RU2255780C1

RU2255780C1 - Device for forming air-gas screen to protect people against hazardous chemical substances

Info

Publication number: RU2255780C1
Application number: RU2004124002/12A
Authority: RU
Inventors: В.А. Майоров (RU); В.А. Майоров; И.А. Обухов (RU); И.А. Обухов; В.А. Кубис (RU); В.А. Кубис
Original assignee: Пензенский государственный университет архитектуры и строительства
Priority date: 2004-08-05
Filing date: 2004-08-05
Publication date: 2005-07-10

Abstract

FIELD: equipment for collective protection of human respiratory organs against hazardous or toxic substances.

SUBSTANCE: device is made as land-based line heat source which generates heat during natural gas combustion, tubular gas collector with perforated upper part and additional channel bordered with the upper part. The additional channel is defined by impermeable side longitudinal partitions and outer perforated walls. Perforated walls of additional channel are concentric and have relative lengths equal to 1/12 - 1/6 of circle perimeter. Number and dimension of perforated orifices in one wall are identical to that in another wall. Axes of perforations of one wall are arranged in staggered order strongly in center of space between corresponding axes of that of another wall. Outer wall of additional channel is continued in circumferential direction symmetrically in both sides and extends beyond side longitudinal partitions for total length equal to 1/2 of cylindrical shell perimeter. The wall has longitudinal perforations located near side longitudinal partitions. Partition width is equal to side longitudinal partition height. Tubular gas collector is located above ground surface and mounted on solid air-tight support.

EFFECT: increased reliability and operational safety during generating heat in amount enough for stable air-gas screen forming.

2 dwg

Description

Изобретение относится к средствам активной коллективной защиты органов дыхания людей от ядовитых или отравляющих веществ.The invention relates to active collective protection of respiratory organs from toxic or poisonous substances.

В случае аварии на химических производствах, использующих сильнодействующие или ядовитые вещества, или аварий при их транспортировке в окружающую среду выливается или выбрасывается значительное количество таких веществ. Образующееся облако паров распространяется в атмосфере на большие расстояния, создавая зону заражения с концентрацией ядовитых веществ в приземном слое атмосферы, опасной для людей. Аналогичная ситуация может сложиться при авариях на объектах хранения или уничтожения химических отравляющих веществ.In the event of an accident at chemical plants using potent or toxic substances, or accidents during their transportation to the environment, a significant amount of such substances is poured or released. The resulting cloud of vapors spreads in the atmosphere over long distances, creating an infection zone with a concentration of toxic substances in the surface layer of the atmosphere, which is dangerous for people. A similar situation can occur during accidents at the facilities of storage or destruction of chemical poisonous substances.

Известен способ активной коллективной защиты населения от аварийно химически опасных веществ (АХОВ), заключающийся в уменьшении их концентрации в приземном слое атмосферы в селитебной зоне до значений, не опасных для жизни людей, путем рассеивания АХОВ в атмосфере с помощью защитной приземной плоской направленной вертикально вверх струйной газовоздушной завесы, расположенной между источником заражения аварийно химически опасными веществами и селитебной зоной и имеющей в плане форму дуги с центром дуги в источнике заражения [1].A known method of active collective protection of the population from accidentally hazardous substances (AHOV), which consists in reducing their concentration in the surface layer of the atmosphere in the residential zone to values that are not life-threatening, by dispersing AHOV in the atmosphere using a protective surface plane jet directed vertically upward gas-air curtain, located between the source of infection by chemically hazardous substances and the residential area and having an arc shape in plan with the center of the arc in the source of infection [1].

Недостатком указанного способа является отсутствие установок для формирования защитной газовоздушной завесы необходимых длины и высоты.The disadvantage of this method is the lack of installations for the formation of a protective air curtain of the required length and height.

