СПОСОБ УНИЧТОЖЕНИЯ ХИМБОЕПРИПАСОВ Российский патент 1997 года по МПК A62D3/00 F42D5/04 F42B23/00 

Настоящее изобретение относится к способам обезвреживания химических отравляющих веществ (ОВ), а более конкретно к обезвреживанию и уничтожению химического оружия (ХО), начиненного ОВ.

Известен способ под названием "Тепловое разрушение", при котором из боеприпаса извлекают жидкое и твердые ОВ, затем в двухступенчатых печах, работающих на натуральном газе, сжигают ОВ и скрап при температурах от 800 до 1500^oC [1]
Известен криогенный метод (там же), при котором разрушают химбоеприпас после воздействия на него низких температур. При низких температурах химбоеприпас становится хрупким и при температуре жидкого азота (-160^oC) его дробят гидравлическим прессом, а осколки затем сжигают в обычной вращающейся печи.

Известен способ под названием "Сжигание" (там же), при котором боеприпасы доставляют к приемному помещению установки. Затем их распаковывают и вместе с раскрытой упаковкой по конвейеру направляют в зону обеззараживания, где обеззараживают их путем обмывания в воде. Затем боеприпасы попадают в зону разборки, где вручную разбирают бомбы и кассеты, и подают их на ковшовый элеватор, где они опорожняются в роторную печь дезактиватора. Тара и металлические контейнеры, а также упаковочные материалы направляются в специальную печь для переплавки. Контейнеры из-под ОВ нейтрализуются дегазирующей рецептурой, состоящей из жидкостей. Затем эти жидкости уничтожаются в специальном сжигателе. Очищенные контейнеры переплавляются вместе с металлическими деталями тары.

Помещения, отведенные под линию уничтожения, тщательно вентилируются; воздух выпускается в окружающую среду только после очистки. Установлен постоянный контроль за его качеством и в помещениях установки, и на прилегающей местности. Контролируются также выпускаемые из установки продукты сгорания на присутствие ядовитых веществ.

Каждый из этих способов имеет как свои достоинства, так и недостатки. Так, например, в первом и последнем из описанных способов присутствует ручная операция по извлечению жидких и твердых ОВ из ХО, что является небезопасным для обслуживающего персонала. А криогенный метод, как и два других, не является мобильным.

Наиболее близким аналогом, принятым в качестве прототипа, является термохимический способ (там же), в котором происходит нейтрализация различных ОВ. Боеприпасы (в зависимости от их калибра) размещают в одной из трех мобильных камер извлечения ОВ, связанных гибкими трубопроводами с блоком нейтрализации и емкостью хранения химических веществ. Боеприпас вскрывают в загерметизированной камере путем просверливания отверстия в корпусе. Перегонка содержащихся ОВ в блок нейтрализации осуществляется посредством вакуума. Продукты нейтрализации перекачивают в емкость, а затем подают к форсунке. Сгорание нейтрализуемых продуктов (углерод, сера, окись фосфора и др.) происходит в форсунке при температуре 1200^oC. Нейтрализацию корпусов боеприпасов осуществляют в отдельном блоке после удаления ОВ.

Основными достоинствами данного способа является то, что установка для его реализации является мобильной, она может транспортироваться на самолетах, по железной дороге или автомашинами и развертывается в течение 10 часов. Основные технологические операции механизированы.

При всех своих достоинствах этот способ не лишен технических недостатков, которые можно обобщить ограниченностью эксплуатационных возможностей, обусловленной, например, недостаточно высокой безопасностью обслуживающего персонала во время извлечения ОВ из боеприпаса и перегонки их по трубопроводам, а также во время процесса сжигания с помощью форсунок, который может быть нестабильным. Установки для реализации этого способа должны размещаться на соответствующем расстоянии от места расположения людей. Несмотря на мобильность установки, обслуживающему персоналу к реализации способа можно приступить только не менее чем через 10 часов после прибытия на место уничтожения химических боеприпасов, т.к. задействование большого количества оборудования, машин и механизмов требует значительного промежутка времени на подготовительные работы по развертыванию установки.

Таким образом, целью настоящего изобретения является устранение технических недостатков прототипа, заключающихся в расширении эксплуатационных возможностей способа.

Эта цель достигается за счет того, что в способе уничтожения химбоеприпасов, содержащем нейтрализацию и уничтожение отравляющих веществ (ОВ) под действием высоких температур (не менее 1000^oC), при которых происходит интенсивное разложение ОВ, согласно изобретению химбоеприпас совместно с заранее подобранными реагентами помещают во взрывозащитную камеру (ВЗК), заполняют ее объем газовой взрывчатой смесью, создают в ней высокую температуру, производя подрыв газовой смеси, распыляют химбоеприпасы с ОВ и реагенты к ним и разлагают их в продуктах взрыва газовой смеси, при этом необходимое количество последней определяют из выражения
,
где m_г.с. масса газовой смеси; [2]
С_о.в. средняя теплоемкость ОВ в интервале 0^oC ≅ T ≅ 10^3 oC;
m_ов масса ОВ [2]
q теплотворная способность газовой смеси
а массу реагентов из соотношения
m_реаг m_ов•K,
где m_реаг масса реагента [2]
К коэффициент, зависящий от типа реагента и вида ОВ, обеспечивающий требуемые санитарными нормами концентрации вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу.

