книги / Основы технологической безопасности производств энергонасыщенных материалов и изделий

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Д.Д. Талин

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОИЗВОДСТВ ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2017

3

4

5

ПРЕДИСЛОВИЕ

Внастоящем учебном пособии рассмотрены основы технологической безопасности производства энергонасыщенных конденсированных материалов (ЭКМ) и изделий из них, преподавание которых предусмотрено учебно-методическим комплексом документов для обучающихся по специальности 18.05.01 «Химическая технология энергонасыщенных материалов и изделий» со специализацией № 2 «Химическая технология полимерных композиций, порохов и твердых ракетных топлив». Необходимость в настоящем учебном пособии возникла в связи

спереходом в данной области знаний от концепции «абсолютной безопасности» к оценке риска аварии и снижению тяжести ее последствий.

Вглаве 1 дана краткая историческая справка по авариям, имевшим место в практической работе с ЭКМ с момента их возникновения до наших дней. Здесь также рассмотрены правовые и нормативные основы безопасных условий труда и ответственность за нарушение законодательства при обращении с ЭКМ. В дополнение к главе в приложении 1 приведены термины и определения в области анализа опасностей и оценки риска аварий на опасных производственных объектах.

Поскольку, как показал анализ, около половины случаев возникновения аварий на производстве обусловлены ошибками персонала и неудовлетворительным содержанием им оборудования, в главе 2 рассмотрены вопросы работы с персоналом и создания микроклимата, обеспечивающего высокую работоспособность и связанный с ней низкий процент ошибок.

Вглаве 3 приводятся основные положения физики горения и взрыва и рассмотрены свойства энергоемких материалов, необходимые для понимания изложенного в следующих главах.

6

Читатель, знакомый с курсом «Химическая физика ЭКМ», может эту главу при чтении пропустить.

Последние три главы посвящены собственно проблемам технологической безопасности производства порохов и твердых ракетных топлив.

Глава 5, содержащая описание правил устройства и эксплуатации предприятий, представлена в редакции члена-коррес- пондента Российской академии ракетных и артиллерийских наук, доктора технических наук, профессора Л.В. Забелина, принявшего самое активное участие в их создании.

В главе 6 рассмотрен системный подход к исследованию возможности причин возникновения различных сценариев аварии, оценки их вероятности и тяжести последствий. Данный подход позволяет оценить эффективность мероприятий по снижению технологической опасности, что особенно важно в условиях ограниченных финансовых и материальных ресурсов.

7

ВВЕДЕНИЕ

Энергонасыщенные конденсированные материалы (ЭКМ) относятся к важнейшим научно-техническим объектам и составляют основу оборонного и экономического потенциала развитых стран.

Начиная с древних времен (с черного пороха) ЭКМ являются источниками энергии во всех видах оружия. Также ЭКМ широко используются в мирной жизни. Современные технические средства становятся все более энергонасыщенными, особенно интенсивно этот процесс пошел с середины ХХ в. в результате создания ядерных объектов и гигантских химических производств. С тех пор человечество стало способно инициировать крупномасштабные аварии и катастрофы, вызывающие необратимые экологические изменения, соизмеримые со стихийными бедствиями. Возможными видами техногенных бедствий от аварий и техногенных катастроф могут быть пожары, взрывы, обрушения сооружений, затопление, крушение транспортных средств, нарушение систем жизнеобеспечения, выбросы опасных веществ (радиационных, химических, биохимических).

Ущерб от взрывов и пожаров в потенциально опасных производствах ЭКМ растет во всех индустриально развитых странах, что обусловлено расширением масштабов производства и, как следствие этого, накоплением в одном месте большого количества ЭКМ. Сюда следует добавить также увеличение габаритов изделий, усложнение технологических процессов и оборудования и связанный с этим рост числа ошибок персонала и т.д.

Как правило, производство ЭКМ из качественного сырья на исправном оборудовании при соблюдении правил его эксплуатации и технологического регламента не приводит к авариям.

Однако при производстве, транспортировании и использовании ЭКМ нередки случаи, когда из-за воздействия неблаго-

8

приятных факторов или их сочетания возникает начальный очаг загорания, развитие которого может привести к взрыву.

Актуализация вопросов обеспечения взрывобезопасности в производстве ЭКМ привела к созданию нового научного направления – технологической безопасности. Это научное направление изучает причины возникновения начального очага загорания в перерабатываемых материалах, условия распространения химической реакции после возникновения начального очага и процессы формирования сопровождающих эти реакции поражающих факторов, а также влияние на эти факторы различных защитных средств и сооружений.

Сначала превалировала концепция «абсолютной безопасности», цель которой – не допустить никаких аварий. В настоящее время она сменилась качественно новой наукой, способной обнаруживать наиболее рискованные звенья производственных комплексов и подсказывать оптимальные пути их замены. Новый подход в обеспечении безопасности состоит в том, что необходимо оценить не только вероятность возникновения той или иной аварии, но и масштабы ее последствий, т.е. оценить риск аварии. Необходимо разработать совокупность специальных мер, не позволяющих аварии развиться до значительных масштабов.

Решение этих вопросов позволяет сформулировать требования к технологическому оборудованию, его размещению в производственных зданиях, размещению зданий и защитных сооружений на производственных площадях, определить эффективность различных видов защитных сооружений и выбрать оптимальные из них в каждом конкретном случае, установить безопасные и допустимыерасстояниямежду ними.

Целью настоящего учебного пособия является формирование знаний в области выявления потенциальных опасностей, способных нанести существенный урон при производстве и применении ЭКМ и организации технологического процесса, направленного на снижение вероятности возникновения и тяжести последствий возможных аварий.

9

1. ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ОПАСНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭКМ

1.1. АВАРИИ – ЕСТЕСТВЕННЫЙ СПУТНИК ВЗРЫВООПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Энергонасыщенные конденсированные материалы (ЭКМ) несут в себе запас химической энергии, способный в результате взрывного превращения произвести механическую работу. К ЭКМ относят все виды взрывчатых веществ; ракетные, артиллерийские, плазменные, лазерные и винтовочные пороха; смесевые твердые ракетные топлива; пиротехнические средства и гидрореагирующие твердотопливные композиции, т.е. без ЭКМ нет стрелкового оружия, нет артиллерии, нет основных видов боевых ракет, нет термоядерных зарядов. Кроме военного применения, различные виды ЭКМ используются в уникальных и весьма актуальных технологиях, в их числе: добыча полезных ископаемых, эффективная борьба с пожарами, борьба с засухой, градом и лавинами, сварка несвариваемых классическими методами материалов, прогрессивная штамповка, резка металлических и железобетонных изделий, упрочнение стальных конструкций, разработка новых материалов, включая технические алмазы, разработка лекарственных препаратов и эффективное решение многих других проблем.

Таким образом, человеку необходимо разрабатывать, изготовлять и использовать ЭКМ и изделия из них, несмотря на то, что материалы, элементы которых содержат значительный запас энергии, являются потенциально опасными, так как всегда существует возможность неконтролируемого ее высвобождения. И хотя современные производства и оборудование проектируются так, чтобы их надежность была максимальной с точки зрения предотвращения опасных ситуаций, надежность этих систем

10