Способ подавления взрыва в пыле-, газо- и пыле- газовоздушных средах и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к способу и средствам взрывозащиты и противопожарной технике, в особенности к предупреждению и подавлению взрыва пыле-, газо- и пылегазовоздушных смесей, образующихся в технологическом оборудовании и сооружениях на предприятиях по хранению и переработке зерна. Целью изобретения является создание высокоэффективного и надежного автоматического устройства взрывоподавления, способного остановить взрывные процессы в пыле-, газо- и пылегазовоздушных средах в самой начальной стадии их развития, характеризующейся воспламенением и нормальным горением смесей. Флегматизация взрывоопасной среды и ингибирование ее горения на ранней стадии позволяют предотвратить распространение взрывного процесса по коммуникациям и ограничить материальный ущерб выгоранием части продукта без разрушения аппарата, сооружения или помещения. Задача решается способом введения ингибирующего аэрозоля в защищаемый объем в промежуток времени между воспламенением среды и началом взрывного процесса со скоростью, превышающей скорость распространения пламени. Способ реализуется с помощью автоматического устройства, содержащего чувствительные датчики-индикаторы воспламенения и исполнительный элемент - взрывоподавитель, состоящий из корпуса с камерой сгорания, основного и лидирующего аэрозольгенерирующих зарядов, воспламенительной системы, выходной решетки с герметизирующей мембраной и соплового блока, обеспечивающих малую инерционность срабатывания и околозвуковую или сверхзвуковую скорость подачи ингибирующего аэрозоля в защищаемый объем. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу и средствам взрывозащиты и противопожарной технике.

Предлагаемый способ предназначен для подавления взрывов пыле-, газо- и пылегазовоздушных смесей путем флегматизации взрывоопасной среды и подавления первичных очагов ее воспламенения в замкнутых и частично открытых объемах различных аппаратов, оборудования и сооружений промышленного назначения.

Преимущественное назначение - пожаровзрывозащита технологического оборудования и сооружений на предприятиях по добыче, хранению и переработке сырья (угля, нефти, газа, зерна и др.) в химической, нефтеперерабатывающей, газовой, пищевой и ряда других отраслей промышленности.

Известен способ локализации взрыва пыле- или газовоздушных смесей путем предотвращения распространения продуктов взрывного горения (высокотемпературных газов и пламени) по коммуникациям, связывающим между собой взрывоопасное оборудование и сооружения, в объеме которых могут образовываться пыле- или газовоздушные взрывоопасные смеси (патент РФ №2111777, БИ №15 от 27.05.98 г.).

Однако в отличие от предлагаемого это способ борьбы не с самим процессом взрыва на ранних стадиях его развития, а с последствиями взрыва в виде распространяющихся по коммуникациям в сторону других взрывоопасных объемов горячих продуктов взрыва.

Известен более близкий по назначению способ, реализуемый системой автоматического подавления взрывов пылевоздушных смесей в химической промышленности, включающей в качестве исполнительных устройств гидропушки ГПФ-5, ГПФ-10, пламеподавители порошковые ПП-5, ПП-10, оросители типа АО и пламеотсекатели. В качестве взрыворегистрирующих датчиков используются индикатор взрыва ИВ-1 и сигнализатор пламени “Сириус”.

Принцип действия системы АСПВ “Щит” основан на быстром обнаружении очага воспламенения индикатором взрыва или сигнализатором пламени, подаче команды через блок управления БУ-2 на исполнительные устройства, впрыскивающие в полость аппарата огнетушащую жидкость или пламегасящий порошок.

Система АСПВ “Щит” имеет три основных недостатка.

Во-первых, исполнительные элементы, основанные на вытеснении поршнем огнетушащего вещества из распылителя, не могут обеспечить высоких скоростей истечения и заполнения взрывоопасного объема.

При скоростях истечения, близких к скорости распространения реакционного фронта, инерционность защитной системы не обеспечит взрывоподавления.

Во-вторых, жидкостные (гидропушки) и порошковые пламегасители рассчитаны на защиту отдельных аппаратов и не могут обеспечить взрывопредупреждения в больших объемах (помещениях, шахтах и пр.).

В-третьих, большие габариты и металлоемкость исполнительных устройств исключают возможность применения их на многих объектах, например на предприятиях по хранению и переработке зерна.