Кроме того, цель будет достигнута более эффективно, если распыление химбоеприпасов с ОВ и реагентов проводят штатно, задействуя химбоеприпас синхронно с подрывом газовой взрывчатой смеси, причем в качестве последней используют гремучую смесь или смесь углеводородов с кислородом, дающие в итоге воду и СО₂, а в качестве реагентов или кремнезоли, или цеалиты, или оксиды щелочноземельных металлов (например, окись кальция и т.п.).

Коэффициент К определяется стехиометрически, в зависимости от типа реагента и вида ОВ и зависит от состава продуктов его разложения, наличия среди них экологически опасных составляющих и количества реагентов, необходимых для их связывания. Если при разложении одной молекулы ОВ с молекулярным весом μ_ов образуется N видов опасных компонентов, каждая в количестве m_i молекул, i 1,N, и для связывания каждой молекулы опасной компоненты требуется n_i молекул реагента с молекулярным весом μ_i, К определяется соотношением:

Сравнение заявляемого способа с прототипом позволило установить соответствие его критерию "НОВИЗНА". Это также подтверждает и сравнение его не только с прототипом, но и с другими решениями в данной области техники, которое не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом обусловлена тем, что в настоящем решении удалось исключить операцию по расснаряжению химбоеприпаса, а процесс уничтожения ОВ вести совместно с уничтожением химбоеприпаса.

На чертеже схематично изображен один из вариантов реализации способа уничтожения химбоеприпаса. В ВЗК 1 располагают тележку 2, на которой размещены химбоеприпас 3, навески реагента 4. Боеприпас 3 снабжен электровзрывателем 5, который соединен с источником электропитания 12 проводной связью 13. ВЗК имеет съемную крышку 7, через которую осуществляют электро- и газосвязь через гермовводы 6. Взрывчатую газовую смесь подводят по газопроводной магистрали 8, подрыв газовой смеси осуществляют с помощью свечи зажигания 9. В крышке 7 имеется патрубок 10 для забора проб состава продуктов реакции в ВЗК. Внутри камеры обязательно присутствие датчиков экологического контроля 11.

Возможность термического разложения ОВ с помощью газовзрывного воздействия была подтверждена в модельных экспериментах, проведенных при участии авторов данного изобретения. В этих экспериментах были использованы менее благоприятные, чем по данному изобретению, условия, а именно:
были использованы имитаторы ОВ в виде жидкой смеси фреона 114, четыреххлористого углерода и хлороформа, термическая стойкость которых выше, чем ОВ;
распыление и термическое воздействие на навеску имитатора ОВ малой массы (m_им 1 г), помещенную в стеклянную кювету, осуществлялось одновременно потоками газовых течений, возникающих при подрыве газовзрывной смеси;
время термического воздействия в модельном эксперименте, определяемом объемом взрывозащитной камеры (V 5 дм₃), примерно на порядок меньше, чем в устройстве, описанном в данном изобретения.

Результаты модельных экспериментов показали, что при таких условиях происходит разложение имитаторов ОВ с образованием СО, СО₂, углеводородов и водородных соединений галоидов. Концентрация имитаторов по сравнению с исходным содержанием уменьшилось на 2 и более порядка. Естественно предположить, что при увеличении времени воздействия можно добиться более полного разложения.

В качестве примера конкретного выполнения описывается способ уничтожения химбоеприпасов, содержащих отравляющее вещество зарин.

Химбоеприпас берут из контейнера хранения, укладывают на стол-тележку, позволяющую перемещать боеприпас внутрь взрывозащитной транспортабельной камеры, масса которой не превышает 10 т. Используемая здесь ВЗК сохраняет герметичность после подрыва заряда в 25 кг тротила. Она разработана в нашем институте, а несколько штук их было изготовлено на Уралхиммаше по оригинальной технологии (г. Екатеринбург).

Стол тележки представляет массивную стальную плиту, масса которой (m_пл) с целью обеспечения многократного применения тележки соотносится с массой взрывчатого вещества химбоеприпаса (m_вв в отношении
m_пл 1000 m_вв.

