СПОСОБ ВЗРЫВОЗАЩИТЫ КОЧЕТОВА С СИСТЕМОЙ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ АВАРИЙНОЙ СИТУАЦИИ
KOCHETOV'S EXPLOSION PROTECTION METHOD WITH EMERGENCY ALARM SYSTEM

Изобретение относится к системам безопасности в химической, машиностроительной и других смежных отраслях промышленности, продукты которых и ценны, и исключительно вредны для окружающей среды.
Известен взрывной клапан (Кочетов О.С. Методика расчета требуемой площади сбросного отверстия взрывозащитного устройства. Журнал «Пожаровзрывобезопасность», №6, 2009, с.41-47, рис.4 на с.45), состоящий из корпуса, футерованного грузового затвора, подвижно соединенного с корпусом клапана посредством не менее трех гибких связей, в виде цепей, и перекрывающего отверстие в корпусе защищаемого объекта. В верхней части корпус клапана размещен теплоизоляционный элемент и герметизирующая мембрана из алюминиевой фольги или из полимерного материала, которая прижимается к корпусу клапана посредством крышки, шарнирно соединенной с рычагом разрывного элемента (проволоки), который крепится своей верхней частью на рычаге, а нижней - к верхней части корпуса клапана.
Недостатком известного устройства является то, что мембрана используется для герметизации клапана, т.е. она является практически полностью разгруженной, и на давление срабатывания клапана существенного влияния не оказывает.
Известен предохранительный клапан (Кочетов О.С. Расчет взрывозащитных устройств. Журнал «Безопасность труда в промышленности», №4, 2010, с.43-49, рис.2 на с.44), состоящий из корпуса, на котором расположен футерованный огнеупорным материалом грузовой затвор, в виде насыпного слоя щебня, гравия или песка, и перекрывающий отверстие в корпусе защищаемого объекта. В верхней цилиндрической части корпуса размещены теплоизоляционный элемент из минеральной ваты, или асбестовой крошки, или термостойкого пористого материала, а также герметизирующая мембрана, прижимаемая к корпусу клапана посредством крышки, шарнирно соединенной с рычагом, взаимодействующим с разрывным элементом (проволокой) предохранительного устройства, которое крепится своей верхней частью на рычаге, а нижней - к верхней цилиндрической части корпуса клапана.
Недостаток известного устройства - мембрана является практически полностью разгруженной и не влияет на давление срабатывания клапана.
Известен взрывозащитный клапан для технологического оборудования (RU №2442052 C1, опубл.10.02.2012), состоящий из корпуса, футерованного грузового затвора, подвижно соединенного с корпусом клапана посредством не менее трех гибких связей, в виде цепей, теплоизоляционного элемента и герметизирующей мембраны. К корпусу клапана крепится предохранительное устройство, которое закреплено своей верхней частью на шарнирном рычаге, а нижней - на верхней цилиндрической части корпуса, имеющее разрывной элемент в виде проволоки.
Недостатком известного устройства является то, что мембрана используется для герметизации клапана, т.е. она является практически полностью разгруженной, и на давление срабатывания клапана существенного влияния не оказывает, а установка дополнительного предохранительного устройства усложняет конструкцию, делая ее менее надежной.
Известен взрывозащитный клапан для технологического оборудования (RU №2495313 C2, опубл.10.10.2013), состоящий из корпуса, футерованного грузового затвора, который подвижно соединен с корпусом клапана посредством не менее трех гибких связей в виде демпфирующих ремней.
Недостатком известного устройства является то, что мембрана используется для герметизации клапана, т.е. она является практически полностью разгруженной, и на давление срабатывания клапана существенного влияния не оказывает, а установка дополнительного предохранительного устройства усложняет конструкцию, делая ее менее надежной.
Известно взрывозащитное устройство (RU №130657 U1, кл. F16K 17/40,17/16,17/12, опубл.27.07.2013), 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.
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.
Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является способ взрывозащиты с системой предупреждения аварийной ситуации, который реализован во взрывозащитном устройстве по патенту RU 2489628 C2, кл. F16K 17/40,17/14, опубл.10.08.2013 (прототип), заключающийся в том, что между верхней цилиндрической частью корпуса клапана, установленного на взрывоопасном объекте, и рычагом крышки клапана размещают звено, реагирующее на аварийную ситуацию, т.е. реализуют принцип «слабого звена» в системе безопасности объекта.
Недостатком известного способа является сравнительно невысокая надежность взрывозащиты из-за отсутствия в системе безопасности индикатора безопасности, сигнализирующего и оповещающего персонал об аварийной ситуации.