Наиболее близким к данному изобретению является устройство для формирования газовоздушной завесы для защиты населения от АХОВ, содержащее приземный линейный источник теплоты, размещенный на поверхности почвы поперек содержащего АХОВ набегающего потока воздуха, в котором линейный источник теплоты, выделяющейся при сгорании природного газа, выполнен в виде размещенного над поверхностью почвы горизонтального трубопровода с перфорированной верхней частью [2]. В случае аварии на объекте в этот трубопровод подается природный газ и поджигается на выходе в атмосферу. При горении природного газа в атмосферном воздухе над трубопроводом формируется плоская свободно конвективная газовоздушная завеса.Closest to this invention is a device for forming a gas-air curtain to protect the public from AHOV, containing a surface linear source of heat placed on the soil surface across the incoming AHOV containing air flow, in which the linear source of heat generated by the combustion of natural gas is made in the form above the soil surface of a horizontal pipeline with a perforated upper part [2]. In the event of an accident at the facility, natural gas is supplied to this pipeline and ignited at the outlet to the atmosphere. When natural gas is burned in atmospheric air above the pipeline, a flat, free-convective air-gas curtain is formed.

Недостатком указанного устройства является низкая надежность его эксплуатации вследствие отсутствия защиты от перегрева. Линейный источник теплоты предназначен для выделения количества теплоты, достаточной для формирования устойчивой газовоздушной завесы. Величина этой теплоты должна быть чрезвычайно большой и вся выделяться в приземном слое при сгорании большого количества газа. Особенностью такого процесса горения являются большие размеры излучающего теплоту факела горящего газа, расположенного по возможности ближе к поверхности почвы. Плотность теплового лучистого потока, падающего на верхнюю часть трубопровода, при этом может достигать величины, достаточной для перегрева и разрушения трубопровода, что приведет к прекращению его эксплуатации.The disadvantage of this device is the low reliability of its operation due to the lack of protection against overheating. A linear heat source is designed to release enough heat to form a stable air curtain. The magnitude of this heat must be extremely large and all released in the surface layer during the combustion of a large amount of gas. A feature of this combustion process is the large size of the heat-emitting torch of the burning gas, located as close to the soil surface as possible. The density of the thermal radiant flux incident on the upper part of the pipeline, in this case, can reach a value sufficient for overheating and destruction of the pipeline, which will lead to the termination of its operation.

Изобретение направлено на обеспечение надежной и безопасной эксплуатации при выделении тепловой мощности, достаточной для формирования устойчивой газовоздушной завесы.The invention is aimed at ensuring reliable and safe operation when allocating heat power sufficient to form a stable air curtain.

Это достигается тем, что устройство для формирования газовоздушной завесы для защиты населения от аварийно химически опасных веществ выполнено в виде приземного линейного источника теплоты, выделяющейся при сгорании природного газа, содержит горизонтальный трубчатый газовый коллектор с перфорированной верхней частью. В отличие от известного к верхней перфорированной части горизонтального трубчатого газового коллектора примыкает дополнительный канал, образованный непроницаемыми продольными перегородками и наружной перфорированной стенкой, перфорированные стенки дополнительного канала выполнены концентрическими, их относительные длины одинаковы и составляют от 1/12 до 1/6 длины окружности, число и размеры перфораций на них одинаковы, а оси перфораций на одной из стенок расположены строго посередине в шахматном порядке между соответствующими осями на другой, наружная стенка дополнительного канала продлена в окружном направлении за боковые продольные перегородки симметрично в обе стороны на общую длину 1/2 окружности в виде цилиндрической оболочки и имеет продольные перфорации рядом с боковыми продольными перегородками, причем ширина перфораций равна высоте боковых продольных перегородок, а весь трубчатый газовый коллектор приподнят над поверхностью почвы и установлен на сплошной непродуваемой опоре.This is achieved by the fact that the device for forming a gas-air curtain to protect the public from accidentally chemically hazardous substances is made in the form of a surface linear source of heat generated by the combustion of natural gas, contains a horizontal tubular gas collector with a perforated upper part. Unlike the horizontal tubular gas manifold known to the upper perforated part, an additional channel adjoins, formed by impenetrable longitudinal partitions and an external perforated wall, the perforated walls of the additional channel are made concentric, their relative lengths are the same and range from 1/12 to 1/6 of the circumference, the number and the dimensions of the perforations on them are the same, and the axis of the perforations on one of the walls are located strictly in the middle in a checkerboard pattern between the corresponding axes on the other, the outer wall of the additional channel is extended in the circumferential direction beyond the lateral longitudinal partitions symmetrically on both sides for a total length of 1/2 circumference in the form of a cylindrical shell and has longitudinal perforations near the side longitudinal partitions, the width of the perforations being equal to the height of the lateral longitudinal partitions, and the entire tubular gas collector is raised above the surface of the soil and mounted on a solid windproof support.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен вертикальный поперечный разрез устройства, на фиг.2 - вид сверху устройства с частично снятой наружной цилиндрической оболочкой.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a vertical cross section of a device, figure 2 is a top view of a device with a partially removed outer cylindrical shell.

