RU2659596C2

RU2659596C2 - Explosion-protection device with alarm system warning of initial phase of emergency situations

Info

Publication number: RU2659596C2
Application number: RU2015140546A
Authority: RU
Inventors: Мария Михайловна Стареева
Original assignee: Мария Михайловна Стареева
Priority date: 2015-09-23
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2018-07-03
Also published as: RU2015140546A; RU2015140546A3

Abstract

FIELD: explosion protection methods.

SUBSTANCE: invention relates to explosion-protection devices and can be used for protection of process equipment explosion in the event of an emergency. Explosion-protection device with an alarm system warning of the initial phase of an emergency contains a valve body, lined load gate, which is movably connected to the valve body by at least three flexible connections, rupture element in the form of a membrane safety device, and, on one of the diametrically arranged straps of the membrane assembly of the membrane safety device, a security indicator is mounted in the form of a sensor responsive to deformation, whose output is connected to a signal amplifier, and the output of the signal amplifier is connected to the input of an alarm device warning the personnel of an emergency situation.

EFFECT: increased efficiency and reliability of protection of technological equipment from explosions in the event of an emergency.

1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к взрывозащитным устройствам и может быть использовано для взврывозащиты технологического оборудования в случае возникновения чрезвычайной ситуации (ЧС).The invention relates to explosion-proof devices and can be used for explosion protection of technological equipment in the event of an emergency.

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является взрывозащитное устройство по патенту РФ №130657, F16D 3/04 (прототип), содержащее корпус клапана, теплоизолирующий и разрывной элементы, футерованный грузовой затвор, подвижно соединенный с корпусом клапана посредством не менее трех гибких связей, например в виде цепей, один конец которых шарнирно соединен с корпусом клапана, а другой - шарнирно соединен с грузовым затвором, при этом корпус клапана выполнен в виде нижней цилиндрической, средней конической и верхней цилиндрической частей, причем в нижней цилиндрической части размещен футерованный грузовой затвор, перекрывающий отверстие в корпусе защищаемого объекта, а в верхней цилиндрической части корпуса клапана размещен узел крепления разрывной мембраны.The closest technical solution to the claimed object is an explosion-proof device according to the patent of the Russian Federation No. 130657, F16D 3/04 (prototype), comprising a valve body, heat insulating and bursting elements, a lined cargo lock, movably connected to the valve body through at least three flexible connections, for example in the form of chains, one end of which is pivotally connected to the valve body, and the other is pivotally connected to the cargo lock, while the valve body is made in the form of a lower cylindrical, middle conical and upper cylindrical tion portions, wherein the lower cylindrical portion disposed lined cargo gate overlying the opening in the housing of the protected object, and in the upper cylindrical portion of the valve body is placed securing the bursting disc assembly.

Недостатком известного решения является сравнительно невысокая надежность из-за того, что гибкие связи, выполненные в виде цепей, работают рывками, с ударами, т.е. создают дополнительные динамические нагрузки на устройство в целом, что может привести к их поломке, а также то, что не фиксируется средствами оповещения персонала момент возникновения начальной фазы ЧС.A disadvantage of the known solution is the relatively low reliability due to the fact that flexible connections made in the form of chains operate jerkily, with blows, i.e. create additional dynamic loads on the device as a whole, which can lead to their breakdown, as well as that which is not fixed by means of personnel alerts when the initial phase of an emergency occurs.

Технический результат - повышение эффективности и надежности защиты технологического оборудования от взрывов в случае возникновения чрезвычайной ситуации путем регистрации момента возникновения начальной фазы ЧС средствами оповещения персонала.EFFECT: increased efficiency and reliability of protection of technological equipment from explosions in the event of an emergency by registering the moment of occurrence of the initial phase of emergency situations by means of personnel notification.

