Защита окружающей среды в производстве порохов и твердых ракетных топ
..pdfГоскомгидромет СССР — Государственный ко митет СССР по гидрометеорологии
Росгидромет — Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды
Минмаш СССР — Министерство машинострое ния СССР
Минводхоз СССР — Министерство водного хо зяйства СССР
Минздрав СССР (России) — Министерство здра воохранения СССР (России)
МПР России — Министерство природных ресур сов Российской Федерации
Госатомнадзор России — Федеральный надзор России по ядерной и радиационной безопасности.
ВВЕДЕНИЕ
Пороховая промышленность является специфиче ской отраслью химического профиля, где к числу основных проблем, наряду с обеспечением безопас ности производства и высокого качества выпускае мой продукции, относится защита окружающей среды.
Пороходелие в России имеет почти шестисотлет нюю историю. За это время сформировались сле дующие основные виды производства:
дымных порохов; нитратов целлюлозы; пироксилиновых порохов; нитроглицерина;
баллиститных порохов и ракетных твердых топ лив;
сферических порохов; смесевых ракетных твердых топлив.
Кроме того, имеются специализированные науч но-исследовательские лаборатории, испытательные базы, участки по сборке зарядов, стенды и полиго ны для испытания порохов и различных твердотоп ливных зарядов. В последние годы появилась необ ходимость создания новых производств, связанных с утилизацией устаревших порохов, ТРТ и зарядов.
Указанные производства имеют свои технологи ческие особенности, однако есть общие признаки, характерные для пороховых производств. К ним от носятся: повышенная огне- и взрывоопасность; многостадийность процессов; химически опасные тех нологии; использование различных видов химичес кого сырья, в ряде случаев обладающего токсичны
ми свойствами; большая территория; употребление значительного количества воды и др.
Предприятия оборонной промышленности, в ча стности производства порохов и ТРТ, потенциально могут представлять повышенную экологическую опасность. В начале 90-х годов выбросы загрязняю щих веществ в атмосферу оборонным комплексом составили около 3 % всех выбросов в целом по Рос сии, а объем загрязненных вод — 8 % от всех сбро сов в промышленности [1].
Физико-химические процессы на некоторых фа зах пороховых производств сопровождаются выде лением значительного количества газообразных вы бросов и сточных вод, содержащих вредные вещест ва. При аварийных случаях возможны залповые вы бросы токсичных веществ, что может привести к существенному ухудшению экологической обста новки в районах размещения пороховых предприя тий. Поэтому обеспечение экологической безопас ности пороховых производств является серьезной проблемой, и ее решению постоянно уделялось мно го внимания. Решением этой проблемы занимались ученые и специалисты НИИ и предприятий порохо вой отрасли совместно с учеными ряда вузов. Боль шой творческий вклад в разработку процессов и оборудования для улова вредных веществ внесли профессор А.Ф. Махоткин (КХТИ), канд. техн. наук С.Г. Богатырев и А.Д. Сапожников (НПО им. В.И. Ленина), профессор В.Н. Кореньков (ЛНПО "Союз"), д-р техн. наук Г.А. Солодов (ПО "Прогресс"), А.Н. Шошин (завод "Звезда") и другие.
С целью защиты окружающей среды для каждого вида пороховых производств предусмотрен ком плекс организационных, технических, санитарных мер. Для пороховых предприятий разработаны спе циальные отраслевые "Правила устройства...", а экс плуатация их осуществляется в соответствии с
"Правилами эксплуатации..." [18, 19]. В указанных "Правилах..." предусмотрены основные требования по защите окружающей среды. Разработаны "Санитарно-гигиенические требования при произ водстве баллиститных топлив", "Санитарные правила для производства смесевого твердого топлива и ис пытательных стендов" [16,17].
Выбор территории и расположение пороховых предприятий во многом определяли исходя из усло вий обеспечения эксплуатационной и экологической безопасности. Пороховые производства имеют са нитарные зоны, отделяющие производственные зда ния от населенных пунктов с целью обеспечения их экологической безопасности.
До начала промышленного производства новых рецептур порохов и ТРТ изучают токсикологичес кие и санитарно-гигиенические свойства исходных компонентов, а также промежуточных полуфабри катов и готовой продукции, определяют их предель но допустимые концентрации (ПДК) или ориентиро вочно безопасный уровень воздействия (ОБУВ). С учетом особенностей конкретных производств раз работаны методы, технологии и оборудование для очистки от вредных веществ выбросов в атмосферу и сточных вод.
