книги / Основы технологической безопасности производств энергонасыщенных материалов и изделий

4.4. АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ПОДАВЛЕНИЯ ВЗРЫВА

В ряде случаев требуется активное вмешательство с целью подавления развивающегося взрыва. Одним из перспективных способов взрывозащиты оборудования является применение автоматических систем подавления взрыва (АСПВ). Эти системы постоянно 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 защищаемый аппарат распыляемого огнетушащего вещества, подавляющего развитие взрыва.

Важное преимущество АСПВ по сравнению с устройством для сброса давления взрыва (взрывные клапаны, мембраны) состоит в отсутствии выбросов в атмосферу токсичных, пожаро- и взрывоопасных продуктов, горячих газов и открытого огня.

Требования к таким системам крайне жестки. АСПВ должны обладать практически 100%-ной надежностью, высоким быстродействием, постоянно находиться в готовности и мгновенно включаться только в случае воспламенения среды или резкого подъема давления. Проектирование АСПВ сводится главным образом красчету требуемой вместимости взрывоподавителя (требуемое количество огнетушащего вещества), оптимальных значений параметров энергодатчика ипрофиля распылительнойголовки.

В отличие от пожаротушащих систем, где количество огнетушащего вещества, подаваемого в зону горения, практически не ограничено, в системах подавления взрывов объем огнетушащего вещества определяется конструкцией используемых взрывоподавляющих устройств. Так как технологическое оборудование во многих случаях не рассчитано на давление взрыва, то предельно допустимое время действия АСПВ приравнивается ко времени, в течение которого давление в аппарате не успевает превысить его расчетную прочность.

131

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 предопределяет способы взрывозащиты технологического оборудования. При выборе огнетушащих веществ учитывают, кроме фактора эффективности действия, также совместимость этих веществ с технологическим продуктом, т.е. обеспечение возможности продолжения его переработки после срабатывания систем взрывозащиты.

В качестве пламегасящих веществ применяется вода, но более эффективными оказались химические ингибиторы, например, хлористый метилен и другие галогенизированные угле-

водороды: СС14, CF4, CF3Br, CCl3F, CH3Br.

Наиболее эффективны фторбромсодержащие углеводороды – фреоны марок 216В2, 12В2, 14В2 и 13В1. Значительный эффект достигается при действии комбинированных огнетушащих веществ, например при совмещении галогенизированных углеводородов с двуокисью углерода, азотом, диэтиламином.

Весьма смелым и оригинальным решением является гидропушка, которая предназначена для практически мгновенного импульсного впрыска тонкораспыленного (с помощью распылителя) огнетушащего вещества в полость аппарата. В корпус гидропушки между поршнем и мембраной заливается огнетушащее вещество. Над поршнем расположен пороховой заряд, а в крышке – пиропатрон. Быстродействие обеспечивается применением порохового заряда и капсюля-воспламенителя с электрозапалом.

При подаче сигнала в виде электрического импульса пиропатрон воспламеняет пороховой заряд, мембрана разрывается, и поршень, двигаясь вниз, выталкивает огнегасящее вещество через распылитель в корпус аппарата.

Оригинальную конструкцию, основанную на использовании порохового заряда и электровоспламенителя, имеют пламе-

132

отсекатели, у которых в рабочее пространство вместо огнегасящей жидкости засыпается песок.

Следует отметить, что подбор и разработка АСПВ для пылевоздушных 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 (физикохимических свойств горючей среды, объема и конфигурации аппарата и др.).

