СПОСОБ ВСКРЫТИЯ И НЕЙТРАЛИЗАЦИИ БОЕПРИПАСОВ С ЖИДКИМИ ОТРАВЛЯЮЩИМИ ВЕЩЕСТВАМИ Российский патент 2000 года по МПК F42D5/04 

Изобретение относится к области уничтожения химического оружия (ХО), содержащего жидкие отравляющие вещества (ОВ).

В настоящее время в мире существует несколько различных способов уничтожения ХО:
1. Методы с предварительным вскрытием боеприпасов и последующей детоксикацией ОВ химическими, термическими или микробиологическими способами.

2. Методы уничтожения без вскрытия боеприпасов (например, термического разложения ОВ непосредственно в корпусе боеприпаса, криофрактурный метод, метод электрохимического растворения корпуса боеприпаса с последующей электрохимической деструкцией ОВ).

Кроме того рассматриваются и изучаются другие методы уничтожения.

Методы уничтожения, основанные на предварительном вскрытии боеприпасов, имеют повышенный технологический риск возникновения аварийных ситуаций как непосредственно в момент вскрытия, так и в процессе последующей транспортировки ОВ на детоксикацию.

Метод термического разложения ОВ непосредственно в корпусе боеприпаса пригоден лишь для изделий с количеством ОВ, не превышающим 20 кг.

В процессе испытаний устройств криофрактурного метода наблюдались взрывы раздробленного взрывчатого вещества в печи сжигания.

Электрохимический метод под условным названием "Silver II", разработанный в Великобритании и изложенный в статье "Чистое уничтожение ХО" (смотри прилагаемый перевод статьи), экологически безопасен, поскольку происходит полное электрохимическое растворение корпуса боеприпаса и полная минерализация ОВ.

Вместе с тем данный метод применим лишь для боеприпасов с алюминиевым корпусом. Время растворения корпуса и энергетические затраты на этот процесс велики. Деструкция ОВ по этому способу достигается за счет использования дорогостоящих солей серебра. Необходимость применения в процессе сильных кислот налагает повышенные требования к конструкционным материалам, из которых должно изготовляться технологическое оборудование. Вместе с тем данный способ может быть рассмотрен в качестве прототипа.

Целью изобретения является создание способа и устройства для его реализации, обеспечивающие более безопасные и эффективные условия проведения процесса нейтрализации ОВ с возможностью дальнейшей обработки полученного состава до безвредных необратимых продуктов, используемых в народном хозяйстве. Причем в отличие от технологии, описанной в прототипе, не производится полное растворение корпуса боеприпаса, что в случае металлических корпусов из легированных сталей проблематично с точки зрения экономической целесообразности и технической реализации. В предлагаемом способе производится вскрытие корпуса боеприпаса в одном или нескольких местах и вымывание ОВ с одновременной его нейтрализацией.

Поставленная цель достигается тем, что вскрытие металлической оболочки боеприпасов осуществляется получением в ней сквозных отверстий методом размерной электрохимической обработки металлов, а нейтрализацию ОВ проводят вымыванием электролитом при включенном источнике тока до завершения процесса.

Электрохимические процессы размерной обработки металлов основаны на законах электролиза и подробно описаны в технической литературе.

Например, В. Ф. Орлов "Электрохимическое формообразование". Москва, "Машиностроение", 1990 г.

Библиотека технолога "Основы теории и практики электрохимической обработки металлов и сплавов". Москва, "Машиностроение", 1981 г.

Ф.В. Седыкин "Оборудование для размерной электрохимической обработки деталей машин". Москва, "Машиностроение", 1980 г.

Сущность электрохимической обработки заключается в анодном растворении заготовки под воздействием постоянного тока в проточном электролите.

В отличие от размерной электрохимической обработки в предлагаемом способе на первое место ставится не точность и производительность обработки металла, а способность электролита взаимодействовать в процессе электрохимической реакции с ОВ в целях его нейтрализации.

В качестве электролита в предлагаемом способе могут быть использованы электролиты различного химического состава на основе солей, щелочей и кислот.

На фиг. 1 изображена циклограмма работы электрохимического станка для вскрытия металлической оболочки боеприпаса, позволяющая управлять процессом в автоматическом режиме.

На фиг. 2 изображена принципиальная схема устройства, позволяющего реализовать циклограмму, изображенную на фиг. 1.