Предлагаемый способ взрывоподавления учитывает особенности развития взрывного процесса в пыле-, газо- и пылегазовоздушных средах. При достаточно большой протяженности реагирующей среды нормальное горение через дефлаграционное может перейти в детонацию.

В большинстве случаев воспламенение при взрывоопасных концентрациях среды на начальном этапе сопровождается нормальным горением, идущим с относительно невысокими скоростями. Так, максимальная скорость горения метана составляет 0,34 м/с, оксида углерода - 0,45 м/с, водорода - 2,67 м/с. Для остановки процесса на стадии нормального горения необходима быстрая индикация воспламенения с подачей инициирующего импульса на исполнительные элементы, обеспечивающие скорость истечения ингибирующего огнетушащего агента, существенно более высокую, чем скорость горения среды.

Так, при инерционности индикаторов и исполнительных элементов в сумме около 300 мс (что практически легко достижимо) и околозвуковой скорости подачи ингибитора загорание ликвидируется за время 500...700 мс, т.е. на стадии нормального горения среды.

Таким образом, предлагаемый способ подавления требует быстрой индикации воспламенения среды (менее 100 мс) и высокой скорости подачи ингибитора (близкой или большей скорости звука).

В качестве наиболее близкого аналога заявленному изобретению в части первого объекта принят способ подавления взрыва в пылевоздушных, газовоздушных и пылегазовоздушных средах, раскрытый в патенте Великобритании №2324466, кл. А 62 С 3/04, опубл. 28.10.1998.

В отличие от указанного известного способа способ подавления взрыва в пылевоздушных, газовоздушных и пылегазовоздушных средах согласно изобретению характеризуется тем, что в промежуток времени между воспламенением и началом взрывного процесса (дефлаграцией, детонацией) взрывоопасная среда флегматизируется ингибирующим аэрозолем, подаваемым в очаг горения и окружающее его пространство со скоростью, превышающей скорость распространения пламени, т.е. поставленные цели достигаются созданием автоматического взрывоподавляющего устройства, чувствительными элементами которого являются датчики, улавливающие электромагнитное или звуковое и ультразвуковое излучение, а исполнительным элементом является генератор(ы) ингибирующего аэрозоля (фиг.1), конструктивно выполненный(ые) по принципу реактивного двигателя со сверхзвуковым истечением аэрозоля.

Известно взрывоподавляющее устройство, включающее заполненный порошковым ингибитором контейнер, с одного торца которого размещены легкоразрушаемая диафрагма и распылитель, а с другого - торцевая стенка, на которой соосно размещена цилиндрическая камера сгорания с размещенным в ней газогенерирующим зарядом, электровоспламенитель и патрубки с дросселирующими отверстиями, установленные на боковой поверхности камеры сгорания (патент РФ №2070967, БИ №36 от 27.12.96 г.).

Основным недостатком взрывоподавляющего устройства является относительно большой размер частиц порошкового ингибитора (не менее 20 мкм), что обуславливает в 5...7 раз более низкую эффективность пожаровзрывоподавления (0,5...0,7 кг на 1 м3) и большую скорость оседания частиц порошка из аэровзвеси (аэрозоля), что не позволяет флегматизировать (предохранить) защищаемый объем от повторных вспышек и взрывов на сколь-нибудь продолжительное время. Кроме того, порошок склонен к слеживанию в процессе длительного хранения и слипанию под воздействием высокотемпературных газов от газогенерирующего заряда, что также снижает эффективность и надежность данного устройства. Существует также ряд ограничений по применению взрывоподавляющего устройства, обусловленный способностью крупнодисперсного аэрозольного облака расслаиваться и разрушаться в больших объемах и при встрече с препятствиями на пути распространения.

Аналогичные проблемы имеют исполнительные устройства системы элементов активной взрывозащиты “Щит” (пламеотсекатели, гидропушки и оросители), широко используемые в химической промышленности.

