого слоя, а знаки - противоположны. После механического разделения
каждое тело приобретает равные по величине электрические заряды про-
тивоположного знака. Мерой электризации является количество электри-
ческого заряда, перешедшего с одного тела на другое в процессе их взаи-
модействия. Плотность каждого из зарядов СЭ при этом будет меньше плот-
ности зарядов разрушенного двойного слоя. Происходит это вследствие
того, что в момент разделения двух поверхностей в результате деформации
электрического поля двойного слоя происходит значительное возрастание
напряженности поля в месте отрыва. Под действием этого поля заряды стре-
мятся соединиться, нейтрализуя друг друга, но этот процесс ограничивает-
ся электропроводностью материалов. У проводящих материалов заряды под
действием силы поля движутся свободно и при разделении поверхностей
практически полностью нейтрализуются. У диэлектриков, обладающих
низкой электропроводностью, большая часть зарядов двойного слоя оста-
ется на разделяемых поверхностях. Если заряд значителен по величине, то
электрическое поле в образующемся между разделяемыми телами воздуш-
ном промежутке, возрастая, может достигнуть значений, при которых на-
чинается развитие газового разряда. В этом случае за счет ионизации воз-
духа электрическим полем в воздушном промежутке появляются дополни-
тельные положительные и отрицательные носители зарядов, которые под
действием сил поля оседают на разделяемых поверхностях, частично их
нейтрализуя, что проявляется в виде голубоватого свечения, искрения и
потрескивания. Чем выше скорость разделения взаимодействующих по-
верхностей и меньше их электропроводность, тем меньшая часть зарядов
нейтрализуется. При быстром разделении непроводящих тел максималь-
ная величина заряда СЭ ограничивается электрической прочностью возду-
ха. Плоская поверхность, таким образом, может нести заряд 26,5 мкКл/м-
Практически за счет малого числа контактных точек, утечки зарядов из-за
проводимости и газового разряда наибольшая плотность заряда СЭ обыч-
но составляет порядка 10 мкКл/.м2.
30
Электризация твердых тел становится заметной, если удельное элек-
трическое сопротивление материала превышает 1*10* Омм. Так как боль-
шинство ВМ по своей природе относятся либо к полупроводникам, либо
к диэлектрикам (табл. 3), т.е. веществам, способным к статической элек-
тризации, то вопросы условий их воспламенения в результате разряда
статического электричества являются принципиально важными с точ-
ки зрения обеспечения безопасности их переработки и использования.
Таблица 3
Примерные значения удельных электрических еопретияленп* различных ВМ
Наименование класса ВМ	Физическое состояние	Удельное сопротивление	
		Объемное, Омм	Поверхност- ное, Ом
БП	Монолит	2.1 10’...5,0 10*	МО*... 6 10”
СРТТ	Монолит	310*...»0”	1 10*.. >10”
Окислители типа перхло- рата аммония (ПХА)	Насыпной кристалличе- ский порошок	1 10*...1 10‘*	-
Кристаллические мощные ВВ (типа гексогена)	Насыпной порошок	>1 10”	-
В современном производстве ВМ существует ряд технологических
операций, при которых наблюдается электризация перерабатываемых
веществ. В первую очередь это операции, связанные с обработкой и
транспортированием дисперсных материалов: просеивание, сушка в
кипящем слое, пневмо-вакуум-транспортирование и т.п. Поскольку боль-
шинство сыпучих материалов, применяемых в производстве ВМ, обла-
дают низкой электропроводностью, то они способны электризоваться,
что в ряде случаев может нарушить ход технологических операций, на-
пример, в результате налипания материала на стенки оборудования, а
при определенных условиях создает угрозу возникновения пожара и
взрыва за счет разрядов СЭ.
Для того чтобы оценить степень опасности электрических разря-
дов, которые могут возникнуть в той или иной горючей среде, необхо-
димо знать, какова же энергия электрического разряда, который может
воспламенить эту среду? Тот факт, что такой высокотемпературный ис-
точник воспламенения, как электрическая искра, температура которой
превышает 10000 К, не всегда вызывает устойчивое распространение
фронта пламени после окончания разряда, объясняется тем, что для вос-
пламенения необходимо создать условия, аналогичные горению во фрон-
те пламени. Другими словами, необходимо прогреть до температуры
31
горения объем, характерный размер которого в несколько раз больше
характерной ширины зоны ламинарного пламени В этом случае близ-
лежащие слои горючей среды успевают воспламениться прежде, чем
нагретый искрой объем остынет.
К сожалению, теории, позволяющей достаточно точно количественно
рассчитать минимальную энергию зажигания (МЭЗ) для конкретной сре-
ды, в настоящее время не существует, поэтому определение МЭЗ про-
изводится экспериментально.
Все экспериментальные установки, как правило(состоят из двух ча-
стей:
1) устройство для создания электрического разряда с возникнове-
нием искры заданной энергией. При этом энергия разряда рассчитыва-
ется по известной формуле
»F=Ct/2/2,
где И'- энергия разряда, Дж; С - электрическая емкость, Ф; U- элект-
рический потенциал, В;
2) устройство для создания разряда в требуемой зоне испытуемой
горючей смеси.
Экспериментальная установка для испытания газов и паровоздуш-
ных сред - это, как правило, вакуумируемая взрывная камера с соот-
ветствующими органами управления и контроля, которая наполня-
ется из отдельных баллонов испытуемой смесью. Для пылевоздуш-
ных сред (ПВС) в большинстве случаев используется установка, в
которой ВМ распыляется с помощью вибросита. Известны также
методы, предусматривающие распыление исследуемого продукта в
замкнутом объеме, например, установки ЧЭР-М, однако они полу-
чили меньшее распространение. Действующий в отрасли метод оп-
ределения МЭЗ электрического разряда, воспламеняющего ПВС, пре-
дусматривает применение установок, в которых ПВС создается спе-
циальным распылительным устройством путем просеивания веще-
ства (рис. 9).
Для определения МЭЗ твердых, пастообразных и жидких веществ
используются установки, в которых электрический разряд происходит
непосредственно над поверхностью испытуемого образца (рис. 10).
Фактические значения МЭЗ для различных ВМ, а также для других
материалов, используемых в производстве, представлены в табл. 4. Сле-
дует отметить, что некоторые твердые ВМ, имеющие высокую скорость
горения, обладают низкими значениями МЭЗ (< 10 мДж)
Возможны три источника СЭ:
1)	разряды с заряженных диэлектрических материалов - могут пред-
ставлять опасность для сред с МЭЗ менее 4.. 5 мДж;
32
2)	разряд с тела человека, - средн других видов разрядов СЭ чаще
всего является причиной пожаров и взрывов, опасен для сред с МЭЗ
менее 50 мДж;
3)	разряд с незаземленных электропроводных элементов оборудо-
вания - в принципе представляет опасность для сред с любой МЭЗ.

Рис. 9. Схема действия
установки для испыта-
ния ПВС на чувстви-
тельность к искровому
разряду:
I - бункер с распылитель-
ной сеткой; 2 - пылевоз-
душная смесь испытуемо-
го вещества, 3 - разрядные
электроды
Рис. 10 Схема действия уста-
новки для испытания твердых,
пастообразных и жидких
веществ на чувствительность
к искровому разряду
1 - разрядные электроды; 2 - испы-
туемый образец; 3 - диэлектрическая
подставка для образца
Таблица 4
Примеры МЭЗ горючих сред, встречающихся в производстве ВМ
Наименование материалов	Физическое состояние	Значение МЭЗ. Дж
Легковоспламеняющиеся жид- кости (ЛВЖ) (ацетон, бензин, спирт)	Пары	(0.1 .0.4) 10 ’
Алюминий	Пылевоздушная смесь	(1.4 .8) 10 ’
Гексоген	Пылевоздушная смесь	1 10 2
Пороховая пыль	Пылевозд\шная смесь	1 10 2 60 10 =
СРТТ (небыстрогорящне)	Монолит	> 50
Ы1	Монолит	> 150
И
Разряд СЭ может стать источником воспламенения при соблюдении
следующих четырех условий:	i
I)	существование источника электрических зарядов;
2)	накопление зарядов на контактирующих поверхностях; заряды
создают электрическое поле с напряженностью, достаточной для воз-
никновения электрического разряда;
3)	энергия разрядов должна быть достаточной для воспламенения
горючей смеси;
4)	горючая смесь должна иметь концентрацию, при которой возмож-
но ее воспламенейие.
Отсутствие хотя бы одного из указанных условий делает невозмож-
ным возникновение взрыва или пожара из-за разряда СЭ. На этом прин-
ципе и основаны общие методы защиты.
Основными способами обеспечения электростатической безопасно-
сти являются:
заземление проводящих элементов оборудования;
увеличение объемной и поверхностной проводимости диэлектриков;
использование нейтрализаторов;
подбор контактных пар;
снижение скорости и корректировка технологического процесса (ис-
ключение разбрызгивания, барботирования, перемешивания жидкости
н сыпучего материала и т.п.);
проведение технологических процессов в средах, в которых разряд
статического электричества не представляет опасности.
1.4.	ДЕТОНАЦИЯ	|
1.4.1.	Восприимчивость к детонации
Восприимчивость к детонации - это чувствительность ВМ к иници-
ированию взрывным, детонационным импульсом. Принципиальная спо-
собность ВМ к детонации не может являться показателем уровня его
взрывобезопасности при производстве. Уровень взрывобезопасности ВМ
в конкретном физическом состоянии можно оценить по его восприим-i
чивости к детонации, которую оценивают двумя факторами:
экстенсивностью, т.е. способностью к протеканию детонации в кон-1
кретном заряде ВМ;
интенсивностью, т.е. способностью возникновения детонации в ВМ,
находящемся в конкретном физическом состоянии.	j
Простейшим обобщенным показателем восприимчивости к детона-1
ции является минимальный инициирующий импульс (энергия или мае- i
са ВВ в инициаторе), при котором происходит инициирование конкрет-
34
ного ВМ. На практике применяется проба на чувствительность к стан-
дартному капсюлю-детонатору, благодаря чему все ВМ делятся на при-
годные и непригодные к использованию с этим капсюлем. Так, аммо-
ниты, порошкообразный или прессованный тротил детонируют от кап-
сюля-детонатора № 8 (1 г тетрила), а слежавшиеся аммониты и литой
тратил не детонируют. Для инициирования литого тротила требуется
промежуточный детонатор в виде прессованной шашки или порошка
массой 20...30 г.
При одинаковой структуре минимальный инициирующий импульс
меньше у ВМ, имеющих более высокую детонационную способность,
т. е. меньший критический диаметр. Так, для возбуждения детонации в
инициирующих ВВ достаточно взрыва нескольких микрограмм (крити-
ческий диаметр, например азида свинца, составляет 0,01...0,02 мм). В
горном деле для инициирования грубодисперсных смесевых ВВ (кри-
тический диаметр - несколько десятков и даже сотен миллиметров) ис-
пользуют шашку-детонатор из тротила массой 400 г или две таких шаш-
ки, или даже подсыпку из нескольких килограммов аммонита.
В то же время, кроме массы инициатора, определяющей общую энер-
гию (экстенсивность) инициирующей УВ, важны плотность инициато-
ра и скорость его детонации, определяющие величину скачка давления
в УВ, т.е. интенсивность инициирующего импульса. Так, эластиты и
некоторые баллиститные пороха (БП) с малым критическим диамет-
ром (1 ...2 мм) детонируют от капсюля-детонатора № 8, но не детониру-
ют от взрыва зарядов насыпной плотности массой в несколько кило-
граммов. Поэтому для полной характеристики восприимчивости к де-
тонации необходимо оценить обе ее стороны.
Минимальную экстенсивность инициирующего взрывного импуль-
са оценивают по критическому диаметру детонации данного ВМ. Оп-
ределение критического диаметра производится путем подрыва цилин-
дрических зарядов испытуемого ВВ: порошкообразного или жидкого в
оболочке из бумаги, ацетатной пленки или стекла, прессованного в виде
колонки шашек, также завернутых в бумагу. Образцы из БП вытачива-
ют на токарном станке, оболочки для них не требуется. Изготовленные
образцы имеют различные диаметры, а длину - по 10 диаметров. Их
укладывают последовательно торцами впритык один к другому, в по-
рядке уменьшения диаметра, на пластину-свидетель из мягкого метал-
ла (свинец, латунь, алюминий). Если ожидаемое значение критическо-
го диаметра БП меньше 20 мм, из него вытачивают ступенчатый заряд
(рис. 11, а). Самый толстый образец подрывают заведомо достаточным
инициатором, для последующих образцов инициаторами служат пре-
дыдущие. Для БП в качестве инициатора используют шашку того же
Диаметра, что и заряд, длиной 1,5 диаметра, выточенную из БП, спо-
35
собного детонировать от капсюля. На пластине-свидетеле после взрыва
остается отпечаток - углубление с резкими краями длиной во весь за-
ряд, если детонация прошла до конца, и длиной короче заряда - если
она затухла. Устанавливают минимальное значение диаметра заряда, при
котором детонация еще происходит (d^ и максимальное из тех значе-
ний, при которых она затухает (d' ), подтверждая эти результаты пя-
тью повторными опытами. Разность диаметров соседних испытуемых
образцов обычно принимают равной 10 % от большего диаметра.
/
Рис. II. Схемы испытаний для определения значений критических параметр
ров возбуждения детонации:
а - критического диаметра детонации: / - испытуемый заряд. 2 - дополнительный
детонатор; 3 - электродетонатор; 4 - пластина-свидетель.
б - расстояния передачи детонации / - электролетонатор; 2 - активный заряд; 3 -
бумажная трубка. 4 - пассивный (испытуемый) заряд; 5 - стальная плита;
в - критического давления возбуждения детонации: / - испытуемый заряд. 2 - плекси-
гласовая преграда, 3 - активный заряд. 4 - электролетонатор, 5 - стальная плита
Минимальную интенсивность инициирующего взрывного импульса
оценивают по расстоянию передачи детонации от стандартного заряда
или по давлению в инициирующей УВ.
Расстояние передачи детонации через воздушный промежуток оп-
ределяют следующим образом Два заряда диаметром 40 мм и длиной
100 мм соединяют соосно бумажной трубкой, фиксируя заданное рас-
стояние между ними, и устанавливают их вертикально иа стальную пли-
ту (рис. 11,6). Верхний (активный) заряд изготовлен из стандартного
ВВ. нижний (пассивный) заряд - из испытуемого ВМ. Устанавливают
расстояние передачи детонации от активного заряда, инициируемого
36
электродетонатором, к пассивному заряду во всех пяти опытах (/. ), а
также при отказе передачи детонации в пяти опытах (/^) с шагом 2Й %.
При передаче детонации на поверхности стальной плиты образуется
углубление (отпечаток) с резко очерченными краями.
В случае большого критического диаметра испытуемого ВВ пассив-
ный заряд помещают (без зазора) в стальную трубу.
Критическое давление возбуждения детонации определяют двумя
способами (рис. II, в):
воздействием на испытуемый заряд (диаметром 40 мм и длиной
100 мм) У В с плоским фронтом (через набор плексигласовых или ме-
таллических пластин) от активного заряда со стандартными парамет-
рами детонации;
воздействием на испытуемый заряд через преграду с постоянной
толщиной (металл, плексиглас) детонации заряда из взрывчатой смеси
(гексоген - поваренная соль), изменяя давление детонации соотноше-
нием компонентов смеси.
С целью моделирования реальных зарядов ВМ вся сборка помещает-
ся в стальную трубу внутренним диаметром 40 мм, длиной 200 ..250 мм
и толщиной стенок 10 мм. Определяют критическое давление срабаты-
вания (р+)ф) и отказа (p_v) с шагом 20 %. Отмечают срабатывание по
отпечатку на стальной плите или по степени дробления оболочки.
При определении критического диаметра, расстояния передачи де-
тонации или критического давления возбуждения детонации для полу-
чения дополнительной информации иногда используют также метод
фоторегистрации при помощи высокоскоростных регистраторов типа
СФР, ЖФР или им подобным.
Необходимые для инициирования параметры экстенсивности и ин-
тенсивности УВ не являются независимыми. Меньший по размеру ини-
циатор должен обеспечивать большее давление, чтобы возбудить дето-
нацию.
Рыхлые структуры БП и СРТТ имеют высокую взрываемость по
параметру интенсивности УВ, необходимые же размеры очага иниции-
рования в значительной мере зависят от размеров зерен
Сплошные заряды из СРТТ имеют большие критические диаметры,
зависящие от состава. Составы с кристаллическими ВВ, а тем более на
активном связующем, обладают более высокой детонационной способ-
ностью Составы же на инертном связующем (и без БВВ) могут иметь
значение критического диаметра до сотен миллиметров По интенсив-
ности они более восприимчивы к детонации, чем баллиститные поро-
ха, но значительно менее, чем БВВ
При детонации ВМ теоретически возможны три основных механиз-
ма химической реакции, ударный, баллистический и смесевой
37
Ударным называют такой механизм, при котором ВМ в результате
сжатия и разогрева разлагается в зоне реакции детонационной волны
одновременно во всех ее точках. Такой механизм характерен для высо-
когомогенных ВМ (жидкости, газы).
Баллистическим называют такой механизм взрывчатого превраще-
ния, когда в зоне реакции детонационной волны происходит горение с
поверхности отдельных частиц. Такой механизм характерен для мало-
плотных или пористых ВМ.
Смесевым называют механизм реакций взаимодействия нескольких
веществ, не находящихся в молекулярном контакте. Такой механизм
характерен для гетерогенных систем. Процесс при этом имеет ряд ста-
дий - разложение окислителя и горючего с дальнейшим взаимодействи-
ем продуктов их газификации.
1.4.2.	Детонация баллнстнтного пороха
Проведенные И.Я. Петровским и Л.В. Волковым широкие исследо-
вания по восприимчивости БП к детонации доказали, что она происхо-
дит по так называемому центровому механизму, являющемуся разно-]
видностью ударного механизма: под действием УВ химические реак-
ции возникают в локальных очагах - многочисленных центрах реакции,
которыми являются прежде всего высокоплотные минеральные добав-
ки или кристаллы БВВ. Время протекания химической детонационной]
реакции можно приближенно определить по формуле
т = d/и,,
где d- 1/2 среднего расстояния между центрами реакции в порохе; ит-
средняя скорость горения пластифицированной части пороха.
Критический диаметр прямо пропорционален времени реакции.
Поэтому он резко уменьшается при введении в состав пороха добавок,
являющихся многочисленными центрами реакции:
гДр - г ~d-N~'e,
где N- количество активных центров реакции в единице объема поро-
ха. Следовательно, чем больше в порох введено тяжелых добавок, тем
меньше продолжительность реакции в детонационной волне, тем боль-
ше восприимчивость пороха к детонации по фактору экстенсивности
(рис. 12).
Каким же образом тяжелые добавки становятся центрами реак-
ции?
38
Известно, что после прохождения фронта УВ вещество получает
поступательную скорость в направлении УВ:
И|“ 4 ’
где D - скорость детонации.
Из условия равенства импульсов давления на пластифицированную
часть и тяжелые добавки следует
“l Pl = «2P2’
где и, - скорость перемещения пластифицированной части пороха за фрон-
том волны, р( - плотность пластифицированной части пороха, иг - ско-
рость перемещения частиц добавок за фронтом волны; р2 - плотность
частиц добавки. Так как р2 > рг то иг < , т. е. частица добавки получает
во фронте волны скорость относительно массы пороха, равную
“|-и2 = ы1<,_Р1/Р2>-
Энергия тяжелой частицы в
этом относительном движении зат-
рачивается на разогрев и поджига-
ние прилегающего к ней слоя поро-
ха, вязко обтекающего ее.
Ясно, что частицы с плотнос-
тью. равной плотности пластифици-
рованной части, не должны стано-
виться центрами детонационной
реакции. В действительности до-
бавки перестают быть центрами
реакции при несколько большей
плотности (= 2,8 г/см1). Это значе-
ние зависит от формы и размеров
частиц. Частицы добавок, имеющие
высока ю твердость (трудносжима-
емые). могут быть центрами реак-
ции и при р < 2,8 г/см1, так как при
прохождении УВ пластифициро-
ванная часть пороха, уплотняясь,
обтекает твердую частицу.
Рис 12 Зависимость критическо-
го диаметра бапиститного поро-
ха от количества высокомощных
минеральных добавок

Анализ результатов опытов показывает, что и в отсутствие твер-
дых добавок детонационная реакция происходит также по центрово-
му механизму. Однако естественные центры реакции, возникающие на
неоднородностях внутри пороха, трудновозбудимы и малочисленны. При
повышении температуры происходит увеличение количества естествен-
ных центров детонационной реакции в пластифицированной части по-
роха. Однако для современных БП, содержащих в своем составе
значительное количество добавок в ваде минеральных веществ и кристал-
лических БВВ, это увеличение количества центров реакции незначи-
тельно. Даже для пороха, содержащего всего 1,5„2 % минеральных до-
бавок, критический диаметр при повышении начальной температуры
от 20 до 80 °C снижается всего на 12 %.
Таким образом, чтобы снизить влияние добавок, вводимых в состав
пороха для улучшения его баллистических характеристик, на воспри-
имчивость пороха к детонации необходимо выбирать их из числа лег-
ких, обладающих малой твердостью.
1.43. Детонация в заряде ВМ нарастающей плотности
Отличительная особенность технологического процесса изго-
товления зарядов из БП состоит в том, что при формовании заря-
да в шнек-пресс поступает полуфабрикат (таблетка) с низкой гра-
виметрической плотностью (р = 0,7...0,9 г/см3), и в витках шнека
его плотность постепенно увеличивается до плотности готового
пороха (р = 1,6...1,7 г/см3).
Остановимся более подробно на особенностях детонации полуфаб-
рикатов или так называемых рыхлых структур БП. Они в основном де-
тонируют по баллистическому механизму (когда зерна сгорают с по-
верхности) с низкой (1000...4500 м/с) скоростью детонации. Однако
полуфабрикаты некоторых БП способны детонировать с аномально
высокой скоростью (7000...7500 м/с).
Рыхлые структуры БП подразделяются на два класса. Рыхлые струк-
туры первого класса отличаются тем, что размер отдельного зерна в за-
ряде меньше критического диаметра детонации готового пороха в виде
шашки высокой плотности. Поэтому отдельные зерна не способны де-
тонировать, а могут только сгорать в общем фронте детонационной вол-
ны (т.е. детонировать только с очень низкой скоростью). Рыхлые струк-
туры второго класса состоят из зерен, размер которых больше крити-
ческого диаметра готового пороха в виде шашки высокой плотности.
Такие зерна могут не только сгорать, ио и детонировать (по центровому
механизму) каждое в отдельности в общем фронте детонационной вол-
ны Поэтому рыхлые структуры второго класса уже при насыпной плот-
40
мости способны детонировать как в режиме низкой скорости (баллис-
тический механизм), так и высокой (центровой механизм), в зависимо-
сти от условий инициирования. Низкие скорости детонации возникают
в случае, если заряды этого класса инициировать УВ малой интенсив-
ности (как при ПГД), а высокие - если инициировать интенсивным им-
пульсом (плотным детонатором). Если в заряде рыхлой структуры вто-
рого класса скорость детонации (режим низкой скорости) достигнет
значения 3000 м/с, то она скачкообразно возрастет и процесс детонации
далее будет идти в режиме высокой скорости, т.е. произойдет смена
баллистического механизма детонации на центровой.
Несложные расчеты с использованием зависимости:
p = pZ>2/4,
где р - давление детонации; р - плотность заряда ВМ; D - скорость
детонации показывают, что смена механизма детонации происходит,
когда давление во фронте детонационной волны рыхлой структуры 2-го
класса достигает 1 ...4 ГПа в зависимости от состава пороха.
При продвижении порохового полуфабриката по сужающемуся ка-
налу винта шнек-пресса происходит его уплотнение с одновременным
деформированием зерен. По достижении плотности 1,2... 1,3 г/см3 рых-
лая структура первого класса, так же, как и второго, может детониро-
вать по центровому механизму. Однако при указанной плотности сжи-
маемость и пористость структуры снижаются настолько, что по балли-
стическому механизму детонация распространяться уже не может (при
реальных значениях площади поперечного сечения канала винта и мас-
сы стенок). Для дальнейшего прохождения в спрессованный порох де-
тонация должна перейти на другой механизм, что возможно лишь в слу-
чае достижения ею на этом участке достаточно высокой скорости, обес-
печивающей указанное выше давление во фронте.
Скорость детонации в рыхлом полуфабрикате баллиститного поро-
ха зависит от его состава, структуры (плотность, степень желатиниза-
ции, размер зерна и т. д ), прочности и массы оболочки шнек-пресса, а
также диаметра заряда и крутизны нарастания плотности по длине за-
ряда. При определенном сочетании указанных факторов происходит
весьма необычное явление - разрыв детонационной цепи в заряде нара-
стающей плотности, при возбуждении в нем детонации с низкой скоро-
стью
Проведенные Л.В.Волковым оригинальные исследования по воз-
буждению детонации в зарядах нарастающей плотности в стальных
оболочках экспериментально подтвердили наличие этого явления
(рис 13).
