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 к расчету требуемой вмести­мости взрывоподавителя (требуемое количество огнетушащего веще­ства), оптимальных значений параметров энергодатчика и профиля рас­пылительной головки.

В отличие от пожаротушащих систем, где количество огнетушаще­го вещества, подаваемого в зону горения, практически не ограничено, в системах подавления взрывов объем огнетущащего 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.

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 взрывозащнты.

В качестве пламегасящих веществ применяется вода, но более эф­фективными оказались химические ингибиторы, например, хлористый метилен и другие галогенизированные углеводороды: СС1₄, CF₄, CF₃Br, CCl₃F, CH₃Br.

Наиболее эффективны фторбромсодержащие углеводороды − фреоны марок 216В2, 12В2, 14В2 и 1ЗВ1. 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 пламеотсекатели, у ко­торых в рабочее пространство вместо огнегасящей жидкости засыпает­ся песок.

Следует отметить, что подбор и разработка АСПВ дли 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 (физико-химических 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.

4.6. Контрольные вопросы

1. Перечислите стадии развития взрыва в технологическом оборудовании.

2. Нарисуйте и поясните схему развития аварии в аппаратах.

3. Назовите и охарактеризуйте    механизмы взрывчатого превращения в ЭКМ.             

4. Охарактеризуйте основные принципы взрывозащиты в производстве ЭКМ.

5.Как основные принципы взрывозащиты реализуются в АСПВ?

Глава 5. Правила устройства и эксплуатации поро­ ховых заводов

К созданию правил устройства и эксплуатации поро­ховых заводов привели "горькие" выводы из аварий и несчастных случаев. Правила не написаны раз и на­всегда, они продолжают свое развитие на основе но­вейших достижений науки и техники, на основе кон­кретных исследований по безопасному устройству за­водов.

История свидетельствует, что 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 во­ шло 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.

В ней 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.

В 1531 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 году после смерти Петра). Через 11 лет после пуска и работы Сестрорецкий завод был закрыт, 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 к Охтинскому заводу, чтобы пороховое дело было вместе", − по существу мы читаем один из пунк­тов правил устройства заводов.

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

запрещены деревянные строения;

взамен дровяных топок внедряются паросиловые ус­тановки;

конная тяга на бегунках заменяется на паровую;

утверждается нормирование закладок в мельницу;

вводится определение влажности и плотности по­роха;

внедряется баллистический маятник.

Конец XIX века ознаменовался бурным развитием производства бездымных порохов, и это развитие сра­зу же дало всплеск аварийности. Завод−пионер в обла­сти науки и практики пироксилиновых порохов, Ох­тинский завод 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 и более 200 ранено.

В 1890г. на Пороховском кладбище Охты на средства, собранные по подписке, сооружен памятник по проекту академика архитекту­ры P.P. Марфельда. На постаменте памятника высечена надпись: "Что мятетеся безвременно, о человецы! Един час и вся 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, и пороховые заво­ды России.

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:

плохо усвоенные знания новичками − рабочими и ИТР;

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

неизученность "переходных" процессов на новых составах;

ошибки персонала в процессе производства; резкое увеличение объемов производства.

Положительная роль аварийного опыта велика, по крайней 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 техники и накопленного опыта, в том числе и отрицательного.

Длительное время отбор стойкости пробы в произ­водстве нитроглицерина осуществлялся вручную в специальную колбу. Колба устанавливалась в деревянный футляр, футляр устанавливался 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-прежнему осталась ручной с применением упомянутой тележки.

Еще в начале 60-х годов 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; и, 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 60 – 70-х годах большую работу по выбору и испыта­нию таких конструкций зданий, которые бы макси­мально локализовали аварию.

… По­следнее решение "СоюзпромНИИпроекта" (руководитель работ Корольков Ю.Б.) является наиболее эф­фективным на сегодняшний день. Здания цилиндриче­ской конструкции полностью локализуют аварию, ис­ключая какой бы то ни было разлет и вторичные эф­фекты.

…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 (Шлиссельбургскии, Рошальский 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 (Химический трест, НКТП, НКБ, Минсельхозмашиностроение, MOM, ГКОТ, МОП, ММ, МОП), где всегда существовали Главные управления 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.

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).

В рамках централизованного управления научно-технической 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 институтах 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 (60-е годы прошлого столетия) 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 МВД СССР − они согласовывали эти правила, а министр утверждал их приказом.

Утвержденные по такому порядку правила стали важнейшим документом для заводов, НИИ, прокурату­ры и др.

Правила устройства и эксплуатации не могут быть неизменными, они развиваются одновременно с до­стижениями науки и техники, и по мере появления технически эффективных новшеств к ним появляются дополнения, а иногда изменения.

Порядок внесения изменений и дополнений такой же, как при утверждении и согласовании правил. Те же государственные структуры согласовывают измене­ния, и они так же утверждаются в виде отдельного до­кумента.

Такие частные решения с момента утверждения имеют силу правил; когда таких изменений накапли­вается много, принимается решение о переиздании сборника правил. Аккумулирование этих изменений и дополнений осуществляет орган специальной инспек­ции взрывоопасных производств министерства или агентства, он же обеспечивает их рассылку на пред­приятия и в органы, согласовавшие правила.

Первые правила эксплуатации были изданы отделом техники безопасности (ОТБ) Министерства оборонной промышленности в 1961 г., последующие редакции правил были осуществлены в 1967, 1980 и 1992 гг.

Правила устройства впервые изданы в 1967 г. и переиздавались в 1989 г. В 2000 г. подготовлена к пе­реизданию и в 2002 г. будет издана новая редакция, как правил эксплуатации, так и правил устройства.

Правила устройства и эксплуатации, утверждае­мые государственным органом, в ведении которого находятся взрывоопасные предприятия, согласовыва­ются заинтересованными ведомствами: ЦК профсоюза, МВД, Минтруда, Минюстом, Госгортехнадзором. После утверждения они становятся юридическим докумен­том. Если нарушения, допущенные работающими в про­изводстве, привели к аварии, они могут быть привле­чены к уголовной ответственности; при этом в матери­алах, передаваемых в судебные органы, должно быть четко указано, какие пункты правил нарушил рабо­тающий или руководитель.