CC BY
39
Жмуркин С.М. ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДОВ МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА ПРИ РАЗРАБОТКЕ СПЕЦИАЛЬНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ УНИЧТОЖЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО ОРУЖИЯ
Производственные объекты по уничтожению химического оружия (УХО) относят к наиболее опасным. УХО на территории Российской Федерации осуществляется согласно федеральному закону № 7 6-ФЗ «Об уничтожении химического оружия», а также Федеральной целевой программе «Уничтожение запасов химического оружия в Российской Федерации». В соответствии с данными законодательными документами разработаны нормы специального проектирования объектов по уничтожению химического оружия [1] (далее по тексту НСП01). НСП01 является нормативной базой для выполнения комплекса проектных работ по УХО, захоронению отходов, обеспечению безопасности граждан и защиты окружающей среды.
В настоящей работе рассматриваются проблемы и результаты разработки специального (нестандартизи-рованного) оборудования для объектов по УХО.
Несмотря на развитую систему общих требований к обеспечению безопасности и надежности оборудования УХО разработка специального оборудования сталкивается с серьезной проблемой, состоящей в том, что новое специальное оборудование в большинстве случаев разрабатывается как единичные (головные) образцы, не имеющие аналогов. В отличие от других видов оборудования, например, емкостного или теплообменного, конструирование специального оборудования осуществляется в условиях отсутствия нормативной базой (за исключением общих требований НСП01). С другой стороны, учитывая исключительную государственную важность и высокие темпы строительства и запуска в эксплуатацию объектов по УХО, разработка головных образцов специального оборудования должна проводиться оперативно и на высоком техническом уровне, так как длительное согласование разработки и последующие их изменения недопустимы.
Дополнительные проблемы разработки головных образцов специального оборудования возникают в связи с тем, что зачастую имеют место такие факторы как:
- отсутствие развернутых требований технического задания (ТЗ);
- ограниченные возможности проведения большого объема расчетов, охватывающих все составные части (СЧ), узлы и стыковки головного образца при возможных режимах и условиях эксплуатации;
- отсутствие возможности проведения испытаний головного образца в полном объеме (как правило, испытания на предприятии-разработчике проводятся только на работоспособность и прочность составных частей образца, а испытания на надежность, на стойкость к воздействию специальных факторов либо исключаются, либо проводятся при опытной эксплуатации на производственном объекте);
- ограниченность ресурсов при монтаже, пуске-наладке и обкатке головного образца на производственном объекте.
Традиционная проблема осуществления оперативной и качественной разработки усугубляется тем, что при проектировании оборудования объектов по УХО необходимо решать такие специфические задачи, как:
Идентификация:
- деталей, узлов оборудования, постоянно контактирующих с ОВ или/и агрессивными средами с последующим выбором специальных материалов, скорость коррозии которых не должна превышать 0,1 мм/год;
- возможных мест утечек ОВ и сценариев их развития с целью разработки организационных и конструктивных мер предупреждения их причин.
2) Разработка организационных мер и надежных конструктивных средств защиты:
- исключающих травмы и токсическое воздействие ОВ, продуктов переработки на обслуживающий персонал;
- предупреждающих утечку ОВ и токсических продуктов переработки во внешнюю среду, а также возможные отказы оборудования, приводящие к инцидентам и авариям;
- предотвращающих тяжкие последствия в случаях возникновения отказов оборудования или/и нештатных ситуаций при эксплуатации.
3) Техническое обеспечение функционального соответствия и эффективности оборудования, предназначенного для осуществления недостаточно изученных химических и физических процессов технологической обработки уничтожаемого химического оружия и продуктов его переработки.
4) Поиск и адекватное использование информации о воздействии агрессивных коррозионных сред, высоких температур, больших механических нагрузок на процессы износа, старения, коррозии элементов конструкций оборудования при расчете и обосновании показателей надежности и стойкости оборудования.
В настоящее время типичными несоответствиями разработки специального оборудования является то, что перечисленные задачи зачастую не решаются или используемые методы решений неадекватны, а их результаты недостоверны. В итоге пуско-наладочные работы и обкатка оборудования недопустимо затягиваются, работают различные комиссии, тратятся большие средства на доводку. Однако такое положение еще далеко не самое худшее из возможных исходов.
