СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЗРЫВОЗАЩИТЫ С СИСТЕМОЙ ОПОВЕЩЕНИЯ О ВОЗНИКНОВЕНИИ ЧРЕЗВЫЧАЙНОЙ СИТУАЦИИ
METHOD OF DETERMINING THE EFFECTIVENESS OF EXPLOSIVE PROTECTION WITH THE ALERT SYSTEM OF THE EMERGENCY SITUATION

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для взрывозащиты технологического оборудования с системой оповещения чрезвычайной ситуации (ЧС).
Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является способ определения эффективности взрывозащитного устройства патенту РФ №2548256, F16D 3/04, (прототип), в испытательном боксе устанавливают макет взрывоопасного объекта, а по его внутреннему и внешнему периметрам устанавливают видеокамеры, при этом видеокамеры выполняют во взрывозащитном исполнении, а выходы с видеокамер через внутреннюю полость проставок соединяют с блоком, посредством которого производят запись и регистрацию протекающих процессов изменения технологических параметров в макете, после чего регистрируют посредством системы анализаторов записанных осциллограмм протекающих процессов изменения технологических параметров в макете взрывоопасного объекта, а в потолочной части макета выполняют проем, который закрывают взрывозащитным элементом, установленным по свободной посадке на трех упругих штырях, один конец каждого из которых жестко фиксируют в потолке макета, а на втором крепят горизонтальную перекладину, между взрывным осколочным элементом и проемом, устанавливают трехкоординатный датчик давления во взрывозащитном исполнении, выход которого соединяют со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры, а по обе стороны от датчика давления располагают датчики температуры и влажности, контролирующие термовлажностный режим в макете, выходы которых также соединяют со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры, а внутренние и внешние поверхности ограждений макета обклеивают тензодатчиками, выходы которых также соединяют со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры, после обработки полученных экспериментальных данных формируют информационную базу данных о развитии чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте, и составляют математическую модель, прогнозирующую предотвращение чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте.
Недостатком известного решения является сравнительно невысокая надежность срабатывания разрывной мембраны.
Технический результат - повышение эффективности защиты технологического оборудования от взрывов путем увеличения быстродействия и надежности срабатывания разрывных элементов.
Это достигается тем, что в способе взрывозащиты с системой оповещения о возникновении чрезвычайной ситуации, заключающемся в том, что используют систему мониторинга с обработкой полученной информации, в испытательном боксе устанавливают макет взрывоопасного объекта, а по его внутреннему и внешнему периметрам устанавливают видеокамеры, при этом видеокамеры выполняют во взрывозащитном исполнении, а выходы с видеокамер через внутреннюю полость проставок соединяют с блоком, посредством которого производят запись и регистрацию протекающих процессов изменения технологических параметров в макете, после чего регистрируют посредством системы анализаторов записанных осциллограмм протекающих процессов изменения технологических параметров в макете взрывоопасного объекта, а в потолочной части макета выполняют проем, который закрывают взрывозащитным элементом, установленным по свободной посадке на трех упругих штырях, один конец каждого из которых жестко фиксируют в потолке макета, а на втором крепят горизонтальную перекладину, между взрывным осколочным элементом и проемом устанавливают трехкоординатный датчик давления во взрывозащитном исполнении, выход которого соединяют со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры, а по обе стороны от датчика давления располагают датчики температуры и влажности, контролирующие термовлажностный режим в макете, выходы которых также соединяют со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры, а внутренние и внешние поверхности ограждений макета обклеивают тензодатчиками, выходы которых также соединяют со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры, после обработки полученных экспериментальных данных формируют информационную базу данных о развитии чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте и составляют математическую модель, прогнозирующую предотвращение чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте, в макете устанавливают набор взрывных осколочных элементов, состоящий, по крайней мере, из двух взрывных осколочных элементов, соответственно с инициаторами взрыва, при этом испытания начинают с взрывного осколочного элемента, меньшего по тротиловому эквиваленту, по сравнению с последующими, причем устанавливают дополнительные видеокамеры видеонаблюдения, выполненные во взрывозащитном исполнении, и проводят дополнительную оценку эффективности взрывозащитного исполнения взрывных осколочных элементов, и определяют посредством компьютерного моделирования масштабы чрезвычайной ситуации при взрывах на объектах по хранению взрывных осколочных элементов, при этом на элементах слабого звена в системе безопасности ЧС, например взрывозащитного элемента, на опорных стержнях которой установлены втулки из быстроразрушающегося материала, например стекла типа «триплекс», устанавливают систему оповещения о чрезвычайной ситуации, при этом между металлическим каркасом с бронированной металлической обшивкой и верхней частью покрытия взрывоопасного объекта у проема, предназначенного для сбрасывания избыточного давления, закрепляют индикатор безопасности, выполняющий функции слабого звена в системе безопасности взрывоопасного объекта, реагирующего на возникновение аварийной ситуации, который выполняют в виде датчика, реагирующего на деформацию, например тензорезистора, выход которого соединяют с усилителем сигнала, например тензоусилителем, а выход тензоусилителя соединяют со входом устройства системы оповещения об аварийной ситуации.