Для предупреждения повторного взрыва была разработана АСПВ с дополнительным оросителем, предназначенным для более продолжительной (2–5 с) подачи огнетушащего средства. При помощи оросителя достигается осаждение пыли, перешедшей во взвешенное состояние при срабатывании гидропушки. АСПВ, устанавливаемая на аппарате, в котором потенциально возможен взрыв пылевоздушной смеси, работает следующим образом. При воспламенении пылевоздушной смеси дифференциальное контактное реле давления, реагирующее на скорость нарастания давления в аппаpaтe, срабатывает при давлении 70–100 кПа, и командный сигнал подается на взрывоподавитель и ороситель. Огнетушащий состав со средней скоростью 40 м/с подается в зону взрыва. Ороситель включается при срабатывании пиротехнического заряда, и огнетушащие средства впрыскиваются в зону взрыва в течение относительно продолжительного промежутка времени. Ороситель состоит из баллона объемом 40 л, заполненного 30 л воды под давлением 3 МПа. Время работы АСПВ составляет примерно 3 с.

АСПВ аналогичного типа нашли применение и за рубежом. Их используют для предотвращения взрывов в системах пылеулавливания бункеров с тонко измельченным горючим материалом, в распылительных сушилках и сушильных барабанах, к аппаратуре дробления и размола.

133

Контрольные вопросы

1.Перечислите стадии развития взрыва в технологическом оборудовании.

2.Нарисуйтеипоясните схему развития авариив аппаратах.

3.Назовите и охарактеризуйте механизмы взрывчатого превращения в ЭКМ.

4. Охарактеризуйте основные принципы взрывозащиты

впроизводстве ЭКМ.

5.Как основные принципы взрывозащиты реализуются

вАСПВ?

134

5. ПРАВИЛА УСТРОЙСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОРОХОВЫХ ЗАВОДОВ

К созданию правил устройства и эксплуатации пороховых заводов привели «горькие» выводы из аварий и несчастных случаев. Правила не написаны раз и навсегда, они изменяются с учетом новейших достижений науки и техники, на основе конкретных исследований по безопасному устройству заводов.

С первых дней появления пороходелия в России (1389 г.) мы узнаем и о серьезных авариях. Н.М. Карамзин в «Истории Государства Российского» пишет: «О том, когда и как вошло в Россию искусство огнестрельное, нашел я известие в летописи Голицинской, полученной мною от графа Ф.А. Толстого. Она написана полууставом в лист при царе Алексее Михайловиче.

Вней сказано – в лето 6897 (1389 г.) вывезли из немец арматы на Русь огненную стрельбу и от того часу уразумели из них стреляти; за сим следует описание нашествия Тамерлана и чуда Богоматерина образа. В 1395 г. в княжение Василия Дмитриевича сгорело в Москве несколько дворов от делания пороха.

В1531 г. на одном из Московских заводов произошла крупнейшая авария – от взрыва «сгорело в один час более 200 человек».

Первым реформатором в производстве дымных порохов был Петр I. Будучи одним из образованных артиллеристов своего времени, он понял, что частные пороховые заводы и фабрики не позволят избавиться от кустарщины и будут препятствовать внедрению инженерных новшеств. Он принимает решение строить государственные (казенные) заводы и упорядочить поставки дефицитной в те годы калиевой селитры.

По указу Петра строятся три завода: Охтинский, Петербургский и Сестрорецкий (пущен в 1725 г. после смерти Петра). Через 11 лет после пуска и работы Сестрорецкий завод был за-

135

крыт, так как рядом были оружейные заводы. В указе 1735 г. говорилось: «Для утеснения тем заводам и великого страха, пороховым заводам на реке Сестре не быть, а оные переносить и сообщить кОхтинскому заводу, чтобы пороховое дело было вместе», – по существу мычитаем один из пунктов правилустройствазаводов.

Став государственными, пороховые заводы стали управляться централизованно артиллеристским ведомством, и в устройстве заводов сразу появились прогрессивные решения:

1)запрещены деревянные строения;

2)взамен дровяных топок внедряются паросиловые установки;

3)конная тяга на бегунках заменяется на паровую;

4)утверждается нормирование закладок в мельницу;

5)вводится определение влажности и плотности пороха;

6)внедряется баллистический маятник.