41
Было установлено, что разрыв процесса детонации происходит в
заряде из зерен баллиститного пороха (с монотонно возрастающей плот-
ностью) на участке с плотностью 1,2... 1,3 г/см1, при крутизне ее нарас-
тания не менее 1,5 г/(см3  м) в зависимости от структуры полуфабрика-
та, состава пороха, диаметра заряда, а также прочности и массы обо-
лочки. Разрыв процесса детонации происходит в случае, если давление
Рис. 13. Схема опыта и фотозапись процесса разрыва детонации в
заряде нарастающей плотности:
I - электролетонатор, 2 - промежуточный детонатор высокой плотности; 3 -
стальная оболочка; 4 - заряд нарастающей плотности; 5 - промежуточный
детонатор низкой плотности
во фронте УВ не успеет достигнуть критического значения, необходи-
мого для возбуждения детонации по центровому механизму в последу-
ющих, более плотных слоях заряда пороха. Определяющее значение в
явлении разрыва детонационной цепи в заряде нарастающей плотнос-
ти имеет крутизна нарастания плотности (или обратная величина- длина
рабочего участка изменения плотностей) (рис. 14).
Увеличение скорости н соответственно давления во фронте детона-
ционной волны при детонации заряда нарастающей плотности проис-
ходит с отставанием от значений, соответствующих текущим значени-
ям плотности. Это отставание тем больше, чем крупнее и плотнее зерна
полуфабриката, и чем круче нарастает плотность заряда.
42
Факторы, влияющие на возможность разрыва детонационной цепи
в зарядах нарастающей плотности, учитываются при конструировании
шнек-прессов, используемых для формования зарядов из БП.
Рис. 14. Изменение скорости детонации при прохож-
дении ее по заряду полуфабриката РБП нарастающей
плотности:
I - детонация затухает в заряде с крутым нарастанием
плотности [S- 1.6 г/(см’-м)]; 2 - детонация происходит
при малой крутизне [S = 0.8 г/(см’ м)]
При этом крутизна нарастания плотности пороха в шнек-прессах
различных конструкций в зависимости от размеров поперечного сече-
ния канала винта, прочности и массы стенок и состава перерабатывае-
мого пороха составляет 1.5...3 г/(см’  м). В реальных условиях для каж-
дого состава пороха и конструкции шнек-пресса подбирается (путем
испытаний в специальных моделях) пороховой полуфабрикат с такими
параметрами (плотность и размер зерен), при которых исключалась бы
возможность выхода детонации из рыхлого пороха в плотный, т. е. из
шнек-пресса в пресс-инструмент и шашку пороха.
1.4.4. Особенности детонации СРТТ
Так как СРТТ являются смесями горючего и окислителя, то по ме-
ханизму реакции в детонационной волне они сравнимы со смесевыми
ВВ (аммониты и динамоны). Детонационная УВ вначале возбуждает
химическую реакцию на поверхности раздела окислителя и горючего.
Последующими стадиями являются газификация окислителя и горюче-
43
го, смешение и взаимодействие образующихся при этом продуктов, т. е.
детонационная реакция происходит по смесевому механизму.
Большая часть энергии выделяется именно при взаимодействии про-
дуктов газификации исходных компонентов. Скорость процесса гази-
фикации зависит от:
свойств вещества;
линейных размеров частиц окислителя и толщины слоя связующего;
интенсивности подвода тепла из зон взаимодействия продуктов га-
зификации;
давления газообразных продуктов.
Критический диаметр сухого ПХА (влажность 0,05 %) с размером
частиц менее 50 мкм при плотности 1,1 г/см3 равен 32 мм. Увеличение
размера частиц приводит к увеличению критического диаметра детона-
ции (рис. 15), причем эта зависимость линейная.
Добавление в ПХА даже небольшого количества горючих добавок
в порошкообразном виде резко уменьшает время детонационной ре-
акции и, следовательно, критический диаметр детонации (рис. 16). При
добавлении в окислитель горючих веществ более некоторого предела
(для ПХА - 0,2 %) повышается также и температура в зоне реакции.
Следовательно, детонационная реакция в СРТТ представляет собой
сложный процесс, отдельные стадии которого взаимосвязаны.
ческого диаметра детонации ра детонации ПХА от количества горючих
сухого (влажность 0.05 %) ПХА добовок (сера. сажа. ТНТ) при влажности
от размера частиц 5 при плот-	0.05 % и размере частиц 50 мкм
ности заряда 1.1 г/см*
В настоящее время нет единой теории механизма протекания дето-
национной реакции в смесевых ВМ и, в частности, в СРТТ.
44
Однако наиболее убедительна гипотеза о том, что основной стади-
ей, определяющей продолжительность детонационной реакции СРТТ,
является газификация окислителя, в основе которой лежит реакция тер-
мической диссоциации:
NH4CI04<o NHj+HCIO4 .
Данная реакция является обратимой и происходит с поглощением
тепла. Константу равновесия реакции можно записать следующим об-
разом:
РннуРнсю^ ’
I де pNH и	- парциальные давления газообразных продуктов дис-
социации соответственно.
Установлена зависимость критического диаметра детонации от ли-
нейного размера частиц компонентов, а также установлено повышение
детонационной способности при замене в СРТТ обычного (инертного)
горючего вещества активным (содержащим окислитель в молекуле).
Влияние соотношения размеров элементарных областей (занятых
только окислителем или только горючим) на продолжительность дето-
национных реакций является сложным вопросом, который нужно рас-
сматривать отдельно для каждой конкретной системы.
Простейшей такой системой является смесь из порошкообразных
окислителя и горючего. Количество частиц окислителя и горючего в 1 г
смеси равно соответственно:
<!>	<1И
«I = —J—;	,
где о)', о), - массовая доля окислителя и горючего соответственно; г/р
г/. - средний размер частиц окислителя и горючего соответственно; р,,
р. - плотность частиц окислителя и горючего соответственно.
Из условия равенства п - п (чтобы элементарная область соответ-
ствовала одной частице) после преобразований получим:
Таким образом, соотношение размеров частиц зависит от соотно-
шения массовых долей компонентов. Если горючего в смеси содержит-
45
ся меньше, чем окислителя, то и размер его частиц для выполнения ус-
ловия п = пг (прн равенстве плотностей) должен быть меньше. Измель-
чение окислителя при наличии крупных частиц горючего не повысит
детонационную способность.
Особенность же смесей с жидким горючим такова, что повышение
степени измельчения окислителя будет всегда увеличивать их детона-
ционную способность. Не меньшее влияние на детонационную способ-
ность подобных смесей будет оказывать соотношение компонентов. При
малом содержании жидкого горючего в смеси детонационная способ-
ность системы будет больше, чем при стехиометрии.
1.4.5. Влияние мощных кристаллических ВВ
на детонацию СРТТ
Введение в состав топлив активных компонентов (в частности, кри-
сталлических ВВ) увеличивает их восприимчивость к детонации. В связи
с этим возникает вопрос о допустимом уровне содержания таких ком-
понентов в составе топлива. Основными факторами, влияющими на
протекание детонационной реакции, являются:
содержание кристаллического ВВ в составе топлива;
гранулометрический состав ВВ;
качество кристаллов ВВ.
Известно, что кристаллические ВВ, разбавленные кристаллически-
ми инертными материалами, например, поваренной солью, сохраняют
способность детонировать при содержании всего 5 % ВВ в смеси. В
вязком же связующем, характерном для СРТТ, кристаллические ВВ пол-
ностью флегматизированы при содержании их до 15 .25 %. Таким об-
разом, наличие и количество кристаллического ВВ влияют на протека-
ние детонационной реакции При введении в состав СРТТ кристалли-
ческих ВВ типа гексогена восприимчивость топлива к детонации резко
возрастает (рис. 17).
Если введение кристаллических ВВ в баллиститные композиции
приводит только к количественному изменению восприимчивости к
детонации, то введение кристаллических ВВ в состав смесевых компо-
зиций приводит и к качественному изменению. При введении кристал-
лических ВВ в СРТТ последние приобретают способность детониро-
вать в диаметрах реально используемых зарядов
Начиная с некоторого предельного значения массовой доли ВВ
(30 .35%) изменяется механизм реакции, и детонация происходит по
механизму, характерному для флегматизированного, индивидуального
ВВ. При этом наблюдается большое различие в значениях критических
диаметров детонации для топливных композиций на активном и пас-
46
сивном связующих. Скорость процесса взрывчатого разложения ВВ типа
гексогена в несколько раз превышает скорость газификации и последу-
ющего взаимодействия продуктов газификации остальных компонен-
тов СРТТ. Следовательно, когда реакция в гексогене успевает уже за-
Рис 17. Зависимость критического диаметра (а) и давления инициирования
(б) от содержания мощных БВВ е составе СРТТ:
I - на неактивном связующем; 2 - на активном связующем; 3 - на баллиститной
основе
Рис. 18 Зависимость критического диаметра детонации
топливных смесей от размера частиц БВВ, содержащего
гексоген:
I- 20 %; 2-35 %
вершиться, остальные компоненты топлива разбрасываются волной
разрежения в окружающую среду, не успевая прореагировать При из-
менении удельной поверхности кристаллов изменяется скорость дето-
национной реакции и критический диаметр Влияние размеров кристал-
лов ВВ на критический диаметр детонации СРТТ показано на рис 18.
47
1.5. ПЕРЕХОД ГОРЕНИЯ В ДЕТОНАЦИЮ
Наибольшую опасность при производстве и эксплуатации ВМ пред-
ставляет переход горения во взрыв (детонацию) (ПГД). Действительно,
вероятность загорания ВМ и их полуфабрикатов в условиях производ-
ства и при обращении с ними полностью не исключена и, естественно,
при проектировании производственных зданий, формировании техно-
логического процесса и конструировании аппаратуры чрезвычайно важ-
но знать, каковы условия перехода горения в детонацию для конкрет-
ных составов и полуфабрикатов, находящихся в аппаратах.
Очень важно знать, чем может закончиться загорание ВМ в произ-
водстве - обычным пожаром или это горение может перейти во взрыв
или детонацию, и какие при этом необходимо разрабатывать меры за-
щиты работающих, какие средства необходимо затратить. Достаточ-
но привести только один пример, который ярко проиллюстрирует ска-
занное.
На первоначальном этапе производства БП при формовании заря-
дов использовали шнек-прессы таких конструкций, загорание полуфаб-
риката в которых при определенных условиях давало ПГД с дальней-
шим распространением детонации на всю загрузку, что было эквива-
лентно взрыву нескольких сотен килограмм ТНТ. Взрыв такого количе-
ства ВМ приводил практически к полному разрушению оборудования и
строительных конструкций, т.е. полному выводу из строя производствен-
ных мощностей. Это потребовало дополнительных капиталовложений
на строительство обваловок, мощных железобетонных кабин, не гово-
ря уже о затратах на работы по восстановлению строительных конст-
рукций и оборудования. Иначе говоря, материальные затраты на фор-
мирование технологического процесса, обеспечивающего безопасность
обслуживающего персонала, в первую очередь определяются и зависят
от возможности и реализации ПГД конкретного материала при его слу-
чайном загорании.
Переход горения в детонацию - это явление, характеризуемое дву-
мя качественно отличающимися друг от друга процессами - горением
и детонацией. ПГД заключается в изменении механизма возбуждения
химической реакции: от теплопроводности при горении к ударно-вол-
новому за счет образования в горящем веществе УВ с параметрами, до-
статочными для возбуждения детонации Каковы же должны быть
условия, при которых образуется УВ в процессе горения ВМ?
К.К. Андреев в своих работах указывал, что условием образования
ударной волны является наличие нарастающего давления (dp/dt > 0).
Однако, как показала практика, этого условия еще не достаточно, что-
бы образовать УВ необходимой интенсивности для возбуждения дего-
48
национного процесса при горении подавляющего большинства конден-
сированных ВМ.
И.Я. Петровский в своих исследованиях доказал, что для обеспече-
ния перехода горения в детонацию (ПГД) обязательно соблюдение сле-
дующих условий:
наличие нарастающего давления (dpldi > 0);.
наличие бегущей волны давления dpldi * 0, а также некоторой ми-
нимально необходимой длины заряда.
Естественно, что эти условия будут реализовываться тем легче, чем
выше восприимчивость конкретного ВМ к детонации. Известно, что
восприимчивость к детонации характеризуется двумя факторами:
возбудимостью химической реакции, характеризующейся интенсив-
ностью УВ, т.е. давлением возбуждения детонации;
возможностью химической реакции (шириной фронта), которая ха-
рактеризуется критическим диаметром детонации. Как правило, в ре-
альных условиях этот фактор практически для всех ВМ превосходит
критическое значение. Поэтому при ПГД исключительную важность
приобретает уровень ударно-волновой чувствительности ВМ (критиче-
ское давление возбуждения детонации). Известно, что ударно-волновая
чувствительность со снижением плотности ВМ увеличивается, т.е. кри-
тическое значение давления в УВ падает. Например, критическое дав-
ление возбуждения детонации шашек баллиститных порохов составля-
ет десятки килобар, в дезинтегрированном виде (таблетка, крошка -
уже значительно меньше - до 19 кбар). То же самое наблюдается у ти-
пичных ВВ: гексогена, тротила и т.п. Так, для порошкообразных ВВ
типа гексогена давление возбуждения составляет всего 0,5... 1 кбар.
Именно по этой причине в трубках К.К. Андреева у таких порошкооб-
разных ВВ, как гексоген, легко происходил ПГД, а у полуфабрикатов
БП имели место отказы даже при разрыве трубки
Указанные условия создания УВ. с необходимыми для возникнове-
ния в ВМ детонационного процесса параметрами, проще всего реали-
зуются в удлиненной прочной трубе, даже без закрытых торцов (Z.»d)
Практика показывает, что для подавляющего большинства порошкооб-
разных (кристаллических и зернеиы.х) ВМ достаточно условие, при ко-
тором L = (15...20) г/.
Естественно, что это условие может реализоваться также и при дру-
гих видах оболочки, а для больших масс ВМ и без оболочки. Однако
диаметр оболочки при этом или масса ВМ должны обеспечивать усло-
вия возникновения УВ.
При исследованиях ПГД в лабораторных условиях наибольшее рас-
пространение получил так называемый метод длинной трубки Этот
метол исследования (рис. 19) позволяет при помощи фоторегистрации.
49
осуществляемой с помощью фоторазверток типа ЖФР, определить ско-
рость и характер процесса ПГД замерить длину преддетонационного
участка, рассчитать критическую прочность оболочки в зависимости
от ее диаметра и т.п. (рис. 20).
Универсальность, простота, надежность и возможность проведения
точных измерений стали основанием для широкого распространения
этого метода не только в нашей стране, но и за рубежом. Рассмотрен-
ный в Комитете экспертов ООН метод длинной трубки был включен в
международный сборник методов для определения класса опасности
энергоемких материалов, в том числе ВМ.
Сущность механизма ПГД состоит в том, что в эоне воспламенения ВМ
за счет газообразования про-
дуктов горения возрастает д ав-
ление, что приводит к увеличе-
нию скорости горения и даль-
нейшему более интенсивному
газообразованию. Под дей-
ствием давления близлежащие,
но еще не воспламенившиеся
слои ВМ начинают двигаться
Рис. 19. Схема регистрации
ПГД в ВМ при испытании в
стальной трубе
как поршень, впереди которого на определенном расстоянии возникает
УВ. Такой механизм подобен классической задаче Я.Б. Зельдовича о
движении поршня в трубе в воздушной среде. Образованию слоя, рабо-
тающего как поршень, и его движению способствует либо прочная обо-
лочка (одномерный случай), либо большие массы еще не воспламенив-
шегося материала, выполняющие роль инертной дополнительной ди-
намической оболочки (многомерный случай). Естественно, что если об-
разовавшаяся УВ по мере своего усиления (до разрыва оболочки или
разбрасывания массы ВМ) достигает необходимой интенсивности, то
на определенном расстоянии от зоны воспламенения возникает детона-
ционный процесс. При этом часть ВМ (зона сжатого ВМ) может и не
прореагировать, а быть разбросанной, однако это составляет неболь-
шую величину, порядка 3...5 % от общего количества ВМ (рис. 20, 21).
Особенности процесса ПГД зависят от энергетического уровня фи-
50
б
Рис 20. Типичные фотозаписи перехода горения в детонацию (ПГД) ВМ в
стальной трубе с соотношением длины к диаметру 15:1:
а - схема опита и фотозапись ПГД с наличием зоны горения, поршневання (темный
участок на фотозалнсн между зонами) н детонации: 1 - ВМ, 2 - оболочка, 3 - воспла-
менитель; 4 - индикатор детонации,
6 - фотозапись ПГД при формировании ударной волны в зоне горения
Рис. 21. Схема формирования ударной
волны при переходе горения ВМ в детона-
цию в прочной оболочке (одномерный
случай)
/ - оболочка (стальная труба), 2 - зона горения,
J - зона сжатого ВМ (поршень). 4 - переходная
зона, 5 - детонация в несжатом ВМ
51
зико-химических свойств ВМ. Широко известен механизм волнового
горения, характерный для ВМ, обладающих высокой воспламеняемос-
тью и скоростью горения, когда зарождение и развитие УВ происходит
в горящем ВМ. В таких ВМ УВ не только возникает в зоне горения, но
и успевает приобрести необходимые параметры для возбуждения дето-
нации. Анализируя данные, полученные М. Патри, можно сделать од-
нозначный вывод о том, что именно механизм волнового горения он
наблюдал, изучая горение гремучей ртути.
Внешнее проявление ПГД или его отсутствие характеризуется раз-
личием в деформации оболочки. Если при наличии ПГД оболочка дро-
бится на мелкие и крупные осколки, то при отсутствии ПГД деформа-
ция оболочки наблюдается только в районе воспламенения испытуемо-
го ВМ (рис. 22).
б
Рис. 22. Внешний вид стальных труб после
проведения испытаний на ПГД ВМ'
а - отсутствие ПГД. б - ПГД
Многочисленные результаты экспериментов, полученные при изу-
чении ПГД в различных видах оболочек и при различной влажности
исследуемого ВМ. показывают, что реализация описанных механиз-
мов ПГД зависит как от природы ВМ и его физико-химического со-
стояния (энергетический уровень, скорость горения, воспламеняе-
мость, плотность, влажность, газопроницаемость), так и от внешних
факторов: общей массы ВМ, прочности и массы оболочки, т е. от ус-
ловий образования УВ и необходимых критических параметров для
52
возбуждения детонации во ВМ. В табл. 5 представлены результаты
исследований по оценке условий ПГД при различном соотношении
длины оболочек к их диаметру - от 1:1 до 25:1 - для некоторых изве-
стных ВМ.
Таблица 5
Результаты испытаний некоторых ВМ на склонность к ПГД
ВМ	Параметры обо- лочки			Плот- ность заряда, г/см’	Длина преддетона- ционного участка, мм	Скорость процесса, м/с	Результат: ПГД+; отсутствие ПГД-
	мм	Р раз- рыва стали. МПа	Масса на ед. по- верх- ности, г/см1				
Гексо-	20	400	0.27	1.0	50	5000	♦
ген ПОЛИ*	40	1300	7.6	1.0	100	5000	+
дисперс- ный (сухой)	40	50	0.10	1.0	-	-	-
	360	20	7.6	1.0	<50	—	+
	360	10	0.54	1.0	-	-	-
Гексо-							
ген поли-							
дисперс- ный :							
алаж-	40	1300	7.6	1.3	200	—	+
ность 15%							
в лаж-	40	1300	7.6	1,3	-	-	-
ность 20%							
Окто-	40	1300	7.6	1.2	100	6000	+
ICH поли-	850'	20	1.52	1.2	680	-	+
днепере- ный (сухой)	850'	20	1.52	1.2	620**	-	-
	850'	0.5	1.52	1.2	800••	—	-
11 X А	40	1300	7.6	1.1	-	-	-
дисперс- ность <50 мкм (сухой)	50	1600	8.2	1.1	1600	3000	+
Смесь	40	1300	7.6	1.1	600	3300	
ПХА (су- хой) с 1.5%							
• о р к> ч И X добавок							
53
Окончание табл. 5
ВМ	Параметры обо- лочки			Плот- ность заряда. г/см1	Длина преддетона- ционного участка, мм	Скорость процесса, м/с	Результат ПГД + ; отсутствие ПГД-
	d . мм	Р раз рыва стали, МПа	Масса иа ед. по- верх- ности, г/см2				
Тротил	40	1300	7,6	1.0	250	—	+
чешуйча- тый ' Рсзультя " Высота	40 ТЫ ИСГ1 ИЗСЫП1	50* ытаний чого ело	2.3 С.Е. Мал я, мм.	1.0 инина			
Рассмотрим влияние некоторых основных факторов, имеющих прак-
тическое значение:
наличие зависимости между прочностью оболочки и количеством
ВМ, участвующим в процессе;
прочность и масса оболочки заряда, в котором произошло загора-
ние;
влияние влажности ВМ на склонность к ПГД.
При исследовании ряда ВМ было замечено, что при увеличении
диаметра заряда критическая разрывная прочность оболочки, при кото-
рой происходит ПГД снижается, т.е. наблюдается функциональная за-
висимость
Р
рпр
- 1/J,
’р1з ~ 1,5 IO4J-'\
Ьриведенная фун
где Р - разрывная прочность оболочки, МПа, d- диаметр заряда, мм
В частности, для ВВ типа гексогена при насыпной плотности
кциональная зависимость указывает на то, что для
конкретного ВМ существует определенная критическая масса, при пре-
вышении которой его загорание может привести к ПГД без наличия
оболочки, обладающей статической прочностью (при складировании
больших масс ВМ, загрузке вагонов и т.п.). Прямыми экспериментами,
проведенными независимо друг от друга А.В. Соколовым и С.Е. Ма-
лининым, было установлено, что для таких ВМ, как гексоген и окто-
ген, критическая масса для ПГД составляет порядка 3000 кг Причем
С.Е. Малинин считает, что обязательным условием для ПГД является
54
достижение в центре воспламенения ВМ давления 5...б МПа. Такой вы-
вод в определенной степени подтверждается работами, проведенными
под руководством С.П.Смирнова, по исследованию процессов горения
мешков с ВМ (октоген, флегматизированный гексоген), уложенных в
штабели высотой 2 м. Размещенные в вагоне с деревянной облицовкой,
штабели мешков с 9000 кг ВМ сгорели за 4 мин без взрывного эффекта.
В вагоне с металлической облицовкой (толщиной до 15 мм) зажигание
14 000 кг аналогично размещенных ВМ привело к ПГД с полным разру-
шением вагона и образованием воронки.
И, наконец, классическим примером взаимного влияния прочности
и массы оболочки являются проведенные авторами эксперименты по
оценке склонности к ПГД специально пересушенного полуфабриката
порохов в длинных трубах с идентичной статической прочностью. Не-
которые эксперименты отличались тем, что испытуемые трубы были
окружены дополнительной массой (водой) в чрезвычайно легкой обо-
лочке, практически не имеющей статической прочности (ацетатная плен-
ка) При этом в первом случае наблюдали отсутствие ПГД, а во втором
устойчивое его наличие.
Таким образом, проведенные исследования показывают, что на
склонность к ПГД оказывают влияние такие факторы, как статическая
и динамическая составляющие прочности и массы оболочки и ВМ,
что укладывается в описанные выше представления о механизмах
ПГД. Все сказанное имеет не только теоретическое, но и большое прак-
тическое значение в области обеспечения взрывобезопасное™ любых
энергоемких материалов и объяснения причин и механизмов развития
аварийных ситуаций.
Учитывая результаты экспериментов и полагая, что оболочка пред-
ставляет собой тонкостенный сосуд, можно получить зависимость для
расчета толщины стенок аппарата, при превышении которой возможен
ПГД, в зависимости от диаметра аппарата и прочности материала, из
которого он изготовлен:
О
где 5 - толщина стенки аппарата (оболочки), см; d-диаметр аппара-
та. см, о - разрывная прочность материала, МПа.
Использование приведенной зависимости требует отступлений от
традиционных методов конструирования аппаратов в связи с тем, что
их конструкция должна быть предельно облегчена с учетом взрывоза-
щиты Как показывает практика, применение новых легких конструк-
ционных материалов в сочетании с принципами динамического ослаб-
55
ления позволяет успешно создавать аппаратуру, отвечающую современ-
ным требованиям взрывозащищенности.
Безусловно, снижение статической прочности аппарата или транс-
портного контейнера влечет за собой потерю конструктивной жест-
кости, и эксплуатация такого устройства становится проблематич-
ной н небезопасной. Для исключения такого существенного недо-
статка необходимо использовать принцип динамического ослабле-
ния. Практически установлено, что для обеспечения взрывозащиты
достаточно динамически ослабить 30...40 % поверхности аппарата
или контейнера. Динамическое ослабление должно основываться на
двух принципах:
максимально возможное уменьшение удельной поверхностной мас-
сы оболочки, которое достигается снижением толщины вышибного эле-
мента и применения легких конструкционных материалов;
работа на срез отдельного вышибного элемента, в отличие от рабо-
ты на растяжение всей оболочки (конструкции) неослабленного типа,
вне зависимости от геометрических размеров (площади) вышибного
элемента.
И.Я.Петровский и ВС.Михалев предложили следующий подход к
расчету вышибного элемента. Оболочка без вышибных элементов ра-
ботает как сосуд, подвергнутый внутреннему давлению. Прочность та-
кого сосуда в этом случае оценивается по формуле, принятой для раз-
рыва тонкостенных оболочек:
“о
Прочность оболочки с вышибными элементами следует оценивать
на срез отдельного элемента по формуле
ас|,2В;
где Р{ - прочность сосуда на разрыв, кгс/см:;
Р, - прочность оболочки на срез, кгс/см2;
ор - прочность материала оболочки на разрыв, кгс/см2;
а - прочность материала на срез, кгс/см2;
5, - толщина стенки оболочки, см;
5, - толщина вышибного элемента, см;
dQ - диаметр сосуда, см;
b - ширина вышибного элемента, см.