На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства для реализации способа, на фиг. 2 - схема взрывозащитного элемента 16 со встроенным индикатором безопасности, на фиг. 3 - схема взрывозащитного элемента в виде противовзрывной панели.
Устройство для реализации способа взрывозащиты с системой оповещения о возникновении чрезвычайной ситуации содержит макет 1 взрывоопасного объекта, с установленным в нем взрывным осколочным элементом 14 с инициатором взрыва 13, защитный чехол 2 и поддон 3, при этом чехол с поддоном представляют собой единую замкнутую конструкцию, образованную вокруг макета 1 взрывоопасного объекта, размещенного в испытательном боксе 8. Кроме того, макет 1 оборудован транспортной 6 и подвесной 5 системами, а защитный чехол 2 выполнен многослойным и состоящим из обращенного внутрь к макету 1 алюминиевого слоя, затем резинового и перкалевого слоев. Подвесная система состоит из комплекта скоб и растяжек 5, размещенных на защитном чехле, а также необходимого количества анкерных крюков (петель) в потолке, стенах и полу испытательного бокса 8. Транспортная система 6 предназначена для удаления разрушенного макета 1 после проведения испытаний из испытательного бокса 8 вместе с защитным чехлом 2.
Транспортная система представляет собой тележку с дышлом. На раме тележки крепятся проставки, на которые устанавливаются и крепятся поддон и макет 1. Внутри макета 1 взрывоопасного объекта, по его внутреннему и внешнему периметрам, установлены видеокамеры 7 и 4 видеонаблюдения за процессом развития ЧС, смоделированной посредством взрывного осколочного элемента 14 с инициатором взрыва 13, причем видеокамеры 4 и 7 выполнены во взрывозащитном исполнении, а выходы с видеокамер через внутреннюю полость проставок 10 соединены с блоком 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры, выход которого соединен с блоком анализаторов 18 записанных осциллограмм протекающих процессов изменения технологических параметров в макете 1 взрывоопасного объекта. В потолочной части макета 1 выполнен проем 15, который закрыт взрывозащитным элементом 16, установленным по свободной посадке на трех упругих штырях 19, один конец каждого из которых жестко вмонтирован в потолок макета 1, а на втором имеется горизонтальная перекладина. Между взрывным осколочным элементом 14 и проемом 15, выполненным в потолочной части макета 1 и закрытым взрывозащитным элементом 16, по фронту движения взрывной волны установлен трехкоординатный датчик давления 9 во взрывозащитном исполнении, выход которого соединен со входом блока 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры. По обе стороны от датчика давления 9 расположены датчики температуры 20 и влажности 21, контролирующие термовлажностный режим в макете 1, выходы которых также соединены со входом блока 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры. Внутренние поверхности ограждений макета 1 обклеены тензодатчиками 12 (тензорезисторами), а внешние - тензодатчиками 11, выходы которых также соединены со входом блока 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры. Устройство монтируется следующим образом: поддон 3 с помощью проставок 10 и болтов (на чертеже не показано) крепится к опорным лапам (на чертеже не показано) макета 1, а также через проставки (на чертеже не показано) крепится болтовым соединением на раму транспортной системы 6. Защитный чехол 2 после предварительной примерки и отладки подвесной системы 5 подвязывается к потолку испытательного бокса 8 над макетом 1, поддоном 3 и транспортной системой 6. После проведения подготовительных к подрыву операций с макетом 1 и взрывным осколочным элементом 14 с инициатором взрыва 13, выведения и герметизации коммуникаций и подсоединения соответствующих электрических цепей чехол монтируется вокруг макетом 1, герметично соединяется с поддоном и растягивается с помощью подвесной системы, образуя замкнутое герметичное пространство (объем) вокруг макета 1.
