СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОБЪЕКТА ОТ ВЗРЫВНОЙ УДАРНОЙ ВОЛНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF FACILITY PROTECTION AGAINST EXPLOSIVE IMPACT WAVE AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к технике защиты объектов от взрывных ударных волн в воздушной среде и может быть использовано для отведения и частичного гашения взрывной волны, образованной при возможных аварийных ситуациях на потенциально опасных производственных объектах, например в нефтепереработке для защиты наиболее дорогостоящего технологического блока или здания операторной с постоянным пребыванием людей.
Известен способ гашения воздушных ударных волн при взрывных работах, включающий размещение перед взрывом преград из газожидкостной среды, выполненных в виде водонепроницаемой оболочки, заполненной пустотелыми сферами или кусками пенопласта и водой (патент РФ №2030708, МПК F42D 5/045, опубл. 10.03.1995 г.).
Однако данный способ обладает ограниченными эксплуатационными возможностями и неприемлем для защиты от взрывной волны при аварийных ситуациях на производственных объектах, например в нефтепереработке.
Известен способ защиты конструкции от ударного воздействия взрывчатого вещества, включающий размещение между защищаемой конструкцией и взрывчатым веществом многослойной взрывозащитной панели, содержащей наружные слои из металла и внутренний слой, причем наружные слои выполнены из растянутой сетки, а внутренний слой - из воздухопроницаемого материала (патент РФ №2108434, МПК Е04Н 9/00, опубл. 10.04.1998 г.).
Недостатком способа является невысокая эффективность защиты объекта от действия ударной волны в связи с тем, что используемая в способе панель не обеспечивает рассеяние ударной волны, кроме того, она не пригодна для защиты объектов больших размеров.
Известно устройство для защиты объекта от взрывной ударной волны в виде многослойной взрывозащищенной панели, содержащей наружные металлические слои, выполненные из растянутой металлической сетки, и внутренний слой, выполненный из воздухопроницаемого материала (патент РФ №2108434, МПК Е04Н 9/00, опубл. 10.04.1998 г.).
Недостатком этой панели является невысокая эффективность защиты от действия ударной волны, поскольку она не обеспечивает рассеяние ударной волны, мало пригодна для защиты объектов значительных размеров. Кроме того, панель характеризуется сложностью изготовления, большим расходом материала.
Известно устройство для защиты объекта от ударной волны, включающее защитный экран, выполненный в виде пластины, имеющей несферическую кривизну, установленный внутренней стороной кривизны навстречу ударной волне, причем пластина размещена между фундаментом и неподвижно установленной на фундаменте опорной стеной, к которой обращена внешняя сторона пластины, закрепленная к ней подпружиненными подвижными элементами, например рядом пружин сжатия, а внешняя сторона пластины, обращенная к фундаменту, свободно опирается на подвижную опору, например трубу, размещенную на фундаменте (РФ №2326342, МПК F42D 5/045, опубл. 10.06.2008 г.).
Недостатком известного устройства является сложность и громоздкость конструкции, недостаточная эффективность защиты от действия ударной волны.
Задача изобретения - защита объекта от взрывной ударной волны путем установления на ее пути преграды.
Технический результат - повышение эффективности защиты за счет конструктивного выполнения преграды с экраном в виде набора пластин, обеспечивающем отведение направления ударной волны и уменьшение силы воздействия на преграду.
Поставленная задача решается способом защиты объекта от взрывной ударной волны, по которому размещают между защищаемым объектом и источником взрыва преграду в виде пластинчатой конструкции, содержащей четыре вертикальные стальные опоры, между которыми равномерно по высоте опор и параллельно друг другу закреплены стальные пластины, расположенные под углом α=30-80° к горизонту с шагом, определяемым из условия образования пластинами экрана в виде единой поверхности без пропусков и нахлестов, причем обеспечивают устойчивость преграды к изгибу путем установки на опорах подкосов с неподвижно-защемленными нижними концами и шарнирно или жестко закрепленными на опорах верхними концами.
Поставленная задача решается устройством для защиты объекта от взрывной ударной волны, выполненным в виде пластинчатой конструкции, содержащей четыре вертикальные стальные опоры, между которыми равномерно по высоте опор и параллельно друг другу закреплены под углом α=30-80° к горизонту стальные пластины с шагом, определяемым из условия образования пластинами экрана в виде единой поверхности без пропусков и нахлестов, а к опорам прикреплены подкосы, имеющие неподвижно-защемленные нижние концы и шарнирно или жестко закрепленные на опорах верхние концы.
Технический результат изобретения достигается благодаря следующему.