56
По условию равнопрочное™ при статическом нагружении Pt =	т.е.
^2b,yd0 = (Ot2d2)/b,
откуда
при этом необходимо учитывать, что = 0,5...0,7.
Таким образом, при прочих равных условиях, не теряя прочности и
жесткости конструкции, удельную массу вышибных элементов можно
снизить только за счет рациональных конструктивных решений больше
чем на порядок. Применяя легкие материалы (высокопрочные сплавы с
малой удельной массой, пластические массы, современные материалы
на основе древесины и т.п.), можно создать транспортные упаковочные
комплекты, обеспечивающие в случае аварийной ситуации невозмож-
ность ПГД даже для весьма взрывоопасных ВВ типа гексогена.
ГЛАВА 2. Возникновение и развитие взрыва
в технологическом оборудовании
2.1.	ПРИЧИНЫ АВАРИЙ В ПРОИЗВОДСТВАХ ВМ
Для правильного выбора направлений и методов борьбы со взрывны-
ми явлениями важно знать основные причины, приводящие к возникнове-
нию взрывных процессов в оборудовании и определяющие характер их
развития. Эти данные могут быть получены из анализа причин аварий в
различных взрывоопасных производствах и изучения наиболее потенци-
ально опасных для возникновения очага загорания узлов оборудования.
Наиболее вероятными причинами аварий в технологических аппа-
ратах могут стать: нагретые поверхности; перегрев подшипников; от-
крытое пламя; искры, вызываемые трением посторонних металличес-
ких предметов по внутренней рабочей поверхности аппарата; искрение
электрооборудования; разряды статического электричества; внезапные
гидравлические удары при подаче технологических жидкостей; распро-
странение пламени внутрь аппарата по смесепроводам; термический
распад и самовоспламенение взрывоопасных материалов; механичес-
кое воздействие на ВМ при чистке и ремонтных работах и т.д.
Ущерб от взрывов и пожаров в потенциально опасных производ-
ствах растет во всех индустриально развитых странах. Причинами это-
го являются: расширение масштабов производства и увеличение габа-
ритов изделий, и, как следствие этого, накопление в одном месте боль-
шого количества ВМ; перегрузки человеческого организма, приводя-
щие к неосторожности и небрежности; усложнение технологических
процессов и оборудования.
Анализ причин аварий в производствах СРТТ показывает, что наи-
более опасной является фаза приготовления топливной смеси и формо-
вания изделий по методу литья под давлением на аппарате марки СНД.
Па этой стадии только за период 1962-1969 it. произошло 25 аварий.
58
на вм, связанные:
с попаданием топливной смеси или порошкообразных ВМ в саль-
никовое уплотнение за счет несовершенства его конструкции;
с попаданием горючих смазок в порошкообразные окислители, при-
водящим к образованию высокочувствительных-к трению горючих или
взрывчатых смесей;
с трением мешалок о корпус аппарата или шнек-винта о втулку
вследствие их недостаточной конструктивной жесткости, а иногда и
недостаточно тщательной сборки аппаратов при подготовке нх к ра-
боте.
Например, при расследовании причин одной из аварий, связанной с
загоранием взрывчатой смеси в форсмесителе аппарата марки СНД, было
однозначно установлено, что причиной загорания явилось касание ре-
борды винта о корпус втулки. В то же время при замерах на холостом
ходу между ребордой винта и втулкой существовал необходимый зазор,
предусмотренный конструкторской документацией. Из этого следуют
два важных вывода:
при проектировании не была обеспечена необходимая жесткость
винта при его большой консольности;
проверка зазора между ребордами винта и втулкой должна предус-
матриваться инструкцией по эксплуатации аппарата не только при сборке
и опробовании на холостом ходу, но и под рабочей нагрузкой.
За период с 1949 по 1978 г. в СССР в производстве пироксилино-
вых порохов произошло 180 аварий. Пострадали 98 человек, из них
37 погибли. Материальный ущерб составил около 10 млн руб. (в це-
нах до 1991 г.).
Наибольшее число аварий (74 %) произошло на фазах приготовле-
ния пороховой массы, прессования и резки шнуров. 38 % этих аварий
не имели последствий; 28 % привели к быстро устранимым разрушени-
ям; 25 % сопровождались повреждением оборудования; 9 % привели к
разрушению оборудования.
По причине несовершенства конструкции аппаратов произошло
16 % аварий.
Статистический анализ более 3000 аварий разного класса - от эле-
ментарных вспышек до техногенных катастроф, имевших место в про-
изводствах ВМ - показал, что основные причины, приведшие к ним.
распределяются следующим образом-
Ошибки обслуживающего персонала	30 35 %
Несдовлетворительное содержание и неисправность
обор)дования	25 30 %
54
Конструктивные недостатки оборудования н несовершенство
технологических процессов.................................. 810%
Непосредственные механические воздействия на ВМ
при ручных операциях................................. ...	10... 12 %
Прочие причины (статическое электричество, попадание
посторонних предметов, неизучеиность ВМ и т.п.)............ 15.30%
Отсюда следует, что неудовлетворительные состояние оборудова-
ния и подготовка его к работе, низкое качество его изготовления, конст-
руктивное несовершенство являются основными причинами возникно-
вения аварийных ситуаций. Если к тому же учесть, что такие причины
загораний, как попадание посторонних предметов или выполнение ряда
операций вручную, непосредственно связаны с несовершенством обо-
рудования, то ясно, какую важную роль в обеспечении безопасности
при переработке любых ВМ играет безупречное функционирование
оборудования, уровень его взрывозащиты. Рассмотрим несколько при-
меров аварий, происходивших по причине несовершенства оборудова-
ния и оснастки:
на фазе нитрации гексогена произошел взрыв в результате разло-
жения нитросмеси в нитраторе. По заключению специалистов, это
связано с тем, что в нитросмесь попал охлаждающий рассол из змее-
виков нитратора. Причиной явилось низкое качество сварки при из-
готовлении змеевиков, недоработка конструкторской документации
в части требований к качеству швов и их обязательной дефектоско-
пии;
при операции закрытия крышкой специального упаковочного ящи-
ка, в гнездах которого находились взрыватели, произошел взрыв. Как
было установлено, причиной взрыва явились механические воздействия
номинально плоской крышки на головки взрывателей. Это стало воз-
можным потому, что величина прогиба крышки была больше, чем зазор
между крышкой и головками взрывателей, предусмотренный техничес-
кой документацией;
на операции удаления растворителей при приготовлении пирокси-
линовых порохов в аппарате типа АУР произошло загорание, которое
закончилось ПГД Произошли значительные повреждения производ-
ственных зданий и были выведены из строя на длительное время про-
изводственные мощности. Сильный взрывной эффект в этом случае
объясняется тем, что в аппаратах типа АУР полностью отсутствовали
элементы взрывозащиты и прежде всего динамически ослабленные
вышибные элементы (мембраны). Совершенствование этого аппарата
путем оснащения средствами взрывозащиты исключило подобные яв-
ления
60
Анализ непосредственных причин, приводящих к возникновению
начального очага загорания, позволяет расположить их в следующем
порядке:
Механические воздействия	........ ....... 65.. 90%
Разряд статического электричества...................... 5... 30 %
Термическое разложение................................... 5.10%
Таким образом, главной причиной являются механические воздей-
ствия на ВМ при импульсных и длительных нагрузках. Понятно, что
большинство исследований возможных причин возникновения началь-
ного очага загорания посвящено именно изучению чувствительности к
механическим воздействиям.
Изучение механизма инициирования взрыва в ВМ при механичес-
ких воздействиях проводилось в следующих направлениях:
более глубокий экспериментальный анализ явлений, протекающих
в ВМ под влиянием внешних воздействий;
теоретические исследования процессов трансформации механичес-
кой энергии в тепловую с учетом разновидности протекающих дефор-
маций (трение, хрупкое разрушение, пластическое течение и т.п.) и ко-
личественной оценки разогревов;
изучение чувствительности сложных гетерогенных систем к меха-
ническим воздействиям, а также анализ особенностей механизма их
инициирования.
К сожалению, мало уделялось внимания вопросам, имеющим важ-
нейшее значение для конструкторов оборудования, а именно:
разработке новых методов определения чувствительности ВМ, ос-
нованных на моделировании механических воздействий применитель-
но к различному оборудованию;
выявлению связи чувствительности ВМ к простым начальным им-
пульсам с технологической и эксплуатационной безопасностью
2.2.	СХЕМА РАЗВИТИЯ ВЗРЫВА В ОБОРУДОВАНИИ
Общепринятая теория механизма развития взрыва при различном
инициировании ВМ, в том числе и при механических воздействиях,
разработана советскими учеными: Н.Н Семеновым, Ю Б. Харито-
ном. Я Б Зельдовичем, Н А Холево. К К. Андреевым, А Ф Беляе-
вым, В К. Боболевым и другими Исходя из теории развития взрыва при
механическом инициировании, что для конструкторов представляет наи-
больший интерес, его схемх можно представить следующим образом
(рис. 23): механическое воздействие - разогрев в сжатом веществе с
ы
развитием взрывного процесса - выход в несжатое вещество. То есть
процесс развития взрыва можно рассматривать по стадиям.
Рис. 23 Схема механизма развития взрыва в
аппарате
Обычные методы определения чувствительности дают представле-
ние только о первых трех стадиях этой схемы. Однако в реальных усло-
виях взрыв может развиваться и минуя некоторые из этих стадий.
Например, разрушение заряда (нарушение его сплошности, резкое
увеличение поверхности горения и т.п.) может происходить не всегда; у
зарядов высокой плотности процесс разрушения может не перейти во
взрыв, а завершиться медленным горением (различие между порохом н
БВВ). Конвективное горение большой массы вещества - это уже взрыв.
Интенсивность взрыва значительно возрастает при формировании УВ
и инициировании ею детонации с малой скоростью и далее - детона-
ции с большой скоростью.
62
Проведенные исследователями (В.К. Боболев, И.Я. Петровский,
И.В. Мильчаков, Б.Н. Кендриков, Б.С. Светлов, ГА. Нишпал и другие)
работы позволили значительно расширить представление о различных
стадиях развития этих процессов и вскрыть механизм их протекания.
Например, Б.Н. Хондриновым было установлено, что в ряде случа-
ев, особенно для медленно горящих ВВ, основную роль в процессе воз-
никновения взрыва играет не воспламенение, а характер развития горе-
ния. Исходя из этой схемы возникновения и развития взрыва, стало
возможным определять те этапы, на которых целесообразнее всего
выбрать метод борьбы со взрывом применительно к конструкции аппа-
рата и протекающим в нем процессам.
Не менее важным, как было показано И.Я. Петровским, Г.А. Ниш-
палом и другими, является знание комплекса взрывчатых свойств не
только конечной продукции, но и полуфабрикатов, образующихся в про-
цессе технологической переработки.
Поэтому при конструировании того или иного аппарата важно уста-
новить, на каких стадиях переработки ВМ может произойти возникно-
вение взрыва, и изыскать пути его прерывания, подавления или локали-
зации. Пути эти могут быть различны. Например, безопасность шнек-
пресса для формования зарядов из порохов баллиститного типа дости-
гается за счет динамического ослабления его втулки, безопасность кон-
тейнеров - за счет использования специального конструкционного ма-
териала и т.д.
Известны случаи, когда попытка предотвратить процесс развития
взрыва на его последних стадиях приводила к интенсификации его воз-
никновения на начальных стадиях. Например, при пневмотранспорти-
ровании аммонита применение стеклянных труб, предназначенных для
прерывания случайно возникшей детонации, стало причиной воспла-
менения и взрыва аэрозоля в результате накопления заряда статическо-
го электричества. Следовательно, чтобы выбрать оптимальный способ
обеспечения безопасности, необходимо проанализировать весь техно-
логический процесс в целом и определить в нем наиболее опасные фазы,
а затем решить, как осуществлять защиту. Главная задача - не дать про-
цессу развития взрыва перейти в конечную стадию, где уже никакие
способы защиты не смогут помочь, т.е. необходимо стараться прервать
процесс взрыва на возможно более ранней стадии.
В процессе переработки в аппарате ВМ подвергается различным
механическим воздействиям, интенсивность которых зависит, прежде
всего, от конструкции аппарата, его производительности, технологичес-
ких характеристик ВМ (вязкость, растекаемость, температура, давле
ние и т.д.) и является случайной величиной. При превышении некото
рого предела интенсивности может возникнуть очаг загорания.
б.:
Знание функции распределения нагрузок, которым подвергается ВМ
в процессе переработки, с одной стороны, и вероятностей возникнове-
ния взрывчатого разложения при механическом нагружении - с другой,
дает возможность определить вероятность возникновения начального
очага загорания в процессе переработки данного ВМ в конкретных ус-
ловиях, но до настоящего времени эта задача еще не решена.
Следовательно, основными причинами, которые могут вызвать за-
горание ВМ в аппарате, т.е. способность служить начальным импуль-
сом к дальнейшему развитию взрыва, являются: удар, трение, тепловой
нагрев, разряд статического электричества и другие источники энер-
гии.
Однако применительно к проблеме взрывозащиты оборудования
рассмотренную принципиальную схему развития взрыва трудно связать
с конкретными условиями. Поэтому для использования при проектиро-
вании химического оборудования была предложена схема развития ава-
рии в укрупненных стадиях развития, зависящих от ряда конкретных
условий (табл. 6).
Таблица 6
Схема развития вварии в аппаратах
Последовательность событий	Необходимые условия
Начальный очаг загорания	Удар, трение, тепловой нагрев, разряд ста- тического электричества н другие начальные им- пульсы
Горение	Обеспечение критических параметров (давление, скорость горения, удельная теплота) в зоне начального очага
Переход во взрыв или детона- цию	Образование УВ или сжатых газов (ско- рость изменения давлення во времени, простран- ственный градиент давления)
Детонация	УВ с параметрами выше критических За- ряд диаметром выше критического
Таким образом, авария развивается по определенным стадиям, ко-
торые зависят не только от свойств самого ВМ, но н внешних факторов
(конструкции аппарата, особенностей технологического процесса и т.д.)
В связи с этим для обоснования безопасности производства конкретно-
го ВМ необходимо знание всего комплекса его взрывчатых свойств в
различных физических состояниях и влияния технологических режи-
мов на эти свойства
6-4
Принципиальную важность такого подхода можно проиллюстриро-
вать примером аварии, имевшей место при производстве лекарствен-
ных препаратов, совершенно неимеющих отношения к ВМ. В 70-х го-
дах в СССР на одном нз заводов при изготовлении исходных материа-
лов для получения левомицетина произошел взрыв в аппарате нитрова-
ния промежуточного продукта. По оценке специалистов, он был экви-
валентен 5000 кг тротила. Этот случай явился неожиданностью не только
для работников завода, не имевших никакого отношения к ВМ, но и для
специалистов в области физики взрыва. Для выяснения причин такого
необычного явления были проведены специальные исследования, свя-
занные не только с проверкой свойств конечного продукта, но был про-
веден тщательный анализ оборудования и технологического процесса
В результате этого анализа было установлено, что при определенных
сочетаниях промежуточных технологических продуктов на коротком
технологическом отрезке времени может образоваться взрывоопасная
смесь, которая при определенном сочетании неблагоприятных факто-
ров может привести к аварийной ситуации. Установление причины по-
зволило внести соответствующие изменения в конструкцию аппарата и
в технологические режимы переработки, что обеспечило высокую сте-
пень безопасности этого производства.
2.3.	ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОСЛЕДСТВИЙ АВАРИЙ
ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ОСНОВЕ
МОДЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ
Важнейшим вопросом оценки взрывоопасности конкретного аппара-
та и производства в целом является прогнозирование последствий при
с лучайном загорании перерабатываемого ВМ. Наиболее простой способ
оценки - это испытание натурного аппарата Однако это связано с рядом
технических трудностей (заполнение аппарата необходимым ВМ. демон-
таж аппарата, перевозка к месту испытаний и т.д.).Естественно, что такая
подготовка является сложной и требует значительных материальных зат-
рат. Более перспективными являются модельные испытания.
В главе I были рассмотрены методологические подходы к вопро-
сам моделирования и ряд методов, позволяющих получить количествен-
нхю оценку параметров начального очага загорания В данном разделе
рассматривается вопрос развития начального очага загорания во взрыв-
ной процесс, те. дальнейший анализ будет строиться на том, что заго-
рание уже произошло или детонация уже сформировалась Учитывая
чрезвычайную важность прогнозирования последствий аварийных си-
паний в оборудовании, целесообразно еще раз повторить изложенные
выше принципы моделирования
Прежде всего следует привести определение Н Е Еременко о том,
что модель - это не столько геометрическое подобие аппарата, сколько
суть взрывного процесса, могущего протекать в конкретном аппарате
при аварийной ситуации.
Напомним, что при построении модели оборудования для оценки
условий развития взрывных процессов неизменными остаются следу-
ющие принципы:
геометрическое подобие; является наиболее сложным вопросом при
выборе модели аппарата;
энергетическое подобие; навеска (загрузка) модели должна быть та-
ковой, чтобы была возможность учитывать краевые эффекты, т.е. дол-
жен быть учтен тепловой баланс при проведении испытаний;
материалы модели и натуры должны быть одинаковы;
адекватность статической и динамической прочности натуры и мо-
дели.
В настоящее время при оценке взрывобезопасности на фазе перера-
ботки баллиститных порохов для шнек-прессов и вальцов успешно при-
меняют модели, основанные на вышеперечисленных принципах. Сле-
дует отметить, что в разработке этих методов непосредственное твор-
ческое участие приняли В.Н. Лапшин, Н.К. Преображенский, Е.Е. Ба-
канова, Л.В. Волков, Л.А. Шарова, В.Я. Янчарек и другие. Сущность
метода оценки взрывобезопасности шнек-пресса основана на подрыве
специальной модельной сборки, которая представляет собой набор от-
дельных элементов, аналогичных по своему сечению и прочностным
параметрам натурному шнек-прессу (рис. 24). Площадь поперечного се-
чения элементов сборки рассчитывается в соответствии с геометричес-
кими размерами реборды шнек-винта, его основания и втулки шнек-
пресса, с учетом прочностных характеристик, в том числе вышибных
элементов втулки. В каждый элемент, в соответствии с реальным рас-
пределением плотности по длине витка шнек-винта, запрессовывают
исследуемый полуфабрикат пороха. Установлено, что оптимальное рас-
пределение плотности по длине шнек-вннта (градиент плотности) со-
ставляет величину 2 г/см’ на погонный метр длины. Определяющее зна-
чение для развития взрывного процесса в конкретной конструкции шнек-
пресса играет качество полуфабриката. Комплексное качество полу-
фабриката (удельная поверхность, плотность, степень желатинизации,
влажность и т.д.) оценивают по так называемому показателю взрывобез-
опасности: скорости нарастания давления (dplch.) при сжигании навес-
ки полуфабриката в приборе постоянного объема
После проведения серии испытаний подбирают такой полуфабри-
кат. при сжигании которого не происходит развитие взрывного процес-
са в моделях шнек-пресса. Полученное при этом значение «показателя
66
взрывобезопасности полуфабриката» является контрольным при пере-
работке данного состава ВМ в шнек-прессе выбранной конструкции.
Превышение значения «показателя взрывобезопасности полуфабрика-
та» не исключает детонации всей загрузки на фазе прессования изде-
лий. Для подавляющего большинства марок баллиститных порохов для
шнек-прессов, используемых для серийного производства, контрольное
значение показателя взрывобезопасности полуфабриката (dpldx.) не дол-
жно превышать 80 кг/(см2.мс). Таким образом, можно констатировать,
что оценка уровня взрывобезопасности шнек-прессов по описанной ме-
тодике в десятках случаев позволила сделать объективный прогноз по
предупреждению развития взрывных явлений при случайном загора-
нии перерабатываемых ВМ.
1	2
Рис 24. Схема модельной сборки шнек-пресса:
1 - капсюль-детонатор; 2 крепеж элементов модельной сборки. 3 шашка
готового пороха, 4 - оболочка, моделирующая шнек-вннт н втулку шнек-
пресса; 5 - элементы заряда, моделирующие распределение плотности в
шнек-прессе, 6 - полуфабрикат пороха при насыпной плотности
Фаза вальцевания порохового полуфабриката вследствие своей спе-
цифики, связанной с тем, что на перерабатываемый материал действу-
ют различного вида механические нагрузки, усиливаемые пластичным
течением материала, является, как правило, пожароопасной Однако с
ростом энергетического уровня порохов, введением в их состав крис-
таллических ВВ и специальных добавок в виде порошкообразных ме-
т аллов и их соединений в ряде случаев так называемые «вспышки» (го-
рение) заканчивались взрывным эффектом, не локализуемым в кабине
вальцов Кроме того, с целью повышения производительности в конст-
рукцию вальцов были внесены изменения, предусматривающие увели
чение диаметра валков и их длины Такие изменения привели к увели
6’’
чению геометрических размеров клина порохового полуфабриката и
изменению распределения плотности по высоте клина в межвалковом
пространстве.
Все эти изменения привели к облегчению перехода горения во взрыв-
ной процесс, что, к сожалению, подтвердила практика. В связи с этим
возникла практическая необходимость создания модельной методики
оценки взрывобезопасности ВМ на фазе вальцевания. Сущность этой
методики заключается создании порохового клина в металлической
сборке, имитирующей валки вальцов, с реальными геометрическими
размерами и распределением плотности по высоте клина (рис. 25).
Рис. 25. Схема модели вальцов (а и 6)
I - крошка БП; 2 - имитатор валков, 3 - дополнительный вос-
пламенитель (ДРП); 4 - узел Воспламенения. 5 - электровоспла-
менитель; б - втулка, обеспечивающая зазор, 7 - стяжной болт,
8 пластина-свидетель; 9 - индикатор детонации. 10- чулок
Моделирование валков осуществляется с помощью двух отдельных
металлических плит. Между ними помещается необходимое количество
порохового полуфабриката, который запрессовывают до необходимой
плотности, в соответствии с распределением плотности в межвалковом
пространстве Затем плиты, находящиеся под давлением пресса, жест-
ко скрепляют болтовыми соединениями. Далее проводят серию испы-
таний и устанавливают критическую влажность, при которой отсутству-
ет развитие взрывного процесса Для каждого конкретного состава ВМ
существует свой предел влажности для вальцов определенной конст-
рукции.
68
ГЛАВА 3. Примеры конструктивных решений,
используемых во взрывозащищенном
технологическом оборудовании для обеспечения
безопасности
3.1.	УСТРОЙСТВА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ БЫСТРОТУ И ЛЕГКОСТЬ
ПРИ СБОРКЕ, РАЗБОРКЕ И ЧИСТКЕ
Речь идет о быстроразборных соединениях, сборка и разборка ко-
торых может происходить автоматически. К ним относятся различного
типа байонетные затворы, захваты и зажимы на основе гидро- и пнев-
моавтоматики и т.п. Например, в смесителях типа СНД предусмотрено
автоматическое выдвижение шнек-винтов, осуществляемое с пульта, в
вибросмесителях - дистанционное раскрытие корпуса. В тех случаях,
когда необходимо обеспечивать автоматическую стыковку деталей - при
присоединении переходника к изложнице в аппаратах типа СНД, в ус-
тановках кассетного заполнения БП, в полуавтоматах типа ПАЗ и др., -
хорошо зарекомендовали себя быстроразборные соединения деталей как
на основе использования бандажно-болтовых соединений, так и на ос-
нове соединений хомутового типа и т.п. Их разборку можно осуществ-
лять без участия рабочих.
На рис. 26 изображена конструкция автоматически разбираемого со-
единения бандажно-болтового типа, применяемого для крепления кры-
шек в различного типа изложницах и технологической оснастке при
заполнении ракетных двигателей СРТТ.
Соединение состоит из откидных болтов 6, сидящих на пальцах 7 и
затягиваемых с помощью колпачковых гаек 2, под которые кладутся
сухари 3. Вся конструкция удерживается за счет кольцевого бандажа 4
Автоматическая разборка соединения осуществляется следующим об-
разом. С помощью захвата 5 дистанционно бандаж срывается и нажи-
мает на хвостовик откидного болта.
69
Рис. 26. Схема бандажно-
болтового соединения:
/ - корпус; 2 - гайка колпач-
ковая; 3 - сухарь. 4 - бандаж.
5 - захват. 6 - болт откидной.
7 - палеи; 8 - крышка
Болт 6 поворачивается вокруг оси (палец 7) н вместе с сухарем 3 выходит
из паза корпуса изложницы, обеспечивая этим освобождение крышки 8, ко-
торая другим захватом, также дистанционно, сдергивается с изложницы.
3.2.	УСТРОЙСТВА ДЛЯ ВЫГРУЗКИ ВМ
Большую опасность представляет операция выгрузки или слива из
аппарата, особенно из различного типа смесителей, взрывоопасной вяз-
кой жидкости, например СРТТ, пастообразных ВВ и т. п. Сливные кла-
паны неоднократно являлись причиной взрывов и аварий. Поэтому вы-
бору их конструкции, обеспечивающей максимальную безопасность,
должно уделяться большое внимание.
Рис. 2 7. Схема конструкции выгрузочного затвора (юза-
пана) к объемно-гравитационному смесителю (а. б)
Хорошо работает затвор шарового типа, применяемый в объем-
но-гравитационных смесителях для приготовления СРТТ (рис. 27).
