Испытательные комплексы ракетно-космической техники (ик ркт). некоторые приемы повышения безопасности
Рассмотрим опасные факторы, характерные для ИК. Таковыми являются:
§ возможность разрушения объекта испытания на рабочем месте, сопровождающегося разлётом элементов конструкции, проливом КРТ, пожаром и взрывом;
§ взрывопожароопасность большинства КРТ в смесях с другими КРТ, воздухом и кислородом;
§ низкая температура жидких криогенных КРТ и их паров;
§ работа технологического оборудования (резервуаров, трубопроводов) под давлением выше атмосферного (под высоким давлением);
§ взрыво- и пожароопасность различных веществ и материалов в контакте с рядом КРТ, жидким и газообразным кислородом и обогащённым кислородом воздухом;
§ наличие в продуктах сгорания КРТ вредных веществ;
§ мощный аэродинамический шум от истекающей выхлопной струи работающего объекта испытаний;
§ тепловое и силовое воздействие выхлопной струи работающего объекта испытаний;
§ понижение концентрации кислорода в атмосфере помещения вследствие утечек азота и разбавления им воздуха, могущее привести к асфиксии (удушью) работников;
§ токсичность большинства КРТ и продуктов их взаимодействия.
В состав ИК, как правило, входят следующие основные сооружения:
§ стенды для наземных испытаний ЖРД (стенды ЖРД);
§ стендовые (лабораторные) корпуса ЖРД;
§ командный пункт управления (КПУ), бункер управления;
§ корпус информационно-измерительного комплекса – здание для размещения оборудования и приборов информационно-измерительных систем, обеспечивающих формирование и передачу данных, регистрацию, хранение, обработку и представление потребителю информации о техническом состоянии ЖРД, их агрегатов и стендовых систем;
§ монтажно-испытательный корпус (МИК) – сооружение с комплектом сборочного и испытательного оборудования для расконсервации испытуемых изделий после транспортировки, их входного контроля, сборки и испытаний;
§ корпус нейтрализации и переборки ЖРД, их агрегатов и стендовых систем, оснащённый комплектом технологического и вспомогательного оборудования;
§ корпус газоочистных устройств – сооружение (комплекс сооружений), предназначенное для очистки и нейтрализации продуктов сгорания и дренажных выбросов;
§ хранилища КРТ;
§ хранилища сжатых газов;
§ химическая лаборатория.
Кроме того, в состав ИК (или предприятия, в составе которого функционирует ИК) могут входить:
§ кислородно-азотное производство;
§ компрессорные станции;
§ станция нейтрализации промышленных стоков;
§ корпус санитарной обработки спецодежды и обуви персонала, имеющего контакт с КРТ, санитарно-бытовые помещения, медпункты;
§ площади для стоянки и подготовки средств транспортировки КРТ (авто и ж/д);
§ гаражи и ж/д депо;
§ котельные, насосные станции водоснабжения (пожарно-технического и питьевого), сооружения водоотведения;
§ склады оборудования и материалов;
§ столовые и пункты приёма пищи;
§ общие службы и службы управления.
На всех стадиях функционирования ИК (проектирование, строительство, эксплуатация) реализуются общие во всех отраслях промышленности подходы и принципы обеспечения безопасности. Защита расстоянием применяется и при выборе площадки для ИК, и при размещении на генплане сооружений ИК. Для стендов ЖРД устанавливаются санитарно-защитные зоны (СЗЗ), размеры которых определяются расчётом в зависимости от мощности ЖРД, продолжительности его работы, типа КРТ, эффективности улавливающих, газоочистных, шумоглушащих и взрывоподавляющих устройств, от местных условий (рельеф, лесистость, «роза ветров»). Территория ИК, как правило, должна иметь ограждение, оборудованное инженерно-техническими средствами охраны (ИТСО).