Позиции на чертежах обозначают: горизонтальный трубчатый газовый коллектор - 1; перфорированная верхняя часть трубчатого газового коллектора - 2 с перфорациями 3; дополнительный канал - 4; непроницаемые боковые продольные перегородки - 5; наружная перфорированная стенка - 6 с перфорациями 7; цилиндрическая оболочка - 8; продольные перфорации - 9; сплошная непродуваемая опора - 10.The positions in the drawings indicate: horizontal tubular gas manifold - 1; perforated upper part of the tubular gas manifold - 2 with perforations 3; additional channel - 4; impermeable lateral longitudinal partitions - 5; outer perforated wall - 6 with perforations 7; cylindrical shell - 8; longitudinal perforations - 9; continuous windproof support - 10.

Устройство содержит горизонтальный трубчатый газовый коллектор 1 с перфорированной верхней частью 2, к которой примыкает дополнительный канал 4, образованный непроницаемыми боковыми продольными перегородками 5 и наружной перфорированной стенкой 6. Нижняя 2 и верхняя 6 перфорированные стенки дополнительного канала 4 выполнены концентрическими, их относительные длины одинаковы и составляют от 1/12 до 1/6 длины окружности. Размеры и число перфораций 3 на перфорированной верхней части 2 трубчатого коллектора 1 и перфораций 7 на наружной стенке 6 одинаковы, а оси перфораций 3 и 7 расположены строго посередине в шахматном порядке относительно друг друга. Наружная перфорированная стенка 6 продлена в окружном направлении за продольные боковые перегородки 5 симметрично в обе стороны в виде цилиндрической оболочки 8 на общую длину 1/2 окружности. В цилиндрической оболочке 8 выполнены продольные перфорации 9 рядом с боковыми продольными перегородками 5, причем ширина перфораций 9 равна высоте боковых продольных перегородок 5. Трубчатый горизонтальный коллектор 1 приподнят над поверхностью почвы и установлен на сплошной непродуваемой опоре 10.The device comprises a horizontal tubular gas manifold 1 with a perforated upper part 2, adjacent to an additional channel 4 formed by impenetrable lateral longitudinal partitions 5 and an external perforated wall 6. The lower 2 and upper 6 perforated walls of the additional channel 4 are made concentric, their relative lengths are the same and make up from 1/12 to 1/6 of the circumference. The dimensions and number of perforations 3 on the perforated upper part 2 of the tubular collector 1 and perforations 7 on the outer wall 6 are the same, and the axes of the perforations 3 and 7 are located strictly in the middle in a checkerboard pattern relative to each other. The outer perforated wall 6 is extended in the circumferential direction beyond the longitudinal side partitions 5 symmetrically on both sides in the form of a cylindrical shell 8 for a total length 1/2 of the circumference. In the cylindrical shell 8, longitudinal perforations 9 are made next to the lateral longitudinal partitions 5, and the width of the perforations 9 is equal to the height of the lateral longitudinal partitions 5. The tubular horizontal collector 1 is raised above the soil surface and mounted on a solid windproof support 10.