Это достигается тем, что во взрывозащитном устройстве с системой оповещения начальной фазы возникновения чрезвычайной ситуации содержатся корпус клапана, футерованный грузовой затвор, подвижно соединенный с корпусом клапана посредством не менее трех гибких связей, разрывной элемент в виде мембранного предохранительного устройства, а на одной из диаметрально расположенных планок мембранного узла мембранного предохранительного устройства закреплен индикатор безопасности в виде датчика, реагирующего на деформацию, выход которого соединен с усилителем сигнала, а выход усилителя сигнала соединен со входом устройства оповещения персонала об аварийной ситуации.This is achieved by the fact that in an explosion-proof device with a warning system for the initial phase of an emergency, a valve body, a lined cargo gate, movably connected to the valve body by means of at least three flexible connections, a discontinuous element in the form of a membrane safety device, and one of diametrically located a safety indicator in the form of a sensor that responds to deformation, the output of which union of a signal amplifier, a signal amplifier output is connected to the input of alert personnel of the emergency device.

На фиг. 1 изображен общий вид взрывозащитного устройства с разрывной мембраной, на фиг. 2 - узел крепления мембранного предохранительного устройства, на фиг. 3 - вариант выполнения разрывной мембраны с радиальными рисками, на фиг. 4 - вариант выполнения разрывной мембраны с круговой риской, на фиг. 5 - вариант выполнения разрывной мембраны с прорезями, на фиг. 6 - вариант выполнения разрывной мембраны с отверстиями.In FIG. 1 shows a general view of an explosion-proof device with a bursting disc; FIG. 2 - mounting unit of the membrane safety device, in FIG. 3 shows an embodiment of a bursting disc with radial risks; FIG. 4 shows an embodiment of a rupture disc with a circular notch; FIG. 5 shows an embodiment of a bursting disc with slots; FIG. 6 is an embodiment of a bursting disc with holes.

Взрывозащитное устройство с системой оповещения начальной фазы возникновения чрезвычайной ситуации (фиг. 1) с разрывной мембраной 7 устанавливается на корпус 1 защищаемого объекта и содержит футерованный грузовой затвор 2, подвижно соединенный с корпусом 3 клапана посредством не менее трех гибких связей, например в виде цепей 9, один конец которых шарнирно соединен с корпусом 3 клапана, а другой - шарнирно соединен с грузовым затвором 2 клапана. Корпус клапана выполнен в виде нижней цилиндрической части 3, средней конической части 4 и верхней цилиндрической части 5, причем в нижней цилиндрической части размещен футерованный грузовой затвор 2, перекрывающий отверстие диаметром Dy в корпусе 1 защищаемого объекта. К верхней цилиндрической части 5 корпуса клапана крепится узел 6 разрывной мембраны 7 посредством крепежных элементов 8. Затвор 2 не обеспечивает герметичного перекрытия сбросного отверстия защищаемого аппарата 1, он свободно лежит на нем, а слегка прослабленные цепи 9 служат лишь для центровки затвора 2, т.е. для предотвращения его больших смещений относительно сбросного отверстия, причем футерованный грузовой затвор 2 защищает корпус клапана от прогорания в случае высокой температуры в защищаемом аппарате. Для получения наибольшей эффективности взврывозащиты производственного оборудования взрывозащитный клапан имеет параметры, которые находятся в следующих оптимальных интервалах величин: а = D/Dy = 1,5÷2,0; где Dy - диаметр верхней цилиндрической части 5 корпуса клапана, равный максимальному размеру отверстия корпуса 1 защищаемого объекта; D - диаметр нижней цилиндрической части 3 корпуса клапана.An explosion-proof device with a warning system for the initial phase of an emergency (Fig. 1) with a bursting disc 7 is installed on the body 1 of the protected object and contains a lined cargo gate 2, movably connected to the valve body 3 through at least three flexible connections, for example, in the form of chains 9 , one end of which is pivotally connected to the valve body 3, and the other is pivotally connected to the cargo gate 2 of the valve. The valve body is made in the form of a lower cylindrical part 3, a middle conical part 4 and an upper cylindrical part 5, and a lined cargo lock 2 is placed in the lower cylindrical part, covering the hole with a diameter Dy in the body 1 of the protected object. A node 6 of the bursting disc 7 is fastened to the upper cylindrical part 5 of the valve body by means of fasteners 8. The shutter 2 does not provide a tight seal for the discharge opening of the protected apparatus 1, it lies freely on it, and slightly loosened chains 9 serve only to center the shutter 2, t. e. to prevent its large displacements relative to the discharge opening, and the lined cargo lock 2 protects the valve body from burning in case of high temperature in the protected device. To obtain the highest explosion protection efficiency of industrial equipment, the explosion protection valve has parameters that are in the following optimal ranges of values: a = D / Dy = 1.5 ÷ 2.0; where Dy is the diameter of the upper cylindrical part 5 of the valve body, equal to the maximum size of the hole of the body 1 of the protected object; D is the diameter of the lower cylindrical part 3 of the valve body.