70
Рабочее тело затвора состоит из корпуса I и шарового сегмента 2,
который скользит по уплотнительному кольцу 3. Рабочие положения
затвора: а - закрытое и б - открытое; время открытия (закрытия) - не
менее 10 с, габаритные размеры затвора 625x510x320 мм, масса 85 кг,
усилие поджатия шарового сегмента 2 к кольцу 3 - 3...5 кН, удельное
давление 3 МПа.
Конструкция такого затвора имеет следующие преимущества:
большой проходной диаметр (200 мм);
прямоточность движения жидкости, что важно для вязких смесей;
срезающие усилия при закрытии затвора вместо сжимающих уси-
лий в других конструкциях.
3.3.	ВЗРЫВОЗАЩИТА ШНЕК-ПРЕССОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
БАЛЛИСТИТНЫХ ПОРОХОВЫХ ЗАРЯДОВ
В пороховом производстве операция прессования на шнек-прессах
является одной из самых опасных и ведется в железобетонных кабинах
с большой толщиной стенок. Любое загорание вызывало взрыв пресса
и значительные разрушения. Особо возросла опасность этой фазы при
переходе на высокочувствительные пороха повышенной мощности и из-
готовлении из них крупногабаритных шашек (диаметром 400... 800 мм) с
помощью раструбного инструмента, в котором находится до несколь-
ких тонн пороха.
Оригинальная схема и метод взрывозащиты шнек-прессов были
предложены и реализованы И.Я. Петровским с сотрудниками.
Полностью избежать возникновения очага загорания и горения по-
роха в витках шнек-пресса (стадии 1-4 на рис. 23) не представляется
возможным. Поэтому был выбран метод борьбы на стадиях 5-7, разры-
вающий эту цепочку и не дающий возможности горению перейти в де-
тонацию
В прежней конструкции шнек-прессов ПГД способствовали боль-
шие прочность и масса корпуса шнек-пресса с впрессованной в него
бронзовой втулкой. Была предложена принципиально новая конструк-
ция так называемой динамически ослабленной втулки (ДОВ). Особен-
ность ее заключается в том. что вдоль всей длины втулки в ней прореза-
юсь много узких пазов, в которых толщина стенки втулки составляла
всего 4 мм. При загорании и нарастании давления до сравнительно не-
большого значения стенки втулки в пазах срезались и быстро вылета-
ли. открывая выход газам (продуктам горения пороха) Для обеспече-
ния свободного выхода в самом корпусе шнек-пресса делались окна
Давление резко падало, порох продолжал гореть, но взрыва уже не
происходило На прессе менялась втулка, и он снова включался в
работу. В случае, если ПГД все же происходил, срабатывала вторая сту-
пень взрывозащиты - обеспечение разрыва детонационной цепи на уча-
стке нарастающей плотности. В результате взрыв, хотя н более силь-
ный, чем взрыв без ПГД, охватывал только неуплотненный полуфабри-
кат, находящийся в бункере и в начальных, транспортирующих витках
шнек-пресса. Уплотненный порох в пресс-инструменте и готовой шаш-
ке не детонировал.
Рис 28 Конструкция динамически ослабленной втулки (ДОВ)
к шнек-прессу
Для обеспечения разрыва детонационной цепи при переработке по-
рохов повышенной мощности и чувствительности применяют ДОВ из
легкого сплава, проводят дополнительные операции по укрупнению и
уплотнению зерен полуфабриката, используют винт с уменьшенным
сечением канала (многозаходный). Эти меры способствуют также и
предотвращению ПГД. Также специально для обеспечения разрыва де-
тонационной цепи применяют винт с укороченной зоной уплотнения
полуфабриката, чем достигается высокая крутизна нарастания плотно-
сти (до 3 г/см’-м и более).
72
Прн выборе материала для изготовления ДОВ необходимо учиты-
вать, кроме статической прочности вышибных элементов, работающих
на срез, нх поверхностную плотность (массу материала на единицу по-
верхности), которая при переработке современных БП не должна пре-
вышать 2.. .3 г/см2. Для увеличения массы вышибного элемента автома-
тически требуется снижение допустимой срезающей статической на-
грузки.
Конструктивно ДОВ выполняется в виде ребристой трубы (рис. 28)
из бронзы, стали или анодированного дюралюминия, или других лег-
ких и износостойких материалов. Ребра втулки упираются в ограничи-
тельные стальные кольца корпуса шнек-пресса, обеспечивающие проч-
ность и жесткость конструкции и не мешающие вылету вышибных эле-
ментов.
3.4.	ВЗРЫВОЗАЩИТА АППАРАТОВ ТИПА СНД
Аппарат типа СНД служит для смешивания всех компонентов
СРТТ и заполнения готовым топливом изложниц или корпусов ра-
кетных двигателей. Он является наиболее взрыво- и пожароопасным
аппаратом в производстве СРТТ. Аппарат состоит из двух смесите-
лей лопастного типа, размещенных друг под другом, у каждого из
которых имеется в нижней части шнек для выгрузки смеси. В верх-
ний смеситель, который работает под атмосферным давлением, по-
ступают через дозаторы окислитель, связующее и добавки, а образу-
ющаяся смесь через вакуумную камеру непрерывно поступает в ниж-
ний (вакуумный) смеситель, где она домешивается и далее с помо-
щью шнека нагнетается в изложницу.
К этому аппарату была разработана специальная комплексная сис-
тема взрыво- и пожарозащиты (рис. 29).
Учитывая, что СНД является звеном непрерывного поточного про-
цесса, система предназначена обеспечивать локализацию горения в ап-
парате и предотвращать распространение пламени по смесепроводу в
пресс-форму и линию подачи порошкообразных компонентов
Система взрывопожарозашиты состоит из следующих устройств:
обнаружения загорания;
противовзрывной и противопожарной защиты;
пламеотсечения и водопитания.
В комплект устройства обнаружения загорания входят: реле низко-
го и высокого давления 6, 10, фотодатчик 8 и электронная контрольно
пусковая установка 4 Устройство противовзрывной защиты состоит из
управляемых мембран 13 и втулки 11 Управляемые мембраны приво-
дятся в действие гидроимпульсным усилителем 9
5
6
Рис. 29 Схема комплексной системы взрывозащиты аппарата типа СИД
I - дублирующий механизм пуска, 2 - водяной бак, 3 - ресивер; 4 - автоматическая контрольно-пусковая установка; 5 - насадки;
6 - реле низкого давления; 7- пламеотсекэтель, 8 - фотодятчик-сигнализатор пламени. 9 - гидроимпульсный усилитель; /0- реле
высокого давления; // - предохранительная втулка; 12 - тепловое реле; 13 - управляемая мембрана; 14 - командоаппарят
В устройство противовзрывной защиты входят управляемые мемб-
раны 13 в комплекте со спецболтом и гидроимпульсный усилитель 9.
Управляемая мембрана имеет оригинальную конструкцию и состоит из
разрывной мембраны, стягиваемой с корпусом с помощью хомута. По-
лухомуты затягиваются специальным болтом с пружиной. Нормальное
усилие затяжкн болта передается роликам через опорное кольцо. При
подаче воды во внутреннюю полость стержня головка болта слетает со
стержня, освобождая выход роликов из гнезда. Вода подается из гидро-
импульсного усилителя, состоящего из корпуса, поршня и крышки. В
крышку ввернуты пиропатроны. Вода из корпуса вытесняется газами,
образующимися при срабатывании пиропатронов.
Устройство противопожарной защиты обеспечивает прекращение
горения в раскрытом аппарате, а также защиту примыкающего обору-
дования. Пламеотсекающая часть обеспечивает механическое перекры-
тие транспортных смесепроводов, соединяющих аппарат с пресс-фор-
мой и транспортным шнеком.
Устройство пламеотсечения состоит из пламеотсекателей 7, уста-
новленных соответственно на смесепроводе и между предварительным
смесителем и транспортным шнеком. В случае отказа электроавтомати-
ки противовзрывная защита обеспечивается за счет разрушения пре-
дохранительных мембран избыточным давлением в аппарате. Площадь
защитных проемов принимается не менее 0,1 площади горения. В этом
случае горение переходит в режим, при котором возможно тушение пла-
мени распыленной водой. Система действует автоматически с време-
нем срабатывания не более 0,1 с. Для обеспечения большей надежнос-
ти система имеет разрывные мембраны, вскрывающиеся при давлении
в аппарате 0,2 МПа.
Компоновка элементов системы производилась с учетом конструк-
1ивных особенностей аппарата СНД и требований технологического
регламента
Реле высокого давления 10 попарно установлены на корпусе шнека
предварительного смесителя (у решетки) и на технологическом пере-
ходнике у выхода шнека вакуумного смесителя. Реле низкого давления
6 установлены попарно на крышке бункера предварительного смесите-
ля и на стенке вакуумной камеры.
На крышке бункера предварительного смесителя и на передней стен-
ке вакуумной камеры закреплено по одной насадке 5 На стенках бу нке-
ра установлены также по две управляемых мембраны, а на вакуумной
камере смонтированы три мембраны - две сбоку, одна сверху
Описанная выше система защиты функционирует следующим об-
разом при загорании в аппарате СНД происходит нарастание давления,
что приводит в действие чстройства противовзрывной защиты 1с.in в
этот момент или позже пламя обнаруживается фотодатчиком 8, то про-
исходит срабатывание устройств пожарозащиты и пламеотсечения.
Управление устройствами противопожарной, противовзрывной заши-
ты и пламеотсечения, а также контроль за работой устройства обнару-
жения загорания осуществляется электронной контрольно-пусковой
установкой 4.
В случае отказа электроавтоматики системы противовзрывная за-
щита обеспечивается за счет разрушения предохранительных мембран
избыточным давление'м, возникающим в аппарате при горении. Пуск
воды к насадкам-распылителям и пламеотсекателям осуществляется в
этом случае с помощью термомеханического привода.
Установка имеет следующие временные параметры: время до рас-
крытия управляемых мембран 0,03 с; время подачи воды внутрь аппа-
рата 1,1с; время срабатывания пламеотсекателя 1,2 с.
Следует, однако, отметить значительную сложность эксплуатации
этой системы, что существенно затруднило ее внедрение.
3.5.	ВЗРЫВОЗАЩИТА АППАРАТОВ ЕМКОСТНОГО ТИПА
3.5.1.	Особенности взрывозащиты
В производствах порохов, ВВ, СРТТ, пиротехники применяется боль-
шое количество аппаратов емкостного типа. Это различного типа су-
шилки, грануляторы, сборники, емкости для хранения, смесители, ап-
параты провялки, нитраторы, сепараторы и др. Почти все эти аппараты
весьма взрывоопасны, н в них неоднократно происходили аварии. При
выборе метода взрывозащиты различают два типа аппаратов:
работающих с сыпучими материалами;
работающих с легкоподвижны.ми и вязкими жидкостями
Если при переработке жидко-вязких ВМ препятствием для образо-
вания УВ, имеющей критические параметры для возбуждения детона-
ции, является высокая плотность ВМ, а точнее, отсутствие пористости,
то у порошкообразных ВМ при насыпной плотности 0,9... 1.1 г/см’ та-
кого свойства нет, и ПГД в них, как было показано выше, осуществляет-
ся легко. Поэтому переработка таких ВМ, как гексоген, октоген, смеси
ПХА с горючими добавками и т. п., представляет повышенную опас-
ность Взрывозащита аппаратов такого типа должна осуществляться с
учетом принципа динамического ослабления При расчете параметров
взрывозащиты емкостного аппарата методом разгерметизации за счет
вышибных поверхностей необходимо учитывать, что допустимое зна-
чение давления разгерметизации значительно меньше максимального
давления взрыва
76
Устройства аварийной разгерметизации по принципу действия под-
разделяются на неуправляемые (пассивные) и управляемые (активные).
Неуправляемая разгерметизация основана на использовании предохра-
нительных мембран, клапанов и ДОВ, разрушающихся или открываю-
щихся для выпуска избыточного объема газа непосредственно под дав-
лением этого газа. В системах локализации взрывов, основанных на
управляемой разгерметизации, защитное отверстие образуется автома-
тически за счет энергии постороннего источника прежде, чем давление
в технологическом аппарате достигнет опасных значений.
В зависимости от условий технологического режима, в качестве ус-
тройства блокирования могут использоваться различные типы огнепрег-
радителей или пламеотсекателей. Устройства пожаротушения, предназ-
наченные для подавления пламени, представляют собой специальные
конструкции насадок-распылителей.
Наиболее эффективным методом борьбы со взрывами пылей в ап-
паратах является создание в них инертной среды. В этом случае содер-
жание кислорода в пылевоздушной смеси уменьшается до величины,
при которой распространение пламени становится невозможным. Безо-
пасную концентрацию кислорода определяют экспериментально.
Инертные газы применяют при работе с легковоспламеняющимися
пылями, особенно металлическими порошками, гидридами металлов и
др. К установкам, в которых применяются инертные газы, относятся
мельницы и коллекторы с повторной циркуляцией воздуха, сита и сме-
сители, а также установки и бункеры, в которых из-за особенностей их
конструкции обычные меры предосторожности трудно осуществить.
3.5.2.	Взрывозащита аппаратов типа АУР, шахтных провялок
и сушилок
Аппарат типа АУР предназначен для удаления летучего растворите-
ля из пироксилиновых порохов Он представляет собой несколько ци-
линдрических сосудов, наполненных порохом, через слои которого про-
дувается горячий воздух. Сверху эти сосуды объединены общим зон-
том (рис. 30).
В 1981 г на одном из заводов воспламенение пороховой пыли в ра-
бочей камере аппарата на стадии сушки привело к сильному его взрыву
с детонационным эффектом, приведшим к большим разрушениям тех-
нологического здания
Результаты работ по определению критических значений парамет-
ров перехода горения во взрыв показали, что наиболее приемлемым
конструктивным решением по обеспечению взрывозащиты является
метод динамического ослабления ia счет оснащения стенок цилннд-
Т
рических сосудов специальными вышибными элементами, которые бы
предотвращали переход горения во взрыв. Основой для расчета оптималь-
ных площадей вышибных элементов н их габаритов явились данные о
характере работы аппаратов типа АУР в критических условиях. Были
применены вышибные элементы, частично или полностью выполненные
из решетчатой оболочки, покрытой изнутри сеткой, размеры отверстий
которой меньше размеров содержащегося в аппарате пороха.
Рис 30 Схема конструкции аппарата типа
АУР:
I - труба, 2 - распределитель теплоагентов; 3 - вы-
шибные элементы; 4 - прижим распределителя. 5 -
коллектор; 6 - зонт вытяжной; 7 - корона загрузоч-
ная; 8 - отбойник, 9 - камера рабочая; 10 - крышка
нижняя с сеткой, 11 -воздуховоды. 12 станина, 13-
вал. 14 - сзол-основаннс
Результаты натурных испытаний подтвердили правильность рас-
четов Вышибные элементы срабатывали, а аппарат оставался цел.
Было установлено, что при площади вышибных элементов, состав-
ляющей 30 % от общей площади поверхности, установке срезных
штифтов на вышибных элементах рабочих камер н вытяжного зон-
та; избыточном давлении 50. 80 кПа и температуре воздуха 90 °C
после поджигания пороха происходит раскрытие или срыв вышиб-
ных элементов.
На рис. 31 показана схема расположения срезных штифтов на рабо-
чей камере аппарата типа АУР.
Методы взрывозащиты шахтных аппаратов для провялки и сушки
пироксилиновых порохов полностью аналогичны методам, применяе-
те
мым к аппаратам типа АУР. Для предотвращения перехода горения во
взрыв при случайном воспламенении пороха шахтные аппараты про-
Рис. 31 Схема расположения срезных штифтов на ра-
бочих камерах аппарата типа АУР
вялки необходимо оборудовать динамически ослабленными поверхно-
стями площадью не менее 30 % от общей поверхности
3.5.3.	Автоматические системы подавления взрыва (АСПВ)
В ряде случаев требуется активное вмешательство с целью подавле-
ния развивающегося взрыва Одним из перспективных способов взры-
возащиты оборудования является применение АСПВ Эти системы по-
стоянно находятся в ждущем режиме и автоматически включаются в
действие только при воспламенении среды Принцип действия АСПВ
заключается в обнаружении взрыва на начальной стадии его развития с
помощью высокочувствительных датчиков и быстром введении в за-
щищаемый аппарат распыляемого огнетушащего вещества, подавляю-
щего развитие взрыва.
->9
Важное преимущество АСПВ по сравнению с устройством для сбро-
са давления взрыва (взрывные клапаны, мембраны) состоит в отсут-
ствии выбросов в атмосферу токсичных, пожаро- и взрывоопасных про-
дуктов, горячих газов и открытого огня.
Требования к таким системам крайне жестки. АСПВ должны обла-
дать практически 100 %-ной надежностью, высоким быстродействием,
постоянно находиться в готовности и мгновенно включаться только в
случае воспламенения среды или резкого подъема давления. Проекти-
рование АСПВ сводится главным образом к расчету требуемой вмести-
мости взрывоподавителя (требуемое количество огнетушащего веще-
ства), оптимальных значений параметров энергодатчика и профиля рас-
пылительной головки.
В отличие от пожаротушащих систем, где количество огнетушаще-
го вещества, подаваемого в зону горения, практически не ограничено, в
системах подавления взрывов объем огнетущащего вещества опреде-
ляется конструкцией используемых взрывоподавляющих устройств. Так
как технологическое оборудование во многих случаях не рассчитано на
давление взрыва, то предельно допустимое время действия АСПВ при-
равнивается ко времени, в течение которого давление в аппарате не ус-
певает превысить его расчетную прочность.
Все применяемые конструкции взрывоподавителей подразделяют-
ся на следующие группы:
гидравлические устройства с разрушаемой оболочкой, приводимые
в действие детонатором;
пневматические устройства, в которых для распыления огнетуша-
щего вещества используется энергия заключенного в баллоне сжатого
газа;
пирогидроимпульсные устройства типа гидропушки, в которых для
диспергирования огнетушащего вещества используется давление газа, об-
разующегося при сгорании порохового или пиротехнического заряда,
комбинированные устройства, в которых указанные выше конструк-
ции дополняются элементами для последующей подачи огнетушащей
жидкости, поступающей из магистральных трубопроводов.
Выбор огнетушащего вещества для взрывоподавляющих устройств
осуществляется в зависимости от условий технологического процесса
и физико-химических свойств перерабатываемых продуктов В свою
очередь, применение того или иного огнетушащего вещества предоп-
ределяет способы взрывозащиты технологического оборудования. При
выборе огнетушащих веществ учитывают, кроме фактора эффективно-
сти действия, также совместимость этих веществ с технологическим
продуктом, т. е. обеспечение возможности продолжения его переработ-
ки после срабатывания систем взрывозащиты
so
В качестве пламегасящих веществ применяется вода, но более эф-
фективными оказались химические ингибиторы, например, хлористый
метилен и другие галогенизированные углеводороды: СС14, CF4, CF Вг,
CCIF.CHBr.
Наиболее эффективны фторбромсодержащие углеводороды - фрео-
ны марок 216В2, 12В2, 114В2 и 1 ЗВ 1. Значительный эффект достигает-
ся при действии комбинированных огнетушащих веществ, например при
совмещении галогенизированных углеводородов с двуокисью углеро-
да, азотом, диэтиламином.
Весьма смелым и оригинальным решением, применяемым в этих
системах, является гидропушка, которая выстреливает в полость защи-
щаемого аппарата огнетушащее вещество. Быстродействие ее обеспе-
чивается применением порохового заряда и капсюля-воспламенителя с
электрозапалом. Гидропушка (рис. 32) предназначена для практически
мгновенного импульсного впрыска тонкораспыленного с помощью рас-
пылителя 2 огнетушащего вещества в полость аппарата. Выбор веще-
ства производится исходя из свойств перерабатываемых в аппарате ВМ.
В корпус 3 между поршнем 4 и мембраной / заливается огнетушащее
вещество. Над поршнем расположен пороховой заряд б, а в крышке -
пиропатрон 7.
При подаче сигнала в виде электрического импульса пиропатрон
воспламеняет пороховой заряд, мембрана разрывается, и поршень, дви-
гаясь вниз, выталкивает огнегасящее вещество через распылитель в
корпус аппарата.
Оригинальную конструкцию, основанную на использовании поро-
хового заряда и электровоспламенителя, имеют пламеотсекатели, у ко-
торых в рабочее пространство вместо огнегасящей жидкости засыпает-
ся песок.
Следует отметить, что подбор и разработка ACI IB для пылевоздуш-
ных смесей представляют собой сложную технологическую задачу, так
как период индукции (промежуток времени от момента возникновения
очага взрыва до повышения давления в замкнутом объеме) зависит от
множества факторов (физико-химических свойств горючей среды, объе-
ма и конфигурации аппарата и др ). Была разработана АСПВ с дополни-
тельным оросителем, предназначенным для более продолжительной
(2.5 с) подачи огнетушащего средства, что позволяет предупредить
повторный взрыв При помощи оросителя достигается осаждение пыли,
перешедшей во взвешенное состояние при срабатывании гидропушки.
АСПВ, устанавливаемая на аппарате, в котором потенциально воз-
можен взрыв пылевоздушной смеси, работает следующим образом 11ри
воспламенении пылевоздушной смеси дифференциальное контактное
реле давления, реагирующее на скорость нарастания давления в аппа-
81
pare, срабатывает при давлении 70... 100 кПа, и командный сигнал по-
дается на взрывоподавитель и ороситель. Огнетушащий состав со сред-
ней скоростью 40 м/с подается в зону взрыва. Ороситель включается
при срабатывании пиротехнического заряда, и огнетушащие средства
впрыскиваются в зону взрыва в течение относительно продолжитель-
ного промежутка времени. Ороситель состоит из баллона объемом
40 л, заполненного 30 л воды под давлением 3 МПа. Время работы АСПВ
составляет примерно 3 с.
Рис 32 Конструкция гидропушки
1 - мембрана. 2 - распылитель, 3 - корпус; 4 - пор-
шень. 5 - крышка. 6 - пороховой заряд. 7 - пиро-
патрон
АСПВ аналогичного типа нашли применение за рубежом. Их использу-
ют для предотвращения взрывов в системах пылеулавливания бункеров с
тонко измельченным горючим материалом, в распылительных сушилках
и сушильных барабанах, в аппаратуре дробления и размола.
82
3.5.4.	Взрывозащита транспортно-технологических
контейнеров и емкостей
Многие ВМ хранятся и транспортируются в различных контейне-
рах и бидонах. Например, в производстве СРТТ для подачи рабочей
смеси окислителя в смеситель или для приготовления смеси окислите-
лей за счет смешения различных их фракций, а также для транспорти-
ровки и хранения ВВ типа гексогена или октогена применяются кон-
тейнеры барабанного типа, кубической или прямоугольной формы раз-
личной вместимости. Вопросы их взрывозащиты, а особенно исключе-
ние возможности ПГД при загорании, имеют большую важность. Та-
ким образом, основное требование по безопасности, предъявляемое к
аппаратам этого типа, заключается в том, чтобы при случайном воспла-
менении заключенный в них ВМ сгорал, но не взрывался.
Наиболее удачное конструктивное решение проблемы взрывозащи-
ты было найдено в применении вышибных элементов. Примером тако-
го решения является транспортно-технологический контейнер типа УК.
Контейнер типа УК (рис. 33) предназначен для транспортирования,
хранения и смешивания сухих порошкообразных ВВ типа гексогена,
ПХА и т. д. Он имеет два варианта исполнения, отличающихся друг от
друга только формой вышибных элементов: прямоугольной или круг-
лой. В целях обеспечения безопасности для каждого ВВ определяется
собственная норма заполнения.
Для проведения операции смешивания контейнер ставится на спе-
циальную раму с гидроприводом, осуществляющим его вращение. При
этом объем загружаемого в контейнер ВВ не должен превышать 80 %
от объема контейнера.
Конструктивно контейнер УК выполнен в виде жесткого металли-
ческого корпуса 1, сверху которого имеется загрузочный люк 2, а сбоку -
выгрузочное отверстие с герметически закрывающейся крышкой 3. В
некоторых конструкциях внизу делается патрубок для выгрузки ВМ с
помощью вакуума. Две боковые и задняя стенки контейнера имеют окна
4, закрываемые вставками 5, которые являются одновременно вышиб-
ными элементами (мембранами). Герметичность соединения вставки и
корпуса обеспечивается прокладкой 6, поджимаемой фланцем 7. Для
предохранения вставки от разрушения при транспортировке (например,
при случайном ударе) и хранении на фланце 7 установлена крупнояче-
истая сетка 8.
Общая площадь поверхностей мембран составляет 21 % (а для ряда
ВМ 40 %) от всей поверхности аппарата. В качестве материала для из-
готовления вышибных элементов используется электропроводящий
листовой сажеполипропилен толщиной 3 мм Применение данного ма-
83

териала продиктовано следующим конструктивным соображением - при
достаточной жесткости и прочности этот материал имеет небольшую
поверхностную плотность (всего 0,3 г/см2 при указанной толщине).
Контейнер имеет следующие параметры:
Объем	1,13 м’
Длина............................................... 1,3 м
Ширина.............................................. I м
Высота............................................ .	1,2 м
Масса............................................... 280 кг
Диаметр загрузочного люка........................... 200 мм
Размеры выгрузочного люка........................... 780x380 мм
Контейнер изготовлен из нержавеющей стали, кроме крышки выг-
рузочного люка, которая выполняется из алюминия и уплотнена рези-
новой прокладкой.