В связи с высокими требованиями к обеспечению безопасности и надежности и высоким риском возникновения и пропуска критических ошибок разработки специального оборудования важную роль приобретают методы, инструментальные средства, технологии менеджмента риска изделия на этапе проектирования и разработки.
Важно отметить цели и задачи управления рисками. Согласно [2], стратегия менеджмента риска изделия предусматривает:
1. Определение области применения изделия и анализа его рисков (далее область анализа рисков изделия).
2. Идентификацию опасностей и предварительную оценку последствий.
3. Оценивание рисков изделия, определение критериев допустимых рисков.
4. Определение потенциальных возможностей снижения рисков посредством совершенствования конструкции изделия и применения дополнительных средств защиты.
5. Устранение источников опасности или ограничение рисков изделия насколько позволяют ресурсы ОПО;
6. Информирование потребителя об оставшихся рисках.
Уменьшение риска за счет совершенствования конструкции изделия предусматривает:
- обеспечение безопасности в самом изделии, например, путем относительного упорядочения расположения составных частей изделия, исключающих опасность механического воздействия на обслуживающий персонал, ограничения шума и вибраций и т.д.;
- применение методов повышенной безопасности энергопитания;
- применение принципа положительного механического воздействия одной детали на другую;
- применение принципов эргономики, принципов безопасности при конструировании систем управления;
- ограничение опасности посредством механизации и автоматизации погрузочно-разгрузочных работ, вынесения мест наладки и обслуживания за пределы опасных зон и выбора соответствующих защитных и предохранительных устройств;
- снижение опасности посредством повышения надежности составных частей и изделия в целом.
В настоящее время на предприятии ОАО НПП «Химмаш- Старт» завершается разработка комплекса специального оборудования для объектов УХО. Разработка выполняется с использованием технологий менеджмента риска [2]. Наиболее проблемные виды специального оборудования, их функции и основные задачи разработки приведены в таблице 1.
Реализация технологии менеджмента риска на этапах анализа ТЗ, проектирования и разработки РКД позволила избежать целый ряд возможных критических последствий при изготовлении, испытаниях и эксплуатации оборудования. Ниже приводятся наиболее существенные несоответствия и ошибки, выявленные и устраненные в процессе разработки наиболее проблемной камеры воздушно-капельного охлаждения артиллерийских снарядов.
На этапе анализа ТЗ и технического предложения проводился сравнительный анализ вариантов системы охлаждения камеры. В таблице 2 приведены 3 варианта системы охлаждения камеры и их характеристики для сравнительного анализа. Следует отметить, что поддоны, используемые для транспортировки корпусов боеприпасов, изготавливаются из специального коррозионностойкого и жаропрочного сплава и очень дорогие. В итоге как наиболее эффективный был выбран 1-й вариант системы воздушно-капельного охлаждения. Однако эта система не имеет аналогов, а физические процессы воздушно-капельного охлаждения металла с высокой температурой недостаточно изучены.
Также на этапе анализа ТЗ и технического предложения были установлены:
несоответствия мощностей энергопотребителей камеры возможностям системы электроснабжения объекта эксплуатации;
отсутствие перечня нештатных ситуаций при эксплуатации и требований по обеспечению стойкости и безопасности камеры в данных ситуациях;
неполные данные о сооружении для размещения камеры и системе газоудаления и очистке удаляемых газов;
как следствие недоработок технического предложения, заниженные требования ТЗ к объему проектных работ.
Данные несоответствия были устранены при анализе, согласовании и доработке ТЗ и технического предложения заказчика, что обеспечило условия для качественного и своевременного выполнения этапа разработки рабочей конструкторской документации (РКД). Следует отметить, что при проектировании проводился анализ возможных нештатных ситуаций, были установлены такие опасные ситуации, как: отключение электроснабжения оборудования камеры; выход из строя приточного вентилятора;
отключение подачи сжатого воздуха к приводам заслонок приточной вентиляции; остановка конвейера;
недопустимое накопление в зонах охлаждения камеры окалины и воды при воздушно-капельном охлаждении корпусов боеприпасов.
