ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ВЗРЫВОБЕЗОПАСНЫЙ КОНТЕЙНЕР
VEHICLE-PROCESS EXPLOSION-PROOF CONTAINER

Изобретение относится к области хранения и транспортировки взрывчатых веществ (ВВ) и взрывоопасных, легковоспламеняющихся жидких грузов.
Известен контейнер для транспортировки, хранения и смешивания взрывчатых веществ. Он выполнен в виде жесткого прямоугольного металлического корпуса из нержавеющей стали, сверху которого имеется загрузочный люк, а сбоку - выгрузочное отверстие с герметически закрываемой крышкой. Боковые и задние стенки контейнера имеют предохранительные элементы (мембраны). Общая поверхность полипропиленовых мембран составляет до 40% от всей поверхности аппарата (патент РФ №2327622 - прототип).
Недостатком известного контейнера является то, что он не может быть использован для перевозки и хранения взрывоопасных жидких грузов, потому что предохранительные элементы не имеют индикатора безопасности для предотвращения чрезвычайной взрывной ситуации.
Технически достижимый результат - повышение взрывобезопасности контейнера при перевозке и хранении взрывоопасных, легковоспламеняющихся жидких грузов, а также взрывчатых веществ (ВВ).
Это достигается тем, что в транспортно-технологическом взрывобезопасном контейнере, включающим в себя емкость в виде металлического сосуда с узлами заполнения и опорожнения, сосуд выполнен в виде вертикального цилиндрического корпуса с эллиптической крышкой и коническим днищем, защитной корзиной из труб, при этом емкость выполнена из алюминия с пределом текучести не более 155 МПа, при этом соотношение толщины стенок емкости, к внутреннему диаметру цилиндрической части составляет 0,003…0,004, а угол конуса днища составляет около 90°, а места крепления защитной корзины расположены на цилиндрическом корпусе, дополнительно предусмотрено взрывозащитное устройство с индикатором безопасности на разрывном элементе, монтируемое в люке эллиптической крышки контейнера и содержащее корпус клапана, теплоизолирующий и разрывной элементы, футерованный грузовой затвор, перекрывающий отверстие в корпусе защищаемого объекта, а в верхней цилиндрической части корпуса клапана размещен теплоизоляционный элемент и герметизирующая мембрана, прижимаемая к корпусу клапана посредством крышки, шарнирно соединенной с рычагом, взаимодействующим с отбойником, а узел крепления разрывного элемента крепится своей верхней частью на рычаге, а нижней - к верхней цилиндрической части корпуса клапана, а разрывной элемент состоит из проволоки, стопорного болта, вилки, рычага крышки клапана, гайки, двух барабанов, расположенных соответственно в вилке рычага крышки клапана, и в вилке верхней цилиндрической части корпуса клапана, при этом концы проволоки вставляются в отверстия барабанов и затем наматываются на них, а зазор h между вилками составляет порядка (1,5÷3) от диаметра проволоки, а параметры клапана находятся в следующих оптимальных интервалах величин: с=H/Dy=2,5÷3,0, где Dy - диаметр верхней цилиндрической части корпуса клапана, равный максимальному размеру отверстия корпуса защищаемого объекта; H - высота клапана в сборе, при этом на проволоке разрывного элемента закреплен индикатор безопасности в виде датчика, реагирующего на деформацию, например тензорезистора, выход которого соединен с усилителем сигнала, например тензоусилителем, а выход тензоусилителя соединен со входом устройства оповещения об аварийной ситуации, а проволока разрывного элемента, на которой закреплен датчик индикатора безопасности, выполнена упругой и имеет несколько витков в части, соединенной с датчиком индикатора безопасности.
Транспортно-технологический взрывобезопасный контейнер (фиг. 1) состоит из емкости 1 в виде вертикального цилиндрического сосуда с конусным днищем 2, имеющим угол при вершине 90°, и эллиптической крышкой 3, люка 4, корзины (рамы) 5 и выгрузочного устройства 6. Емкость контейнера - сварная и выполнена из алюминия с пределом текучести не более 155 МПа. Корзина 5 является опорной и защитной. Она имеет вертикальные стойки 9 с упругими опорами 10 и объединяющие их кольца 8 из труб. Вертикальные стойки закреплены на цилиндрическом корпусе вертикального сосуда. Для операций загрузки и выгрузки емкости 1 на эллиптической крышке 3 с люком 4 закреплены транспортировочные элементы 7, например, в виде рым-болтов.
После загрузки жидких ВВ люк 4 закрывается, контейнер пломбируется и грузится в транспортное средство. После доставки на место разгрузки контейнер опорожняется, моется и направляется на дальнейшее использование. Во время транспортировки, а также на других технологических операциях, возможно возникновение внутри контейнера нерегламентной ситуации (например, загорания или даже взрыва), сопровождающейся нарастанием давления и возможным переходом горения в детонацию. Аварийная разгерметизация контейнера при этом происходит срывом (разрушением) именно эллиптической крышки, поскольку именно она является наименее прочным элементом в конструкции контейнера - цилиндрическая и коническая части контейнера за счет своей формы и наличия примыкающих к ним узлов контейнера обладают большей жесткостью и прочностью.
