UA124604U - Система забезпечення вибухобезпечності у об'ємах з обладнанням, працюючим у вибухонебезпечному газовому середовищі - Google Patents

Abstract

Система забезпечення вибухобезпечності у об'ємах з обладнанням, працюючим у вибухонебезпечному газовому середовищі, має пристрої для контролю складу газового середовища і для вентиляції об'єму. Додатково ситстема має технологічні перегородки. Обладнання і технологічні перегородки розміщені у об'ємі таким чином, що відстань по прямій між будь-якими двома точками у вільному просторі об'єму, що залишився, не перевищує довжини переддетонаційної ділянки у стехіометричній суміші вказаного газового середовища з киснем при атмосферному тиску, якщо об'єм сполучений з атмосферою, і при максимально допустимому для об'єму тиску, якщо об'єм герметичний.

Description

Корисна модель належить до пожежовибухобезпечності і може застосовуватися у енергетиці і на транспорті при проектуванні об'єктів, у яких може накопичуватися вибухонебезпечна газова суміш (повітря і горючий газ або пара горючої рідини). До таких об'єктів належать сховища горючих речовин, приміщення енергоустаткування, відсіки транспортних засобів, споруди для заправлення ракет-носіїв компонентами палива.

Протікання в обладнанні, що працює з горючими газами і рідинами, може призвести до утворення пожежо- вибухонебезпечних газових сумішей у замкнених об'ємах, де розміщується дане обладнання. Ступінь небезпеки подібних об'єктів оцінюється категоріями пожежонебезпечності ("ПН") і вибухонебезпечності ("ВН"), а їх експлуатація потребує виконання багатьох умов щодо безпеки (див. ГОСТ 12.1.010-76).

Найбільшу небезпеку при цьому становлять вибухонебезпечні ("ВН") об'єми, оскільки там може виникнути детонація. Навантаження, які реалізуються при цьому, набагато більші, ніж у режимі "спокійного" горіння газів. Одним з найбільш розповсюджених засобів забезпечення пожежо-вибухобезпечності (ПВБ) у подібних випадках є заповнення об'єму, що містить горючу газову суміш, інертним газом.

Відомою є система забезпечення ПВБ, яка містить джерело інертного газу, магістралі з запірною арматурою, котра спрацьовує за сигналом датчиків, що аналізують склад газів у об'ємі. Заповнення об'єму інертним газом ведуть до тих пір, поки концентрація горючого газу в ньому не впаде нижче мінімальної межі запалення цього газу |див. книгу "Пожаровзрьівобезопасность веществ и материалов и средства их тушения", справочник. - М.: "Химия", 1990. - С. 27).

Джерело інертного газу може виконуватися за патентами України Мо 79644, МПК В64с

Б/00, Е428 15/00, 2012 р. або Мо 1087321, МПК Е170 5/00, 2016 р.

Недоліком відомої системи є її низькі експлуатаційні якості, такі як: - процес заповнення об'єму інертним газом потребує певного часу, протягом якого може відбутися вибух. Особливо важливо це для великих об'ємів, час заповнення яких великий; - якщо горючий газ має широкі концентраційні межі запалення (наприклад, водень), інертного газу потрібно багато. Тому система зберігання інертного газу повинна мати його велику кількість, тобто або великий об'єм, або високий робочий тиск, що не завжди прийнятно,

Зо особливо на транспорті; - для герметичного об'єму (відсік, приміщення) тиск великої кількості інертного газу може призвести до недопустимому підвищенню тиску у цьому об'ємі і його руйнуванню; - при заповненні інертним газом об'єму зі складною внутрішньою "архітектурою" в його окремих частинах може зберігатися вибухонебезпечна газова суміш, не розбавлена інертним газом.

Найближчим до запропонованого по технічному рішенню є вибрана як прототип система, яка описана у книзі "Пожаровзрьвобезопасность веществ и материалов и средства их тушения", справочник. - М.: "Химия", 1990. - С. 146. Ця система містить засоби вентиляції об'єму і датчики небезпечних концентрацій газів, за сигналами яких включається вентиляція. При цьому система вентиляції об'єму повинна бути надійною і гарантувати відсутність локальних накопичень вибухонебезпечної газової суміші. Питомі гази можуть при цьому викидатися в навколишнє середовище або допалюватися у самій вентиляційній системі. Ця система запобігає вибуху газів за рахунок вентилювання "ВН" приміщення.