В макете 1 устанавливают набор взрывных осколочных элементов 14, состоящий, по крайней мере, из двух взрывных осколочных элементов, соединенных соответственно с инициаторами взрыва 13, при этом испытания начинают с взрывного осколочного элемента, меньшего по тротиловому эквиваленту, по сравнению с последующими, при этом устанавливают дополнительные видеокамеры видеонаблюдения, выполненные во взрывозащитном исполнении, и проводят дополнительную оценку эффективности взрывозащитного исполнения взрывных осколочных элементов, и определяют при этом посредством компьютерного моделирования масштабы чрезвычайной ситуации при взрывах на объектах по хранению взрывных осколочных элементов.
Возможен вариант выполнения взрывозащитного элемента 16 (фиг. 2), который устанавливают в потолочной части макета 1, где выполнен проем 15, который закрыт этим взрывозащитным элементом 16, установленным по свободной посадке на трех упругих штырях 19 с листами-упорами 25, один конец каждого из которых жестко вмонтирован в потолок макета 1, а на втором установлен дополнительный элемент 27, выполненный из эластомера, например полиуретана. Дополнительные элементы 27 могут быть выполнены комбинированными (на чертеже не показано), например упругодемпфирующими в виде упругого элемента, например пружины, заполненной полиуретаном. Между дополнительными элементами 10 и металлическим каркасом с бронированной металлической обшивкой 16 на опорных стержнях 19 установлены втулки 26 из быстроразрушающегося материала, например стекла типа «триплекс».
Возможен вариант выполнения взрывозащитного элемента 16 (фиг. 3), который устанавливают в потолочной части макета 1, в виде противовзрывной панели, в верхней части которой на опорных стержнях 19 закреплена демпфирующая пластина 30, к которой оппозитно панели и в направлении ударной волны присоединено буферное устройство 31, выполненное в виде конуса, вершина которого находится на оси проема 15 защищаемого объекта.
Устройство для реализации способа взрывозащиты с системой оповещения о возникновении чрезвычайной ситуации работает следующим образом.
Встроенная система оповещения о чрезвычайной ситуации с индикатором безопасности состоит из узла крепления «слабого звена» в системе безопасности взрывоопасного объекта, реагирующего на возникновение аварийной ситуации, выполненного, например в виде индикатора безопасности 22, закрепленного между фланцами 28 и 29, которые жестко закреплены на верхней части бронированной металлической обшивки 16 (фланец 28) металлического каркаса взрывозащитного элемента, и в верхней части покрытия взрывоопасного объекта у проема 15 (фланец 29), предназначенного для сбрасывания избыточного давления. Индикатор безопасности 22 состоит из датчика, реагирующего на деформацию, например тензорезистора (тензодатчика), выход которого соединен с усилителем сигнала, например тензоусилителем 23, а выход тензоусилителя 23 соединен со входом системы оповещения 24 об аварийной ситуации.
Индикатор безопасности системы предупреждения аварийной ситуации работает следующим образом.
Звено, реагирующее на аварийную ситуацию, выполненное в виде датчика, закрепленного на разрывном элементе, например в виде шпильки с участком меньшего поперечного сечения, испытывает разрывную деформацию, сигнал которой поступает на вход усилителя 23, а выход с усилителя 23 соединяют со входом устройства оповещения 24 об аварийной ситуации.