Циклограмма, изображенная на фиг. 1, состоит из периодических циклов, включающих в себя время на движение электрода-инструмента (ЭИ) 16 (находящегося под отрицательным полюсом технологического источника постоянного тока) до контакта с электродом-заготовкой (ЭЗ) 17, которым является металлическая оболочка боеприпаса с ОВ (находящаяся под положительным полюсом технологического источника постоянного тока).

Заштрихованная на циклограмме область 15 представляет собой толщину оболочки, уменьшающуюся по мере обработки.

Электрод-инструмент 16 и электрод-заготовка 17 между собой электрически развязаны и ток может течь только через электролит. Время на движение до соприкосновения (контакта) электродов, т. е. до нулевого межэлектродного промежутка (МЭП), соответствует участкам, отмеченным цифрами 1; 3-4; 6-7; 9-10. Наличие контакта фиксируется, например, по броскам тока короткого замыкания от маломощного источника тока блока следящей системы (известен в технике), не вызывающего разрушение ЭИ и ЭЗ.

Источник технологического тока, необходимый для осуществления электрохимического процесса, в этот момент выключен. В качестве источника технологического тока могут использоваться, например, выпрямители моделей ВГ-ТПЕ-800-12-0 УХЛ4 или ТВ1-800-12-0 УХЛ4 напряжением 12 В и силой тока I = 800 А, выпускаемые в России.

Участки 1-2; 4-5; 7-8; 10-11 соответствуют времени отвода на заранее заданный фиксированный МЭП, составляющий, например, 0,3 мм.

Участки 2-3; 5-6; 8-9; 11-12; 13. . . соответствуют времени, когда электрод-инструмент 16 неподвижен и включен источник технологического тока - происходит процесс электрохимического направленного растворения стенки 17 металлической оболочки боеприпаса. Время включения технологического тока также соответствует участкам 14.

Необходимость в периодическом корректировании МЭП вызвана его увеличением в несколько раз во время протекания электрохимического процесса в цикле, например, до 1...3 мм. На таких конечных МЭП резко снижается локализация процесса и его производительность вплоть до прекращения процесса, поэтому количество циклов зависит, в основном, от толщины стенки растворяемого металла, плотности тока, состава, концентрации и электропроводности электролита, химического состава растворяемого металла.

На фиг. 1 под циклограммой работы станка обозначены положения ЭИ 16 в различные моменты работы, так точка 2 на циклограмме соответствует моменту установки МЭП после контакта с поверхностью ЭЗ 17 в точке 1.

Прокачка электролита осуществляется через центральное отверстие ЭИ 16 непрерывно во время процесса вскрытия и нейтрализации ОВ.

Точка 3 соответствует положению ЭИ после времени прохождения в цикле технологического тока.

Точка 8 соответствует положению ЭИ после нескольких циклов.

Точка 11 соответствует времени отделения так называемого технологического остатка 18 (бобышки) при обработке кольцевым ЭИ и соответствует моменту вскрытия боеприпаса.

Вскрытие (прошивание) отверстия диаметром 50 мм в металлической стенке из легированной стали толщиной 20 мм по предполагаемой авторами схеме с напряжением на электродах 12 В и плотностью тока 80 А/см² при работе кольцевым ЭИ составит в среднем 15 мин.

Точка 13 соответствует величине запрограммированного перемещения при вхождении ЭИ в полость боеприпаса с ОВ, прекращению циклической обработки и осуществлению вымывания и нейтрализации ОВ с включенным источником технологического тока до завершения процесса нейтрализации.

Для избежания выброса ОВ во время вскрытия боеприпаса боеприпас размещается в емкости с электролитом с превышением верхнего уровня электролита (например, на 300 мм) над местом вскрытия. Обработка реакционных масс, полученных в результате химических и электрохимических реакций до приемлемого уровня безопасности, производится по замкнутой схеме с многократным перемешиванием и пропусканием полученного состава через МЭП с включенным источником технологического тока.

Происходят следующие реакции, например, при вскрытии и нейтрализации в 20% растворе NaOH фосфорорганических ОВ;




Далее процесс детоксикации ОВ может продолжаться до стадии полной минерализации молекул органических веществ.

Дальнейшая обработка полученного химического состава до безопасных необратимых продуктов, используемых в народном хозяйстве, проводится известными методами.