Взрывозащитное устройство оснащено мембранным предохранительным устройством 6 типа фланцевого соединения, которое содержит мембранный узел (фиг. 2), который состоит из разрывной мембраны 7 и пары зажимных колец 10 и 11. Мембрана 7 между кольцами зажимается без применения каких-либо прокладок, что обусловливает весьма жесткие требования к качеству уплотнительных поверхностей колец, такие как правильность геометрической формы и высокая чистота обработки. Для удобства сборки мембранного узла во фланцевом соединении кольца скрепляют одно с другим двумя диаметрально расположенными планками 12 и винтами 13. Одно из отверстий под винты в планке имеет продолговатую форму для того, чтобы наличие планок не препятствовало равномерному и герметичному защемлению мембраны между зажимными кольцами при затяжке фланцевого соединения. При этом формы поверхностей колец, контактирующих с фланцами, должны полностью соответствовать форме уплотнительных поверхностей фланцев; конструкция мембранного узла предназначена для установки во фланцах с уплотнительной поверхностью типа «шип - паз». На одной из диаметрально расположенных планок 12 мембранного узла закреплен индикатор безопасности 14 в виде датчика, реагирующего на деформацию, например тензорезистора (тензодатчика), выход которого соединен с усилителем сигнала, например тензоусилителем 15, а выход тензоусилителя 15 соединен со входом устройства 16 оповещения персонала об аварийной ситуации.The explosion-proof device is equipped with a membrane safety device 6 of the type of flange connection, which contains a membrane assembly (Fig. 2), which consists of a bursting membrane 7 and a pair of clamping rings 10 and 11. The membrane 7 between the rings is clamped without the use of any gaskets, which causes very stringent requirements for the quality of the sealing surfaces of the rings, such as the correct geometric shape and high purity of processing. For ease of assembly of the membrane unit in the flange connection, the rings are fastened one to the other by two diametrically arranged strips 12 and screws 13. One of the holes for the screws in the stripe has an oblong shape so that the presence of the strips does not impede uniform and tight jamming of the membrane between the clamping rings when tightening flange connection. Moreover, the shapes of the surfaces of the rings in contact with the flanges must fully correspond to the shape of the sealing surfaces of the flanges; the design of the membrane assembly is designed for installation in flanges with a thorn-groove sealing surface. On one of the diametrically located strips 12 of the membrane unit, a safety indicator 14 is fixed in the form of a sensor that responds to deformation, for example, a strain gauge (strain gauge), the output of which is connected to a signal amplifier, for example strain gauge 15, and the output of strain gauge 15 is connected to the input of personnel warning device 16 emergency situation.

Разрывные мембраны 7 изготавливают обычно из тонколистового проката пластичных металлов, таких как алюминий, никель, нержавеющая сталь, латунь, медь, титан, монель и др.Bursting membranes 7 are usually made of sheet metal of ductile metals such as aluminum, nickel, stainless steel, brass, copper, titanium, monel, etc.