Контейнер дополнительно снабжен взрывозащитным устройством с индикатором безопасности на разрывном элементе, монтируемым в люке 4 эллиптической крышки 3 контейнера. При этом волна давления уходит вверх, а не вбок, как в прототипе, и не наносит большого ущерба ограждающим конструкциям. Таким образом, зона выброса локализуется над контейнером, уменьшая тем самым разбрызгивание жидкого ВВ по сторонам. Разгерметизация и падение давления препятствуют переходу горения в детонацию (взрыв). Эллипсность крышки и конусность дна с углом около 90° способствуют формированию направленной вверх волны, а исполнение емкости из относительно мягкого алюминия с пределом текучести не более 155 МПа сглаживает перепады давления внутри емкости. При соотношении толщины стенок емкости к внутреннему диаметру цилиндрической части менее 0,003 емкость недостаточно прочна, зона разрушения непредсказуема, а при соотношении более 0,004 конструкция емкости по прочностным характеристикам технически и экономически избыточна. Использование емкости именно такой формы и исполнения наиболее целесообразно для жидких ВВ, особенно содержащих алюминий.
Наличие защитной корзины повышает безопасность функционирования контейнера на перегрузочных операциях.
Взрывозащитное устройство с индикатором безопасности на разрывном элементе устанавливается в корпусе люка 4 эллиптической крышки 3 контейнера (фиг. 2) и содержит футерованный грузовой затвор, выполненный в виде двух слоев: слоя футеровки 20, перекрывающей отверстие диаметром Dy в корпусе 11 защищаемого объекта, и насыпного грузового слоя 12 в виде щебня, гравия или песка. Корпус клапана 13 выполнен в виде нижней конической и верхней цилиндрической части, в которой размещен теплоизоляционный элемент 14 и герметизирующая мембрана 15, прижимаемая к корпусу клапана посредством крышки 6, шарнирно соединенной с рычагом 18, взаимодействующим с отбойником 17.
Узел 19 крепления разрывного элемента (фиг. 3) в виде проволоки закреплен своей верхней частью на рычаге 18, а нижней - к верхней цилиндрической части корпуса 13 клапана. Узел крепления разрывного элемента состоит из проволоки 26, стопорного болта 21, вилки 22, рычага 23 крышки клапана, гайки 24, и двух барабанов 25, расположенных соответственно в вилке 22 рычага 23 крышки клапана, и в вилке верхней цилиндрической части корпуса 13 клапана. Концы проволоки 26 вставляются в отверстия барабанов 25 и затем наматываются на них при их вращении обычным гаечным ключом. После достаточного натяжения проволоки барабаны 25 фиксируются стопорными болтами 21.
На проволоке 26, в ее средней (на чертеже не показано, т.е. как в прототипе), свободной от крепежа части, закреплен индикатор безопасности 27 в виде датчика, реагирующего на деформацию, например тензорезистора (тензодатчика), выход которого соединен с усилителем сигнала, например тензоусилителем 28, а выход тензоусилителя 28 соединен со входом устройства оповещения 29 об аварийной ситуации.
Возможен вариант выполнения проволоки (фиг. 3) разрывного элемента, на которой закреплен датчик индикатора безопасности, упругой и имеющей несколько витков в части, соединенной с датчиком индикатора безопасности.
Важно заметить, что давление срабатывания клапана зависит только от прочности проволоки 26 и не зависит от силы ее натяжения. Чтобы срабатыванию клапана не предшествовали большие пластические деформации проволоки, ее длина, а следовательно, и зазор h должны быть минимальными. Зазор h должен быть порядка (1,5÷3)d, где d - диаметр проволоки. Чтобы крепление концов проволоки было надежным и не допускало их вытягивания из отверстий в барабане, на него должно быть намотано не менее трех витков. Откидная крышка 16 через рычаг 18 удерживается в закрытом положении при разрывном элементе 19, роль которого выполняет проволока калиброванного сечения. Для полной герметизации клапана используется мембрана 15 из алюминиевой фольги или из полимерного материала. Под действием давления в защищаемом аппарате мембрана прижимается к крышке и таким образом через рычаг 18 все усилие от давления передается на шарнир рычага и разрывную проволоку 19. Сама же мембрана при этом оказывается практически полностью разгруженной и на давление срабатывания клапана (разрыв проволоки 19) существенного влияния не оказывает. В этом смысле мембрана не является расчетным элементом конструкции взрывного клапана.
Если в защищаемой цистерне происходят процессы при высоких температурах, то для тепловой защиты мембраны 15 и других деталей клапана предусмотрены два уровня теплоизоляции. Первый из них представляет собой грузовой затвор 12, футерованный огнеупорным материалом, а второй - минеральную вату, асбестовую крошку или другой термостойкий пористый материал 14, 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: с=H/Dy=2,5÷3,0,
где Dy - диаметр верхней цилиндрической части корпуса клапана, равный максимальному размеру отверстия корпуса 1 защищаемого объекта; Н - высота клапана в сборе.
Взрывозащитное устройство с индикатором безопасности на разрывном элементе работает следующим образом.
Давление в защищаемой цистерне воздействует на крышку 16, так как затвор 12 перекрывает входное отверстие негерметично и при быстром повышении давления он может приподниматься, а теплоизоляционный слой 14 порист.
При срабатывании клапана крышка 16 отбрасывается до упора в отбойники 17, засыпка 1 2 и теплоизоляционный элемент 14 потоком газа выбрасываются из полости клапана. При этом срабатывает индикатор безопасности 27 в виде датчика, реагирующего на деформацию разрыва, например тензорезистора, сигнал с которого поступает на усилитель 28 сигнала, а затем на устройство оповещения 29 об аварийной ситуации.
В случае, когда повышение давления в объекте незначительное, то крышка 16 все равно приподнимается, но уже без выброса потоком газа засыпки 12 и теплоизоляционного элемента 14, т.е. возникает предаварийная ситуация, то индикатор безопасности 27 срабатывает и устройство оповещения 29 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.