Технический результат - повышение надежности и эффективности защиты технологического оборудования от аварийной ситуации путем введения в систему безопасности индикатора безопасности, сигнализирующего и оповещающего персонал об аварийной ситуации.
Это достигается тем, что в способе взрывозащиты с системой предупреждения аварийной ситуации, заключающемся в том, что между верхней цилиндрической частью корпуса клапана, установленного на взрывоопасном объекте, и рычагом крышки клапана размещают звено, реагирующее на аварийную ситуацию, т.е. реализуют принцип «слабого звена» в системе безопасности объекта, при этом звено, реагирующее на аварийную ситуацию, выполняют в виде индикатора безопасности, например в виде датчика, реагирующего на деформацию, выход которого соединяют с входом усилителя сигнала датчика, а выход с усилителя сигнала датчика соединяют с входом устройства оповещения об аварийной ситуации.
На фиг.1 изображен общий вид устройства для реализации способа в виде взрывозащитного устройства с креплением «слабого звена» системы безопасности между корпусом клапана и крышкой клапана, на фиг.2, 3, 4, 5 - варианты выполнения и размещения индикатора безопасности.
Устройство для осуществления предложенного способа, выполненное в виде взрывозащитного устройства с индикатором безопасности системы предупреждения аварийной ситуации, устанавливается на корпус 1 (фиг.1) защищаемого объекта и содержит футерованный грузовой затвор, выполненный в виде двух слоев: слоя футеровки 10, перекрывающей отверстие диаметром Dy в корпусе 1 защищаемого объекта, и насыпного грузового слоя 2 в виде щебня, гравия или песка. Корпус клапана 3 выполнен в виде нижней конической и верхней цилиндрической части, в которой размещен теплоизоляционный элемент 4 и герметизирующая мембрана 5, прижимаемая к корпусу клапана посредством крышки 6, шарнирно соединенной с рычагом 8, взаимодействующим с отбойником 7.
Узел 9 крепления звена 15, реагирующего на аварийную ситуацию, т.е. «слабого звена» в системе безопасности объекта, выполненного, например, в виде разрывного элемента (фиг.2), выполнен в виде фланцев 11 и 12, закрепленных соответственно на рычаге 8 и к верхней цилиндрической части корпуса 3 клапана. Фланцы 11 и 12 стягивают шпилькой 14 с верхним и нижним хвостовиками с соосно расположенным ей цилиндрическим прозрачным кожухом 13, например, из оргстекла. При этом верхний резьбовой хвостовик 16 шпильки 14 через шайбу 18 и гайку 20 взаимодействует с фланцем 11, а нижний резьбовой хвостовик 17 шпильки 14 через шайбу 19 и гайку 21 взаимодействует с фланцем 12. Верхний и нижний хвостовики шпильки 14 жестко соединены между собой разрывным элементом 15, выполненным меньшего сечения, по сравнению с хвостовиками шпильки. При этом сечение разрывного элемента 15 выбирают из условия прочности таким образом, что в системе: фланцы 11 и 12 и расположенный между ними узел разрывного элемента со шпилькой 14 и ее крепежом посредством хвостовиков 16 и 17, шайб 18 и 19 и гаек 20 и 21 является слабым звеном, то есть при взрывоопасной аварийной ситуации потеря прочности будет наблюдаться именно в этом звене, т.е. произойдет разрыв сечения разрывного элемента 15, на котором закреплен индикатор безопасности 22 в виде датчика, реагирующего на деформацию, например тензорезистора (тензодатчика), выход которого соединен с усилителем сигнала, например тензоусилителем 23, а выход тензоусилителя 23 соединен со входом устройства системы оповещения 24 об аварийной ситуации. В кожухе 13 предусмотрено окно 25 для профилактического осмотра системы оповещения 24 с индикатором безопасности 22.
Возможен вариант выполнения звена, реагирующего на аварийную ситуацию, упругим, например в виде тарельчатой пружины 26 (фиг.3), расположенной, по крайней мере, на одном из хвостовиков шпильки 14, которая может быть выполнена в этом варианте сплошной, т.е. без разрывного элемента 15 меньшего сечения, а индикатор безопасности 22 закреплен на боковой конической поверхности тарельчатой пружины.
Возможен вариант выполнения звена, реагирующего на аварийную ситуацию, упругим, например в виде упругой скобы 27 (фиг.4), расположенной, по крайней мере, на одном из хвостовиков шпильки 14, которая может быть выполнена в этом варианте сплошной, т.е. без разрывного элемента 15 меньшего сечения, а индикатор безопасности 22 закреплен на боковой поверхности упругой скобы 27.