Для получения наибольшей эффективности взврывозащиты производственного оборудования мембранный узел имеет параметры, которые находятся в следующих оптимальных интервалах величин: а = D₁/D = 1,1÷2,0; b = D₂/D = 1,11÷2,4; с = D₂/D₁ = 1,01÷1,3;To obtain the highest explosion protection efficiency of industrial equipment, the membrane unit has parameters that are in the following optimal ranges of values: a = D ₁ / D = 1.1 ÷ 2.0; b = D ₂ / D = 1,11 ÷ 2,4; c = D ₂ / D ₁ = 1.01 ÷ 1.3;

где D - диаметр проходного сечения мембранного узла, равный внутреннему диаметру колец, контактирующих соответственно с фланцами и мембраной, D₁ - наружный диаметр разрывной мембраны, D₂ - внешний диаметр колец, контактирующих с фланцами.where D is the diameter of the bore of the membrane unit, equal to the inner diameter of the rings in contact with the flanges and the membrane, D ₁ is the outer diameter of the bursting membrane, D ₂ is the outer diameter of the rings in contact with the flanges.

Конструкции разрывных мембран 7 могут быть выполнены с радиальными (фиг. 3), круговыми (фиг. 4) рисками. Радиальные риски более просты в изготовлении, однако такая мембрана часто при срабатывании разрывается по одной-двум рискам и не обеспечивает полного раскрытия проходного сечения. Мембрана с окружной риской (фиг. 4), как правило, раскрывается полностью. Для предотвращения отрыва риску наносят по незамкнутому круговому контуру, при этом со стороны, противоположной источнику давления, у концов риски устанавливают сегментный упор 7, хорда которого стягивает большую дугу окружности чем хорда, соединяющая концы риски, как показано на фиг. 4. Эффективны также мембраны с прорезями (фиг. 5) и отверстиями (фиг. 6). Они всегда двухслойны, так как содержат дополнительно герметизирующую подложку из коррозионностойкого и малопрочного материала.The design of the bursting membranes 7 can be performed with radial (Fig. 3), circular (Fig. 4) risks. Radial risks are easier to manufacture, however, such a membrane often breaks when triggered by one or two risks and does not provide full disclosure of the bore. A membrane with a circumferential risk (Fig. 4), as a rule, is fully disclosed. To prevent separation, the risk is applied along an open circular contour, and from the side opposite to the pressure source, a segment stop 7 is installed at the ends of the risks, the chord of which tightens a larger circular arc than the chord connecting the ends of the risks, as shown in FIG. 4. Also effective are membranes with slots (Fig. 5) and holes (Fig. 6). They are always two-layer, since they additionally contain a sealing substrate of corrosion-resistant and low-strength material.

На корпусе 1 клапана, в месте крепления футерованного грузового затвора 2, подвижно соединенного с корпусом 1 клапана, посредством не менее трех гибких связей 9 закреплен дополнительный индикатор (фиг. 1) безопасности в виде датчика 17, реагирующего на ударную деформацию при открытии затвора 2, при этом выход датчика 17 соединен с усилителем сигнала 18, а выход усилителя сигнала 18 соединен со входом устройства оповещения 19 персонала об аварийной ситуации. Установка дополнительного индикатора безопасности повышает надежность защиты оборудования и персонала от ЧС взрывного характера.An additional safety indicator (Fig. 1) is fixed in the form of a sensor 17 that responds to shock deformation when the shutter 2 is opened, on the valve body 1, in the place of fastening of the lined cargo bolt 2, movably connected to the valve body 1, by means of at least three flexible connections 9 wherein the output of the sensor 17 is connected to the signal amplifier 18, and the output of the signal amplifier 18 is connected to the input of the personnel warning device 19 about the emergency. The installation of an additional safety indicator increases the reliability of protection of equipment and personnel from explosive emergencies.