На границе СЗЗ должны выполняться санитарные нормы по уровню шума и содержанию вредных веществ (ВВ) в воздухе атмосферы. Ширина СЗЗ от стендов ЖРД, зависит от классов опасности использующихся КРТ и от расхода КРТ на 1 запуск (т). Безопасные расстояния от стендов ЖРД до др. объектов ИК определяются расчётом, в зависимости от тротилового эквивалента возможного взрыва максимального пролива горючего при аварийном исходе испытания ЖРД. Взаимное расположение сооружений ИК должно удовлетворять требованиям пожаровзрывобезопасности, санитарной защиты персонала от воздействия КРТ, продуктов их сгорания и их производных, а также защиты от аэродинамического шума.
Размещение хранилищ КРТ на территории ИК также строго регламентируется. Размеры СЗЗ и минимальных внешних расстояний от хранилищ КРТ зависят от класса опасности КРТ и ёмкости хранилища. Оговорены также минимально допустимые расстояния от хранилищ КРТ до др. сооружений ИК и требования к взаимному расположению хранилищ горючего и окислителя.
В состав сооружения стенда ЖРД входят, как правило, следующие основные помещения:
§ огневой отсек (место установки испытуемого объекта во время огневого испытания);
§ бункер управления (место размещения КПУ, пультовой управления);
§ отсеки «О» и «Г» (места размещения расходных стендовых емкостей окислителя и горючего);
§ отсеки системы обеспечения сжатыми газами СОСГ (щитовые, редукторные);
§ отсек термостатирования;
§ отсек коммутации и преобразования сигналов систем управления и измерения (СУ и СИ);
§ др. помещения под системы и оборудование, необходимые для выполнения программ испытаний.
Помимо основных помещений обязательно присутствуют вспомогательные - для размещения систем электроснабжения, вентиляции, отопления, водопровода, канализации, пожаротушения и др.
К стенду (огневому отсеку) могут примыкать газоотводные каналы, газодинамические трубы, барокамеры, газозащитные устройства, устройства шумоглушения, очистки продуктов сгорания, очистки дренажных газов и др., стендовый лоток, газоотражатель, огневой двор, пристендовые газобаллонные (ресиверы) сжатых газов. В состав сооружения стендового корпуса ЖРД могут входить несколько стендов ЖРД.
Технология проведения работ на каждом рабочем месте должна обеспечивать безопасность персоналу. Взаимное расположение, площадь, высота помещений определяется условиями технологического процесса и безопасности. Планировка стенда должна удовлетворять требованиям быстрой эвакуации людей.
Огневые отсеки должны быть отделены от др. помещений броневой стеной, обеспечивающей защиту от взрывной волны и осколков. Замкнутые отсеки должны оборудоваться легкосбрасываемыми (вышибными) конструкциями. Отсеки «О» и «Г» должны быть разделены капитальными конструкциями, рассчитанными на взрывное давление, и изолированы от др. технологических помещений (разрешается расходные стендовые емкости окислителя и горючего устанавливать на открытых площадках под навесом при наличии между ними разделительной противопожарной стены, при этом может регламентироваться минимально допустимое расстояние между емкостями).
Составы технологических систем и стендового оборудования определяются исходя из их назначения в соответствии с тематикой, программой испытания и задач, устанавливаемых техническими условиями на испытаниях.
В состав стенда входят следующие основные технологические системы и оборудование:
§ основные баки окислителя и горючего;
§ пусковые баки О и Г;
§ баки аварийного слива;
§ системы заправки основных и пусковых баков КРТ;
§ системы подачи КРТ к объекту испытания;
§ системы подачи сжатых газов;
§ комплекс информационно-измерительных систем;
§ комплекс систем управления;
§ комплекс систем обеспечения безопасности испытаний;
§ системы обнаружения накоплений опасных веществ;
§ контур защиты от статического электричества.
Кроме того, в состав стенда может входить следующее технологическое оборудование:
§ барокамеры;
§ газодинамические трубы;
§ газоотводные каналы;
§ газоотражатель;
§ тягоизмерительное устройство;
§ системы термостатирования КРТ;
§ системы тарировки;
§ системы обезвреживания вредных выбросов;
§ системы шумозащиты и др.
