Наполнитель для емкостей хранения и транспортировки сжиженных газов

Техническое решение относится к области хранения и транспортировки взрывоопасных или потенциально взрывоопасных горючих веществ, например топлива, находящихся в сжиженном или газообразном состоянии.
Известен (GB, патент 2028129, опубл. 05.03.1980) наполнитель для контейнера, предотвращающий взрыв и состоящий из фрагментов просеченной и растянутой фольги, свернутой в различные объемные геометрические тела, такие как рулоны и шары.
Так же известен наполнитель (ЕР, патент 0256239, опубл. 10.06.1987), сформированный из фрагментов сетки, изготовленной из алюминия или алюминиевого сплава
Известен (SU, авторское свидетельство 1449031, опубл. 30.12.1988) наполнитель для предотвращения детонации резервуаров, наполненных, предпочтительно, бензином, выполненный в виде полых шаров из металла, причем шары выполнены из алюминиевой фольги, имеющей прорези, растянутые в поперечном направлении, при этом края прорезей на поверхности шаров сжаты и образуют гладкую поверхность, а внутри расходятся с образованием шероховатой поверхности
2
Также известен (RU, патент 31569, 20.08.2003) наполнитель для взрывоопасного резервуара, состоящий из объемных тел, при этом удельная поверхность наполнителя составляет величину от 0,01 до 40 м
пл
Недостатком всех указанных выше технических решений является то, что наполнитель выполнен из алюминиевой фольги, полученной методом холодной прокатки и находящейся в наклепанном состоянии, которая при температурах свыше 0,3 температуры плавления (0,3 T) теряет свои упругие свойства, вследствие чего материал становиться хрупким (может крошиться), а наполнитель дает усадку (то есть сжимается, теряет первоначальную форму), что приводит к образованию в емкости с горючим веществом полостей, не заполненных наполнителем, и что, в свою очередь приводит к повышению взрывоопасности емкости.
Известна (RU 2125959 С1, опубл. 02.10.1999)система для резервуара в виде матрицы, связывающей залитую в резервуар жидкость, предотвращая ее выливание, а также возможность возгорания или взрыва. Это изобретение решает задачу предотвращения разлива агрессивных жидкостей при аварийных повреждениях емкостей, но не решает задачу предотвращения взрыва. Адсорбирующая жидкость матрица выполняется из полимерного материала (типа губка), который не способен отводить тепло и препятствовать, таким образом, возникновению опасных перегретых зон в жидкости. В результате возникновения таких зон опасность взрыва сохраняется.
Известен (US, заявка 2008/0305299, опубл. 11.12, 2008) наполнитель, который изготовлен из структурированного специальной перфорацией и растянутого листа (полосы или ленты) металлической фольги, в том числе из алюминиевых сплавов. Как и в предшествующих изобретениях, для изготовления указанного наполнителя применяется листовой материал, пластически деформированный в холодном состоянии, то есть в состоянии наклепа, с тем, чтобы за счет упругой отдачи обеспечить плотное прилегание наполнителя к внутренним стенкам емкости, после ее заполнения. При этом декларируется, что наполнитель обладает сопротивлением к сжатию (усадкой) на величину не более 10% начального объема. Это утверждение может быть верно только при нормальной температуре окружающей среды и нормальной температуре наполнителя, без подвергания емкости с наполнителем тряске, вибрациям и тому подобным циклическим воздействиям.
