СПОСОБ УНИЧТОЖЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ БОЕПРИПАСОВ, СНАРЯЖЕННЫХ ФОСФОРООРГАНИЧЕСКИМИ ОТРАВЛЯЮЩИМИ ВЕЩЕСТВАМИ Российский патент 1997 года по МПК A62D3/00 F42D5/04 

Изобретение относится к области уничтожения химического оружия (ХО), в частности к уничтожению химических боеприпасов, снаряженных фосфорорганическими отравляющими веществами (ФОВ).

В соответствии с Конвенцией по запрещению химического оружия в разрабатываемые методы уничтожения закладывается принцип необратимости преобразования высокотоксичных химических продуктов и средств их применения в такое состояние, которое исключает возможность их последующего использования.

Главным критерием при выборе оптимальной технологии уничтожения (ХО) является экологическая чистота и безопасность.

В Российском химическом журнале (1993, т. XXXVII, N 3, с. 22-25) дан обзор возможных методов уничтожения ФОВ, их которых наибольшую технологическую проработку получили химические методы.

Химические методы основаны на вскрытии боеприпасов путем сверления их корпусов, эвакуации из них ФОВ в реактор, детоксикации ФОВ химическим реагентом и переработке полученной реакционной массы. Химический метод был положен в основу подвижного комплекса уничтожения ХО под г. Чапаевском.

Для уничтожения зарина и зомана там использовалась реакция их с моноэтаноламином при температуре 100^oC, а для уничтожения вещества типа VX реакция его со смесью этиленгликоля и ортофосфорной кислоты при температуре 150^oC.

Образующиеся реакционные массы в дальнейшем подвергались сжиганию.

Данный способ принят авторами за прототип.

К недостаткам прототипа относятся:
наличие стадии вскрытия боеприпаса и эвакуации из него ФОВ в аппарат детоксикации;
необходимость перевозки боеприпасов, снаряженных ФОВ, с баз хранения на объекты уничтожения ХО;
значительные затраты на энергоресурсы и экологическую защиту объектов уничтожения ХО.

Перечисленные недостатки устраняются в заявленном способе, который позволяет обеспечить детоксикацию ФОВ непосредственно в боеприпасе без вскрытия его корпуса и провести процесс на базах хранения ХО. Заявленный способ основан на использовании объема запального стакана, который составляет для разных типов боеприпасов от 30 до 50% от объема, содержащегося в боеприпасе ФОВ, для внесения в боеприпас реагента, приводящего к детоксикации ОВ.

Суть заявляемого метода заключается в том, что запальный стакан химического боеприпаса полностью заполняют водой. После этого запальный стакан герметизируют специальной пробкой, снабженной свинцовой прокладкой и срывной головкой, срываемой при определенном крутящем моменте. Таким образом, получают абсолютно герметичный боеприпас (Фиг. 1), имеющий две изолированные камеры продуктовую 1, на 90% своего объема заполненную ФОВ (зарином, зоманом или веществом типа VX, полностью заполненную водой камеру запального стакана 2. Такой боеприпас охлаждают до температуры -20 -30^oC. При этом происходит разрушение запального стакана (Фиг. 2). Охлаждение боеприпаса можно проводить либо в морозильных камерах, либо в зимний период прямо в неотапливаемых хранилищах. Дальнейшая выдержка боеприпасов при комнатной температуре приводит к детоксикации содержащих в них ФОВ за счет гидролиза.

Перед выдержкой боеприпасов при плюсовых температурах они могут проходить контроль на факт разрыва запального стакана с помощью ультразвуковой дефектоскопии. Однако, как показали исследования, охлаждения боеприпасов до температуры -20 -30^oC гарантированно приводит к разрушению запальных стаканов у всех типов боеприпасов (артиллерийские и реактивные снаряды, авиабомбы).

Необходимо иметь ввиду, что зарин, зоман и вещества типа VX согласно классификации (З. Франке. Химия отравляющих веществ. М. Химия, 1973, т. 1, с. 57) относятся к классу чрезвычайно токсичных веществ. Критерием оценки степени токсичности веществ по этой классификации является токсикологическая характеристика ZД₅₀ летальная доза вещества, вызывающая гибель 50% животных при внутрижелудочном его введении в организм.