При взрыве внутри производственного помещения (на чертеже не показано) происходит подъем панели от воздействия ударной волны и через открытый проем 15 сбрасывается избыточное давление. Сначала взрывозащитный элемент преодолевает сопротивление втулки 26 из стекла, а после ее разрушения - сопротивление дополнительных элементов, выполненных комбинированными, например упругодемпфирующими, в виде упругого элемента, например пружины, заполненной полиуретаном.
Способ взрывозащиты с системой оповещения о возникновении чрезвычайной ситуации осуществляют следующим образом.
В испытательном боксе 8 устанавливают макет 1 взрывоопасного объекта, а по его внутреннему и внешнему периметрам устанавливают видеокамеры 7 и 4 видеонаблюдения за процессом развития чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте, которую моделируют посредством установки в макете 1 взрывного осколочного элемента 14 с инициатором взрыва 13, при этом видеокамеры 4 и 7 выполняют во взрывозащитном исполнении, а выходы с видеокамер через внутреннюю полость проставок 10 соединяют с блоком 17, и производят запись и регистрацию протекающих процессов изменения технологических параметров в макете 1, после чего регистрируют посредством системы анализаторов 18 записанных осциллограмм протекающих процессов изменения технологических параметров в макете 1 взрывоопасного объекта. В потолочной части макета 1 выполняют проем 15, который закрывают взрывозащитным элементом 16, установленным по свободной посадке на трех упругих штырях 19, один конец каждого из которых жестко фиксируют в потолке макета 1, а на втором крепят горизонтальную перекладину. Между взрывным осколочным элементом 14 и проемом 15 устанавливают трехкоординатный датчик давления 9 во взрывозащитном исполнении, выход которого соединяют со входом блока 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры, а по обе стороны от датчика давления 9 располагают датчики температуры 20 и влажности 21, контролирующие термовлажностный режим в макете 1, выходы которых также соединяют со входом блока 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры. Внутренние поверхности ограждений макета 1 обклеивают тензодатчиками 12 (тензорезисторами), а внешние - тензодатчиками 11, выходы которых также соединяют со входом блока 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры, При этом испытания начинают с взрывного осколочного элемента, меньшего по тротиловому эквиваленту, по сравнению с последующими, при этом устанавливают дополнительные видеокамеры видеонаблюдения, выполненные во взрывозащитном исполнении, и проводят дополнительную оценку эффективности взрывозащитного исполнения взрывных осколочных элементов, и определяют при этом посредством компьютерного моделирования масштабы чрезвычайной ситуации при взрывах на объектах по хранению взрывных осколочных элементов. После обработки полученных экспериментальных данных составляют математическую модель, прогнозирующую аварии на взрывоопасном объекте.
Возможен вариант выполнения индикатора безопасности 22, состоящего из 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, которая связана с системой оповещения на производстве, где произошла авария, а также с космической системой «ГЛОНАСС» (на чертеже не показано) оповещения государственного органа, контролирующего устранение аварийной ситуации.
Возможен вариант, когда в качестве инициатора взрыва 13 взрывного осколочного элемента 14 моделируется взрыв газовоздушной смеси (утечка газа), при этом избыточное давление во фронте ударной волны определяется по формуле (1):
р
ф
где Δ - избыточное давление, кПа;
m
- масса горючего газа, кг;
Н
H
Т
T
3
- теплота сгорания, кДж/кг (=40⋅10 кДж/кг);
р
р
0
0
- начальное атмосферное давление, кПа (=101 кПа);
z
z
- доля участия взвешенного дисперсного продукта при взрыве (=0,5);
V
n
3
- объем помещения, м;
С
С
- теплоемкость воздуха, кДж/кг (=1,01 кДж/кг);
ρ
ρ
3
3
- плотность воздуха, кг/м (=1,29 кг/м);
Т
T
0
0
- температура в помещении, K (=300 K);
R
R
н
н
- коэффициент негерметичности помещения (=3).