Ближайшим аналогом является устройство для локализации взрыва пыле- или газовоздушных взрывоопасных смесей в технологическом оборудовании и сооружениях, содержащее генератор ингибирующего аэрозоля двустороннего истечения, корпус которого со стороны выходных решеток снабжен сопловыми блоками с внутренней геометрией, обеспечивающей сверхзвуковое истечение аэрозоля под углом 15-30 к оси коммуникации, например, в виде сопла Лаваля (Патент РФ №2111777, БИ №15 от 27.05.98 г.). Данная конструкция имеет ряд недостатков, снижающих эффективность и надежность взрывозащиты.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении эффективности и надежности подавления взрыва пыле-, газо- и пылегазовоздушных смесей за счет уменьшения времени задержки срабатывания устройства и увеличения его расходных характеристик (мощности аэрозольгазового потока) в начальный момент срабатывания.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для подавления взрыва в пылевоздушных, газовоздушных и пылегазовоздушных средах, содержащем корпус с камерой сгорания, шашку аэрозольгенерирующего заряда, воспламенительную систему с токоподводящим узлом, выходную решетку и сопловой блок, дополнительно содержится лидирующий заряд с высокоразвитой поверхностью горения, например, в виде пучка одноканальных трубок по принципу артиллерийского заряда, при этом лидирующий заряд размещен между торцом шашки аэрозольгенерирующего заряда и выходной решеткой, а также содержится герметизирующая мембрана, разрушающаяся при воспламенении зарядов и расположенная в зоне стыковки выходной решетки с сопловым блоком. В частности, лидирующий заряд выполнен в виде набора тонкосводных трубок из аэрозольгенерирующего состава или в виде многоканального щелевого моноблока из аэрозольгенерирующего состава, а герметизирующая мембрана выполнена из тонколистового материала, например алюминиевой фольги или полимерной пленки, толщиной 0,1-0,5 мм. Это обеспечивает при срабатывании мгновенный “выстрел” ингибирующего аэрозоля в защищаемый объем в течение ~50 мс.

Шашка аэрозольгенерирующего состава - основной заряд “подпитывает” аэрозолем защищаемый объем, компенсируя рассеяние “выстреленного” аэрозоля. Время его работы - несколько секунд.

Уменьшение времени задержки срабатывания устройства достигается установкой в зоне стыковки выходной решетки и соплового блока герметизирующей мембраны из тонколистового материала, например фольги. Это повышает давление и температуру продуктов горения воспламенителя в момент срабатывания, это позволяет быстрее и полнее воспламенить поверхность горения аэрозольгенерирующих зарядов.

После воспламенения всей поверхности горения фольга разрывается и аэрозольгазовый поток, разгоняясь в сопловом блоке, например в сопле Лаваля, до сверхзвуковых скоростей, устремляется в защищаемый объем. Одновременно за счет расширения в сопле происходит охлаждение аэрозольгазового потока до 700С.

В ближайшем аналоге монолитная шашка аэрозольгенерирующего состава имеет относительно небольшую поверхность горения и воспламеняется вначале в канале, а затем по торцам и боковой цилиндрической поверхности, поэтому время задержки срабатывания устройства достаточно велико, а истекающий аэрозольгазовый поток вначале достаточно слаб. Это накладывает ограничения на места установки устройства - аналога: оно должно быть установлено на достаточном удалении от очага возгорания с тем, чтобы успеть создать аэрозольгазовую “пробку” (затвор) и не пропустить волну распространения продуктов взрыва в другие аппараты. Заявляемое устройство таких ограничений не имеет и может быть установлено непосредственно в аппарате, где имеется опасность вспышки или взрыва.

На фиг.1 представлен общий вид устройства в разрезе. Устройство включает в себя корпус (1) с размещенными в нем шашкой аэрозольгенерирующего состава - основного заряда (2), лидирующего заряда (3), воспламенителем (7), выходной решеткой (4), герметизирующей мембраной (5). Сопловой блок (6) с помощью фланцев соединен с корпусом (1).

На фиг.2 представлена схема расположения элементов автоматической системы взрывоподавления (АСВ) в аппаратах (а) и больших объемах (б).

Устройство взрывоподавления и автоматическая система взрывоподавления работают следующим образом.

При возникновении первых признаков горения пыле-, газо- или пылегазовоздушной смеси датчик-индикатор, например сигнализатор мембранный типа СУМ-1(3) для аппарата или извещатель пламени модуляционный типа МДН (4) для помещения, выдает сигнал на блок управления (2), который подает напряжение 6...36 В через токопроводящий узел на электровоспламенитель устройства (1). Электровоспламенитель поджигает канал основного и поверхность лидирующего зарядов.

Герметизирующая мембрана обеспечивает повышение давления и температуры аэрозольгазовой смеси, что приводит к полному воспламенению всей поверхности лидирующего заряда.