Разработана методология определения допусти мых объемов выбросов вредных веществ с учетом фонового загрязнения окружающей среды в районе расположения предприятия: предельно допустимых выбросов (ПДВ), временных предельно согласован ных выбросов (ПСВ). Установлена система монито ринга окружающей среды в производственной зоне и близлежащих населенных пунктах. Организован систематический контроль за качеством жидких стоков, а также за состоянием атмосферы не только на производственных площадях, но и за пределами санитарной зоны предприятия.
Большинство видов сырья для изготовления шо рохов и ТРТ поступает от других химических предприятий. Однако некоторые виды сырья произ водятся непосредственно на пороховых предприяти ях. К таким относятся: серная кислота, этиловый спирт и этиловый эфир, древесный уголь и др. Про блемы решения экологических задач при изготов лении указанного исходного сырья на порохо вых предприятиях такие же, как на аналогичных производствах предприятий химической промыш ленности, поэтому в этой книге они не рассматри ваются. В составе некоторых предприятий специ альной химии имеются теплоэлектроцентрали, рабо тающие на газе или мазуте и обеспечивающие теп лом и электроэнергией производства и заводской поселок. Экологическое воздействие их на окружа ющую среду не связано со спецификой пороховых производств и не является предметом обсуждения данной книги.
На оборудовании пороховых производств выпус каются полуфабрикаты, которые используются для изготовления не только порохов, но и другой про дукции гражданского назначения, например, лако вый коллоксилин для лакокрасочных материалов, нитроглицерин для промышленных взрывчатых ве ществ, эфиры и нитроглицерин для медицинских це лей и др.
Благодаря внедрению технических мероприятий, направленных на защиту окружающей среды, в 80-х годах при значительном росте объемов производст ва продукции на пороховых предприятиях выбросы вредных веществ практически не увеличились. Вы бросы в атмосферу предприятий специальной химии составляли незначительную долю от суммарных вы бросов предприятий химического профиля [15].
В пороховой промышленности накоплен большой научно-технический, методологический и производ
ственный опыт по решению экологических проблем. Однако до настоящего времени отсутствуют обоб щения этого опыта. Результаты работ в этой облас ти для широкого круга специалистов не известны, так как распространению положительного опыта препятствовал закрытый характер данных о поро ховых предприятиях.
Настоящая книга посвящена рассмотрению ос новных экологических проблем пороховых произ водств и обобщению опыта конкретного их реше ния. При этом ставилась цель — обратить внимание на актуальность экологических вопросов для поро ховых предприятий, проанализировать научнотехнические разработки по защите окружающей среды, обобщить накопленный производственный опыт и дать описание основных процессов и обору дования, применяемых на практике для очистки производственных выбросов от вредных веществ. Книга не претендует на полное отражение всех эко логических проблем пороховых предприятий и ис следований по их решению. В книге не рассматри ваются также общие типовые методологические во просы экологии, так как они достаточно полно из ложены в ряде публикаций, например, в работах [1, 2, 13, 49, 61, 62]. Изучение и обобщение имеюще гося в пороховой отрасли опыта может быть полез ным при реконструкции существующих и проекти ровании новых производств специальной химии, а также может представлять интерес при решении экологических вопросов на других производствах химического профиля.
Книга состоит из введения, шести глав и заключе ния. В первых пяти главах рассматриваются различ ные экологические проблемы пороховых произ водств и методы их решения. Шестая глава посвяще на вопросам создания экологически безопасных технологических процессов утилизации устаревших
Дорохов, ТРТ и зарядов из них, в том числе зарядов РДТТ ракет различного назначения.
Авторы выражают искреннюю признательность действительному члену РАЕН Ю.С. Цатурову, лю безно согласившемуся написатв предисловие к кни ге, рецензенту — профессору М.Б. Генералову, профессору А.Ф. Махоткину за совместные работы по решению экологических проблем пороховых производств, а также С.С. Луневу за помощь в оформлении рукописи книги.
Авторы отдают себе отчет в том, что предлагае мая читателю книга не свободна от отдельных недо статков. Замечания и предложения по содержанию книги авторами будут приняты с благодарностью.