Устройство работает следующим образом. Назначение устройства - обеспечение падежной и безопасной эксплуатации при выделении тепловой мощности, достаточной для формирования устойчивой газовоздушной завесы. При этом теплота должна выделяться в приземном слое как можно ближе к поверхности почвы. Для этого нужно сжигать большое количество природного газа и организовать его горение в виде широкого и низкого факела. В таких условиях выделяемая факелом в виде излучения теплота концентрируется в виде лучистого теплового потока высокой плотности. Особенно большую величину имеет лучистый тепловой поток, направленный вниз на газовый коллектор. Наружная перфорированная стенка 6 совместно с ее продолжением в виде цилиндрической оболочки 8 выполняет роль теплозащитного экрана, защищающего газовый коллектор 1 от радиационного потока высокой плотности, направленного от факела сгорающего газа.The device operates as follows. The purpose of the device is to ensure a reliable and safe operation when allocating heat power sufficient to form a stable gas-air curtain. In this case, heat should be released in the surface layer as close to the soil surface as possible. To do this, you need to burn a large amount of natural gas and organize its combustion in the form of a wide and low flare. Under such conditions, the heat released by the torch in the form of radiation is concentrated in the form of a radiant heat flux of high density. A radiant heat flux directed downward to the gas manifold is particularly large. The outer perforated wall 6, together with its extension in the form of a cylindrical shell 8, acts as a heat shield protecting the gas collector 1 from the high-density radiation flux directed from the torch of the burning gas.

Газ из трубчатого газового коллектора 1 вытекает через перфорации 3 в верхней его части 2 в дополнительный канал 4 в виде струй I. Ввиду того что оси перфораций 3 в стенке 2 расположены строго по середине в шахматном порядке относительно осей перфораций 7 в наружной перфорированной стенке 6, эти газовые струи I падают на сплошную часть наружной перфорированной стенки 6 между перфорациями, растекаются по ней и затем в виде таких же струй I вытекают через перфорации 7 в наружной перфорированной стенке 6 в радиальном направлении в атмосферу. При этом реализуется интенсивное струйное охлаждение поперечными газовыми струями I наружной перфорированной стенки 6, нагреваемой лучистым тепловым потоком от факела сгорающего в атмосфере газа. Вытекающие в атмосферу газовые струи I охлаждают перфорированную стенку 6, а сами струи при этом подогреваются. Боковые части газового коллектора 1 защищены от теплового лучистого потока от факела цилиндрическими оболочками 8. Их охлаждение обеспечивается потоками холодного подтекающего к факелу атмосферного воздуха.Gas from the tubular gas manifold 1 flows through the perforations 3 in its upper part 2 into the additional channel 4 in the form of jets I. Due to the fact that the axis of the perforations 3 in the wall 2 are located strictly in the middle in a checkerboard pattern relative to the axes of the perforations 7 in the outer perforated wall 6, these gas jets I fall onto the continuous part of the outer perforated wall 6 between the perforations, spread along it and then flow through the perforations 7 in the outer perforated wall 6 in the form of the same jets radially into the atmosphere. In this case, intensive jet cooling by transverse gas jets I of the outer perforated wall 6 is realized, which is heated by the radiant heat flux from a torch of gas burning in the atmosphere. The gas jets I flowing into the atmosphere cool the perforated wall 6, while the jets themselves are heated. The lateral parts of the gas collector 1 are protected from the radiant heat from the torch by the cylindrical shells 8. Their cooling is provided by the flows of cold atmospheric air leaking to the torch.

Основная часть атмосферного воздуха подтекает к факелу в виде потока II выше цилиндрической оболочки 8, охлаждая ее внешнюю поверхность. Меньшая часть атмосферного воздуха в виде потока III движется снизу через кольцевой зазор между боковой частью газового коллектора 1 и концентрической цилиндрической оболочкой 8 в окружном направлении, охлаждая обе эти поверхности, а затем вытекает к основанию факела через продольные перфорации 9 в виде плоских струй. Ширина перфораций 9 равна высоте кольцевого зазора, равной высоте продольных боковых непроницаемых перегородок 5. Этим обеспечивается минимальное гидравлическое сопротивление данного воздушного тракта и максимально возможная величина расхода воздуха по кольцевому зазору.The main part of the atmospheric air leaks to the torch in the form of a stream II above the cylindrical shell 8, cooling its outer surface. A smaller part of the atmospheric air in the form of stream III moves from below through the annular gap between the side of the gas manifold 1 and the concentric cylindrical shell 8 in the circumferential direction, cooling both of these surfaces, and then flows to the base of the torch through longitudinal perforations 9 in the form of plane jets. The width of the perforations 9 is equal to the height of the annular gap, equal to the height of the longitudinal lateral impermeable partitions 5. This ensures the minimum hydraulic resistance of this air path and the maximum possible air flow rate along the annular gap.