Недоліком відомої системи є її невисокі експлуатаційні якості, такі як: - розробка складної системи вентиляції досить трудомістка, а її робота потребує витрачання енергії; - жодна з таких систем не гарантує від небезпечних накопичень вибухонебезпечної газової суміші, особливо у деяких ситуаціях; - визначення можливих зон накопичування вибухонебезпечної суміші у приміщенні досить складне і не завжди однозначно (наприклад, для транспортних засобів, які змінювати свою орієнтацію у просторі); - при першому вибуху система ПВБ і система вентиляції можуть бути пошкодженими, і наступне накопичення горючого газу в об'ємі буде не контрольованим.

В основу корисної моделі поставлена задача створення удосконаленої конструкції системи забезпечення вибухобезпечності у об'ємах з обладнанням, працюючим у вибухонебезпечному газовому середовищі, яка б дозволила забезпечити підвищення її експлуатаційних якостей шляхом уведення в нього нових елементів і технічних рішень, таких як: - наявність технологічних перегородок, при цьому обладнання і технологічні перегородки розміщуються у об'ємі таким чином, що відстань по прямій між будь-якими двома точками у бо вільному просторі об'єму, що залишився, не перевищує довжини переддетонаційної ділянки у стехіометричній суміші вказаного газового середовища з киснем при атмосферному тиску, якщо об'єм сполучається з атмосферою, і при максимально допустимому для об'єму тиску, якщо об'єм герметичний, ідо дозволяє попередити виникнення детонації у об'ємі.

Поставлена задача вирішується тим, що система забезпечення вибухобезпечності у об'ємах з обладнанням, працюючим у вибухонебезпечному газовому середовищі, яка містить пристрої для контролю складу газового середовища і для вентиляції об'єму, згідно з корисною моделлю, додатково має технологічні перегородки, при цьому обладнання і технологічні перегородки розміщені у об'ємі таким чином, що відстань по прямій між будь-якими двома точками у вільному просторі об'єму, що залишився, не перевищує довжини переддетонаційної ділянки у стехіометричній суміші вказаного газового середовища з киснем при атмосферному тиску, якщо об'єм сполучений з атмосферою, і при максимально допустимому для об'єму тиску, якщо об'єм герметичний.

Для пояснення конструкції системи і її роботи додаються креслення та її детальний опис. На кресленнях зображено: - на Фіг. 1 - графік залежності довжини ПДД (см) від частки водню у суміші (мол. 9); - на Фіг. 2 - схема системи забезпечення вибухобезпечності.

При запаленні горючої газової суміші навіть з стехіометричним співвідношенням пального і окислювача детонаційна хвиля виникає не відразу. Для її формування у газі необхідна деяка мінімальна відстань, на який окремі хвилі стискання, що генерує полум'я, складаються у загальний скачок ущільнення - детонаційну хвилю див. книгу В.С. Щетинков "Физика горения газов". - М.: "Наука", 1985. -С. 84-89). На відміну від хвилі стискання детонаційна хвиля практично миттєво розігріває газову суміш за своїм фронтом. Завдяки цьому вона рухається з надзвуковою швидкістю, а тиск у фронті хвилі суттєво вище, ніж при звичайному режимі горіння газів. Зростання тиску у фронті такої хвилі відбувається практично миттєво, па відстані у декілька довжин вільного пробігу молекул газу.

Завдяки цим властивостям детонації саме вона представляє основну небезпеку під час горіння газів і завдяки їй відбуваються основні поломки обладнання і руйнування матеріалів.

Той же факт, що для формування детонаційної хвилі необхідна певна мінімальна відстань (так звана переддетонаційна ділянка), дає можливість не допускати її формування за рахунок

Зо "затиснення" об'єму. Таке можливо, якщо відстань між двома будь-якими точками у вільному просторі даного об'єму не перевищує довжини переддетонаційної ділянки (ПДД) у газовій суміші, що заповнює цей об'єм.

Відомо, що головними факторами, що визначають довжину ПДД, є відносна концентрація пального у суміші і тиск газової суміші. Зростання тиску у суміші, очевидно, зменшує цю величину, а мінімальна ПДД відповідає стехіометричній суміші пального і окислювача (див. книгу "Физика биістропротекающих процессов" под ред. Н.А. Златина. - М.: "Мир", 1971. Т. 3. - С. 1221). На фігурі для киснево-водневої суміші наведена експериментальна залежність довжини

ПДД від складу суміші, її тиску і температури. При цьому температура газів практично не впливає на довжину ПДД, у той же час склад горючої суміші і тиск є для довжини ПДД основними аргументами.