Взрывозащитное устройство с системой оповещения начальной фазы возникновения чрезвычайной ситуации работает следующим образом.Explosion-proof device with a warning system of the initial phase of an emergency is as follows.

Давление в защищаемом аппарате воздействует на затвор 2, который перекрывает входное отверстие негерметично и при быстром повышении давления он может приподниматься вверх, насколько позволяет длина удерживающих его цепей 9. При нагружении рабочим давлением мембрана 7 испытывает большие пластические деформации и приобретает ярко выраженный купол, по форме очень близкий к сферическому сегменту. Чаще всего куполообразную форму мембране придают заранее при изготовлении, подвергая ее нагружению давлением, составляющим около 90% от разрывного. При этом фактически исчерпывается почти весь запас пластических деформаций материала, поэтому еще больше увеличивается быстродействие мембраны. При взрывном давлении мембрана испытывает разрывные деформации и разрывается, тем самым обеспечивает полное раскрытие проходного сечения предохранительного устройства для выхода ударной волны и сохранения целостности оборудования.The pressure in the protected device acts on the shutter 2, which shuts off the inlet aperture and with a rapid increase in pressure, it can rise up as far as the length of the chains holding it 9. The membrane 7 experiences large plastic deformations and acquires a pronounced dome, in shape very close to the spherical segment. Most often, the membrane is given a domed shape in advance during manufacture, subjecting it to loading with a pressure of about 90% of the bursting. In this case, almost the entire stock of plastic deformations of the material is practically exhausted, therefore, the membrane’s performance is further increased. At explosive pressure, the membrane experiences rupture deformations and ruptures, thereby ensuring full disclosure of the bore of the safety device to exit the shock wave and preserve the integrity of the equipment.

При срабатывании мембранного предохранительного устройства 6, т.е. при разрыве мембраны 7 и планок 12, срабатывает индикатор безопасности 14 в виде датчика, реагирующего на деформацию разрыва, например тензорезистора, сигнал с которого поступает на усилитель 15 сигнала, а затем на устройство 16 оповещения персонала об аварийной ситуации.When triggered membrane safety device 6, i.e. when the membrane 7 and the straps 12 break, the safety indicator 14 is activated in the form of a sensor that responds to a strain deformation, for example, a strain gauge, the signal from which is fed to the signal amplifier 15, and then to the emergency warning device 16.

Разрывные мембраны изготавливают обычно из тонколистового проката пластичных металлов, таких как алюминий, никель, нержавеющая сталь, латунь, медь, титан, монель и др. Известны случаи применения неметаллических мембран из полиэтиленовой и фторопластовой пленок, из бумаги, картона, паронита, асбеста и даже из фанеры. Обычно это мембраны больших размеров (диаметром около метра и более), иногда квадратной или прямоугольной формы и с весьма низким давлением срабатывания, т.е. предназначенные для взврывозащиты малопрочного оборудования. Применение асбеста оправдывается высокой температурой внутри оборудования, т.е. в случае взврывозащиты топок, печей и других высокотемпературных реакторов.Bursting membranes are usually made from thin-sheet rolled metal of ductile metals such as aluminum, nickel, stainless steel, brass, copper, titanium, monel, etc. There are known cases of the use of non-metallic membranes from polyethylene and fluoroplastic films, from paper, cardboard, paronite, asbestos, and even from plywood. Typically, these are membranes of large sizes (with a diameter of about a meter or more), sometimes square or rectangular in shape and with very low response pressure, i.e. designed for explosion protection of low-strength equipment. The use of asbestos is justified by the high temperature inside the equipment, i.e. in case of explosion protection of furnaces, furnaces and other high temperature reactors.