В итоге были дополнительно установлены требования к: режимам воздушного охлаждения корпусов боеприпасов;
аварийным средствам энергообеспечения и защиты оборудования камеры в аварийных ситуациях; средствам защиты персонала от воздействия технологических факторов при эксплуатации камеры и нештатных ситуациях;
средствам обеспечения стойкости наиболее критичных узлов и устройств камеры; системе контроля и сигнализации камеры.
На этапе проектирования на основании данных, полученных в результате специально проведенных экспериментальных исследований, а также данных из [3], методом математического моделирования были определены режимы старт-стопного управления воздушно-капельным охлаждением корпусов снарядов, обеспечивающие решение задач 2,3,4 (смотри таблицу 1).
На этапе разработки РКД, благодаря применению методов анализа видов, последствий и критичности отказов, анализа влияния человеческого фактора [2] , математического моделирования, проверочных и подтверждающих расчетов были:
разработаны требования к техническим средствам системы воздушно-капельного охлаждения корпусов боеприпасов;
определены режимы работы камеры с учетом механических воздействий, факторов температуры, влажности, агрессивных химических веществ и других продуктов, образующихся при охлаждении корпусов боеприпасов;
детально отработаны технические требования к конструкции камеры, конструкциям отдельных критических узлов, системам защиты, контроля и сигнализации, обеспечивающих стойкость и безопасность камеры при эксплуатации и при возникновении нештатных ситуаций;
разработаны мероприятия по оперативной ликвидации персоналом нештатных ситуаций.
Наиболее важными проектными решениями, обеспечившими качество разработки, следует считать: выбор (на основании подтверждающих расчетов) вентиляторов и конструкций воздуховодов системы охлаждения;
специальный выбор оборудования камеры, полностью соответствующего возможностям системы энергоснабжения объекта эксплуатации;
введение в конструкцию камеры шиберной заслонки, обеспечивающей герметичность камеры и ее безопасность при эксплуатации;
организация бай-пасной линии вытяжной вентиляции с целью защиты системы фильтров вытяжной вентиляции от перегретого воздуха в камере при отключении приточных вентиляторов;
введение в конструкцию камеры площадок обслуживания, обеспечивающих удобную переналадку и ремонт камеры.
Реализация технологии менеджмента риска на этапах анализа ТЗ, проектирования и разработки РКД позволила предупредить и исправить большое число критических ошибок, несоответствий и обеспечила требуемое качество разработки камеры охлаждения. Аналогичные результаты были получены при разработке других проблемных образцов специального оборудования, приведенных в таблице 1.
ЛИТЕРАТУРА
1. Нормы специального проектирования объектов 1281, 1282, 1596, 1597, 1726, 1728, 1729 по уничтожению химического оружия. НСП01-99. М. - 1999 г.
2. ГОСТ Р 51901.1 - 2002. Менеджмент риска. Анализ риска технологических систем. - М.: Изд-во
стандартов, 2002.
3. Исаченко В.П., Кушнырев В.И. Струйное охлаждение. - М: Энергоатомиздат, 1984. - 216 с.
Таблица 1 - Проблемные виды специального оборудования, их функции, основные проблемы и задачи
разработки
Вид обо- рудо дова ва- ния Наимено- вание оборудо- вания Груп- па экс- плуа- тации Основные функции Основные проблемы и задачи разработки конструкции
Стен до- вое Стенд залива реагента 1 Залив реагента в боепри-пас с ОВ для нейтрализации ОВ. 1. Исключение утечки ОВ и газообразных продуктов реакции нейтрализации ОВ из боеприпаса. 2. Адаптация к различным конструктивам боеприпасов. 3. Обеспечение коррозионной стойкости стенда. 4. Обеспечение безопасности, надежности стенда в штатных режимах эксплуатации и нештатных ситуациях.