В загрузочный люк вставляется патрон с силикагелем 10 для погло-
щения влаги.
В крышке загрузочного люка закрепляются два клапана 9, назначе-
ние которых - уравнивать давление внутри контейнера с атмосферным.
Описанная конструкция контейнера прошла значительные технологи-
ческие и взрывные испытания, показавшие ее хорошую взрывобезопас-
ность.
3.6.	ВЗРЫВОЗАЩИТА ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ
3.6.1.	Методы взрывозащиты транспортных трубопроводов
Транспортные трубопроводы представляют большую потенциаль-
ную опасность с точки зрения реализации условий ПГД, особенно при
транспортировке порошкообразных ВМ как в виде сплошного слоя, так
и в виде аэровзвеси в условиях вакуумного и пневмотранспортирова-
ния. Ясно, что в реальных условиях длина трубопровода значительно
превышает величину, достаточную для преддетонационного участка при
ПГД.
С другой стороны, прочность и жесткость трубопроводов обеспечи-
вала образование У В с достаточными для возбуждения детонации транс-
портируемого ВВ параметрами при его случайном загорании, те. при
выборе материала и толщины трубопровода не учитывался вопрос его
взрывозащиты. Практически во всех случаях разрывная прочность тру-
бопроводов была неоправданно завышенной, хотя по условиям тех-
нологии и конструктивной жесткости прочность трубопроводов может
быть на порядок ниже.
85
Важность обеспечения взрывозащиты трубопроводов объясняется
двумя причинами:
транспортный трубопровод, особенно для порошкообразных ВМ,
является идеальным источником возникновения начального взрывного
импульса для всей загрузки ВМ, находящейся в связанном технологи-
ческом потоке;
транспортный трубопровод является передатчиком огневого и взрыв-
ного импульса для находящихся в технологическом потоке ВМ.
Учитывая тот факт, что длина трубопроводов значительно превос-
ходит критическую для ПГД длину, их взрывозащита может осуществ-
ляться только путем уменьшения разрывной прочности и массы трубо-
провода. Для расчета толщины стенок конкретного трубопровода без
динамического ослабления можно использовать следующую формулу:
где 5 - толщина стенки, м; d- внутренний диаметр трубопровода, м;
о - предел прочности при растяжении материала трубопровода, МПа.
Поверхностная плотность стенки трубопровода при этом должна со-
ставлять не более 1 г/см2.
В зависимости от конкретных условий эксплуатации трубопрово-
дов их конструкция и применяемые для их изготовления материалы
могут быть разнородны. В качестве материалов могут быть рекомендо-
ваны легкие малопрочные сплавы алюминия, электропроводные пласт-
массы, стекло, а также их комбинации со сталью.
3.6.2.	Прерыватели детонации на линиях вакуумного
и пневмотранспортировання
Прерывание возникшего ПГД в трубопроводах при транспортировке
порошкообразных ВВ является чрезвычайно сложной задачей. Эта зада-
ча в зависимости от целого ряда требований решается индивидуально в
каждом конкретном случае. В настоящее время можно назвать несколько
конструктивных способов прерывания ПГД с использованием:
петлевого прерывателя детонации;
углового прерывателя детонации;
линейного прерывателя воздушной УВ;
щелевого прерывателя детонации.
11етлевой прерыватель детонации представляет собой участок ваку-
умного и пневмотранспортирования, выполненный в виде петли, кото-
рая имеет самопересечение по направлению движения транспортируе-
86
мого ВВ (рис. 34, а). Экспериментально установлено, что для совре-
менных ВВ типа тротила или гексогена радиус петли должен быть не
менее одного метра Тогда длина петли составит не менее 6 м. Расстоя-
ние по перпендикуляру между пересекающимися участками должно
быть выбрано таким, чтобы давление в УВ от взрыва в первом участке
было достаточным для разрушения второго из пересекающихся участ-
ков, но недостаточным для возбуждения во втором участке детонации
транспортируемого ВВ. Поэтому в качестве разрушающихся хрупких
вставок применяют материалы, чувствительные к ударным нагрузкам
(стекло, пластмассы, керамику). Петлевой прерыватель детонации, яв-
ляясь очень эффективным средством прерывания детонации, обладает
двумя недостатками:
громоздкость за счет значительной по радиусу петли;
возможность измельчения транспортируемого ВВ, т. е. изменения
фракционного состава. В связи с последним обстоятельством область
применения петлевого прерывателя ограничена, т. е. он может приме-
няться только при транспортировке тех ВВ, для которых не существует
жестких требований к гранулометрическому составу.
Рис 34 Схемы конструкций прерывателей детонации
а - петлевой' / - транспортный трубопровод; 2 - хрупкая вставка; 3 -
петля. 6 - угловой: / - хрупкая вставка; 2 - металлический стержень
с обоймами, в - линейный / трубопровод; 2 - хр> икая вставка
Действие углового прерывателя детонации (см. рис. 34. б) основано
также на разрушении хрупких вставок на линии вакуумного и пневмо-
транспортирования за счет опережения взрывного процесса, распрост-
раняющегося по трубопроводу, и УВ. идущей по стальному стержню
Эффективность действия такого прерывателя детонации зависит, во-
первых. от соотношения скоростей детонации и распространения УВ
87
по металлическому стержню и, во-вторых, от соотношения путей про-
хождения детонации и УВ:
*ст °ВВ
где сст- скорость распространения УВ по стержню, м/с; £>вв - скорость
детонации в транспортируемом ВВ, м/с; и /о- длины трубы и стерж-
ня между разрушаемыми участками соответственно, м.
Хрупкие вставки аналогичны вставкам в петлевом прерывателе де-
тонации. Недостатком углового прерывателя является ограниченность
его применения, т. е. возможность применения для транспортирования
только ВВ с малой (не более 2500 м/с) скоростью взрывных процессов.
Принцип действия линейного прерывателя воздушной УВ (ПВУВ)
наиболее простой конструкции основан на разрыве малопрочного учас-
тка трубопровода при выходе из него УВ (см. рис. 34, в). Например, при
Рис 35. Схема конструкции щелевого прерывателя детонации
I - переходник. 2 - хрупкая вставка (стекло. плексиглас, винипласт). 3 - цент-
ральное тело (сталь, пластмасса). 4 стяжные болты, 5 - прокладка. 6 транс
портный трубопровод. 7 - ребро
88
выходе воздушной волны сжатия из участка со стальными стенками в
участок со стенками из пластмассы последние разрываются и происхо-
дит резкое падение давления. Экспериментально установлено, что эф-
фективность действия ПВУ В достигается при длине ослабленного уча-
стка не менее 6 м. Он может также служить прерывателем детонации на
линиях вакуумного и пневмотранспортирования рабочих смесей окис-
лителя, если его установить в виде вертикального участка из пластмас-
сы длиной не менее 4,5 м. Действие ПВУВ как прерывателя детонации
основано на отсутствии передачи детонации по каналу трубопровода
из-за слабости и легкости его стенок и отсутствии «дорожки» из транс-
портируемого материала на вертикальном участке.
Действие щелевого прерывателя детонации (рис. 35) основано на
прохождении транспортируемого ВВ по кольцевому зазору, образован-
ному двумя коаксиально расположенными цилиндрами и имеющему
ширину меньшую, чем критическая толщина детонации ст транспорти-
руемого ВВ.
Длина зазора должна быть больше критического расстояния пере-
дачи детонации по этому зазору. Общая же площадь поперечного сече-
ния зазора должна быть равной площади поперечного сечения трубо-
провода. При оптимальном выборе указанных выше параметров, а так-
же материалов разрушаемого цилиндра, эта конструкция прерывателя
детонации может быть наиболее эффективной.
Описанный принцип взрывозащиты трубопроводов широко при-
меняется в производстве при вакуумном и пневмотранспортирова-
нии рабочих смесей порошков перхлората аммония, промышленных
ВВ и т. п.
3.7.	ВЗРЫВОЗАЩИТА ВИБРАЦИОННЫХ АППАРАТОВ
В настоящее время вибрация широко используется при разработке
нового оборудования. С ее помощью можно значительно интенсифици-
ровать многие процессы, такие, как смешение, заливка, сепарация, рас-
сев, прессование, шнекование и т. д. Так, применение вибрации при
снаряжении БП методом шнекования и прессования позволило интен-
сифицировать эти процессы, поскольку вибрация снижает коэффици-
ент трения и тем самым позволяет снизить нагрузки и давление при
шнековании и прессовании Однако разработка вибрационных аппара-
тов возможна только в том случае, если вибрационные нагрузки не ока-
зывают опасного воздействия на ВМ Поэтому необходимо установить,
как вибрация влияет на чувствительность ВМ, и не повышается ли при
этом взрывоопасность оборудования Для определения роста чувстви-
тельности ВМ под воздействием вибрации разработан малогабаритный
89
виброприбор настольного типа В ПН-0815, работающий в диапазоне 3 5-
250 Гц при амплитуде 0-3,5 мм, возмущающая сила - от 0 до 270 Н.
В этом приборе воздействие на испытуемый заряд осуществляется
путем его зажатия между плунжером пресса и вибрирующим ударни-
ком. При этом заряд находится в герметичной камере, соединенной с
манометром, по которому регистрируется давление газов, выделяющихся
при разложении ВМ под действием вибронагружения. Были проведены
работы по определению безопасных параметров используемой вибра-
ции, в результате чего установлено, что для вибропрессования суще-
ствует оптимальный диапазон частот, при котором обеспечивается бе-
зопасность работ. Выявлено, что использование высокочастотной виб-
рации делает процесс опасным, хотя и эффективным с точки зрения
технологии.
Критические значения частот вибрации для каждого конкретного
ВМ различны и должны определяться экспериментально.
ГЛАВА 4. Технологическая безопасность
производства ВМ
4.1.	ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ВЗРЫВОБЕЗОПАСНЫХ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА ВМ
Оценка безопасности технологического процесса при производстве ВМ
основывается на сравнении уровня взрывчатых свойств перерабатываемо-
го материала, т.е. определения условий достижения критических парамет-
ров воздействий, приводящих к начальному очагу загорания и развитию
взрывных процессов, с одной стороны, и уровнем воздействий на перера-
батываемый ВМ, производимых в процессе его переработки, с другой сто-
роны. Последний обеспечивается надежностью и точностью работы тех-
нологических аппаратов и контрольно-измерительных приборов. Точность
аппаратов и приборов и их надежность определяют не только качество из-
готавливаемых из ВМ изделий, но и безопасность их переработки Напри-
мер, на первоначальном этапе отработки смесительной аппаратуры для при-
готовления топливных масс использовали дозирующие (для жидко-вязких
компонентов) устройства высокой точности, но, как оказалось, с недоста-
точным для обеспечения технологического цикла изготовления изделия вре-
менем работы на отказ (низкая надежность). Таким образом, в процессе
работы могло происходить изменение соотношений компонентов топлива
с образованием системы, обладающей повышенным уровнем взрывоопас-
ных свойств, те образованием системы с более высокой вероятностью воз-
никновения аварийной ситуации (что, естественно, могло происходить и
при недостаточной точности этих устройств). Доработка дозирующих уст-
ройств в части их безотказности (надежности) повысили взрывобезопас-
ность производства данного класса топлив
При выборе технологического процесса изготовления изделия из
конкретного ВМ, с обязательным обеспечением взрывобезопасности
процесса его производства, необходимо руководствоваться:
41
уровнем показателей взрывчатых свойств (чувствительность к ме-
ханическим воздействиям, склонность к ПГД восприимчивость к дето-
нации и т.д.) не только конечного рецептурного регламентированного
состава, но также промежуточных композиций, с возможными откло-
нениями содержания исходных взрывчатых компонентов от регламен-
тированного состава;
анализом технологической аппаратуры с точки зрения ее удовлетво-
рения требованиям взрывобезопасности применительно к уровню взрыв-
чатых свойств конкретного ВМ;
категорийностью фаз производства (см. табл. 6) в зависимости от
уровня взрывозащищенности оборудования для определения мер защиты
обслуживающего персонала при аварийной ситуации.
Приведенные положения не исключают требований чисто техноло-
гического характера (реология, живучесть, вязкость и т.п.), предъявляе-
мых к ВМ. Однако эти вопросы здесь не рассматриваются, а обращает-
ся внимание только на факторы, непосредственно связанные с взрыво-
защитой при переработке ВМ.
Например, перхлорат аммония (ПХА) в чистом виде является доста-
точно безопасным ВМ и организация его переработки (сушка, измельче-
ние, рассев) при производстве СРТТ не требует принятия особых мер по
обеспечению взрывобезопасности, так как он не горит при обычных ус-
ловиях, для его подрыва необходим мощный инициатор из другого ВВ, а
склонность к ПГД очень мала. Смеси же ПХА с горючими порошками,
как органического, так и неорганического происхождения, обладают по-
вышенным уровнем взрывчатых свойств, даже при небольшом содержа-
нии горючих добавок. Чистый ПХА с размером частиц 50 мкм не горит
на открытом воздухе, а горит только при давлении более 30 атм. Детона-
ция в нем может быть возбуждена при диаметре заряда более 30 мм с
помощью мощного промежуточного детонатора. Для ПХА ПГД удалось
осуществить только в трубе диаметром 60 мм, при этом длина преддето-
национного участка составляла более 1800 мм В то же время смесь ПХА
с 1,5% горючей добавки горит на открытом воздухе, детонирует в диа-
метре менее 10 мм и дает устойчивый ПГД в стандартных условиях при
длине преддетонационного участка 600...700 мм. Организация перера-
ботки таких смесей связана с применением специальных взрывозащи-
щенных аппаратов и организацией специальной фазы производства.
В то же время изменение порядка ввода компонентов: введение
горючих порошкообразных добавок в связующее не требует создания
специальной фазы приготовления взрывоопасных смесей ПХА с горю-
чими добавками. Поэтому правильный выбор порядка ввода компонен-
тов позволяет существенно упростить зехнологический процесс и по-
высить его взрывобезопасность.
92
Кроме того, промежуточные продукты или их смеси могут обладать
значительно более высокой степенью взрывоопасности, чем конечный
продукт. Например, введение в смеситель одновременно всей навески
ПХА (или иного окислителя, кристаллического ВВ и Т.п.) приводит к
временному образованию промежуточных смесей, обладающих повы-
шенной взрывоопасностью, за счет высокого содержания окислителя и
пониженной плотности смесей. Загрузка необходимого количества ком-
понента отдельными порциями значительно повышает безопасность
фазы смешивания топливной массы.
Таким образом, меры по обеспечению безопасности обслуживаю-
щего персонала и соседних производственных зданий должны прини-
маться исходя из наиболее взрывоопасного состояния перерабатывае-
мой продукции.
Организация любого технологического процесса базируется на при-
менении таких аппаратов, конструкция и качество изготовления кото-
рых отвечают требованиям безопасности. Используемая в производстве
аппаратура должна отвечать следующим основным требованиям:
длительность наработки иа отказ аппарата в целом должна превы-
шать длительность технологического цикла изготавливаемого изделия;
уровень длительных и импульсных механических воздействий не
должен превышать критических значений этих воздействий, вызываю-
щих зажигание перерабатываемого материала;
единовременная загрузка аппарата, в котором имеется наибольшая
вероятность возникновения взрывных процессов, должна ограничивать-
ся величиной, при которой обеспечивается локализация поражающих
факторов взрыва перерабатываемого ВМ в помещении, где размещено
оборудование. При этом должны обеспечиваться безопасные расстоя-
ния между зданиями согласно отраслевым правилам;
в целях снижения эффекта взрыва все аппараты, емкости, транспор-
тные трубопроводы должны иметь статическое и динамическое ослаб-
ление, обеспечивающее выполнение граничных условий по отсутствию
перехода горения во взрыв (детонацию);
фазы производства и аппараты, соединенные непрерывным техно-
логическим потоком продуктов, должны иметь надежные разрывы от
мест концентрации ВМ Это может быть достигнуто как дискретнос-
тью производства, так и в виде аварийного раскрытия и отсечения мас-
сопроводов
Соблюдение приведенных требований к конструкциям аппаратов и
условиям их использования является необходимым условием обеспече-
ния безопасности при изготовлении изделий. Однако выполнение этих
требований полностью в ряде случаев наталкивается на трудности, свя-
занные с отсутствием исходных данных о свойствах перерабатываемо-
93
го ВМ, материалов для изготовления аппаратов, присутствием так на-
зываемого «человеческого фактора» и т.п. Следовательно, в реальном
производстве нельзя полностью исключить возникновение аварийной
ситуации. Поэтому для защиты обслуживающего персонала и оборудо-
вания устанавливаются определенные правила по устройству произ-
водств ВМ и их эксплуатации, в которых технологические процессы и
операции классифицируются по возможным последствиям (взрывоо-
пасные и огнеопаснее) и масштабам аварий (табл. 7).
Таблица 7
Кггегорийность опасных технологических процессов
Категория процесса (операции)	Критерий отнесения
А	Процессы (операции), при проведении которых возмож- ный взрыв разрушает здание и создает для окружения опас- ную зону
Ал	Процессы (операции), при проведении которых возмож- ный взрыв локализуется в помещении (сооружении) средства- ми защиты
Б	Процессы (операции), при проведении которых веро- ятность взрыва не превышает 1 О'* в год
В	Процессы (операции), при проведении которых возмож- ное загорание не локализуется внутри здания (сооружения) и создает пожароопасную зону
Г	Процессы (операции), при проведении которых возмож- ное загорание локализуется внутри здания (сооружения)
Так как критерием такой классификации является максимальная
проектная авария, то такой подход позволяет в широких пределах из-
менять номенклатуру материалов и изделий из них, если загрузка ВМ
не превышает проектную, а возможная авария не повышает катего-
рию здания.
Поражающие факторы, характерные для аварии с ВМ: ударная вол-
на, осколки, высокая температура, сейсмическое действие - являются
следствиями того обстоятельства, что процесс энерговыделения при
химических реакциях разложения ВМ идете большой скоростью. Для
каждого из этих факторов существуют обобщения экспериментально
определенных их интенсивностей в зависимости от мощности и рас-
стояния до источника, наличия защитных сооружений, препятствий,
параметров окружающей среды и т п В большинстве случаев общий
94
вид зависимости интенсивности поражающего фактора / от мощности
источника т и расстояния до него г выражается формулой
I = f(knflra),
где коэффициент к и индексы а, Ь изменяются в широких пределах и
зависят от вида поражающего фактора, наличия и конструкции защит-
ных устройств и сооружений и ряда других особенностей конкретного
промышленного объекта. Их значения приведены в соответствующих
разделах «Правил...».
Остановимся здесь подробнее только на одном понятии: тротило-
вом эквиваленте (ТЭ) взрыва (а). Известно, что максимальная величи-
на ТЭ ВМ может быть определена экспериментально по измерениям
параметров воздушной ударной волны (ВУВ) как отношение массы ТНТ
к массе ВМ, эквивалентных по действию ВУВ, или, что иногда удобнее
с достаточной для практики точностью, по соотношению значений теп-
лоты взрывчатого превращения конкретного ВМ и тротила
а “ ^у)вь/ бМтнг
где общепринято принимать (?(v)THT = 1000 ккал/кг.
Однако приведенное выражение справедливо только при полном
выделении энергии, т.е. при детонационном процессе. Величина троти-
лового эквивалента ВМ в значительной степени влияет на размер капи-
таловложений в строительство производственных помещений и их рас-
положение. Теплота взрывчатого разложения современных ВМ дости-
гает 1200... 1700 ккал/кг, т е. величина ТЭ при детонационном процессе
будет составлять (с учетом потерь) величину 1.1,25. При принудитель-
ном детонационном процессе, как показывают крупномасшабные по-
левые испытания натурных изделий, ТЭ может достигать значений
2,5..2,8
Реальная же величина ТЭ зависит не столько от общего энергети-
ческого уровня ВМ, сколько от возможности и степени реализуемости
того или иного взрывчатого процесса, определяющего количество и ско-
рость выделения энергии сжатых газов. Принципиальная возможность
детонационного процесса в ВМ еще не означает возможность его воз-
никновения в реальных условиях переработки или эксплуатации и по-
этому не дает основания использовать максимально возможное значе-
ние ТЭ при определении взрывного эффекта Например, СРТГ, содер-
жащие в своем составе кристаллические ВВ, являются детонационно-
способными взрывчатыми системами. Однако было бы неправильно счи-
гагь, что загорание топливной массы в смесительном аппарате или за-
95
горание отвержденного топлива в изложнице, разрыв изделий при стен-
довых испытаниях приведут к детонации, и поэтому взрывной эффект
необходимо оценивать исходя из полного ТЭ. Иное дело, если техноло-
гический поток продуктов имеет неразрывную связь и в этом потоке
есть хотя бы один аппарат, в котором может реализоваться ПГД. Напри-
мер, если произойдет загорание порошкообразного ВВ в емкости или
трубопроводе, не отвечающих требованиям отсутствия ПГД, то в таком
случае ТЭ взрыва определяется по максимальному значению, и эффект
взрыва исчисляется из суммарной загрузки технологического потока.
Так, в реальном производстве чистый перхлорат аммония является в
этом смысле безопасным веществом, не способным давать ПГД. Поэто-
му его хранение и переработка относятся к категории «Г». Однако если
его хранение и переработку осуществлять одновременно с октогеном,
гексогеном или иным ВМ, способным давать ПГД в реальных условиях
(операции категории «А»), то категорийность в этом случае определя-
ется из возможного исхода аварии с наиболее взрывоопасным продук-
том, и возможный эффект взрыва необходимо исчислять из суммарной
загрузки этих ВМ.
Организация современного производства ВМ направлена на то, что-
бы исключить возможность таких явлений, и как показывает практика,
реализация детонационного процесса при аварийной ситуации - собы-
тие крайне редкое. Поэтому практический ТЭ для технологических сме-
сей и готовых изделий значительно ниже, и эффект взрыва происходит
за счет сгорания значительных количеств ВМ в замкнутом объеме. Как
было показано А.Ф. Беляевым, в этом случае «тротиловый эквивалент
зависит от полноты превращения ВМ в газы при беспредельном адиа-
батическом расширении»:
где А - работа расширения, Дж;
- начальное давление газов, МПа;
р, - атмосферное давление. МПа;
V- объем технологического аппарата, м’;
п - показатель адиабаты продуктов горения.
Можно рассчитать работу взрыва при конкретных условиях загора-
ния Если объем аппарата измеряется в м3, а давление в нем в момент
разрыва - в МПа, то для оценки ТЭ взрыва при сгорании ВМ в замкну-
том объеме применяют следующую формулу:
96
0,239
л-1
£11"
где С - эквивалент взрыва технологического аппарата, кг ТНТ.
На основании результатов полигонных испытаний технологического
оборудования, а также оценки параметров полей поражения взрывными
эффектами, возникающих при поражении натурных изделий пулями и
осколками, была получена формула, удобная для инженерных расчетов
ТЭ разрыва оболочки при горении ВМ (без ПГД) в замкнутом объеме:
С = кр V,
где С - эквивалент взрыва, кг ТНТ;
р - давление разрыва оболочки, МПа;
V - объем, м’;
к - эмпирический коэффициент, величина которого зависит от энер-
гетического уровня ВМ, состояния поверхности горения, скорости на-
растания давления при горении ВМ или промежуточных технологичес-
ких смесей в замкнутом объеме, ряда других факторов; колеблется в
пределах от 0,1 до 0,2.
Принято считать, что наибольшую опасность представляет воздуш-
ная УВ, так как в зоне своего действия она поражает в любой точке.
Критерии поражения УВ при взрывах ВМ представлены в табл. 8.
Таблица 8
Критерии поражения воздушной ударной волной
Состояние зданий или сооружений после аварии, травмирование людей	Давление во фронте ударной волны. кПа
Полное расстсклснис зданий и сооружений на максималь- ном расстоянии от центра взрыва	0.5 0,8
Разрушение оконных переплетов, дверей, легких пере- городок	1 1.5
Полное разрушение кирпичной кладки, легких бетонных сооружений	2 2.5
Контузия человека	30 70
Летальный исход	>300
При полном разрушении здания и оборудования с образованием во-
ронок на I кг ВМ в эквиваленте тротила выбрасывается 0.05 0.06 м’
г ру нта
97
Это объясняется тем. что при аварийном взрыве энергия расходует-
ся не только на выброс грунта, но и на деформацию оборудования, зда-
ний, фундаментов и т.п. Таким образом, применяя вышеприведенные
формулы, возможно, с одной стороны, рационально разместить здания
и сооружения, осуществить достаточную защиту персонала, с другой
стороны, провести корректную оценку мощности взрыва и его послед-
ствий при аварии с ВМ.
Для локализации и/цли уменьшения интенсивности поражающих
факторов очень часто оборудование, в котором может произойти взрыв,
размещают в специальных кабинах или зданиях, способных полностью
или частично предотвратить воздействие поражающих факторов на ок-
ружающие объекты. Здания специальной конструкции позволяют лока-
лизовать взрывы, эквивалентные 2...3 т ТНТ, и остаться при этом ре-
монтопригодными.
Снижение интенсивности поражающих факторов и сужение зоны
их действия может обеспечиваться применением обваловки как актив-
ных, так и пассивных зданий.