При достижении критического давления мембрана разрушается и аэрозольгазовый поток, разгоняясь в сопловом блоке, со сверхзвуковой скоростью устремляется в зону очага возгорания. При этом сверхзвуковой аэрозольгазовый поток отсекает горячие продукты горения от холодной взрывоопасной смеси, интенсивно перемешивает их и ингибирует реакции горения. В результате сгорания лидирующего и основного аэрозольгенерирующих зарядов весь взрывоопасный объем заполняется ингибирующей аэрозольгазовой смесью, исключающей повторное возгорание взрывоопасной смеси от неустраненного источника (искрение, трение и т.п.).

Высокая эффективность действия предлагаемого способа и устройства взрывоподавления в аппарате объемом 10 м3 подтверждена натурными испытаниями, проведенными в ФЦДТ “Союз”.

Пример

Технические характеристики устройства взрывоподавления:

Диаметр, мм 110

Длина, мм 380

Масса основного заряда, кг 1,0

Масса лидирующего заряда, кг 0,2

Размеры шашки основного заряда:

- Наружный диаметр, мм 84

- Диаметр канала, мм 10

- Длина, мм 110

Параметры лидирующего заряда:

- Наружный диаметр трубки, мм 10

- Диаметр канала, мм 6

- Длина трубки, мм 34

- Количество трубок, шт 62

Объем защищаемого аппарата, м3 10

Объем контрольного аппарата, м3 10

Длина связывающего трубопровода, м 5

Взрывоподавитель крепился сопловым блоком на стенке аппарата со стороны вышибного проема, затягиваемого полиэтиленовой пленкой. В объеме аппарата инициировался взрыв смеси муки с воздухом, вышибной проем.

Развитие процесса фиксировалось киноаппаратурой на фотобумаге осциллографа с помощью сигналов от датчиков давления, закрепленных в разных местах установки. Инерционность датчика СУМ-1 составила 50 мс, а взрывоподавителя – 60 мс. Полное подавление горения смеси прошло через 230 мс после вспышки. Переброса продуктов горения в контрольный аппарат не наблюдалось.

Формула изобретения

1. Способ подавления взрыва в пылевоздушных, газовоздушных и пылегазовоздушных средах, характеризующийся тем, что в промежуток времени между воспламенением и началом взрывного процесса взрывоопасная среда флегматизируется ингибирующим аэрозолем, подаваемым в очаг горения и окружающее его пространство со скоростью, превышающей скорость распространения пламени.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для индикации воспламенения используется электромагнитное излучение пламени (инфракрасный, ультрафиолетовый и видимый диапазоны) или излучение продуктов горения звукового и ультразвукового диапазона, имеющие скорость распространения, многократно (в 102... 105 раз) превышающую скорость горения смесей.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для индикации воспламенения в замкнутых аппаратах используется датчик давления мембранного типа с инерционностью не более 50 мс и порогом срабатывания не более 0,01 МПа.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что подача ингибирующего аэрозоля производится с околозвуковой или сверхзвуковой скоростью.

5. Устройство для подавления взрыва в пылевоздушных, газовоздушных и пылегазовоздушных средах, содержащее корпус с камерой сгорания, шашку аэрозольгенерирующего заряда, воспламенительную систему с токоподводящим узлом, выходную решетку и сопловой блок, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит лидирующий заряд с высокоразвитой поверхностью горения, размещенный между торцем шашки аэрозольгенерирующего заряда и выходной решеткой, и герметизирующую мембрану, разрушающуюся при воспламенении зарядов и расположенную в зоне стыковки выходной решетки с сопловым блоком.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что лидирующий заряд выполнен в виде набора тонкосводных трубок из аэрозольгенерирующего состава.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что лидирующий заряд выполнен в виде многоканального щелевого моноблока из аэрозольгенерирующего состава.