Возможен вариант выполнения звена, реагирующего на аварийную ситуацию, упругим, например в виде упругой шаровой поверхности с прорезями (на чертеже не показано), либо в виде упругой поверхности эллипсоида 28 с прорезями (фиг.5), расположенного между хвостовиками шпильки 14 и жестко связанного с ними, при этом индикатор безопасности 22 закреплен на боковой упругой поверхности тел.
Взрывозащитное устройство с индикатором безопасности системы предупреждения аварийной ситуации работает следующим образом.
Откидная крышка 6 через рычаг 8 удерживается в закрытом положении за счет узла 9 крепления звена 15, реагирующего на аварийную ситуацию. Для полной герметизации клапана используется мембрана 5 из алюминиевой фольги или из полимерного материала. Под действием давления в защищаемом аппарате мембрана прижимается к крышке, и таким образом через рычаг 8 все усилие от давления передается на шарнир рычага и узел 9. Сама же мембрана при этом оказывается практически полностью разгруженной и на давление срабатывания клапана существенного влияния не оказывает. В этом смысле мембрана не является расчетным элементом конструкции взрывного клапана (не является «слабым звеном» системы безопасности).
Если в защищаемом аппарате 1 происходят технологические процессы при высоких температурах, то для тепловой защиты мембраны 5 и других деталей клапана предусмотрены два уровня теплоизоляции. Первый из них представляет собой грузовой затвор 2, футерованный огнеупорным материалом, а второй - минеральную вату, асбестовую крошку или другой термостойкий пористый материал 4, уложенный в корзину из металлических прутьев или полос. Для получения наибольшей эффективности взврывозащиты производственного оборудования взрывозащитный клапан имеет параметры, которые находятся в следующих оптимальных интервалах величин: c=P/Dy=2,5÷3,0,
где Dy - диаметр верхней цилиндрической части корпуса клапана, равный максимальному размеру отверстия корпуса 1 защищаемого объекта; H - высота клапана в сборе.
Способ взрывозащиты с системой предупреждения аварийной ситуации осуществляют следующим образом.
Между верхней цилиндрической частью корпуса клапана, установленного на взрывоопасном объекте, и рычагом крышки клапана размещают узел 9, крепления звена 15, реагирующего на аварийную ситуацию. Звено, реагирующее на аварийную ситуацию, выполняют в виде индикатора безопасности, например в виде датчика 22, реагирующего на деформацию, выход которого соединяют со входом усилителя 23 сигнала датчика, а выход с усилителя 23 сигнала датчика 22 соединяют со входом устройства оповещения 24 об аварийной ситуации.
Взрывозащитное устройство с индикатором безопасности на разрывном элементе работает следующим образом.
Давление в защищаемом аппарате воздействует на крышку 6, так как затвор 2 перекрывает входное отверстие негерметично, и при быстром повышении давления он может приподниматься, а теплоизоляционный слой 4 порист.
При срабатывании клапана крышка 6 отбрасывается до упора в отбойники 7, засыпка 2 и теплоизоляционный элемент 4 потоком газа выбрасываются из полости клапана.
При этом срабатывает индикатор безопасности 22 в виде датчика, реагирующего на деформацию разрыва, например тензорезистора, сигнал с которого поступает на усилитель 23 сигнала, а затем на устройство оповещения 24 об аварийной ситуации.
В случае когда повышение давления в объекте незначительное, то крышка 6 все равно приподнимается, но уже без выброса потоком газа засыпки 2 и теплоизоляционного элемента 4, т.е. возникает предаварийная ситуация, то индикатор безопасности 22 срабатывает, и устройство оповещения 24 сигнализирует обслуживающему персоналу о нарушении технологического процесса и необходимости принятия предупреждающих аварию мер.
После окончания сброса газов затвор и крышка опускаются вниз и закрывают сбросное отверстие клапана. При этом герметичность клапана полностью не восстанавливается, однако интенсивный подсос воздуха из атмосферы в полость защищаемого аппарата, который может вызвать вторичный взрыв в оборудовании, исключается.
После срабатывания клапана и устранения причин, вызвавших взрыв в оборудовании, клапан должен быть восстановлен, т.е. необходимо в корзину уложить теплоизоляционный слой.
Способ взрывозащиты с системой предупреждения аварийной ситуации может быть применен для химической, машиностроительной и других смежных отраслей промышленности, продукты которых и ценны и исключительно вредны для окружающей среды, при этом условие полной герметичности следует рассматривать как приоритетное, в значительной мере определяющее область возможного их применения.