В корпусе 1 клапана, в его цилиндрической части 3, граничащей с конической частью 4 клапана, установлена круглая диафрагма 20 с центральным отверстием 26 и с, по крайней мере, тремя отверстиями 21, расположенными в ее периферийной части. В центре диафрагмы 20 прикреплен индикатор безопасности 24, выполненный в виде круглого тензорезистора, нижняя часть которого опирается на центральное отверстие 26 диафрагмы 20. В верхней части футерованного грузового затвора 2, осесимметрично корпусу 1 клапана, закреплен, своей нижней частью, стержень 23, верхняя часть которого расположена в центральном отверстии 26 диафрагмы 20.In the valve body 1, in its cylindrical part 3, adjacent to the conical part 4 of the valve, a circular diaphragm 20 is installed with a central hole 26 and with at least three holes 21 located in its peripheral part. In the center of the diaphragm 20, a safety indicator 24 is mounted, made in the form of a circular strain gauge, the lower part of which rests on the central hole 26 of the diaphragm 20. In the upper part of the lined cargo bolt 2, axisymmetrically to the valve body 1, the rod 23 is fixed with its lower part, the upper part which is located in the Central hole 26 of the diaphragm 20.

Между нижней частью круглой диафрагмы 20 и верхней частью футерованного грузового затвора 2, на опорном стержне 23, коаксиально ему установлена втулка 22 из быстроразрушающегося материала, например стекла, типа «триплекс», прочность которой рассчитана на определенное избыточное давление в клапане.Between the lower part of the circular diaphragm 20 and the upper part of the lined cargo bolt 2, on the support rod 23, a sleeve 22 is made coaxially to it from a rapidly breaking material, for example glass, of the triplex type, whose strength is designed for a certain overpressure in the valve.

При превышении избыточного давления в клапане, втулка теряет устойчивость, распадаясь на отдельные части, и стержень 22 упирается, через центральное отверстие 26 в диафрагме 20, в индикатор безопасности 24, сигнал с которого по линии связи 25 поступает на тензоусилитель 18, а с него - в блок 19 системы оповещения об аварийном режиме, которая позволяет принять соответствующие меры для предотвращения начальной фазы возникновения чрезвычайной ситуации.If the excess pressure in the valve is exceeded, the sleeve loses stability, disintegrating into separate parts, and the rod 22 abuts, through the central hole 26 in the diaphragm 20, into the safety indicator 24, the signal from which is transmitted through the communication line 25 to the strain gauge 18, and from it - in block 19 of the emergency warning system, which allows you to take appropriate measures to prevent the initial phase of an emergency.

Claims

Explosion-proof device with a warning system for the initial phase of an emergency, containing a valve body, a lined cargo lock, movably connected to the valve body through at least three flexible connections, a discontinuous element in the form of a membrane safety device, on one of the diametrically located strips of the membrane assembly of the membrane safety device a safety indicator is fixed in the form of a sensor that responds to deformation, the output of which is connected to a signal amplifier, and the output of the signal amplifier is connected to the input of the personnel warning device about an emergency, on the valve body, in the place of fastening of the lined cargo bolt, movably connected to the valve body, by means of at least three flexible connections, an additional safety indicator is fixed in the form of a sensor that responds to shock deformation when the shutter is opened, the sensor output is connected to the signal amplifier, and the signal amplifier output is connected to the input of the personnel alert device The fact that in the valve body, in its cylindrical part bordering the conical part of the valve, a round diaphragm is installed with a central hole and with at least three holes located in its peripheral part, while a safety indicator is attached in the center of the diaphragm, made in the form of a circular strain gauge, the lower part of which rests on the Central hole of the diaphragm, while in the upper part of the lined cargo gate, axisymmetrically to the valve body, is fixed, with its lower part, a rod, The upper part of which is located in the central aperture of the diaphragm, and between the lower part of the circular diaphragm and the upper part of the lined cargo bolt, on the support rod, a sleeve made of quick-breaking material, for example, glass, such as triplex, whose strength is designed for a certain overpressure valve.