Кроме того, здания и сооружения на территории предприятия раз-
мещаются на таких расстояниях друг от друга и от окружающих пред-
приятие объектов, чтобы уровни воздействия на пассивные здания внут-
ри территории предприятия не превышали установленных допустимых
норм (внутренние допустимые расстояния) и не могли причинить ущерба
за пределами промплощадки (внешние безопасные расстояния).
В тех же зданиях, где воспламенение перерабатываемых ВМ может
закончиться только пожаром, в целях снижения возможного ущерба от
аварийных взрывов применяют легко разрушаемые или легко сбрасы-
ваемые конструкции (ЛСК). К числу легко разрушаемых конструкций
относятся стекла оконных переплетов, разрушение которых обеспечи-
вает практически мгновенное вскрытие помещения при минимальном
ущербе. К легко сбрасываемым конструкциям относятся поворотные
остекленные переплеты, стеновые панели и плиты перекрытий, разру-
шение которых происходит в течение некоторого промежутка времени.
В процессе срабатывания ЛСК и истечения продуктов сгорания из по-
мещения происходит снижение нагрузок на оборудование, что приво-
дит к значительному уменьшению ущерба
Практически все здания, в которых производятся работы с ВМ, обору-
дуются системами автоматической пожарозащиты - комплексом устройств,
обнаруживающих загорание и включающих автоматическую подачу огне-
тушащего вещества (как правило, воды). Для обнаружения загораний при-
меняются помехозащищенные датчики, обеспечивающие надежное обна-
ружение очага загорания и не дающие ложных срабатываний Чаще всего
это фотодатчики, реагирующие на спектр излу чения горящей перерабатыва-
98
ваемой продукции. Системы подачи воды имеют различное время сра-
батывания - от 0,1 до 10...30 с и оборудуются распылительными насад-
ками различной конструкции, выбор которых определяется задачами,
стоящими перед конкретными системами пожарозащиты. Эффектив-
ность систем пожарозащиты при производстве пожароопасных веществ
(порохов, топлив) может быть достигнута при условии подачи огнету-
шащего средства в зону горения при давлении 6...8 кгс/см2 не позднее
2...3 с с момента срабатывания датчиков обнаружения горения, с интен-
сивностью орошения 4.. 6 л/с на I м2 в течение не менее 10 с.
4.2.	СИСТЕМА СЕРТИФИКАЦИИ БЕЗОПАСНОСТИ
ВЗРЫВООПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВ
Подтверждением того, что при проектировании и строительстве
предприятия, организации производства ВМ и подготовке персона-
ла выполнены все требования существующих в настоящее время нор-
мативных документов по обеспечению безопасности, служит серти-
фикат безопасности. Наличие сертификата безопасности у взрыво-
опасного производства косвенно свидетельствует о стабильности теку-
щего технологического процесса, а значит, и о качестве выпускае-
мой взрывоопасной продукции.
Нормативную базу «Системы сертификации безопасности взрыво-
опасных производств» составляют ГОСТ Р и отраслевые нормативные до-
кументы. Система сертификации ГОСТ Р была использована для разработ-
ки порядка сертификации, а отраслевые нормативные документы - при
выборе критериев оценки безопасности взрывоопасных производств. Сис-
тема сертификации безопасности взрывоопасных производств устанавли-
вает общие положения, распределение полномочий, компетенцию систе-
мы, область аккредитации, порядок проведения работ и основные требова-
ния по сертификации безопасности взрывоопасных технологий, которые
используются на промышленных и опытно-экспериментальных объектах
предприятий и организаций оборонных отраслей промышленности.
Система сертификации содержит разделы:
основные положения,
порядок проведения сертификации;
общая методика сертификации;
требования к сертификационным лабораториям и порядок их ак-
кредитации,
правила ведения реестра;
нормативы трудоемкости работ по сертификации;
порядок оценки экологической безопасности,
перечень взрывоопасных технологий.
99
«Система сертификации...» имеет собственные правила процедур и
управления, учитывающие особенности взрывоопасных производств.
Целью системы является проверка и подтверждение наличия усло-
вий, обеспечивающих безопасность ведения взрывоопасных техноло-
гических процессов в соответствии с требованиями нормативных доку-
ментов.
«Система сертификации безопасности взрывоопасных производств»
зарегистрирована в Государственном реестре, ее номер РОСС. RU. 0001.
01БВ00.
Объектами проверки и оценки при сертификации безопасности взры-
воопасных производств являются:
производственные здания и сооружения;
технологический процесс выпуска продукции;
оборудование, технологическая оснастка, контрольно-измеритель-
ные приборы и инструменты, системы их технологического обслужи-
вания и ремонта;
система технологического контроля и испытаний;
нормативно-техническая документация;
квалификация производственного персонала.
При положительных результатах проверки безопасности взрывоо-
пасного производства Центральный Орган выдает предприятию серти-
фикат безопасности, который является одним из определяющих доку-
ментов при решении вопроса о выдаче лицензии на производство пожа-
ровзрывоопасной продукции.
4.3.	РИСК - ЕДИНИЦА ИЗМЕРЕНИЯ ОПАСНОСТЕЙ
Итак, изучены свойства производимого продукта, его исходных ком-
понентов, полуфабрикатов и промежуточных смесей. Известны возмож-
ные причины возникновения начального очага загорания и условия
распространения горения за его пределы. Исследованы условия пе-
рехода горения во взрыв и детонацию. Разработаны необходимые тех-
нологические аппараты, определены безопасные режимы их работы и
выполнены все остальные требования, изложенные в «Системе серти-
фикации...». Значит ли это, что аварий не будет9 К сожалению, нет. Сер-
тификат безопасности подтверждает только тот факт, что при строи-
тельстве предприятия и организации на нем производства ВМ соблю-
дены все требования существующих в настоящее время нормативных
документов Но в нем ничего не говорится о том. каковы будут послед-
ствия аварии, если она произойдет, какова вероятность реализации раз-
личных сценариев аварий, каким должно быть взаимодействие пред-
приятия и местных органов власти? В первую очередь представляет
100
важность то обстоятельство, что в сертификате безопасности отсутствует
анализ риска.
Именно снижение риска, являющегося количественной мерой опас-
ности, определяемого как произведение вероятности нежелательного
события на масштаб определенного вида последствий или, иными сло-
вами, математическое ожидание ущерба (экономического, экологичес-
кого, социального...), является стратегической целью управления безо-
пасностью.
Что же такое риск? Здесь уместно вспомнить слова Д.И. Менделеева
о том, что «наука начинается с тех пор, как начинают измерять». Следова-
тельно, необходимо установить некую шкалу с соответствующими еди-
ницами измерения, с помощью которой можно было бы количественно
измерять различные виды опасностей: от опасностей, обусловленных
возможными авариями на промышленных предприятиях или возникаю-
щих при их нормальной эксплуатации до опасностей, возникающих
от природных катастроф. Использование единой меры для оценки
опасностей различного происхождения позволит сравнивать их меж-
ду собой для выявления наиболее существенных с точки зрения возможно-
го ущерба, оценивать эффективность различных мероприятий, направ-
ленных на снижение опасностей. В качестве такой меры используется
понятие риска. В общем случае риск выражается в виде произведения
вероятности нежелательного события на масштаб определенного вида
последствий. Математический смысл такого произведения состоит в
нахождении средней величины (математического ожидания) ущерба.
Причем под ущербом может пониматься не только прямой экономи-
ческий ущерб от разрушенного промышленного объекта, но и количе-
ство потенциальных смертельных случаев среди людей в результате
возникновения либо аварийных ситуаций, либо природных катастро-
фических явлений.
Иными словами, риск - это количественная мера опасности, опре-
деленная как вероятность нежелательного события с обозначенными
последствиями, которое может произойти в пределах определенного про-
межутка времени или при определенных обстоятельствах.
Процедура анализа риска включает в себя идентификацию источ-
ников опасности, расчет вероятности аварии и оценку ее последствий
(экономических, экологических, социальных).
Соответственно, риск бывает экономический, экологический, соци-
альный. Последний, в отличие, например, от риска индивидуального, ха-
рактеризующего распределение поражающих воздействий определенного
вида, характеризует масштаб кагастрофичности опасности
Социальный риск - это зависимость частоты возникновения собы-
тий, состоящих в поражении не менее определенного числа людей, под-
101
вергаемых поражающим воздействиям определенного вида при реали-
зации определенных опасностей, от числа этих людей*.
Методология оценки риска, основу которой составляет определе-
ние вероятности и тяжести последствий, стала широко применяться в
промышленно развитых странах с 80-х годов. Один из первых право-
вых документов, содержащих требования проведения анализа опаснос-
ти -Директива Европейского Сообщества 82.501 .EEC, принятая в 1982 г.,
известная как Директива Севезо. Она требует от производителя, рабо-
тающего на опасном объекте, доказать компетентным органам соответ-
ствующих государств - членов сообщества, что им идентифицированы
опасности, приняты необходимые меры безопасности, и лицам, работа-
ющим на объекте, предоставлена информация об опасностях. Анализ
опасности представляется как составная часть разрабатываемой пред-
приятием декларации безопасности.
С 1995 г. в России также началось внедрение процедуры деклариро-
вания безопасности, в соответствии с которой руководство каждого опас-
ного предприятия должно представить в органы власти декларацию
безопасности - единый документ, объединяющий вопросы идентифи-
кации и оценки основных опасностей, обоснование принятых мер по
безопасной эксплуатации объекта, меры на случай аварии.
4.4.	ЭТАПЫ РАБОТЫ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ АНАЛИЗА РИСКА
Проводя анализ риска на каком-либо предприятии, прежде всего
необходимо найти ответы на следующие вопросы:
Представляют ли опасность имеющиеся на данном предприятии
взрывоопасные, легковоспламеняющиеся или токсичные вещества?
Какие неисправности оборудования или ошибки в работе могут со-
здать условия, ведущие к аварии?
Если авария произойдет, каковы будут последствия пожара, взрыва
и выбросов токсичных веществ для работающих и окрестного населе-
ния, для предприятия и окружающей среды?
Что можно сделать для предотвращения подобных аварий?
Что можно сделать для смягчения последствий аварии?
4.5.	ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОПАСНОСТЕЙ И ИЗУЧЕНИЕ
ОПАСНОСТЕЙ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
Первым шагом в этой процедуре является предварительный анализ
опасностей, в ходе которого выявляются аварийно опасные элементы
•Дейти Aiwavomo.V Надежность технических систем и оценка риска -М.
Машиностроение. 1984
102
производства. Его результаты дают возможность сделать вывод о том,
какие системы или процессы требуют более серьезного анализа, а ка-
кие - не столь значительны с точки зрения возникновения аварийно-
опасной ситуации.
После того как при помощи предварительного анализа опасностей
были выявлены те элементы производственной системы (или ситуации),
которые могут способствовать аварии, необходимо рассмотреть те от-
клонения от нормальных режимов работы этих систем или их неисп-
равности, которые могут привести к аварии.
Для этого используется метод изучения опасностей и функциониро-
вания (работоспособности) HAZOP (hazard & operation study), приме-
нимый к процессам и периодического, и непрерывного действия. Он
может быть применен для совершенствования норм безопасности и на
существующих производствах.
Исследование опасностей и функционирования начинается не с оп-
ределения видов неполадок, а с изучения режимных переменных и от-
клонений их от нормы. Основная идея метода состоит в том, что суще-
ствующие или развивающиеся неполадки проявляются в отклонении
режимных переменных от наблюдаемой нормы.
Для проведения проверки необходимо иметь полное описание тех-
нологического процесса, чтобы выявить то, как может произойти от-
клонение от проектного режима работы, и решить, может ли это откло-
нение создать опасность. Проверке подвергается по очереди каждая
часть объекта исследования. При проверке каждой части ставится ряд
вопросов, сформулированных на основе ключевых слов. Фактически
ключевые слова используются для того, чтобы с помощью разработан-
ных на их основе вопросов можно было бы изучить все возможные от-
клонения от проекта При проверке обычно возникает ряд теоретичес-
ких нарушений, каждое из которых должно быть тщательно изучено
для того, чтобы выяснить, что явилось причиной этих отклонений и
какие последствия они могли бы иметь, те проводится систематиче-
ское исследование каждого отклонения от нормальных условий, как в
прямом направлении - к каким последствиям эти отклонения могут
привести, так и в обратном - каковы могут быть причины возникнове-
ния этих отклонений?
Некоторые из причин могут быть нереальными, и поэтому послед-
ствия предполагаемых отклонений следует отвергнуть, как не имею-
щие смысла. В некоторых случаях последствия могут быть незначитель-
ными и в дальнейшем они не рассматриваются Тем не менее возможны
такие отклонения, причины которых вполне реальны, а последствия
потенциально опасны Эти потенциальные опасности следует фикси-
ровать для принятия корректирующих мероприятий.
105
После проверки одной части объекта исследования и регистрации
всех связанных с ним потенциальных опасностей проводится проверка
следующих частей. Эта процедура повторяется до тех пор, пока не бу-
дет обследована вся установка в целом.
Целью проверки является выявление всех возможных отклонений
от предусмотренного проектом режима работы, а также всех связанных
с ней потенциальных опасностей.
В некоторых случаях, когда опасность может быть устранена с по-
мощью решений, не оказывающих влияния на работу других элементов
технологической системы, целесообразно провести модификацию кон-
струкции потенциально опасного элемента. Однако это не всегда осу-
ществимо, например, из-за недостатка или отсутствия необходимой
информации о работе этого и связанных с ним элементов.
Рассмотрим теперь ряд ключевых слов, используемых для генери-
рования возможных отклонений процесса от его нормального хода
(табл. 9).
Таблица 9
Ключевые слова и их значение
Ключевое слово	Значение (содержание)
НЕТ (НЕ, НИКАКОЙ)	Полное отрицание; отсутствие подачи, когда она должна быть; отсутствие потока или обратный поток...
ВЫШЕ (БОЛЕЕ)	Любые из относящихся к делу физических свойств имеют бблыиис величины, чем они должны иметь (по- вышенные температура, давление, расход...)
НИЖЕ (МЕНЕЕ)	Любые из относящихся к делу физических свойств имеют меньшие величины, чем они должны иметь (по- ниженные температура, скорость)
ТАК ЖЕ. КАК (БОЛЬШЕ)	В технологической системе имеется больше элемен- тов. чем должно быть; например, присутствует допол- нительная фаза (пар, твердые вещества в жидкости, примеси и т.д.)
ДРУГИЕ (ИНАЧЕ. ЧЕМ)	Состояние, отличающееся от обычной работы тех- нологической системы (введен не тот компонент, ис- пользован дртгой катализатор, остановка, пуск, сни- жение или повышение производительности и т.д )
В качестве примера использования метода HAZOP рассмотрим два
предложения из регламента проведения загрузки ВВ из контейнера в
аппарат, которая из-за высокой чувствительности ВВ к электрическому
разряду должна проводиться в среде углекислого газа, и проведем их
анализ.
104
Они сформулированы следующим образом:
«Подсоединяют течку к загрузочному люку, проверяют правильность
установки и заземление».
«Подсоединяют линию подачи углекислого газа в контейнер и от-
крывают вентиль».
Составим таблицу, в которую внесем ключевые слова, вероятные
причины, возможные последствия, а также предусмотрим необходи-
мые действия для поддержания регламентированных условий работы
(табл. 10).
Таблица 10
Ключевое слово	Нарушения	Причины	Возможные послед- ствия	Необхо- димые действия
НЕТ	Не подсоединяют течку к люку	Ошибка пер- сонала	Рассыпание продук- та, пожар, взрыа	-
МАЛО	Подсоединяют нс до конца	Ошибка пер- сонала	Рассыпание продук- та, пожар, взрыв	
ДРУГИЕ	Подсоединяют течку, предназначен- ную для другого про- дукта	Ошибка пер- сонала	Несовместимость ве- ществ, пожар, взрыв	—
ДРУГИЕ	Подсоединяют не к люку контейнера	Ошибка пер- сонала	Рассыпание продук- та, пожар, взрыв	—
НЕТ	Не проверяют пра- вильность установки контейнера	Ошибка пер- сонала	Рассыпание продук- та, падение контейнера, пожар, взрыв	—
НЕТ	Не подсоединяют заземление	Ошибка персо- нала. дефект заземляющего проводника	Разряд статического электричества, пожар, взрыв	
ДРУГИЕ	Подсоединяют нс заземление	Наличие посто- ронних прово- дов, ошибка персонала	Разряд статического электричества, пожар, взрыв	
НЕТ	Не подсоединяют линию подачи СО,	Ошибка пер- сонала	Отсутствие флегма- тизации продукта, по- жар, взрыв	-
НЕ Г	Не открывают вен- тиль подачи СО(	Ошибка пер- сонала	Отсутствие флегма- тизации продукта, по- жар. взрыв	-
МНОЮ	Сильно открываю! вентиль	Ошибка пер- сонала	Опасности нет	
105
Окончание табл 10
Ключевое слово	Нарушения	Причины	Возможные послед- ствия	Необхо- димые действия
МАЛО	Подсоединяют не- качественно	Ошибка пер- сонала	Отсутствие флегмати- зации продукта, пожар, взрыв	-
МАЛО	Нсдостаточноеот- крывают вентиль по- дачи СО,	Ошибка пер- сонала	Отсутствие флегмати- зации продукта, пожар, взрыв	-
	Дефект вентиля	Дефект конст- рукции	»	-
	Дефект трубопро- вода (шланга)	Дефект конст- рукции	»	-
ДРУГИЕ	Подсоединяют ли- нию не к контейнеру	Ошибка пер- сонала	»	-
ДРУГИЕ	Подсоединяют ли- нию не СО,	Ошибка пер- сонала, недо- статок конст- рукции	»	-
ДРУГИЕ	Открывают вен- тиль подачи не СО,	Ошибка пер- сонала	»	-
При малом риске либо чисто оперативных осложнениях необходи-
мость тех или иных действий обычно устанавливается на основе опыта
работы, принимая во внимание оба фактора: вероятность возникновения
события и серьезность его последствий. Однако для любого случая боль-
шого риска проводится полный количественный анализ опасных ситуа-
ций.
Для проведения такого анализа необходима информация о вероят-
ности возникновения той или иной опасной ситуации.
Существует несколько способов получения этой информации. Во-
первых, это использование статистических данных об авариях, проис-
шедших на однотипных производствах. Можно, задавшись видом рас-
пределения вероятности и используя статистические данные об авари-
ях, оценить параметры этого распределения Чаще всего для этих целей
используют распределение Вейбулла, поскольку оно хорошо описыва-
ет интенсивность отказов во времени. Знание параметров распределе-
ния вероятности позволит нам с некоторой точностью предсказывать
интенсивность аварий
Во-вторых, можно попытаться решить несколько более сложную
задачу связать некоторой зависимостью число возможных аварий со
!0Ь
свойствами производимого вещества, иными словами, решить задачу
регрессионного анализа. При проведении регрессионного анализа важ-
но выбрать функцию отклика так, чтобы она не просто хорошо описы-
вала закономерную часть отклика, но и имела «физический» смысл.
Поэтому выбор типа регрессионной зависимости является самой ост-
рой проблемой в любом исследовании.
Возвращаясь к нашей задаче - поиску зависимости числа аварий от
свойств производимого вещества и объемов его производства - необхо-
димо отметить, что регрессионный анализ может использоваться в пер-
вую очередь в том случае, когда переработка веществ осуществляется
на однотипном оборудовании и есть большой статистический материал
по авариям.
Такая задача была решена для производства БП. При этом было полу-
чено регрессионное уравнение, связывающее возможное число аварий со
свойствами и объемом производства конкретного ВМ. Коэффициент кор-
реляции этого уравнения составляет 0,98, что говорит об учете всех суще-
ственно влияющих на аварийность факторов.
Однако следует иметь в виду, что эти способы оценки вероятности
аварий наряду с достоинствами, прежде всего их простотой, имеют и
недостатки. Использование статистической информации предполагает
наличие ее достаточного объема. Другими словами, прежде чем оце-
нить вероятность аварии, необходимо, чтобы произошло значительное
количество аварий. Также отсутствует анализ причин возникновения
аварий, не учитываются различия между типами оборудования, его от-
дельными узлами и элементами. Поэтому прогноз возможен только на
близкие по свойствам ВМ и для подобных типов оборудования Влия-
ние на аварийность изменений в технологическом процессе также не
прогнозируется
Кроме того, следует учитывать, что полученные коэффициенты рег-
рессии и параметры закона распределения не являются раз и навсегда
заданными: изменение номенклатуры изготавливаемых составов и из-
делий из них, износ или модернизация оборудования, общее состояние
технологической дисциплины на предприятиях, квалификация персо-
нала будут, естественно, сказываться на состоянии аварийности, что
потребует периодического пересмотра и корректировки коэффициен-
тов регрессии и параметров функции распределения.
В-третьих, наиболее общим способом, используемым для оценки
вероятности аварии, является метод построения и анализа «дерева со-
бытий» (ДС) Само по себе «дерево событий» не является мерой опас-
ности или риска Анализ ДС - это алгоритм, набор формальных правил
построения последовательностей событий, приводящих к «основному
событию». Этот метод равным образом применим как к анализу после-
107
довательностей событий, приводящих, например, к поломке наручных
часов, так и к анализу плавления активной зоны ядерного реактора.
Подготовка и разработка достаточно точного ДС занимает много
времени и требует определенного опыта.
Процедура выполнения этой работы иллюстрируется схемой
Рис 36 Схема построения «дерева событий»
Построение ДС и анализ исследуемого объекта производятся сле-
дующим образом:
I.	Определяется аварийное верхнее нежелательное событие (ВНС).
Данное событие четко формулируется, приводятся признаки его точно-
го распознавания Для определения ВНС целесообразно пользоваться
методами идентификации опасности, те рассматривать проектную до-
кументацию на ремонт оборудования, диспетчерские журналы или дру-
гую аналогичную информацию Если конечное событие сразу опреде-
лить не удается, то производится анализ работы технологического про-
цесса с учетом изменения состояний работоспособности оборудования,
нарушений и ошибок операторов и т.д. Перечисляются возможные от-
108
казн, рассматриваются их комбинации, определяются последствия этих
событий - и в конечном счете, определяется ВНС.
Примеры ВНС для объектов химической технологии: разрыв реак-
тора, выход реакции из-под контроля, пожар на технологической ли-
нии, взрыв, детонация перерабатываемых ВМ.
2.	Проводится сбор сведений о работе системы, подлежащей анали-
зу. Вся информация, которая может помочь разобраться в работе систе-
мы, должна быть собрана и изучена: принципиальные схемы, карты тех-
нологического процесса, схемы трубопроводов и приборного оснаще-
ния, технологический регламент, инструкции и т.д.
Таблица II
Условные обозначения, используемые при построении «дерева событий»
Стандартные символы событий	
	Прямоугольник - событие вообще; широко используется во всех графах, имеющих вид дерева
	Круг - базовое событие, которое нс требует дальнейшего ана- лиза
	Ромб - исразлагаемое конечное событие, которое не подверга- ется дальнейшему разложению по следующим причинам: малая возможность возникновения аварии или ухудшения работы; отсутствие необходимой информации; слишком большие затраты, требующиеся для дальнейшей про- работки ветвей дальнейший анализ может быть найден в другом месте (из лите- ратуры)
Логические символы (операции)	
	«И» - означает результирующее событие, если существуют од- новременно все предусмотренные входные события
	«ИЛИ» - означает результирующее событие, если осуществле- но одно из предусмотренных входных событий или большее их число
3.	После определения ВИС последовательно определяют те собы-
тия. которые к нему привели при определенных условиях, а затем для
каждого из этих событий рассматривают условия, его вызывающие. При
построении ДС используют стандартные символы событий и логичес-
кие символы (табл. 11).
109
ДС выстраивается в соответствии со следующими формальными
правилами:
ВНС располагают вверху;
ДС состоит из последовательности событий, ведущих к ВНС;
последовательности событий образуются с помощью логических
символов И, ИЛИ и др.;
события над логическим знаком помещают в прямоугольнике, а само
событие описывается в этом прямоугольнике;
первичные причины (исходные причины, первичные отказы) рас-
полагают снизу.
При построении «дерева» события располагаются по уровням. ВНС
занимает верхний нулевой уровень, ниже располагаются события 1 -го уров-
ня (среди них могут быть и исходные (первичные)), затем 2-го уровня и т.д.
Если на I-м уровне содержится одно или несколько исходных собы-
тий, объединяемых логическим знаком ИЛИ, то, очевидно, возможен
непосредственный переход от начального события к ВНС. Для правиль-
ного построения ДС надо знать комплекс граничных условий с необхо-
димой, априорной информацией о системе (технологическом процес-
се). Основной элемент комплекса граничных условий - идентифика-
ция ВНС и определение всего ряда факторов, непосредственное
действие которых может вызвать рассматриваемую аварийную ситуа-
цию. Построение ДС заканчивается, когда все случаи отказов разрабо-
таны до уровня первичных отказов или отказов, которые в соответствии
с граничными условиями не должны разрабатываться до первичных.
4.	Квалифицированные эксперты проверяют правильность постро-
ения ДС. Цель этой контрольной проверки - убедиться в том, что:
а)ДС отвечает поставленным целям,
б)	система и ее действие описывается полно и ясно;
в)	входные события логических схем необходимы и достаточны для
образования выходных событий
Такая экспертная проверка снижает вероятность субъективных оши-
бок разработчиков, повышает точность н полноту описания аварийной
ситуации.