Глава 1
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОРОХОВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
Технология изготовления порохов и ТРТ пред ставляет собой достаточно сложный многоопераци онный процесс. Превращение исходных компонен тов в порох и ТРТ с заданными характеристиками происходит в результате сочетания химических и физических процессов, где имеются практически все виды химического и физического воздействия: различные химические реакции, тепловое и механи ческое воздействия, процессы измельчения, раство рения, пластификации, набухания, формования, от верждения, смешения, сушки, вакуумирования, аб сорбции, адсорбции и т.д.
Исходные компоненты и промежуточные полу фабрикаты имеют различные физические состоя ния:
жидкости с различной вязкостью (глицерин, нит роглицерин, каучуки, пластификаторы, отвердители, кислоты, растворители и др.);
тонкодисперсные порошки (окислители, метал лические порошки, сера, уголь, катализаторы горе ния и др.);
волокнистые материалы (хлопковый линт, дре весная и хлопковая целлюлоза, нитроцеллюлоза);
суспензии и эмульсии; термопластичные и термореактивные материалы.
Технологический процесс превращения исходно го сырья в готовый продукт в виде порохов, ТРТ и
зарядов из них сопровождается выделением в окру жающую среду ряда загрязняющих веществ и дру гими вредными воздействиями. В зависимости от ви да и фаз производства порохов характер выделяе мых загрязнений различный. Главными загрязните лями окружающей среды являются:
газообразные вещества: оксиды азота, серы, уг лерода, пары и туман азотной и серной кислот, па ры растворителей (этилового спирта и этилового эфира, этилацетата), хлористый водород и др.;
жидкие компоненты: азотная и серная кислоты; связующие, отвердители, пластификаторы; пыль тонкодисперсных твердых частиц: окисли
телей, горючих металлических порошков, окислов алюминия, целлюлозы и нитроцеллюлозы и др.;
радиоактивные и электромагнитные излучения — Р-, у- и рентгеновские лучи;
сточные воды, непосредственно контактирующие в технологическом процессе на некоторых фазах с продуктами, а также образующиеся после мойки технологического оборудования и производствен ных помещений, могут содержать различные ком поненты порохов и ТРТ.
Основные виды вредных выделений и их источ ники указаны в табл. 1.1, 1.2 и на рис. 1.1. Воздейст вие на окружающую среду пороховых предприятий существенно меньше по сравнению с воздействием предприятий топливно-энергетического комплекса, черной и цветной металлургии и многих предприя тий химического и нефтехимического комплекса.
Так, в 1993 году в РФ выбросы предприятий хими ческого и нефтехимического комплекса составили 1,6 млн. т или 6 % от всех выбросов в РФ [1]. Выбро сы в атмосферу пороховых предприятий, включая и производства гражданской продукции, в 1990 году составили не более 100 тыс. т, из них выбросы спе циальных производств занимали меньше половины.
Основные источники образования вредных выбросов
Основные виды вредных |
Основные источники выделений |
|
выделений |
(производство, фаза или |
|
операция) |
||
|
Оксиды азота и серы, па ры и туман азотной и сер ной кислот
Пары растворителей (эти лового спирта и этилово го эфира, этилацетата и
АР)
Пары нитроглицерина
Пары химических ве ществ, содержащих эпок сидные, изоцианатные и другие группы
Твердые тонкодисперсные частицы (пыль): окислите лей, металлических по рошков, серы, сажи, хлопка, НЦ и др.
Компоненты порохов и ТРТ в воде
Производства нитроцеллюлозы и нитроглицерина, фаза денитра ции и концентрации азотной и серной кислот
Производства ПП и СФП; фаза подготовки оснастки, корпусов РД, чистки оснастки и оборудо вания
Производство нитроглицерина и баллиститных порохов
Фаза подготовки связующих, отвердителей и других жидких ком понентов
Производство дымного пороха, НЦ; фаза подготовки хлопкового линта в производствах ПП и БП; фаза подготовки окислителей, металлических порошков, их пневматическое транспортиро вание и дозирование в производ стве СРТТ
Операции варки БП, вымочки ПП; операции чистки оборудо вания и производственных по мещений на всех производст вах
Продукты сгорания поро |
Открытые стенды испытания |
хов и ТРТ: НС1, СО, С 02, |
сжиганием зарядов; поля сжига |
А120 3 и др. |
ния отходов |
Радиоактивные излучения: |
Фазы дефектоскопии зарядов из |
Р-, у-, рентгеновские лучи |
ТРТ; некоторые приборы конт |
|
роля параметров тех. процессов |