пл
Однако, как, показывает практика, добиться декларируемых авторами патента показателей усадки наполнителя не удается. Во-первых, при загрузке наполнителя в емкость никогда не удается добиться идеальной плотности, поэтому образуются полости свободные от наполнителя. Кроме того, при транспортировке емкости от вибраций или от циклических гидравлических нагрузок при разгонах и торможениях происходит усадка наполнителя за счет более плотной упаковки (аналогично тому, как хаотично засыпанные в емкость геометрические тела (любой формы), после тряски более плотно прилегают друг к другу или как песок уплотняется после полива водой) и полости увеличиваются. А так же под действием указанных циклических нагрузок происходит обламывание частей наклепанного материала наполнителя, что также приводит к его усадке. Во-вторых, материал, полученный холодной прокаткой, подвержен усадке, вызываемой эффектом ползучести при внешних воздействиях, таких как различного рода излучения, в том числе тепловое, поэтому усадка наполнителя может происходить уже при начале горения емкости с горючей жидкостью за счет повышения внешней температуры. В-третьих, известно, чем больше степень деформации металла (наклеп), тем легче и при более низких температурах протекает процесс рекристаллизации (Шмит-Томас К.Г. Металловедение для машиностроения. Справочник, М., Металлургия, 1995 и Лахтин Ю.М. Основы металловедения. М., Металлургия, 1988). Для пластически деформированных и наклепанных металлов температура начала рекристаллизационных процессов не превышает 0,3 температуры плавления (0,3 Т). Температура плавления алюминиевых сплавов лежит в пределах примерно 570…660°С, соответственно температура рекристаллизации составляет порядка 170…200°С. С началом процесса рекристаллизации резко снижаются упругие характеристики и предел текучести металла, облегчая процесс его пластического деформирования (А.П. Смирягин и др. Промышленные цветные металлы и сплавы. Справочник., М., Металлургия, 1974), что приводит к увеличению усадки наполнителя. В соответствии с вышесказанным, температура около 200°С является пограничной для алюминиевых сплавов, свыше которой процессы рекристаллизации в металле резко ускоряются. В результате вышеописанных процессов и усадки в емкости с горючим веществом появляются не заполненные наполнителем полости, размер которых может составлять более 10% от объема емкости, что при возгораниях или других инцидентах приводит к развитию сценария B.L.E.V.E., детонации и взрыву.
Техническая проблема, решаемая путем разработки настоящего устройства, состоит в создании наполнителя, лишенного выше указанных недостатков.
Технический результат, получаемый в результате реализации разработанного устройства, состоит в повышении взрывобезопасности емкостей, предназначенных для хранения и транспортировки сжатых горючих газов (углеводородов).
-12
-2
3
-12
-2
3
Для достижения указанного технического результата предложно использовать разработанный наполнительдля емкостей хранения и транспортировки сжиженных газов. Разработанный наполнитель представляет собой, по меньшей мере, один элемент с объемом отдельных пустот от 10 до 10 дм, выполненный из химически инертного по отношению сжиженному газу материала. Элемент может быть выполнен из любого вещества, отвечающего вышеуказанным условиям (латунь, бронза, сталь, алюминиевый сплав, полимер). Он может быть выполнен из фольги или нитей, в том числе и смеси нитей из различных материалов. В процессе эксплуатации наполнителя объем отдельных пустот может меняться без нарушения общего требования (объем отдельных пустот от 10 до 10 дм).
В некоторых вариантах реализации наполнитель может быть выполнен из нагартованной алюминиевой фольги.
В некоторых вариантах реализации наполнитель может быть из полимерной пленки или волокон.
В некоторых вариантах реализации наполнитель может быть выполнен из полиэфирных или полистирольных волокон.
Наполнитель может быть выполнен в форме шара, неплотного рулона пленки, неплотного рулона сетки или неплотного комка материала (этот вариант предпочтителен в случае выполнения наполнителя из волокон).
Ниже приведены принципы работы наполнителя.
При механическом повреждении стенки баллона с образованием сквозного отверстия, в которое под действием перепада давления (в баллоне и атмосфере) устремляется сжатый газ, наполнитель, под действием сжатого газа стремится выскочить из отверстия в стенке баллона, при этом закрывая отверстие. Указанная характеристика (временное сопротивление разрыву не менее 50 МПа) обеспечивает механическую прочность «пластыря» в отверстии, а указанный объем пустот обеспечивает необходимую подвижность наполнителя.
При локальном нагреве баллона, наполнитель перераспределяет тепло из точки нагрева на весь объем баллона, при этом также поглощая тепловую энергию в объеме собственной теплоемкости. Все это суммарно замедляет процесс образования ослабленной зоны при локальном нагреве, тем самым оттягивая момент взрывного разрушения баллона и обеспечивая возможность для стравливания избыточного давления через предохранительный клапан.