Заметим, что стоимость работ при построении и анализе ДС доста-
точно высока. Так, за рубежом полный анализ безопасности крупного
промышленного объекта занимает около 20 чел -лет и стоит до 2 млн
долларов США Однако полученный в результате такого анализа мате-
риал может быть использован неоднократно, а также адаптирован к раз-
личным модификациям исследуемого технологического процесса
5 Определение минимальных аварийных сочетаний и минимальной тра-
ектории для построенного ДС. Первичные и неразлагаемые события соеди-
нены с событием нулевою у ровня маршрут ами (ветвями) Сложное ДС име-
110
ет различные наборы исходных событий, при которых достигается ВНС. Эти
наборы называются аварийными сочетаниями. Минимальным аварийным
сочетанием называют наименьший набор исходных событий, при которых
наступает ВНС. Минимальная траектория - это наименьшая группа собы-
тий, без возникновения которых авария не происходит.
Минимальные траектории представляют собой события, которые
являются критическими для поддержания объекта в рабочем состоя-
нии, иначе говоря, это события, наступления которых должны быть ис-
ключены для предотвращения ВНС.
б. Качественно и количественно исследуют ДС с помощью выде-
ленных минимальных аварийных сочетаний и траекторий. Качествен-
ный анализ заключается в сопоставлении различных маршрутов от на-
чальных событий к ВНС и определении критических (наиболее опас-
ных) путей, приводящих к аварии.
При количественном исследовании рассчитывается вероятность воз-
никновения аварии по всем возможным маршрутам. Для этого выбира-
ют метод расчета аналитический или метод имитационного моделиро-
вания (метод статистических испытаний или метод Монте-Карло).
Аналитический метод расчета. При независимости первичных отка-
зов (вызывающих последующие отказы) Л,,Л2, ..^4я вероятность Р (В) вы-
ходного события В может быть определена:
для логической связи «И»
/»(*H	|:
для логической связи «ИЛИ»
где
Р(В) =
- вероятность события.
Метод Монте-Карло. Математическое моделирование ДС этим ме-
тодом с использованием ЭВМ состоит из следующих этапов:
определение значений интервальных оценок вероятностей первич-
ных отказов;
задание на ЭВМ структуры ДС, входных параметров и ограниче-
ний;
выделение отказов, ведущих к ВНС и идентификация минимальных
траекторий, приводящих к реализации ВНС с наибольшей вероятно-
стью;
оценка вероятности ВНС, те построение функции распределения
вероятностей ВНС и анализ полученных результатов
1 И
С помощью метода Монте-Карло можно проводить количественный
анализ сложного технологического процесса с любыми законами рас-
пределения первичных отказов, при этом вероятность ВНС находится в
определенном доверительном интервале.
7. Разработка рекомендаций по введению изменений в объекте ис-
следования, в системах управления и контроля для улучшения показа-
Рис 3" Пример ДС для случая детонации перерабатываемого ВМ
) 12
Использование ДС позволяет: получать и интерпретировать каче-
ственные и количественные результаты в зависимости от целей анали-
за; оценивать вероятность аварии в сложном технологическом процес-
се; осуществлять проверку достижения необходимого, уровня безопас-
ности процесса; определять элементы процесса, имеющие наибольшее
влияние на вероятность наступления ВНС и т.д.
Рассмотрим пример построения дерева событий для случая детона-
ции перерабатываемого ВМ (рис. 37).
После определения вероятности возникновения каждой аварийной
ситуации необходимо оценить последствия, к которым приведет ее реа-
лизация.
4.6. ОЦЕНКА ПОСЛЕДСТВИЙ
Оценка поражающего действия пожара сводится к определению
интенсивности теплового потока на разных расстояниях от центра по-
жара. Зная зоны различных степеней поражения, можно оценить число
пострадавших, а также экономический и материальный ущерб.
Поражающими факторами взрыва являются избыточное давление во
фронте УВ и осколки, возникающие при разрушении оборудования и зда-
ний. Оценка поражающего действия основана на определении значений
избыточного давления на различных расстояниях от места взрыва и срав-
нении их значений с критическими значениями для различных степеней
поражения человека, а также на определении размера зоны, в которой
существует опасность поражения осколками.
Каждая авария характеризуется неповторимыми условиями, с при-
сущим только ей расположением зданий, холмов, деревьев и т.п. «эле-
ментов», которые могут поглощать энергию взрывной волны (напри-
мер, заглубление заряда, наличие обваловки, густого леса и т.п. снижа-
ет безопасное расстояние почти в два раза) или отражать ее, усиливая
воздействие волны на человека.
Млекопитающие особенно чувствительны к таким факторам, как
избыточное давление в падающей и отраженной волне и импульс УВ.
Из других факторов, которые определяют степень поражения, нанесен-
ного взрывной волной, можно назвать внешнее атмосферное давление,
вид и размер млекопитающего, его возраст. Органы тела, отличающие-
ся наибольшей разницей в плотности соседних тканей, обладают наи-
более высокой чувствительностью к поражающему действию УВ. На-
пример, ткани легких, наполненные воздухом, страдают больше, чем
ткани какого-либо другого органа
Известные критерии поражения можно условно разделить на детер-
минированные и вероятностные Первые приближенно показывают те
ИЗ
значения параметров УВ, при которых наблюдается тот или иной уро-
вень поражения, вторые - какова вероятность того или иного уровня
поражения при заданном значении поражающего фактора. Некоторые
значения критических параметров воздушной У В для тех или иных сте-
пеней разрушения зданий и их элементов, а также поражения людей
приведены в табл. 7.
В качестве вероятностного критерия поражения людей использует-
ся понятие пробит-функции, которая для случая поражения людей име-
ет следующий вид:
Рг= 5,0-5,741nS,
rMS = (4,2/p)-(l,3/<), р = £;
т - масса тела человека, кг;
рг - избыточное давление, Па;
i - импульс ударной волны, Па-с;
р0 - атмосферное давление, Па.
Соотношение между величиной Рг и условной вероятностью пора-
жения человека приведено в табл. 12.
Таблица 12
Значения пробит-функции
Условная вероятность л сраже- ния.%	Величина Рг									
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
0	-	2,67	2.95	3.12	3.25	3.36	3,45	3.52	3,59	3,66
10	3.72	3,77	3.82	3.87	3,92	3.96	4,01	4,05	4.08	4.12
20	4,16	4.19	4.23	4,26	4.29	4.33	4.36	4,39	4.42	4,45
30	4.48	4,50	4,53	4.56	4.59	4.61	4.64	4,67	4,69	4,72
40	4,75	4,77	4.80	4,82	4.85	4.87	4,90	4,92	4,95	4.97
50	5.00	5.03	5.05	5.08	5,10	5.13	5.15	5,18	5.20	5.23
60	5,25	5.28	5.31	5.33	5.36	5.39	5.41	5,44	5.47	5,50
70	5,52	5.55	5.58	5.61	5.64	5.67	5.71	5.74	5,77	5.81
80	5.84	5.88	5.92	5.95	5.99	6.04	6.08	6.13	6.18	6,23
90	6.28	6,34	6.41	6 48	6.55	6.64	6,75	6.88	7.05	7.33
99	7,33	7.37	7.41	7.46	7.51	7.58	7.65	7.75	7.88	8.09
В отличие от воздействия воздушной УВ, которое всегда носит им-
пульсный характер, при тепловом воздействии следует различать слу-
114
чаи импульсного и длительного воздействия. В первом случае следует
говорить о дозе излучения, во втором - о критической интенсивности
теплового излучения. Второй случай наиболее характерен при горении
больших количеств ВМ (например, порохов или ТРТ).'Интенсивность
теплового излучения при этом столь велика, что ожоги получают люди,
находящиеся на значительном, до нескольких десятков и даже сотен
метров от места пожара, расстоянии. Для персонала, попавшего под
непосредственное воздействие продуктов горения, очень большую опас-
ность представляют ожоги дыхательных путей и легких. Так же как и
для ударной волны, в случае определения степени тяжести теплового
воздействия на человека могут быть использованы детерминированные
и вероятностные критерии поражения.
Величины интенсивностей теплового потока для различных степе-
ней поражения человека приведены в табл. 13.
Таблица 13
Предельные значения интенсивности теплового излучения для различных
степеней поражения
Степень поражения	Интенсивность излучения, кВт
Без негативных последствий в течение неограниченно- го времени Безопасно для человека в брезентовой одежде Непереносимая боль через 20...30 с Ожог I-й степени через 15...20 с Ожог 2-й степени через 30.40 с Воспламенение хлопка-волокна через 15 мин Непереносимая боль через 3. 5 с Ожог I-й степени через 6.8 с Ожог 2-й степени через 12... 16 с Воспламенение древесины с шероховатой поверхно- стью (влажность 12%) через 15 мин Воспламенение древесины, окрашенной масляной крас- кой по струганой поверхности; воспламенение фанеры Летальный исход с вероятностью 50% при длительно- сти воздействия около 10 с	1.4 4,2 7 7 7 10.5 10.5 10.5 10.5 12.9 17 44.5
В качестве вероятностного критерия оценки поражения тепловым
излучением также используется понятие пробит-функции. Соответству-
ющие формулы для этого имеют следующий вид:
И5
для ожога I -й степени
Рг = -39,83 + 3,0186 In^);
для ожога 2-й степени
Рг = -43,14 + 3,0188 1п(Г^);
летальный исход (^отсутствие защиты):
Рг =-36,38+ 2,56 1п(йО;
летальный исход (при наличии защиты):
Рг = -37,23 + 2,56 1п(йт«),
где / - эффективное время экспозиции, с;
q - интенсивность теплового излучения, Вт/м2.
К сожалению, пока не выработаны критерии и методы оценки ком-
бинированного воздействия различных факторов. В утвержденных над-
зорными органами методиках расчеты поражающих факторов крайне
упрощены и позволяют получить только приближенные оценки. Одна-
ко современное развитие компьютерной техники позволяет создавать и
использовать сложные в математическом отношении методики не толь-
ко для оценки последствий возможных аварий при проектировании пред-
приятий, но и для оценки развития аварийной ситуации во время самой
аварии. Последняя возможность может быть весьма полезной при ава-
риях с выбросами токсичных веществ.
Снижение тяжести последствий является весьма эффективным ме-
тодом уменьшения риска и может быть социально и экономически бо-
лее выгодным, чем снижение частоты аварий.
4.7. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕДУРЫ РАЗРАБОТКИ ДЕКЛАРАЦИИ
БЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ, РАБОТАЮЩИХ С ВМ
Учитывая наличие «Системы сертификации безопасности взрывоо-
пасных производств», для объектов, основным источником опасности
на которых является ВМ, главным моментом при составлении деклара-
ции безопасности является проведение анализа риска, то есть разработ-
ка сценариев возможных аварий, оценка вероятности их возникнове-
ния и ущерба, который может быть нанесен ими производству, персо-
налу предприятия и населению, а также расположенным вблизи пред-
приятия объектам и окружающей среде
116
Следует отметить, что в существующих нормативных документах,
регламентирующих организацию производства ВМ, присутствуют не-
которые элементы анализа риска. Так, в них предусмотрена классифи-
кация технологических процессов и операций по возможным послед-
ствиям (взрывоопасные и огнеопасные) и масштабам аварий; критери-
ем этой классификации является максимальная проектная авария.
Такой подход позволяет в широких пределах изменять номенклату-
ру ВМ и изделий из них, перерабатываемых (хранящихся) в том или
ином здании, если физическая загрузка последнего не превышает про-
ектную, а возможная авария не повышает категорию здания. Он позво-
ляет ограничить верхним пределом ущерб от аварии, но не дает оценки
реально существующего риска, поскольку вероятности возникновения
аварии при проведении даже однотипных операций с разными ВМ раз-
личны. Кроме того, фактическая загрузка здания не всегда равна макси-
мальной проектной загрузке и очень часто большую часть времени фак-
тическая загрузка может быть ниже проектной. И, наконец, не анализи-
руются все возможные сценарии аварий, не рассматриваются их исход-
ные причины, следовательно, невозможно целенаправленно бороться с
авариями. Именно обоснованный выбор направления борьбы за умень-
шение риска аварий и является одним из главных практических резуль-
татов, получаемых при разработке декларации безопасности.
Поэтому при оценке ущерба от аварий, потенциально возможных
для зданий категорий А, Б и В, используя сведения о размещении на
территории объекта источников поражающих факторов и их мощнос-
ти, зависимостей этих факторов от расстояния (с учетом наличия за-
щитных сооружений, складок местности, экранирования одних зданий
другими и т.п.), можно построить зоны с разной степенью разрушения
зданий и сооружений и оценить величину наносимого этим зданиям
ущерба при различных сценариях возможных аварий. Аналогично мо-
гут быть построены зоны с разной степенью поражения людей, т.е. зоны
различного уровня индивидуального риска. Однако уровни индивиду-
ального риска еще не характеризуют масштабы катастрофичности ава-
рий. Для этого необходимо определить уровни социального риска, ко-
торый, как уже отмечалось, является комплексной характеристикой по-
следствий реализации опасностей определенного вида и выражается
зависимостью частоты возникновения событий, состоящих в пораже-
нии определенного числа людей, подвергаемых определенным видам
поражающих факторов при реализации определенных опасностей, от
этого числа людей. Для чего необходимо установить плотность рас-
пределения персонала предприятия по территории объекта, а также
плотность распределения населения вблизи объекта, в той зоне, где ин-
тенсивность поражающих факторов может представлять угрозу для
1Г
жизни в разное время суток. При этом следует обратить особое внима-
ние на то обстоятельство, что разногласия между требованиями, предъяв-
ляемыми отраслевыми нормами и общегражданскими строительными
нормами и правилами (СНиП), привели к тому, что если при строитель-
стве предприятия, производящие ВМ, были расположены вдали от
жилых построек, то в настоящее время они располагаются вблизи, а
иногда в пределах санитарных зон этих предприятий находятся раз-
личные объекты гражданского назначения: детские сады, школы,
жилые дома и т.п.
Что касается аварий, происходящих в зданиях категорий Ал и Г, то,
поскольку последствия аварий локализуются внутри этих зданий, оцен-
ку ущерба нужно проводить только относительно самих конструкций
этих зданий и размещенного в них оборудования.
Так как на каждом этапе анализа риска существуют некоторые нео-
пределенности, источники которых заключаются в недостатке инфор-
мации о надежности оборудования, вероятности человеческих ошибок,
допущениях в моделях аварии, степени разрушения конкретного зда-
ния или оборудования, а также о фактической их стоимости на момент
возможной аварии, то для того чтобы правильно интерпретировать ве-
личины риска, необходимо проводить анализ неопределенностей и их
влияние на конечный результат.
И наконец, последний этап анализа риска - разработка рекоменда-
ций по его уменьшению, оценка эффективности таких рекомендаций и
требуемых для их реализации затрат.
Итак, анализ риска, являясь системным исследованием возможных
причин возникновения различных сценариев аварии, оценки их вероят-
ности и тяжести последствий, а также оценки эффективности меропри-
ятий по снижению техногенной опасности позволяет в условиях огра-
ниченных финансовых и материальных ресурсов использовать сцена-
рии таким образом, чтобы была достигнута максимальная эффектив-
ность их вложения.
Умение рассчитывать риск производственной деятельности делает
реальным управление процессом обеспечения безопасности, цель ко-
торого заключается в минимизации суммарных издержек: затрат, на-
правленных на уменьшение риска возможных аварий и собственно риска
аварий; для экономического риска и уменьшение индивидуального и
социального риска до приемлемых обществом величин.
Таким образом, разработка деклараций безопасности для промыш-
ленных объектов позволяет перейти от политики «абсолютной» безо-
пасности, направленной на концентрацию средств на предотвращение
аварий, к политике «приемлемого» риска, при которой главное вни-
мание уделяется контролю воздействия опасных факторов на человека
г I«
и окружающую его среду. В составлении деклараций безопасности для
предприятий, чья деятельность связана с ВМ, нет принципиальных труд-
ностей (за исключением необходимости разработки методического
обеспечения для корректной оценки вероятности возникновения ини-
циирующих аварии событий), а существующие в настоящее время
нормативные документы, включая обязательную процедуру сертифи-
кации безопасности взрывоопасных производств, существенно облег-
чают эту задачу.
Г ЛАВА 5. Обеспечение безопасности
при перевозке энергоемких материалов
Изложенный в предыдущих главах порядок организации производ-
ства ВМ в значительной мере обеспечивает снижение риска крупных
аварий: так, за 10 лет (1981-1990 гг.) материальные потери от аварий
при производстве ВМ составили немногим более 30 млн руб. В то же
время тяжесть последствий аварий с ВМ за пределами заводов-изгото-
вителей была намного больше. Как уже отмечалось во введении, любая
из широко известных аварий, происшедших в 1988 г. при транспорти-
ровании ВВ, привела к ущербу в несколько раз большему. Если же учесть,
что из-за исторически сложившейся разницы в географии мест изготов-
ления и мест применения ВМ ежедневно транспортируются несколько
десятков тысяч тонн ВМ, то становится очевидным, что обеспечению
безопасности транспортирования ВМ необходимо уделять огромное
внимание.
Проблема обеспечения безопасности при перевозке опасных грузов
(их доля в общем объеме перевозок достигает почти 50 %, из них почти
половина - ВМ) не является внутренней проблемой только России. Ей
уделяют большое внимание все высокоразвитые страны. Комитет экс-
пертов ЭКОСОС ООН по перевозке опасных грузов (ОГ) два раза в год
рассматривает широкий круг вопросов: от классификации ОГ до требо-
ваний к транспортным средствам и упаковкам ОГ, которые изложены в
«Рекомендациях ООН по перевозке опасных грузов».
В соответствии с «Рекомендациями...» все ОГ по их характерным
признакам делятся на 9 классов:
Класс 1. ВМ и изделия на их основе. Подробнее ОГ этого класса
будут рассмотрены ниже.
Класс 2. Газы - сжатые, сжиженные, растворенные под давлением
или глубокоохлажденные Главным источником опасности этого класса
ОГ является их утечка при разгерметизации транспортных емкостей.
120
Класс 3. Легковоспламеняющиеся жидкости. К этой категории гру-
зов относятся жидкости или смеси жидкостей, не исключающие содер-
жание твердых веществ в растворе, или в виде суспензий (лаки, краски,
политуры), которые воспламеняются на открытом воздухе при темпе-
ратурах не выше 65,6 °C.
Класс 4. Легковоспламеняющиеся твердые вещества, или вещества,
способные к самовозгоранию. Это такой тип веществ, который по своей
природе очень часто трудно отделить от класса 1. Этот класс подразде-
ляется на следующие подклассы:
Подкласс 4.1. Легковоспламеняющиеся твердые вещества, т.е. ве-
щества^не относящиеся к взрывчатым, но легко загорающиеся при раз-
личного рода простых импульсах, в том числе механических.
Подкласс 4.2. Вещества, способные к самовозгоранию, т.е. хими-
чески не стойкие при внешнем нагреве.
Подкласс 43. Вещества, выделяющие легковоспламеняющиеся газы
при взаимодействии с водой.
Класс 5. Окисляющие вещества, органические перекиси. Класс 5 -
это также условное отделение от класса I, основанное на степени воз-
действия на окружающую среду и человека при аварийной ситуации.
Эти вещества подразделяются на два подкласса:
Подкласс 5.1. Окисляющие вещества, не способные к самостоятель-
ному горению, но за счет выделения кислорода могущие создавать опас-
ные смеси, способные гореть и взрываться.
Подкласс 5.2. Органические перекиси - это слабые ВВ, способные
разлагаться при простых импульсах и давать слабые взрывные эффек-
ты, способные поразить человека в непосредственной близости от оча-
га разложения вещества.
Класс 6. Ядовитые и инфекционные вещества. Этот класс разделен
на два подкласса
Подкласс 6.1. Ядовитые (токсичные) вещества, способные вызвать
летальный исход или нанести серьезный вред здоровью при приеме или
вдыхании внутрь или при контакте с кожным покровом.
Подкласс 6.2. Инфекционные вещества, способные вызвать забо-
левания животных и людей при попадании в их организмы.
Класс 7. Радиоактивные вещества, удельная активность которых на
единицу массы радионуклида превышает допустимую по нормативам
величину (0,002 мкКи/г).
Класс 8. Коррозионные вещества и изделия Они не вошли в другие
классы, но по своим свойствам могут вызвать повреждения живой тка-
ни в случае утечки или просыпания, а также повреждения яру i их ОГ
(кислоты, хлорная известь и др.)
121
Класс 9. Прочие опасные вещества и изделия, свойства которых не
определены и они не вошли в другие классы.
Отнесение грузов к тому или иному классу опасности производится
по результатам их испытаний в соответствии с рекомендованными Ко-
митетом экспертов ООН методами испытаний и критериями оценки их
результатов.
ВМ, как уже отмечалось, относятся к классу 1 ОГ. В связи с возмож-
ностью различных исходов аварийных ситуаций при транспортирова-
нии ОГ данного класса подразделяются на 6 подклассов:
Подкласс 1.1. Вещества и изделия, которые могут взрываться всей
массой в случае их инициирования в аварийной ситуации с транспорт-
ным средством. Практически к этому подклассу относятся все порош-
кообразные, гранулированные, патронированные смесевые и индиви-
дуальные ВВ, т.е. такие ВВ, которые в случае загорания дают ПГД.
Подкласс 1.2. Взрывчатые материалы и изделия, которые могут да-
вать локальный взрыв в пределах одной или нескольких упаковок. К
этому подклассу ОГ можно отнести хорошо упакованные взрыватели,
средства взрывания, отдельные виды шашек ВВ.
Подкласс 13. Вещества и изделия с малой вероятностью взрыва,
но дающие пожар всей массой. Это практически все пороха и ТРТ.
Подкласс 1.4. Вещества и изделия с малой вероятностью локально-
го взрыва, но дающие локальный пожар в пределах одной или несколь-
ких упаковок. К этому подклассу ОГ, как правило, относят наборы к
стрелковому оружию, пиротехнические изделия, дополнительные заря-
ды к воспламенителям, петарды и т.п.
Подкласс 1.5. Труднодетонируемые ВМ и изделия, т.е. ВМ, не даю-
щие ПГД в жестких условиях стальной трубы.
Подкласс 1.6. Особомалочувствительные и труднодетонируемые
ВМ, т.е. не чувствительные к воспламенению и инициируемые только
промежуточным детонатором, например, водосодержащие ВВ
При этом следует отметить уникальную особенность ОГ класса 1:
вид упаковки груза, его размещение в транспортном средстве и сам вид
транспортного средства имеют значительное влияние на последствия
возможной аварии при перевозке этого ОГ, что в свою очередь влияет
на отнесение ОГ класса I к тому или иному подклассу.
Кроме того, «Рекомендации...» определяют группы совместимо-
сти различных видов ВМ и изделий на их основе при их перевозке.
Таких групп 12, при этом за исключением первичных ВВ (группа А)
все остальные группы можно транспортировать совместно в одном
транспортном средстве при условии распространения наиболее высо-
кой группы опасности на всю массу ОГ, независимо от подкласса опас-
ное! и и гру ппы совместимости (п 4 6.3с и 4 6 4 специальных рекомен-
122
даций, относящихся к классу 1 ОГ). Следует отметить, что россий-
ские «Единые правила безопасности при взрывных работах» необос-
нованно запрещают хранение и перевозку В В различных групп совме-
стимости.
По «Рекомендациям ООН...» ОГ всех классов должны быть поме-
щены в упаковочные комплекты, которые в соответствии с классом опас-
ности должны отвечать определенным требованиям.
Общими из них являются требования, обеспечивающие механичес-
кую прочность для твердых и сыпучих опасных грузов, герметичность и
прочность для жидких, газообразных и токсичных грузов. В качестве
упаковочных комплектов могут применяться стальные и алюминиевые
барабаны, фанерные и деревянные бочки, ящики из древесины, ящи-
ки из фибрового и упаковочного картона. Как правило, для грузов клас-
са 1 требуется двойная упаковка - внутренняя мягкая и внешняя жес-
ткая.
Во всех случаях при оформлении отправочных документов требует-
ся проведение так называемых грузовых испытаний:
Грузовые всвытавня заключаются в сбросе полномасштабной упа-
ковки с высоты 1,2... 1,8 м в зависимости от относительной плотности
загрузки. Исход испытаний считается положительным, если после него
не нарушается механическая целостность упаковки.
При испытании на герметичность упаковочный комплект должен
выдерживать давление не менее 20...30 кПа в зависимости от группы
упаковки, рекомендованной для конкретного ОГ.
Испытание на штабелирование. Штабель из упаковок высотой не ме-
нее 3 м не должен претерпевать никаких изменений в течение не менее 24 ч
Все упаковки согласно «Рекомендациям...» разделены на виды и груп-
пы, которые отвечают определенным требованиям и рекомендуются для
разных классов ОГ
Вещества, входящие в перечисленные классы опасности, сведены в
«Перечень опасных грузов» и подлежат перевозкам при наличии и офор-
млении других необходимых документов (заключений по испытаниям
конкретных веществ и упаковок, отвечающих рекомендациям ООН или
национальных правил, ТУ и т.п.).
ОГ, не вошедшие в перечень, могут быть допущены к перевозке
только по специальному решению соответствующих органов В табл. 14
представлен фрагмент «Перечня опасных грузов», который нагляд-
но показывает сведения о конкретном ОГ, приводимые в этом доку-
менте
Отнесение к классу опасности конкретного вещества или изделия, а
также присвоение номера в перечне производится на основании комп
лекса испытаний его взрывчатых свойств согласно сериям испытаний.