Заявляемый способ позволяет разрушить ФОВ до продуктов, суммарная токсикологическая характеристика которых ZД₅₀>50 мг/кг, что дает возможность отнести их к классу умеренно токсичных веществ.

Таким образом, в результате обработки боеприпасов, снаряженных ФОВ, по заявляемому способу происходит не только необратимая детоксикация ОВ, но и перевод корпусов боеприпасов в состояние, исключающее их повторное использование за счет разрыва запального стакана, т.е. имеет место уничтожение химических боеприпасов. В прототипе корпуса боеприпасов переводятся в такое состояние при их вскрытии сверлением и последующей термообработки.

Применение заявляемого способа приводит к образованию в корпусах боеприпасов реактивной массы менее токсичной, чем известные инсектициды (З.Франке. Химия отравляющих веществ. М. Химия, 1973, т. 1, с. 337). Это дает возможность безопасно транспортировать корпуса, эвакуировать из них реакционную массу для окончательной переработки в установленном порядке. Это может быть либо ее сжигание, либо выделение из нее полезных компонентов, либо, наконец, перевод ее в водонерастворимое состояние с последующим захоронением в специальных могильниках.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ имеет следующие преимущества:
исключение вскрытия боеприпаса и эвакуация из него ОВ;
возможность проведения процесса непосредственно на базах хранения ХО;
резкое сокращение затрат на сырье и энергоресурсы;
абсолютная экологическая чистота и безопасность процесса.

Сравнительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от прототипа использованием нового химического реагента (воды), проведением детоксикации ФОВ непосредственно в боеприпасе без его вскрытия и технологическим режимом. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "новизна".

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому способу соответствует критерию "изобретательский уровень".

Использование предлагаемого способа позволит существенно упростить, удешевить и обезопасить процесс уничтожения ХО.

Заявляемый способ может быть проиллюстрирован приведенными ниже примерами.

Опыты по определению температурного интервала замораживания боеприпасов, обеспечивающего гарантированный разрыв запального стакана, проводились на корпусах трех типов химических боеприпасов; артиллерийского снаряда калибра 85 мм, реактивного снаряда калибра 120 мм и авиабомбы калибра 150 кг. В химическом арсенале России эти типы боеприпасов являются наиболее массовыми.

Необходимо отметить, что все химические боеприпасы, снаряженные зарином и зоманом, а также основная масса боеприпасов, снаряженных веществом типа VX, имеют запальный стакан. На фиг. 1, 2 приведены эскизы химических боеприпасов, находящихся на хранении и на разных стадиях обработки по заявляемому методу (см. с. 5).

Пример 1.

Продуктовые камеры трех пустых корпусов химических боеприпасов: 85 мм артиллерийского снаряда, 120 мм реактивного снаряда и 150 кг авиабомбы заполнили на 90% их объема (коэффициент заполнения химических боеприпасов) 50% -ным водным раствором этиленгликоля (антифриз) и загерметизировали их комплектными штатными резьбовыми пробками. После этого запальные стаканы боеприпасов полностью (до резьбы) заполнили водой и загерметизировали их резьбовыми металлическими пробками, снабженными срываемыми при крутящем моменте, обеспечивающем оптимальное сжатие свинцовых прокладок. Затем поместили боеприпасы в морозильную камеру и охладили их до температуры -25^oC. Температуру фиксировали с помощью термопар, прикрепленных к корпусам боеприпасов. После этого извлекли боеприпасы из камеры и после достижения ими комнатной температуры отвернули пробки запальных стаканов и слили из боеприпасов их содержимое. Объем жидкости, извлеченной из каждого боеприпаса, оказался равным сумме объемов внесенных антифриза и воды. Это говорит о том, что все запальные стаканы химических боеприпасов разорвались.

Пример 2.