Перфорации 7 в наружной перфорированной стенке 6 обеспечивают истечение газа в атмосферу в виде многочисленных круглых газовых струй умеренной дальнобойности. При таком характере истечения газа создаются наилучшие условия для его перемешивания с подтекающим сбоку атмосферным воздухом и для сгорания образующейся смеси. Этим достигается наименьшая высота факела, то есть обеспечивается характер сгорания и выделения теплоты в виде приземного линейного источника. Оптимальные условия создаются при угле раскрытия основания факела в диапазоне от 30 до 60° или при изменении длины цилиндрической круглой перфорированной части стенки в диапазоне от 1/12 до 1/6 длины окружности. Размещение трубчатого газового коллектора на сплошной непродуваемой опоре 10 улучшает условия подтекания к факелу атмосферного воздуха и исключает возможность протока содержащего АХОВ поперечного потока воздуха под линейным источником теплоты.Perforations 7 in the outer perforated wall 6 provide the outflow of gas into the atmosphere in the form of numerous round gas jets of moderate range. With this nature of the gas outflow, the best conditions are created for mixing it with atmospheric air leaking from the side and for combustion of the resulting mixture. This achieves the smallest torch height, that is, it provides the nature of combustion and heat in the form of a surface linear source. Optimum conditions are created when the angle of opening of the base of the torch in the range from 30 to 60 ° or when changing the length of the cylindrical round perforated part of the wall in the range from 1/12 to 1/6 of the circumference. Placing a tubular gas collector on a continuous windproof support 10 improves the conditions for leakage of atmospheric air to the plume and eliminates the possibility of a flow of AXOW-containing transverse air flow under a linear heat source.

Таким образом благодаря наличию теплозащитного экрана, образованного перфорированной 6 и сплошной 8 частями цилиндрической оболочки, концентрической с трубчатым газовым коллектором и установленной на продольных боковых непроницаемых перегородках, удается обеспечить эффективную тепловую защиту газового коллектора от интенсивного лучистого теплового потока и создать условия для надежного и безопасного сжигания газа в факеле минимальной высоты с выделением количества теплоты, достаточной для формирования устойчивой свободно конвективной газовоздушной завесы.Thus, due to the presence of a heat shield formed by a perforated 6 and a continuous 8 parts cylindrical shell concentric with a tubular gas manifold and mounted on longitudinal side impermeable partitions, it is possible to provide effective thermal protection of the gas collector from intense radiant heat flux and create conditions for reliable and safe combustion gas in a torch of minimum height with the release of an amount of heat sufficient to form a stable free convection ivnoy-gas curtain.

Источники информацииSources of information

1. Патент РФ №2179046, А 62 В 29/00, БИ №4, 2002.1. RF patent No. 2179046, A 62 B 29/00, BI No. 4, 2002.

2. Патент РФ №2229908, А 62 В 29/00, F 24 F 9/00, Бюл. №16, 2004.2. RF patent No. 2229908, A 62 V 29/00, F 24 F 9/00, Bull. No. 16, 2004.

Claims

A device for forming a gas-air curtain to protect the public from accidentally chemically hazardous substances, made in the form of a surface linear source of heat generated by the combustion of natural gas, containing a horizontal tubular gas manifold with a perforated upper part, characterized in that to the upper perforated part of the horizontal tubular gas collector adjoins an additional channel formed by impenetrable lateral longitudinal partitions and an external perforated wall, p the perforated walls of the additional channel are made concentric, their relative lengths are the same and range from 1/12 to 1/6 of the circumference, the number and size of perforations on them are the same, and the axis of perforations on one of the walls are stitched in the middle staggered between the corresponding axes on the other , the outer wall of the additional channel is extended in the circumferential direction beyond the lateral longitudinal partitions symmetrically on both sides for a total length of 1/2 circle in the form of a cylindrical shell and has longitudinal perforations and close to the lateral longitudinal partitions, the width of the perforations equal to the height of the longitudinal side walls, and the entire tubular gas reservoir elevated above the ground surface and is mounted on a solid support windproof.