Стенд расснаря- жения боеприпа- са 1 1. Эвакуация РМ и остатков ОВ из корпуса боеприпаса. 2. Промывка корпуса бое-припаса. 1. Исключение утечки ОВ и газообразных продуктов реакции нейтрализации ОВ из боеприпаса. 2. Адаптация к различным конструктивам боеприпасов. 3. Обеспечение высокой производительности эвакуации РМ и остатков ОВ из боеприпаса. 4. Обеспечение коррозионной стойкости стенда. 5. Обеспечение безопасности, надежности стенда в штатных режимах эксплуатации и нештатных ситуациях.
Тер- мооб обра ра- бот- ки Узел термовоздушной дегазации 1 Термическая обработка остатков ОВ на заливной горловине бо-еприпаса. 1. Обеспечение заданных термических и временных режимов обработки горловины боеприпаса при ограничении на энергопотребление. 2. Обеспечение герметичности и коррозионной стойкости узла.
Агрегат термической обработки 2 Термическая обработка корпусов боеприпасов с целью выжигания из них остатков РМ и ОВ. 1. Обеспечение заданных термических и временных режимов обработки корпусов боеприпасов при ограничении на энергопотребление. 2. Обеспечение безопасности, надежности и жаростойкости агрегата в штатных режимах эксплуатации и нештатных ситуациях.
Охла жде- ния Камера струйного воздушного охлаждения 2 1. Воздушное охлаждение корпусов авиационных бомб после термообработки. 2. Транспортировка корпусов авиабомб. 1. Обеспечение высокой скорости охлаждения корпусов авиабомб массой 330 кг (от 7 000 С до 600 С за время 40 минут) при ограничениях на мощность вытяжной вентиляции. 2. Обеспечение безопасности и надежности камеры в штатных режимах эксплуатации и в нештатных ситуациях.
Охла жде- ния Камера воздушнокапельного охлаждения 2 1. Воздушнокапельное охлаждение корпусов снарядов после термообработки. 2. Транспортировка поддона с корпусами снарядов. 1. Малые габариты корпусов снарядов и их плотная упаковка в секции при термообработке и охлаждении, препятствующие интенсивной теплоотдаче. 2. Обеспечение высокой скорости охлаждения корпусов снарядов общей массой 1680 кг (от 7 0 00 С до 60° С за время 40 минут) при ограничениях на вытяжную вентиляцию и расход воды. 3. Исключение конденсата на фильтре вытяжной вентиляции. 4. Обеспечение замкнутого цикла использования воды при ограничении на энергопотребление, исключение слива «грязной воды» в канализацию. 5. Дефицит информации о физических процессах тепломассообмена при воздушно-капельном охлаждении. 6. Обеспечение безопасности и надежности камеры в штатных режимах эксплуатации и в нештатных ситуациях.
Таблица 2 - Результаты сравнительного анализа способов охлаждения корпусов боеприпасов
Способ охлаждения Характеристики способов охлаждения при температуре корпусов боеприпасов на входе камеры охлаждения 700°С и среднесуточной температуре окружающего воздуха 300 С
Произво- дитель- ность, шт/час Температура корпусов на выходе камеры, 0 С Общее время охлаждения до 60° С Требование дополнительного оборудования Требование специального управления расходом воды Требование расхода воды, м3 /час Требование утилизации воды, м3 /час
Воздушное и воздушнокапельное охлаждение в камере 80 60 72 минуты (из них 16 минут воздушнокапельное охлажде- Нагреватели воздуха в вытяжном окне второй зоны Включение и выключение воздушнокапельного охлаждения. Старт-стопное 0 8 і о 9 0 6 і о 7
ние) управление воздушнокапельным потоком
Воздушное охлаждение в камере с последующей выдержкой на открытом воздухе 64* 336 7 2 минуты + 16-30 часов Конвейер для размещения и выдержки 4 0 поддонов. Дополнительные 3 6 поддонов - - -
Воздушное и сокращенное воздушнокапельное охлаждение с последующей выдержкой на открытом воздухе 80 100 72 минуты (из них 8 минут воздушнокапельное охлаждение) + 7 часов Конвейер для размещения и выдержки 12 поддонов. Дополнительные 8 поддонов. Включение и выключение воздушнокапельного охлаждения. 0,4-0,45 0,3-0,35