Размещение на пути движения взрывной ударной волны между защищаемым объектом и источником взрыва преграды предложенной конструкции с отражающим экраном в виде набора стальных пластин, расположенных под определенным углом к горизонту, позволяет, во-первых, отвести направление ударной волны выше защищаемого объекта, а во-вторых - сократить силу воздействия ударной волны на преграду. Нагрузка от ударной волны распределяется по пластинам и меняет направление воздействия в зависимости от угла их установки на опорах.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлено предлагаемое устройство для защиты объекта от взрывной ударной волны, фронтальный вид и вид сбоку.
Устройство содержит четыре вертикальные опоры 1, на которых закреплены ряд стальных пластин 2. Пластины расположены равномерно по высоте опор параллельно друг другу, и установлены под углом α к горизонту, образуя отражающий экран - преграду для взрывной ударной волны. К опорам прикреплены два подкоса 3, имеющие неподвижно-защемленные нижние концы и шарнирно или жестко закрепленные на опорах верхние концы. Подкосы предназначены для уменьшения изгибающего момента, действующего на опоры от взрывной ударной волны.
Согласно изобретению в конструкции преграды используются тонкие жесткие пластины призматической формы, у которых толщина не превышает 1/5 от размера основания, при этом наибольший прогиб платины не превышает 1/4 ее толщины. Указанные параметры пластин определяются расчетами в зависимости от размеров защищаемого объекта и места расположения преграды в пределах радиуса взрыва. Расчет осуществляют в соответствии с ГОСТ 12.3.047-98 «ССБТ. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля» и ПБ 09-170-97 «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств». В зависимости от значения избыточного давления определяют прочностные характеристики, выбирают материал пластин. Согласно определенному тротиловому эквиваленту, радиусу полного разрушения и размерам защищаемого объекта рассчитывают габариты всей конструкции, угол и шаг установки пластин на опорах, их количество. При этом необходимым условием является, чтобы нижний край предыдущей и верхний край следующей пластины находились в одной горизонтальной плоскости. Это обеспечит расположение пластин без пропусков и нахлестов.
Угол установки пластин α=30-80° выбирается таким образом, чтобы отклонить направление взрывной ударной волны выше защищаемого объекта, а также уменьшить нагрузку, действующую на пластины. При малых углах установки пластин (α<30°) необходимо большое расстояние между объектом защиты и преградой. При больших углах установки пластин (α>80°) требуется прочный, а следовательно дорогой материал всей конструкции.
Вертикальные опоры 1 и подкосы 3 представляют собой металлические стержни круглого сечения. Опоры устанавливаются на фундаменте с жестко-неподвижным защемлением. Способ крепления подкоса у опоры в узловой точке может быть как жестким, так и шарнирным. Нижний конец подкоса выполняется неподвижно-защемленным.
Способ защиты объекта от взрывной ударной волны с помощью представленного устройства реализуют следующим образом.
Преграду в виде описанной пластинчатой конструкции располагают между защищаемым объектом и очагом взрыва. Оптимальное место расположения и конструкционный материал выбираются по приемлемым геометрическим размерам и прочностным характеристикам преграды, при этом чем ближе преграда располагается к центру от взрыва, тем меньше размеры преграды, но более прочный материал, и наоборот, чем дальше от центра взрыва, тем больше размеры преграды, но менее прочный материал.
Ударная волна, приближаясь к преграде, дробится за счет множества пластин, установленных под углом, теряя силу воздействия, и отклоняется от своего направления на определенную высоту, превышающую высоту защищаемого объекта. Ударная волна теряет свою энергию и меняет направление вектора силы выше защищаемого объекта.
Пример.
3
Произведен расчет аварийной ситуации в связи со взрывом емкости с нефтепродуктом длиной 5,35 м, диаметром 2 м и объемом 16 м. Радиус взрыва полного разрушения составляет 44 м. На расстоянии 42 м от данного взрывоопасного объекта находится объект защиты - ректификационная колонна высотой 52,5 м. Для защиты данного объекта используется устройство согласно заявленному изобретению. В результате расчета конструктивных параметров получены следующие данные: высота преграды - 10,114 м, пластины длиной 2,864 м, шириной 0,477 м и толщиной 0,079 м, угол наклона пластин - 55,1°, шаг расположения пластин - 0,391 м, количество пластин - 21 шт., подкосы под углом 45° длиной 7,151 м. Опоры и подкосы приняты круглым сечением диаметром, равным толщине пластин. Выбраны конструкционный материал пластин, опор и подкосов с учетом напряжений в узле - сталь марки Ст.12ХН2 Ц-М59. Определено оптимальное место расположения устройства для защиты от взрывной ударной волны - 7 м от геометрического центра взрыва.
Таким образом, предложенное изобретение позволяет повысить эффективность защиты объекта от взрывной ударной волны.