Конец XIX в. ознаменовался бурным развитием производства бездымных порохов, и это развитие сразу же дало всплеск аварийности. Охтинский завод – завод-пионер в области науки и практики пироксилиновых порохов – пережил большое число аварий, пока не были выработаны жизненно важные правила их производства. На заводском кладбище наряду с могилами отдельных погибших имеются братские захоронения. Всего за время существования Охтинского завода произошло более 90 взрывов и пожаров, при которых погибло более 100 человек

иболее 200 ранено.

В1890 г. на Пороховском кладбище Охты на средства, собранные по подписке, сооружен памятник по проекту академика архитектуры P.P. Марфельда. На постаменте памятника высечены слова: «Что мятетеся безвременно, о человецы! Един час

ився преходит…», в центральной части памятника надпись: «В память погибших при взрывах на Охтинском пороховом заводе». В 1992 г. по инициативе М.И. Левичека началась реставрация памятника, деньги на которую перечисляли, в том числе,

ипороховые заводы России.

136

В 1917 г. на Казанском заводе сгорело и взорвалось около 900 т пороха, погибло большое количество людей и в том числе директор завода, замечательный инженер и организатор – генерал В.В. Лукницкий (есть улица его имени в г. Казани).

Восстанавливая в 1918 г. завод, технический директор, крупнейший пороховик России В.В. Шнегас впервые внес в правила по строительству пороховых заводов условие (требование), чтобы базисные склады стали делать за территорией порохового завода. Его нововведение стало правилом для всех пороховых заводов. Сейчас это основное требование правил устройства заводов.

По существу каждая авария является уроком, из которого извлекается положительный опыт. Можно ли вообще исключить в производстве аварийные случаи и жертвы? Свести до минимума можно, исключить на 100 % в условиях усложнения производства по мере роста энергетики порохов маловероятно. Причины этого:

1)плохо усвоенные знания новичками – рабочими и ИТР;

2)неизученность новых рецептур и зарядов; незнание законов горения больших масс новых порохов и зарядов;

3)неизученность«переходных» процессовнановыхсоставах;

4)ошибки персонала в процессе производства;

5)резкое увеличение объемов производства. Положительная роль аварийного опыта велика, по край-

ней мере, аварии учат нас не повторять ошибок. Поэтому выводы из аварий в осмысленном виде вносятся в правила эксплуатации и устройства заводов. Как это делалось, мы уже видели из примера базисных складов после аварии на Казанском заводе.

Ограничимся тремя примерами выработки новых требований к устройству и эксплуатации заводов на базе новейших достижений техникиинакопленногоопыта, втомчислеиотрицательного.

Длительное время отбор стойкости пробы в производстве нитроглицерина осуществлялся вручную в специальную колбу. Колба устанавливалась в деревянный футляр, футляр устанавли-

137

вался на ручную тележку с велосипедными колесами и пробоотборщик вез эту пробу в лабораторию, а впереди него и сзади шли лаборанты с флажками, чтобы было издалека видно– везут нитроглицерин. Ученые и конструкторы решили задачу дистанционного автоматического отбора нитроглицерина из технологического потока с передачей отобранной порции по трубопроводу в лабораторию. В производстве инициирующих ВВ эта операция по-преж- нему осталасьручной с применениемупомянутойтележки.

Еще в начале 1960-х гг. при управлении технологическим процессом в производствах баллиститных порохов и СТТ, оператор на пульте управления выполнял операции вручную, контролируя ход процесса по многочисленным приборам. Показания приборов оператор фиксировал в специальном журнале через каждые 15–20 мин. Подстраховывая оператора, на пульте находился еще и мастер смены. Тем не менее имели место ошибки оператора и инерционность в принятии решений, которые заканчивались иногда серьезными авариями. Положение радикально изменилось, когда функции управления приняли на себя ЭВМ. Сегодня обязательность управления взрывоопасными процессами с помощью компьютеров прочно вошла в правила устройства и эксплуатации.