По приведенной в примере 1 методике провели эксперимент с такими же тремя корпусами боеприпасов. Заморозили боеприпасы до температуры -30^oC.

Все запальные стаканы разорвались.

Пример 3.

По приведенной в примере 1 методике провели эксперимент с такими же тремя корпусами химических боеприпасов. Заморозили боеприпасы до температуры -20^oC.

Все запальные стаканы разорвались.

Пример 4.

По приведенной в примере 1 методике провели эксперимент с такими же тремя корпусами химических боеприпасов. Заморозили боеприпасы до температуры -15^oC.

Запальные стаканы не разорвались.

Пример 5.

По приведенной в примере 1 методике провели эксперимент с такими же тремя корпусами химических боеприпасов. Заморозили боеприпасы до температуры -35^oC.

Все запальные стаканы разорвались.

Опыты по определению необходимого времени для детоксикации ФОВ при плюсовых температурах проводились с использованием 120 мм реактивных снарядов, снаряженных зарином, зоманом и веществом типа VX.

По методике, описанной в примере 1, осуществили разрыв запальных стаканов в реактивных снарядах. После этого выдерживали боеприпасы при комнатной температуре, отбирая через определенные промежутки времени пробы реакционной массы через наливной узел боеприпасов и определяя их токсикологическую характеристику ZД₅₀ на мышах. Обезвреживание считалось достигнутым, если ZД₅₀ для мышей при внутрижелудочном введении реакционных масс превышала 50 мг/кг. Результаты опытов приведены в таблице.

Как следует из примеров 1 5 разрыв запальных стаканов у всех типов химических боеприпасов обеспечивается при температурах ≅-20^oC. В опыте 5, где этот параметр выше указанной величины, разрыва запальных стаканов не произошло. Использование температур ниже -30^oC нецелесообразно из-за повышения энергозатрат при проведении данной операции в морозильных камерах. Однако энергозатрат можно избежать вообще, если проводить стадию замораживания боеприпасов в зимний период в неотапливаемых хранилищах, контролируя в них температуру.

Из данных таблицы следует, что необходимая степень обезвреживания ФОВ достигается выдерживанием при комнатной температуре боеприпасов с зарином ≥30 суток, боеприпасов с зоманом ≥50 суток и боеприпасов с веществом типа VX≥80 суток. В тех опытах, где время выдержки было меньше указанных величин (опыты 6, 11, 16), отмечается недостаточная степень обезвреживания ФОВ. Повышение времени выдержки боеприпасов с зарином >40, боеприпасов с зоманом >60 и боеприпасов с веществом типа VX>100 суток практически не улучшает оценочного критерия (ZД₅₀). Данную стадию также можно осуществлять в местах складирования ХО в летнее время.

Из приведенных данных следует, что способ уничтожения химических боеприпасов, снаряженных ФОВ, основанный на их детоксикации непосредственно в боеприпасах, с использованием в качестве реагента воды, вводимой в боеприпас через разрушаемый запальный стакан, позволяет получать умеренно-токсичную реакционную массу. пригодную для последующей переработки в установленном порядке.

Использование предлагаемого способа позволит безопасно, с соблюдением абсолютной экологической чистоты уничтожать химические боеприпасы, содержащие ФОВ, непосредственно на базах хранения ХО.

Сущность изобретения: запальный стакан химического боеприпаса заполняют водой, герметизируют его, охлаждают до -20^o ... -30^oC для его разрушения и выдерживают боеприпас при комнатной температуре 30-100 суток в зависимости от вида отравляющего вещества. 1 табл., 2 ил.

Способ уничтожения химических боеприпасов, снаряженных фосфороорганическими отравляющими веществами (ФОВ), включающий перевод корпуса боеприпаса в состояние, непригодное для повторного использования, и детоксикацию ФОВ химическим реагентом, отличающийся тем, что запальный стакан химического боеприпаса полностью заполняют водой, герметизируют его, охлаждают боеприпас до минус 20 минус 30^oС для разрыва запального стакана, после чего выдерживают боеприпас 30 100 суток при комнатной температуре в зависимости от вида ОВ.