Таблица 14
Форма представления информации в «Перечне опасных грузов»
№ п/п ООН	Наименование	Виды опасности			Упаковка		Температура, °C	
		Класс, под- класс	Дополни- тельная опас- ность	Особые усло- вия	Труп- пы	Виды	Конт- роль- ная	Ава- рий- ная
0033	Бомбы с разрывным за- рядом	1.1.F	-	-	-	EI06	-	-
0073	Детонато- ры для боепри- пасов	11В	-	-	-	Е128	-	-
0389	ТНТ	1.1.D	-	-	-	Е2	-	-
1230	Метанол	3	6.1	-	I!	М	-	-
2593	Мет ил бен- зоил (перекись)	5.2	-	181	I	Р 1Ь	+30	+35
Рис 38 4чгорит.ч испытаний опасного груза
124
рекомендованных комитетом экспертов ООН, и по определенному
алгоритму (рис. 38).
Рекомендации ООН «Руководство по испытаниям и критериям» пре-
дусматривают следующие серии испытаний:
Лабораторно-стендовые, серии 1-3. Чувствительность к механи-
ческим, тепловым и электростатическим воздействиям, а также воспри-
имчивость к детонации (чувствительность к капсюлю-детонатору и спо-
собность к детонации при использовании промежуточного детонатора).
Серии 4-7. Испытания упаковок с ВМ при падении с больших высот
(10... 12 м), склонность к ПГД в трубах и упаковках, склонность к ПГД
при воздействии внешнего пламени на группы упаковок (не менее 4).
Методы испытаний ВМ, принятые в нашей стране, мало отличают-
ся от зарубежных, например, принятых в США. Сопоставление комп-
лекса методов СССР (и, естественно, РФ) и методологии, рекомендо-
ванной ЭКОСОС СЮН по определению взрывчатых свойств ВМ и из-
делий из них, показывает, что:
физический смысл испытаний и используемые критерии взрывоо-
пасности не противоречат друг другу. Имеют место только конструк-
тивные отличия в ряде приборов и в оснастке, используемых при оцен-
ке взрывчатых свойств ВМ;
результаты исследований свойств ВМ отечественными и зарубеж-
ными методами коррелируют между собой, причем в ряде случаев воз-
можен пересчет показателей взрывоопасности;
установление критериев взрывоопасности, коррелирующих с пока-
зателями, рекомендованными ООН, возможно с использованием суще-
ствующих в РФ стандартизованных методик.
Ряд отечественных методов испытаний, используемых при опреде-
лении класса опасности энергоемких материалов, и представленных в
комитет экспертов ООН по перевозке ОГ, был включен в «Руковод-
ство по испытаниям и критериям» (серии За, Зв, 5в).
Это обстоятельство позволило упростить процесс создания отече-
ственного «Перечня опасных грузов класса I (ВМ и изделия на их осно-
ве)», т.е. использовать уже имеющийся массив данных по свойствам ВМ.
Что касается методологии и критериев отнесения груза к опреде-
ленному подклассу опасности, то они в разных странах могут быть раз-
личными Так, авторами книги многие годы практикуется комплексный
подход с учетом проведения лабораторно-стендовых модельных испы-
таний. На первом этапе испытаний проводится оценка уровня чувстви-
тельности к механическим, тепловым и электростатическим воздействи-
ям, определяется термостойкость, а также способность к детонации
конкретного энергоемкого материала, в соответствии с сериями I 3 с
учетом особенностей отечественных методов. Если в cooibcicibhii с
Новый состав
Новое изделие
Определение чувствительности к внешним воздействиям		
Механическим	Тепловым	Специфическим
1Удар 2. Трение 3. Сброс 12 м	1. 2- ^всп 3. Тепловая стабильность 75 *С. 48 ч	1. Электриче- ский разряд 2	 3	
her
состава
Да
класс опасности
Определен ли
Определение общей
стабильности изделия
без упаковки
Да	Является ли
—-----<состав слишком опасным
И^-\для перевозки? >
Нет
Определение детонационной
способности
1. ПГД в стальной трубе 60/40 мм
2 Устойчивость горения
3 Детонационная способность
Да
Исклю-
чить
1. Сброс 12 м
2 Тепловая стабильность
Нет
Упаковка изделия
Является ли
груз слишком опасным
для перевозки в
неупакованн
виде?
Упаковка состава
Определение общей стабильности
в упаковке
Да
1 Сброс 12 м
2 Тепловая стабильность
Исключить
Нет
слишком опасным для перевозки
Является пи груз
в упакованном виде"
Рис. 39. Блок-схема
I26
Испытания по моделированию аварийных смтуасцй
Испытания после аварийных
воздействий: сброса
или термостатирования
1 ПГД от внутреннего
инициирования (6а ,Ь)
2. Костроваяпроба (6с)
Испытания штабеля
1 ПГД от внутреннего
инициирования
2 Костровая проба
Установлена ли
Юм?
Является ли
продукт детонационно-
способным?
опасность взрыва. ПГД,
разбрасывания, термических
эффектов в зоне
Нет
Нет
Отнести к классу 4 1
Определить степень опасности
по скорости распространения
пламени (СРП. мм/с)
Средняя
СРП > 10
Низкая
1 <= СРП s 10
Нет
Нет
Нет
Да
К 1 3
Является ли
продукт мало-
чувствительным?
ПГД. пгв
в массе
Является ли
продукт детонационно-
способным?
Опасное
расывание
Опасные
Нет
Опасные
упаковкой
Да
К 1 5
К 1.1
Нет
Нет
термические эффекты
эффекты ограничены
Да
К 1.2
Да
К 1 4
процедуры классификации ОГ
127
принятыми критериями исследуемый ВМ относится к классу 1, то на
основании только результатов испытаний в соответствии с сериями 1-3
устанавливается подкласс опасности для данного ВМ 1.1.
Для установления менее опасного подкласса опасности проводятся
испытания серий 4-7,т.е. сброс единичной упаковки ВМ с высоты 10... 12
м, определение склонности к III Д в стальной трубе, реакции на действие
внешнего пламени (костровая проба), и, при необходимости, оценка склон-
ности к 111Д от внутреннего источника для группы упаковок.
Таким образом, разработанная процедура классификации ОГ (рис. 39)
основана на постадийном анализе возможности возникновения и разви-
тия аварийного процесса и образования опасных поражающих факторов,
а именно:
не является ли ВМ слишком чувствительным для перевозки в том
виде, который предлагается;
является ли ВМ детонационноспособным, т.е. возможно ли вызвать
детонацию в сверхжестких условиях;
каковы характер и интенсивность поражающих факторов при ава-
рийном процессе. Причем крупномасштабные испытания целесообраз-
но проводить только в случае, если выявлена возможность появления
опасных факторов при испытании единичных упаковок.
Комплекс испытаний, проведенных параллельно по рекомендован-
ной международной и практикуемой в нашей стране процедуре, исполь-
зующей отечественные методы испытаний, показал преимущества по-
следней в том, что она позволяет получить сравнительно большой объем
информации, необходимой для классификации ОГ, при сокращении
числа испытании. Предлагаемая блок-схема испытаний (рис. 39) позво-
ляет также расширить возможности алгоритма испытаний, приведен-
ного в «Рекомендациях...», в частности, при определении свойств мате-
риалов за пределами класса I ОГ. Так, данная процедура и алгоритм
позволили более объективно оценить класс опасности пожаротушащих
составов, создаваемых с использованием компонентов ТРТ, и генерато-
ров на их основе, и отнести их к подклассу 4.1 «Легковоспламеняющи-
еся твердые вещества...», а не классу 1, таким образом, сняв необосно-
ванно жесткие ограничения при их хранении и перевозке. Мы считаем,
что предлагаемая процедура и алгоритм испытаний должны быть уза-
конены как общенациональные и представлены для рассмотрения в
Комитет экспертов ООН по перевозке ОГ
Внешнее оформление ОГ, отличающее его от обычных грузов, зак-
лючается в нанесении знаков опасности, которые отражают его особен-
ности В общем виде это символ возможного исхода аварийной ситуа-
ции. г.е пожара или взрыва, а также указание класса или подкласса
опасности
128
Указанные отличительные особенности необходимы для того, что-
бы обслуживающий персонал соответствующим образом вел работы с
данным видом грузов, а также правильно использовал так называемые
аварийные карты, являющиеся обязательным документом при пере-
возке ОГ.
Основным назначением аварийной карты является оценка свойств
конкретного ВМ и изделий из него, а также определение мер безопас-
ности и предосторожностей при возникновении аварийной ситуации и
ликвидация ее последствий. Содержание аварийной карты определяет
необходимые действия и порядок их выполнения специалистами-транс-
портниками, а также аварийно-спасательными службами в случае воз-
никновения происшествий с транспортным средством, перевозящим ОГ.
Разработанные и уже изданные аварийные карты содержат перечень не-
обходимых сведений о свойствах грузов, необходимых средствах инди-
видуальной защиты, а также порядок действий в случае возникновения
аварийной ситуации.
Таким образом, в целом в настоящее время в России в той или иной
степени учитываются «Рекомендации ООН по перевозке опасных гру-
зов», однако необходима как переработка Государственного стандарта
по перевозке опасных грузов, так и разработка Единых национальных
правил классификации всех энергоемких материалов и изделий на их
основе.
ПРИЛОЖЕНИЕ
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Авария - опасное техногенное происшествие, создающее на объек-
те, определенной территории угрозу жизни и здоровью людей, приво-
дящее к разрушению зданий, сооружений, оборудования и транспорт-
ных средств, нарушению производственного и транспортного процес-
сов, а также наносящее ущерб окружающей природной среде. Соглас-
но отраслевой классификации аварии разделены на четыре категории,
оцениваемые по характеру разрушений и травмированию персонала.
Первая категория аварий не исключает нанесения ущерба вне террито-
рии опасного объекта.
Аварийная карта - документ, который содержит основные сведе-
ния о пожаровзрывоопасных свойствах конкретного ОГ (группы ОГ) и
степени вредности выделяющихся продуктов взрыва или горения.
Анализ опасностей - выявление нежелательных событий, влекущих
за собой реализацию опасности, анализ и оценка масштаба величины и
вероятности любого события, способного оказать поражающее действие.
Безопасность - отсутствие чрезмерной опасности.
Бризантность - дробящее действие взрыва.
Взрыв - физическое или химическое превращение вещества, со-
провождающееся крайне быстрым переходом энергии вещества в энер-
гию сжатия и движения исходного вещества или продуктов его превра-
щения и окружающей среды. Взрывы подразделяются на физические
(разрыв сосуда под давлением), химические (самораспространяющая-
ся реакция разложения энергоемких материалов различного физичес-
кого состояния) и ядерные (термоядерные)
Взрывчатые материалы (ВМ) - химические соединения, их меха-
нические смеси или растворы друг в друге, способные под влиянием
механического, теплового или ударно-вол нового внешнего воздействия
к самораспространяющемуся, быстрому, экзотермическому превраще-
нию, сопровождающемуся выделением большого количества тепла и
газообразных продукгов, нагретых до высокой температуры.
130
Взрывозащи щепное оборудование - оборудование, в конструкции
которого реализованы решения, не допускающие развитие аварийного
процесса выше принятого для дайной фазы технологического процесса
критерия безопасности.
Гипотетическая авария - произвольная авария, порожденная ес-
тественными инициирующими событиями.
Горение-физико-химический процесс, при котором превращение ве-
щества сопровождается интенсивным выделением энергии, тепло- и мас-
сообменом с окружающей средой. Передача тепла за счет теплопроводно-
сти из зоны реакции в близлежащие слои вещества приводит к дальнейше-
му инициированию химических реакций. Линейная скорость перемеще-
ния фронта реакций называется скоростью горения и измеряется в мм/с.
Декларация безопасности - документ, в котором отражены харак-
тер и масштаб опасностей на промышленном объекте и мероприятия
по обеспечению промышленной безопасности и готовности к действи-
ям в чрезвычайной ситуации.
Детонация - процесс химического превращения взрывчатого веще-
ства, сопровождающийся освобождением энергии и распространяющий-
ся по веществу в виде волны от одного слоя к другому со сверхзвуковой
скоростью. В однородном ВВ детонация распространяется с постоян-
ной скоростью в км/с.
Индивидуальный риск - частота возникновения поражающих воз-
действий определенного вида, возникающих при реализации опреде-
ленных опасностей в определенной точке пространства. Характеризует
распределение риска.
Критерий безопасности - максимально допускаемая стадия разви-
тия аварийного процесса.
Метод изучения опасностей и функционирования (hazard and
operability studies, HAZOP) - формализованная процедура анализа тех-
нологического процесса и инженерного обеспечения новых установок
для оценки потенциала опасностей отклонений от регламента и прояв-
лений отдельных дефектов элементов оборудования, а также возмож-
ных последствий для установки в целом. Заключается в применении
ключевых терминов для выявления возможных отклонений от нормы в
функционировании установки и описания возможных последствий та-
ких отклонений для безопасности и функционирования.
Опасность - ситуация в природе или техносфере, в которой воз-
можно возникновение явлений или процессов, способных поражать
людей, наносить материальный ущерб, разрушительно действовать на
окружающую среду.
Оценка безопасности - сравнение результатов анализа безопасно-
сти с приемлемыми критериями.
131
Оценка риска - процедура определения индивидуального и соци-
ального риска для конкретного промышленного предприятия.
Пожар - неконтролируемый процесс горения, сопровождающийся
уничтожением материальных ценностей и создающий опасность для
жизни людей.
Проектная авария - авария, порожденная определенным классом
инициирующих событий, для которой обеспечение определенного уров-
ня безопасности обеспечивается предусмотренными в проекте промыш-
ленного предприятия системами обеспечения безопасности.
Риск - количественная мера опасности, определенная как вероят-
ность нежелательного события с обозначенными последствиями, кото-
рое может произойти в пределах определенного промежутка времени
или при определенных обстоятельствах.
Сертификат безопасности пожаровзрывоопасного производства -
документ подтверждающий тот факт, что при строительстве предприя-
тия и организации на нем производства, хранения и использования ВМ
и изделий на их основе соблюдены все требования существующих нор-
мативных документов.
Социальный риск - зависимость частоты возникновения событий,
состоящих в поражении не менее определенного числа людей, подвер-
гаемых поражающим воздействиям определенного вида при реализа-
ции определенных опасностей, от этого числа людей. Характеризует
масштаб катастрофичности опасности.
Технологическая безопасность - организация технологического про-
цесса, основанная на знании свойств перерабатываемых материалов, обо-
снованной и квалифицированной эксплуатации оборудования, правиль-
ного использования защитных сооружений, при которой отсутствует чрез-
мерная опасность для обслуживающего персонала, промышленного
объекта, населения за пределами объекта и природной среды. Техноло-
гическая безопасность основывается на изучении свойств взрывчатых
материалов и исходного сырья, условий возникновения и развития взрыв-
ных процессов, а также поражающих факторов при аварийной ситуации.
Тротиловый эквивалент - количество ТНТ, имеющее с рассмат-
риваемым явлением равную количественную характеристику.
Тротиловый эквивалент по давлению - количество ТНТ, взрыв
которого дает на данном расстоянии то же значение избыточного давле-
ния, что и рассматриваемая ударная волна.
Тротиловый эквивалент по импульсу - количество ТНТ, взрыв
которого дает на данном расстоянии то же значение импульса фазы сжа-
тия, что и рассматриваемая ударная волна
Тротиловый эквивалент по энергии - количество ТНТ, выделяю-
щее при взрыве ту же энергию, что и рассматриваемый взрыв
132
Ударная волна - область сжатия с резким скачком давления, плот-
ности и температуры на переднем фронте, распространяющаяся в сре-
де со сверхзвуковой скоростью.
Эффект «домино» - цепной механизм вовлечения в аварию про-
мышленного предприятия свойственных его технологии опасностей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Андреев К.К.. Беляев А. Ф. Теория взрывчатых веществ. - М.: ГНТИ
Оборонгиз, 1960.
Физика взрыва / Ф.А. Баум, К.П. Станюкович, Б.И. Шехтер,
Л.П. Орленко, В.П. Челышев. - М., 1976.
Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные ВВ. -
М.: Недра, 1973.
Челышев В.П., Шехтер Б.И, ШушкоЛ.А. Теория горения и взрыва
(учебное пособие). - М.: Недра, 1970.
Беляев А. Ф. Детонация и работа взрыва конденсированных систем. -
М., 1968.
Афанасьев ГТ., Бобылев В.К. Инициирование твердых ВВ ударом. -
М., 1968.
Шумахер И. Перхлораты, свойства, производство, применение. - М.,
1963.
Орлова Е. Ю Химия и технология бризантных взрывчатых
веществ. - М., I960.
Руководство по устройству и эксплуатации АПЗ. - М., 1985.
Боуден Ф., Иоффе А Возбуждение и развитие взрыва в твердых и
жидких веществах. - М., 1955.
Разработка классификации и критериев уровня транспортной безо-
пасности грузов класса 1 / Г.А. Нишпал, ГВ. Рудаковский, Н.А. Криво-
шеев и др - НТО ЛНПО «Союз», 1995.
Исследование условий безопасности при транспортировке штатных
ВВ / ГА. Нишпал, З.П. Пак, Н А. Кривошеев, С П. Смирнов и др. -
НТО ЛНПО «Союз», 1990.
Рекомендации по перевозке опасных грузов: ST/SG/AC/10/I.OOH -
Нью-Йорк, 1988.
Руководство по перевозке опасных грузов: Испытания и критерии.
ST/SG/AC/IO/II ООН - 1987
134
Рекомендации по перевозке опасных грузов. Руководство по испы-
таниям и критериям. Второе пересмотренное издание.
ST/SG/AC/10/ 11, Rev.2.OOH. - Нью-Йорк, Женева, 1995.
Единые правила безопасности при взрывных работах. - М.,
НПООБТ, 1992.
Сборник правил пожарной безопасности. Ч. 1,2.-М., 1981, 1982.
Энергетические конденсированные системы (под ред. Б. П. Жуко-
ва): Краткий энциклопедический словарь. - М.: Янус-К, 1999.
Дубовик А. В.. Бобылев В. К. Чувствительность ЖВВ к удару. - М., 1986.
В. Красногоров. Подражающие молниям. - М.: Знание, 1977.
Система сертификации взрывоопасных производств.
POCC.RU.OOOl.OlBBOO.-М.: Госкомоборонпром, 1994.
Осавчук А.Н., Нишпал Г.А., Милехин Ю.М. Особенности разработ-
ки деклараций безопасности предприятий производящих, хранящих и
транспортирующих ВМ. Проблемы безопасности при ЧС. № 2. - М., 1997.
Смирнов Л.А., Калабухов Г.В. Создание СТТ Ч. 1. - М.: МГАХМ,
1997.
Кутузов Б.И., Нишпал ГА. Технология и безопасность изготовле-
ния и применения ВВ на горных предприятиях. М.: МГТУ, 1999.
Закон РФ о промышленной безопасности опасных производствен-
ных объектов. - М., 1997.
Смирнов Л. А., Нишпал ГА., Волков Л. В. Основы проектирования взры-
возащищенного технологического оборудования. -М.: ЦНИИНТИ, 1987.
Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий /
Под ред. К. Е. Кочеткова, В. А. Котляровского, А. В. Забегаева. - М.:
АС В, 1995-2001.
Нишпал ГА.. Базарова В.Г. Гусаковская Э.Г Сравнительный ана-
лиз информативности методов испытаний при оценке чувствительно-
сти к механическим воздействиям ВМ // ВСМ. - 1995. - Вып 15-16.
Нишпал ГА.. Базарова В.Г Модельная методика оценки чувстви-
тельности к механическим воздействиям высокоплотных ВМ при ди-
намическом сдвиге // ВСМ. - 1995. - Вып. 15-16.
Переход горения конденсированных систем во взрыв / А. Ф. Беляев,
В.К. Боболев, А.Н. Коротков, А.А. Сулимов, С.В. Чуйко. - М.: Наука, 1972.
Юхансон К. Персон П Детонация взрывчатых веществ - М.: Мир. 1973.
Авдеев Ф.А., Барон В.Л.. Блейман ИЛ. Производство массовых взры-
вов. - М.: Недра, 1977.
Взрывное дело / С. А Ловля и др - М : Недра, 1976.
Блохин А Н Анализ и управление риском: теория и практика - М
Страховая группа «Лукойл», 2000
Взрывные явления. Оценка и последствия ' У. Бейкер и др I 1,2 -
М.. Мир, 1986.
135
Химмелъблау Д. Обнаружение и диагностика неполадок в химичес-
ких и нефтехимических процессах. - Л.: Химия, 1983.
Маршалл В. Основные опасности химических производств. - М.:
Мир, 1989.
Хейли Э Дж., Кумамото X. Надежность технических систем и оцен-
ка риска. - М. Машиностроение, 1984.
Горст А.Г. Пороха и взрывчатые вещества. - М.: Государственное
издательство оборонной промышленности, 1957.
Правила безопасности и порядок ликвидации аварийных ситуаций
с опасными грузами при перевозке их по железным дорогам. - М.: МПС,
1997.
Смирнов ЛА. Оборудование XXI века для производства энергети-
ческих конденсированных систем. - М.: МГУИЭ, 1999.
Нишпал Г.А., Осавчук АН., Майданюк Р.М. Технологическая безо-
пасность ВМ и изделий на их основве. - М., 2001.
Кричельский И. В., Добычин М.Н., Комбилов В.С Основы расчетов
на трение и износ. - М.: Машиностроение, 1977.
Абросимов А.А., Тополъский Н.Г., Федоров А.В. Автоматизирован-
ные системы пожаровзрывобезопасности нефтеперерабатывающих про-
изводств. - М., 2000.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие................................................ 3
Введение................................................... 5
ГЛАВА 1. Методология изучения характеристик ВМ.............11
1.1.	Основные понятия физики горения и взрыва...........11
1.2.	Показатели взрывопожароопасиости...................15
1.3.	Причины возникновения начального очага загорания при
переработке и обращении с ВМ...........................17
1.3.1.	Чувствительность к механическим воздействиям . . 17
1.3.2.	Чувствительность к тепловым воздействиям	28
1.3.3.	Статическое электричество как причина возникно-
вения начального очага загорания	....	29
1.4.	Детонация	34
1.4.1 Восприимчивость к детонации	34
1.4.2. Детонация баллиститного пороха.	...	38
1 4.3. Детонация в заряде ВМ нарастающей плотности 40
1.4.4 Особенности детонации СРТТ	43
1 4.5. Влияние мощных кристаллических ВВ на детонацию
СРТТ .	46
1.5 Переход горения в детонацию ...	.48
ГЛАВА 2. Возникновение и развитие взрыва в технологическом
оборудовании .	.	58
2.1	Причины аварий в производствах ВМ	58
2.2.	Схема развития взрыва в оборудовании.............. 61
2.3.	Прогнозирование последствий аварий для технологиче-
ского оборудования на основе модельных испытаний .	65
ГЛАВА 3 Примеры конструктивных решений, используемых во
взрывозащищенно.м технологическом оборудовании для обеспече-
ния безопасности .	69
3 1 Устройства, обеспечивающие быстроту и легкость при
сборке, разборке и чистке	...
137
3.2.	Устройства для выгрузки ВМ............................ 70
3.3.	Взрывозашита шнек-прессов для изготовления баллистит-
них пороховых зарядов.............................. ...	71
3.4.	Взрывозашита аппаратов типа СНД73 .	.......... 73
3.5.	Взрывозашита аппаратов емкостного типа ............... 76
3.5	1. Особенности взрывозащиты........................ 76
3.5.2.	Взрывозашита аппаратов типа АУР, шахтных провя-
лок и суДшлок....................................... 77
3.5.3.	Автоматические системы подавления взрыва (АСПВ).	79
3.5.4.	Взрывозащита транспортно-технологических кон-
тейнеров и емкостей................................. 83
3.6.	Взрывозащита транспортных систем...................85
3.6.1.	Методы взрывозащиты транспортных трубопроводов	.	85
3.6.2.	Прерыватели детонации на линиях вакуумного и пнев-
мотранспортирования ................................ 86
3.7.	Взрывозашита вибрационных аппаратов............... 89
ГЛАВА 4. Технологическая безопасность производства ВМ ...	91
4.1.	Основы построения взрывобезопасных технологических
процессов производства ВМ.............................. 91
4.2.	Система сертификации безопасности взрывоопасных про-
изводств .............................................. 99
4.3.	Риск - единица измерения опасностей.................. 100
4.4.	Этапы работы при проведении анализа риска........
4.5.	Предварительный анализ опасностей и изучение опасно-
стей и функционирования	102
4.6.	Оценка последствий................................... 113
4.7	Особенности процедуры разработки декларации безопасно-
сти для предприятий, работающих с ВМ .	.......... 116
ГЛАВА 5. Обеспечение безопасности при перевозке энергоемких
материалов	120
Приложение. Термины и определения . .	130
Список литературы ...	.............................. 134
ГА. Нишпал, Ю.М. Милехин,
Л.А. Смирнов, А.Н. Осавчук,
Э.Г Гу ваковская
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ
ЭНЕРГОЕМКИХ МАТЕРИАЛОВ
Над монографией работали
Ю Г Исаевич, В Н Курятникова, Н П Ладыгина.
АП Пальчикова. Г И Селиванова, ТП Смирнова.
И В Тарасова
Сдано в набор 25 03 2002 i	Подписано в печать 8 07 2002 г
Формат 60>90-16 Учим i 9,0 Псч л 8.75	Им №38