Большое число аварий в прежние годы приводило к тяжелым последствиям в результате разлета конструкций зданий, горящих изделий и их фрагментов с попаданием в другие здания. Вторичные эффекты, имевшие место, носили не только разрушительный характер, но и приводили в отдельных случаях к гибели людей. Ученые, инженеры и проектировщики проделали в 1960–70-х гг. большую работу по выбору и испытанию таких конструкций зданий, которые бы максимально локализовали аварию. Последнее решение «СоюзпромНИИпроекта» (руководитель работ Ю.Б. Корольков) является наиболее эффективным на сегодняшний день. Здания цилиндрической конструкции полностью локализуют аварию, исключая какой бы то ни было разлет и вторичные эффекты.

138

Рождению правил в их современном виде предшествовал длительный эволюционный путь развития. Сначала правила строительства и порядок работы на построенных предприятиях определял сам хозяин фабрики, и эти фабрики не были похожи своими решениями одна на другую. Так было в период дымных порохов, так продолжалось и позже, когда пороховые заводы стали казенными. Артиллерийское ведомство вело строительство по своим разработкам, Морское ведомство – по своим, оставшиеся частные предприятия (Шлиссельбургский, Рошальский заводы и др.) организовывались по своим проектам.

Единой технической политики в государстве по строительству и эксплуатации пороховых заводов не было. Государственные органы порой даже не учитывали производственные и мощностные возможности частных заводов. Поэтому единых требований по устройству и эксплуатации не было. Они смогли появиться только тогда, когда пороховая промышленность стала управляться из единого центра, где всегда существовали Главное управление пороховой отрасли.

При этом не надо в одной плоскости рассматривать централизованное управление безопасностью и экономикой. Понятия разные. Централизованное управление безопасностью сэкономило государству большие деньги, за счет «стандартных» решений и простоты контроля за соблюдением правил.

ВСССР пороховой завод, независимо от места его расположения (Сибирь, Украина или Таджикистан), имел одну и ту же научно-техническую базу и отличался лишь строениями, соответствующими климату, водоснабжением, экологическими сооружениями в зависимости от его доли в предельно допустимых выбросах (ПДВ).

Врамках централизованного управления научно-техни- ческой политикой для проектирования заводов были созданы проектные институты, которые свою техническую политику строили на типовых проектах.

Даже нумерация зданий одного технологического назначения была на заводах одинакова. Со временем в проектных ин-

139

ститутах накапливался опыт решений, прошедших апробацию, проекты становились типовыми и директивой государственного органа тиражировалось. Так, из технических заданий на проектирование и типовых проектных решений складывались общие требования, которые закреплялись таким директивным документом, как правила устройства заводов. Правила эксплуатации рождались из множества технологических прописей, инструкций, регламентов, основополагающих требований по безопасности, не подверженных сиюминутным изменениям.

На определенном историческом этапе (1960-е гг.) регламенты инструкции, распоряжения стали мешать объективному рассмотрению вопросов безопасности, так как на разных заводах были разными: если не в принципе, то в деталях. А при расследовании аварий детали иногда играли решающую роль. Вот тогда органы, надзирающие за вопросами безопасности и обязательно участвующие во всех комиссиях по расследованию аварий, стали требовать, чтобы министерство со своей службой специального режима провело интеграцию многочисленных регламентов и инструкций в единые правила эксплуатации.

Это позволило представителям различных органов руководствоваться согласованными документами при расследовании аварий и определении меры ответственности виновных. Такими органами были: ЦК профсоюза, главный санитарный врач СССР, ГУПО МВДСССР. Они согласовывали эти правила, аминистр утверждал их приказом. Утвержденные по такому порядку правила стали важнейшимдокументомдлязаводов, НИИ, прокуратурыидр.

Правила устройства и эксплуатации не могут быть неизменными, они развиваются одновременно с достижениями науки и техники, и по мере появления технически эффективных новшеств появляются дополнения к ним, а иногда изменения. Порядок внесения изменений и дополнений такой же, как при утверждении и согласовании правил. Те же государственные структуры согласовывают изменения, и они также утверждаются в виде отдельного документа.

140