Технологические системы, оборудование, автоматика и средства дистанционного управления должны исключать необходимость присутствия обслуживающего персонала на стенде в период термостатирования и газонасыщения КРТ, во время проведения огневых испытаний и, как правило, исключать необходимость наличия персонала на стенде в период времени от начала заправки систем КРТ до окончания их слива со стенда, автономных проверок стендовых систем и агрегатов электропневмоавтоматики, тарировок средств измерений. В период выдачи КРТ на анализ допускается присутствие персонала, непосредственно занятого этой технологической операцией согласно техпроцессу.
Размещение технологических систем и оборудования в помещениях сооружений, расстояние отдельных элементов до стен, полов, потолков и другого оборудования должны удовлетворять действующим нормам и требованиям удобства обслуживания, ремонта и монтажа. Для подъема сменных узлов и деталей оборудования должны быть предусмотрены грузоподъемные механизмы.
Требования к устройству и правилам эксплуатации ИК очень объёмны. Документ, дающий наиболее полное представление об их составе и содержании – это «Правила устройства, безопасной эксплуатации, охраны труда и пожарной безопасности ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ЖРД», разработанный в соответствии с действующей в настоящее время в РФ нормативной базой и вобравший в себя накопленный более, чем за 50 лет, и обобщённый опыт проектирования, строительства и эксплуатации экспериментально-испытательных стендов, станций, стартовых комплексов, опыт производства ракетных топлив и изделий РКТ. Документ содержит и требования к охране окружающей природной среды. В нём, в свою очередь, встречаются многочисленные ссылки на стандарты, технические условия и нормативные документы:
§ ГОСТы CCБТ;
§ ГОСТы и ОСТы на изделия и материалы;
§ СНиП и СН;
§ ППБ и НПБ (правила и нормы противопожарные);
§ ПУЭ, ПЭЭН, ПТБЭЭП, ПТЭ (правила устройства, эксплуатации и ТБ электроустановок);
§ ПТЭ и ПБ (правила устройства, эксплуатации и ТБ сосудов, работающих под давлением);
§ Руководства и правила перевозки опасных грузов;
§ Федеральные законы, Указы президента, Постановления правительства РФ и министерств (Федеральных агентств), Приказы и руководящие письма.
Все емкости и баллоны (сосуды),применяемые в составе ИК, избыточное давление в которых может превысить 0,7 кгс/см2, должны соответствовать требованиям «Правил устройства и эксплуатации сосудов, работающих под давлением»,трубопроводы и агрегаты пневмогидравлических систем (ПГС) должны соответствовать требованиям ОСТ 92-8751-80. Ниже изложены некоторые основные инженерные подходы при формировании требований к устройству и эксплуатации ИК.
О и Г (окислитель и горючее) не должны иметь возможности контакта нигде, кроме испытуемого объекта – ЖРД. Ёмкости (баки) О и Г, трубопроводы О и Г, баллоны сжатых газов и трубопроводы сжатых газов, соединяющиеся с емкостями и трубопроводами О и Г (наддув и продувки) и т.д. – всё д.б. раздельным, автономным и защищённым непроницаемыми прочными стенами и перегородками. Допускается совместная прокладка трубопроводов О и Г, а также размещение пусковых баков, если иное конструктивно невозможно, внутри особо защищённого огневого отсека, где размещается и испытуемый объект.
Не допускается «транзитная» прокладка трубопроводов О и Г через вспомогательные, и, тем более «обитаемые» помещения.
Обязательно обеспечение уклонов (для слива самотёком) трубопроводов О и Г, соединяющих расходные стендовые ёмкости с емкостями аварийного слива и с емкостями хранилищ КРТ (направление уклонов – «от стендовых ёмкостей»). Недопустимо в этих трубопроводах наличие несливаемых «карманов».
При проектировании и изготовлении емкостей, трубопроводов, запорно-предохранительной арматуры и др.устройств, работающих в среде О и Г необходимо применять совместимые материалы (учитывать токсичность, агрессивность, взрывопожароопасность, др. физико-химические свойства КРТ).
Вытеснение сжатыми газами КРТ (продувки магистралей КРТ) производятся:
горючее (Г) – только инертными газами (чаще других применяются азот, гелий), окислитель (О) – допускается воздухом (на практике чаще инертным газом),
при этом газы д.б. очищены от масла и влаги и не содержать механических частиц.
