Опыт применения инструментальных методов менеджмента качества при разработке специального технологического оборудования для объектов уничтожения химического оружия

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