8. Устройство по любому из пп.5-7, отличающееся тем, что герметизирующая мембрана выполнена из тонколистового материала, например, алюминиевой фольги или полимерной пленки толщиной 0,1... 0,5 мм.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к противопожарной технике, в частности к устройствам, предотвращающим распространение пламени по воздуховодам вентиляционных систем

Изобретение относится к противопожарной технике, к локализации взрыва пыле- или газовоздушных смесей, образующихся в коммуникациях, связывающих технологическое оборудование на предприятиях по хранению и переработке зерна

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано в различных отраслях техники, например, в противопожарной технике, в технике создания аэрозольных упаковок и в любых других, в которых возникает необходимость обогащения газом окружающей среды не химическим путем

Изобретение относится к газовыхлопным системам двигателей внутреннего сгорания, котлоагрегатам, преимущественно для судов

Изобретение относится к пожаротушению очагов горения в силосах зернохранилищ, элеваторов, комбикормовых заводов

Изобретение относится к транспортированию пожаровзрывоопасных сыпучих материалов при их бестарном хранении и предназначено для предотвращения распространения огня в трассах продуктопровода, например в силосе для хранения сахара-песка и т

Изобретение относится к противопожарной технике, в частности к средствам предотвpащения распространения пожара в вентиляционных и пневмотранспортных системах

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для тушения материалов, преимущественно угля, на складах, в штабелях, скоплениях и отвалах
Изобретение относится к машиностроению и предназначено для использования на технологическом оборудовании для выброса горючих газов в атмосферу или на межаппаратурных и межцеховых коммуникациях

Изобретение относится к клапану с огнепреградителем ленточного типа, содержащему корпус, в котором расположен огнепреградитель кассетного типа и клапан, расположенный в верхней части корпуса, причем корпус выполнен из двух частей, при этом нижняя часть выполнена в виде опорного фланца с усеченным конусом, а верхняя - в свою очередь состоит из двух элементов: нижнего в виде усеченного конуса, обращенного к огнепреградителю, и верхнего цилиндрической формы, в котором расположен дыхательный клапан, причем огнепреградитель выполнен кассетного типа и крепится посредством, по крайней мере, трех крепежных элементов, а дыхательный клапан состоит из тарелки давления, перемещающейся в направляющих, и тарелки вакуума, соединенной с тарелкой посредством телескопической направляющей, причем в верхней части корпуса имеется крышка для обслуживания клапана, который соединен с воздуховодом через ограждающую сетку

Изобретение относится к огнепреградителю насадочного типа, который содержит корпус, выполненный из основания и крышки, между которыми расположен огнепреграждающий элемент кассетного типа, отличающийся тем, что основание и крышка соединены между собой посредством, по крайней мере, трех крепежных элементов, причем крышка с основанием выполнены в виде опорных фланцев, соединенных с усеченными конусами, расширяющимися к месту их соединения, а огнепреграждающий элемент расположен на фиксирующей решетке, выполненной в виде взаимно перпендикулярных стержней, расположенных в верхней части основания, параллельно опорным фланцам, и прикреплен к основанию и крышке посредством двух упругих лент, стягиваемых между собой посредством крепежных элементов, при этом огнепреграждающая кассета выполнена из пакета, состоящего из параллельных решеток, на которых находится насадка из стеклянных или фарфоровых шариков, гравия, корунда или других гранулированных сыпучих материалов, в качестве насадки возможно применение колец Рашига
Изобретение относится к горной промышленности, борьбе с эндогенными пожарами. Техническим результатом является повышение эффективности способа предупреждения и подавления самовозгорания породных отвалов. Предложен способ предупреждения и подавления самовозгорания породных отвалов, включающий нагнетание раствора антипирогена в породный отвал. При этом подачу антипирогена осуществляют через перфорированный трубопровод, уложенный в насыпных породах по периметру отвала вдоль его бортов. Причем подачу антипирогена чередуют с подачей по трубопроводу инертного газа. Кроме того расстояние от поверхности до перфорированного трубопровода превышает глубину промерзания пород в зимнее время.

Изобретение относится к морской перевозке грузов и может быть использовано для предотвращения возгорания навалочного груза. Способ предотвращения возгорания навалочного груза, который перевозят в закрытом грузовом помещении путем замещения воздуха в грузовом помещении инертным газом. Замещают воздух инертным газом в пространстве между частицами навалочного груза путем подачи инертного газа под штабель навалочного груза под избыточным давлением. По достижении необходимой концентрации инертного газа, грузовое помещение герметизируют. Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в повышении надежности предотвращения возгорания навалочных грузов за счет снижения концентрации кислорода в штабеле груза, что приводит к прекращению процесса окисления и ликвидирует вероятность самовозгорания груза. 2 ил.
Наверх