Химбоеприпас снаряжают электрическим взрывателем, тележку с боеприпасом перемещают внутрь ВЗК, прочность которой с десятикратным запасом достаточна для удержания продуктов взрыва. Провода электровзрывателя подсоединяют к герметичным электровводам, вмонтированным в крышку, которой в высокой степенью герметичности закрывают ВЗК. Объем ВЗК заполняют компонентами газовой взрывчатой смеси, количество которой при сгорании обеспечивает нагрев ОВ, содержащихся в боеприпасе, до температур интенсивного разложения зарина:
m_г.с.•q=3•C_ов•m_oв•1000^oC,
где m_г.с. масса газовой смеси [2]
q теплотворная способность взрывчатой газовой смеси
С_ов= 0,6 средняя теплоемкость ОВ в диапазоне нагрева 0^oC≅T≅1000^oC;
m_ов масса ОВ в боеприпасе [2]
В нашем случае при массе зарина, равной 2,5•10³ грамм, использовался гремучий газ по массе, равной 0,25•10³ грамм.

После этого задействуют боеприпасы синхронно в момент подхода детонационной волны в газовой взрывчатой смеси к корпусу боеприпаса на расстоянии Δr 1.2 см.

При термическом разложении зарина образуются два основных, экологически опасных вещества (N=2) метафосфорная кислота (HPO₃ и фтористый водород (HF) по одной молекуле на каждую молекулу зарина (m₁=m₂=1). С целью нейтрализации этих продуктов разложения в ВЗК на поверхность химбоеприпаса и стола-тележки до подрыва газовой смеси помещают навеску гидроксида кальция Са(ОН)₂, которую при взрыве боеприпаса распыляют и разбрасывают совместно с аэрозолями ОВ-зарина в объеме ВЗК. Продукты разложения зарина, взаимодействуя с реагентом, образуют твердые, экологически безопасные осадки CaF₂ и Ca(PO₃)₂:
2НPО₃+Ca(OH)₂=Ca(PO₃)₂+2Н₂O;
2HF+Ca(OН)₂=CaF₂+2H₂O.

При этом на одну молекулу зарина требуется одна молекула гидроксида. При молекулярном весе зарина μ_оВ 140•1 и молекулярном весе гидроксида кальция μ₁= μ₂ 74 требуемое количество реагента cоставляет
m_реаг=0,53•m_ов=0,53•2,5•10³ 1325 [2]
Использование настоящего изобретения позволяет ликвидировать технические недостатки известных способов, в том числе и прототипа, расширить их эксплуатационные возможности, обусловленные тем, что удалось достичь высокой безопасности обслуживающего персонала; производства уничтожения химбоеприпасов в любом месте непосредственного их складирования; сокращения (в несколько раз) обслуживающего его персонала; сокращения до минимума времени на подготовительные работы; уменьшения выбросов токсичных продуктов разложения ОВ в атмосферу до концентраций, предписываемых санитарными нормами, путем химического воздействия на них реагентами при высокой температуре, устанавливающейся в замкнутом объеме.

Сущность изобретения: во взрывозащитную камеру помещают химбоеприпасы и реагенты, предназначенные для связывания токсичных продуктов разложения отравляющих веществ, заполняют камеру газовой взрывчатой смесью, создающей при взрыве температуру не менее 1000^oC, осуществляют подрыв газовой взрывчатой смеси и химбоеприпаса. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ уничтожения химбоеприпасов, содержащий размещение последних в камере, нейтрализацию и уничтожение отравляющих веществ (ОВ) под действием высоких температур, при которых происходит интенсивное разложение ОВ, отличающийся тем, что совместно с химбоеприпасом в камеру помещают реагенты, предназначенные для связывания (фиксации) токсичных продуктов разложения ОВ, заполняют камеру газовой взрывчатой смесью, создающей при взрыве температуру не менее 1000^oС, осуществляют подрыв газовой взрывчатой смеси и химбоеприпаса с ОВ, распыляя их и реагенты к ним, при этом массу газовой смеси и массу реагентов определяют из соотношений

m_реаг K • m_ОВ,
где C_ОВ средняя теплоемкость ОВ в интервале 0 ≅ T ≅ 1000^oС, кал/г/град;
m_ОВ масса ОB, г;
g теплотворная способность газовой смеси;
К коэффициент, зависящий от типа реагента и вида ОВ и определяемый из выражения

m_i количество молекул каждого компонента ОВ;
n_i необходимое число молекул реагента для компонента ОВ;
μ_i молекулярный вес реагента;
μ_ов молекулярный вес ОВ. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в нем распыление химбоеприпасов с ОВ и реагентов производят штатно, задействуя боеприпасы синхронно с моментом подхода детонационной волны в газовой взрывчатой смеси к корпусу боеприпаса на расстоянии 1 2 см. 3. Способ по п. 1, отличающийся там, что в нем применяемые реагенты подбирают или из кремнеземов, или из оксидов щелочно-земельных металлов, например окись кальция. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в нам в качества взрывчатой смеси, имеющей температуру взрыва не менее 1000^oС, используют гремучую смесь или смесь углеводородов с кислородом, дающих в итоге воду и углекислый газ.