Таким чином, якщо максимальна відстань між будь-якими двома точками у вільному просторі об'єму (не зайнятому обладнанням) менше довжини ПДД у газовій суміші з стехіометричним вмістом пального і окислювача і при максимальному допустимому в об'ємі тиску, при запаленні газу в об'ємі детонації не виникає, навіть якщо концентрація горючого газу це допускає.

Наприклад, як видно з графіку (Фіг. 1), в об'ємі, де можуть знаходитися кисень і водень, детонація виключена, якщо відстань між двома будь-якими точками у вільному просторі не перевищує 70 см (якщо тиск атмосферний). При цьому склад суміші вже не має значення, оскільки така ПДД належить до стехіометричного складу (мінімум на кривій).

Силові імпульсні навантаження, які діють у цьому випадку, будуть майже на порядок менше тих, що реалізуються при детонації газів. При цьому динамічне навантаження конструкції буде значно більш "плавним", тобто тривалість імпульсів тиску буде на порядок менше. Це ії є позитивним ефектом даного технічного рішення, оскільки суттєво знижуються вимоги щодо міцності до самого приміщення і обладнання, яке в ньому знаходиться.

Запропонована система містить об'єм 1 з обладнанням, що працює у вибухонебезпечному газовому середовищі, робоче обладнання 2 (наприклад балони з метаном СНае), пристрій (датчик) З контролю складу газового середовища, пристрій 4 вентиляції об'єму, технологічні перегородки 5.

Оскільки вільного простору, не зайнятого обладнанням, залишається досить багато і при 60 протіканні балонів цей простір може заповнитися вибухонебезпечною сумішшю метану з повітрям, в об'ємі 1 встановлені технологічні перегородки 5, які запобігають формуванню детонаційної хвилі. Їх форма, розмір і кількість у кожному конкретному випадку може бути різні.

Таким чином, "загромадження" внутрішнього простору об'єму 1 з вибухонебезпечною газовою сумішшю допомагає гарантовано уникнути виникнення там детонації у випадку пожежі. При цьому для "затиснення" внутрішнього простору об'єму 1, розташованого там обладнання 2 може бути недостатньо. У цьому випадку доцільно додати всередину об'єму 1 технологічні перегородки 5 з тим, щоб "вибрати" зайвий простір. Вони можуть виконуватися у вигляді порожнистих герметичних (у тому числі надувних) вставок. Подібні "вкладиші", крім того зменшують і загальну кількість горючих газів у приміщенні. Якщо вони виконані порожнистими або надувними, їх можливо заповнити азотом або фреоном, які використовують для заглушення полум'я.

У випадку підвищення концентрації горючого газу у об'ємі 1 до допустимого значення за сигналом пристрою З вмикають пристрій 4 для вентиляції об'єму 1, що запобігає пожежі і вибуху.

Таким чином, запропонована система дозволяє виключити можливість детонації горючої газової суміші у об'ємах. Практично категорія ПВБ такого об'єму знижується з категорії "ВН" до категорії "ПН", хоча формально залишається попереднім (тому що, відповідно до вказаного

ГОСТу, категорійність за ПВБ визначається можливістю утворення горючої суміші з небезпечною концентрацією пального, а не вибухової хвилі).

Система може застосовуватися для гасіння пожежі у приміщеннях за патентом РФ Мо 2.283.674, МПК Аб2С 3/00, Аб62С 37/36, 2004 р.

У випадку наявності у приміщеннях рідин, що легко займаються (ЛЗР), гасіння пожежі може здійснюватися за авт. св. СРСР Мо 1.777.265, МПК Аб2С 3/00, 1989 р.

Вентиляція приміщення може здійснюватися за авт. св. СРСР Мо 1.704.793, МПК Аб2С 3/04, 1988 р.

Для гасіння пожежі може використовуватися аерозольний генератор за патентом України

Мо 24233, МПК Аб2С 3/00, 1997 р.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Коо) Система забезпечення вибухобезпечності у об'ємах з обладнанням, працюючим у вибухонебезпечному газовому середовищі, що містить пристрої для контролю складу газового середовища і для вентиляції об'єму, яка відрізняється тим, що додатково має технологічні перегородки, при цьому обладнання і технологічні перегородки розміщені у об'ємі таким чином,

   що відстань по прямій між будь-якими двома точками у вільному просторі об'єму, що залишився, не перевищує довжини переддетонаційної ділянки у стехіометричній суміші вказаного газового середовища з киснем при атмосферному тиску, якщо об'єм сполучений з атмосферою, і при максимально допустимому для об'єму тиску, якщо об'єм герметичний.