Исключение попадания посторонних механических частиц в магистрали КРТ и сжатых газов – это важнейшая задача, которой уделяется огромное внимание, постоянно совершенствуются технологические, проектно-конструкторские и организационные методы борьбы с ними (примеры: установка фильтров, сифонный (верхний) забор из емкостей хранилищ, постоянное нахождение систем под избыточным давлением и др.).
С целью исключения контакта КРТ с воздухом атмосферы ёмкости и магистрали хранилищ КРТ (агрессивных, токсичных, взрывопожароопасных) должны всегда находиться под избыточным давлением инертного газа (min. 0,02 кгс/см2, а для самовоспламеняющихся на воздухе горючих (ПГ) – 0,3-0,7 кгс/см2).
На все емкости и трубопроводы КРТ и сжатых газов должна быть нанесена опознавательная маркировка.
С учётом широкого применения в системах ИК инертных газов (в их среде у человека неизбежно наступает удушье - асфиксия) необходимо контролировать в помещениях содержание кислорода, используя газоанализаторы (содержание кислорода не должно быть ниже 19%).
С учётом того, что повышенное содержание в воздухе кислорода опасно с противопожарной точки зрения, на ИК, использующих кислород в качестве КРТ, предусматривается комплекс защитных мер, в который входит и обнаружение опасных повышенных концентраций кислорода (более 23%),а при определённых концентрациях кислорода в помещениях (более 50%) при возникновении очага возгорания запрещается вход в них даже пожарным расчётам.
Требуется обязательное присутствие в составе ИК системы (систем) обнаружения опасных накоплений (СООН), выполняющих помимо функций обнаружения и другие: сигнализировать (свето-звуковая сигнализация), выдавать команды управления на исполнительные органы отдельных стендовых систем (например, на включение вентиляции)и др. Пожарная сигнализация на объектах ИК, как и противопожарная безопасность ИК в целом, – отдельный раздел специальных требований, требующий отдельного изучения.
Обязательной для ИК является защита от статического электричества (электропроводящие надёжно заземлённые полы в помещениях взрывопожароопасных и в кислородных отсеках).
Искрозащита – обязательное требование для взрывопожароопасных помещений (для инструмента – это, как правило, омеднение, для электрооборудования – герметичное исполнение, продувка азотом, маслонаполненные объёмы и др.).
Требования к устройству вентиляционных систем ИК многочисленны и объёмны. Отметим необходимость обеспечения вентиляционными системами определённой кратности (раз/час) замещения воздуха в помещениях (в зависимости от категории помещения), как при производстве плановых (штатных) операций, так и при аварийной ситуации. Необходимо также учитывать требования к расположению мест забора воздуха для приточной вентиляции и др.
Ряд характерных дополнительных требований предъявляется к системам ИК, использующих криогенные КРТ или хладоагенты (криогенные продукты при нормальном давлении находятся в жидком состоянии при очень низких температурах, например, температура кипения кислорода равна -183°С, у водорода -253°С, у азота -194°С, у метана (СПГ) -162°С):
- требования по установке на замкнутых участках трубопроводов с криогенными компонентами предохранительных устройств, во избежание разрыва трубопровода при росте давления при разогреве компонента;
- требования по нанесению теплоизоляции на наружные поверхности элементов криогенных систем;
- требования по расположению выходов дренажных труб относительно нулевой отметки (выше на 10 м), конька кровли (выше на 2 м для O2ж, на 3м для H2ж) площадок обслуживания и пр.;
- требования по применению конструкционных материалов в местах возможных проливов криогенных компонентов (например, недопустимы хладоломкие материалы, а для кислорода исключены покрытия, содержащие органику (дерево, асфальт) и пр.).
Для исключения аварийных ситуаций от воздействия транспортных средств (механическое разрушение при наезде) на системы КРТ используются, например, такие приёмы, как установка на трассе проезда транспортных средств ворот с ограничителем по высоте на уровне ниже самой низкой эстакады с материалопроводами, имеющейся на территории ИК, защита трубопроводов силовыми конструкциями в местах, приближенных к местам проезда, и др.