Устройство для вскрытия боеприпасов и нейтрализации содержащихся в них ОВ должно по определению заявителя представлять конструкцию модульного типа и состоять из двух основных частей - непосредственно самого устройства (производящего вскрытие и нейтрализацию ОВ), расположенного в отдельном боксе с соблюдением всех необходимых требований безопасности, и аппаратуры управления, вынесенной в другое помещение, позволяющее разместить оператора для дополнительного контроля за процессом и отбором проб с их анализом в автоматическом режиме без контакта человека с помещением, где производится вскрытие и нейтрализация.

На фиг. 2 изображена принципиальная схема устройства для реализации процесса по циклограмме, изображенной на фиг. 1. Положение ЭИ-16 соответствует начальному положению его на циклограмме (точка 2 фиг. 1).

Устройство состоит из основания 1, на котором закреплена вертикальная колонна 2. На верхней части колонны расположена поворотная плита 3, на которой в направляющих 4 перемещается посредством винтовой пары 5 и маховика 6 головка 7.

В головке 7 размещен ползун 8, перемещающийся посредством высокомоментного следящего электропривода 9.

Отсчет перемещений ползуна осуществляется, например, линейным фотоимпульсным датчиком 10, считывающее устройство 11 которого закреплено на ползуне 8.

Электрические сигналы с датчика 10 обрабатываются многоплатным контроллером на базе микропроцессора, расположенным в электрошкафу, установленном в отдельном помещении (на схеме не показан).

Программа, заложенная в память микропроцессора, осуществляет обработку полученных сигналов и выдает команды на исполнительные механизмы устройства для осуществления циклограммы, изображенной на фиг. 1.

На нижнем конце ползуна 8 закрепляется ЭИ 16, сквозь центральное отверстие которого прокачивается электролит посредством винтового насоса 12, приводящегося в действие электроприводом 13, расположенным на противоположном конце ползуна 8.

Электролит забирается насосом через окна в ползуне, расположенные ниже уровня электролита.

Электролит прокачивается через ЭИ 16 с давлением, например, 3 - 5 кг/см² и производительностью 30 - 40 л/мин.

На основании 1 располагается емкость с электролитом 14, в которой на диэлектрической подставке 15 устанавливается боеприпас 17 с размещенным внутри него ОВ. Боеприпас крепится на диэлектрической подставке прихватами 18, выполняющими одновременно функцию токоподвода положительного полюса источника постоянного тока, второй полюс источника тока подводится к ЭИ.

Для направленного сбора и нейтрализации газов, выделяющихся в процессе химических и электрохимических реакций, емкость с электролитом закрывается крышкой 19, имеющей устройство для присоединения фильтров и вытяжной вентиляции.

Заполнение емкости 14 производится через трубопровод 21 и контролируется датчиком уровня 22.

Для отбора проб в процессе нейтрализации служит трубопровод 23.

Удаление из емкости раствора, полученного в процессе нейтрализации, осуществляется по трубопроводу 24.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Плита 3 открепляется и поворачивается на колонне 2 таким образом, чтобы освободить пространство над емкостью 14, в которую на диэлектрическую подставку 15 устанавливается боеприпас 17, закрепленный прихватами 18. По трубопроводу 21 в емкость поступает электролит. При достижении электролитом верхнего уровня датчик 22 дает сигнал на прекращение заполнения емкости 14.

Плита 3 поворачивается в рабочее положение и закрепляется на колонне 2.

Устройство включается на рабочий цикл. ЭИ 16 опускается до контакта с поверхностью боеприпаса, которая очищена в месте вскрытия и прижима прихватами 18 от краски. Далее процесс протекает в автоматическом режиме в соответствии с циклограммой, изображенной на фиг. 1.

После завершения процесса полученный химический состав утилизируется или подвергается деструкции.

Изобретение относится к уничтожению химического оружия с жидкими отравляющими веществами, содержащимися в боеприпасах, имеющих металлическую наружную оболочку. Предлагается способ вскрытия металлической оболочки боеприпасов, содержащих жидкие отравляющие вещества, и их нейтрализации путем проведения управляемого электрохимического процесса. Изобретение направлено на создание способа, обеспечивающего более безопасные и эффективные условия проведения процесса нейтрализации ОВ с возможностью дальнейшей обработки полученного состава до безвредных продуктов, используемых в народном хозяйстве. 2 ил.

Способ вскрытия металлической оболочки боеприпасов с жидкими отравляющими веществами (ОВ) и их нейтрализации, отличающийся тем, что вскрытие оболочки осуществляют получением в ней сквозных отверстий методом размерной электрохимической обработки металлов, а нейтрализацию ОВ проводят вымыванием электролитом при включенном источнике тока до завершения процесса.