Способ обеспечения безопасности обращения с газогенерирующими устройствами, содержащими химически активные материалы
Владельцы патента RU 2778458:
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)
Изобретение относится к области обеспечения безопасности обращения с газогенерирующими устройствами, содержащими пиротехнические и химически активные материалы, при транспортировке и хранении. К выходному штуцеру газогенерирующего устройства подключают через трубопровод герметичный сосуд-ресивер, при этом его объем и прочность выбирают с запасом исходя из объема и давления опасного газа, генерируемого газогенератором с учетом температуры газа в ресивере, с последующим извлечением газа из сосуда-ресивера путем его стравливания через кран-штуцер трубопровода в технологический стенд для утилизации. Параметры ресивера выбирают из следующего соотношения:
Изобретение позволяет повысить зффективность способа обеспечения защиты персонала и населения от воздействия опасных газов газогенерируюших устройств при и после реальных длительных пожаров. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области обеспечения безопасности обращения с газогенерирующими устройствами (газогенераторами), содержащими опасные химически активные материалы, при транспортировке и хранении, в частности к методам обеспечения безопасности персонала и исключения выхода опасных химических и радиоактивных газов в окружающую среду при и после воздействия пожаров в хранилищах, транспортных средствах и т.д.
Во время хранения, транспортировки газогенерирующих устройств с химически активными материалами в случае пожара возникают проблемы е их самопроизвольным срабатыванием и выходом опасного газа, утечками из-за воздействия высокой температуры, которые приводят к нанесению ущерба окружающей среде, персоналу и населению, усложняют утилизацию загрязненных упаковок.
Известен способ обеспечения безопасности обращения с устройствами, содержащими химически активные материалы, например, из описания к патенту RU 2466075 (публик. 10.11.2012) «Автоматически срабатывающий при утечке аварийный контейнер для хранения опасных химических веществ». Для обеспечения безопасности контейнера для хранения опасных химических веществ, в него устанавливают второй контейнер, содержащий сжиженный газ и отверстие, которое сообщается с внешней окружающей средой с возможностью контроля. Когда опасные химические продукты вытекают вследствие аварии, сжиженный газ во втором контейнере выпускается через клапан, управляемый автоматикой, так, что температура в первом контейнере понижается и. следовательно, происходит снижение давления в первом контейнере, чтобы понизить скорость утечки, уменьшить общее количество загрязнения. Это дает возможность увеличить время для проведения аварийных мероприятий по устранению утечки опасных химических веществ и ее последствий.
Конструктивные особенности аварийного контейнера, большие объемы и габариты второго контейнера снижают область его применения. Время охлаждения ограниченно количеством сжиженного газа во втором контейнере. Кроме того, не всегда есть возможность обнаружить вовремя утечку и обеспечить работоспособность системы управления клапаном в пожаре.
Известен другой способ обеспечения безопасности обращения с устройствами, содержащими химически активные материалы, по патенту RU 2415484 (публик. 27,03.2011) «Способ снижения пожаровзрывоопасности газовой среды контейнеров с экологически опасными химически активными материалами». Данный способ обеспечивает эффективное уменьшение вероятности воспламенения или взрыва газовой среды, формирующейся в герметичном объеме контейнера в условиях пожара, при разгерметизации и контакте с воздухом, что достигается за счет химического взаимодействия реагента с горючими компонентами. Способ включает загрузку в контейнер реагента с последующей герметизацией контейнера. Размещение реагента в контейнере осуществляют для химического взаимодействия с ним горючих компонентов тазовой среды, появляющейся в объеме контейнера в условиях пожара. Взаимодействие с реагентом протекает с образованием флегматизаторов. В качестве реагента, который образует с горючими компонентами газовых сред контейнера продукты, являющиеся флегматизаторами, используют оксиды меди и/или оксиды металлов шестой группы периодической системы, по окончании использования реагент выгружают и направляют на регенерацию.
Недостатком известного способа также является невозможность применения для определенных конструкций устройств, например, которые кроме химически активных материалов содержат электровоспламенительные устройства и газогенерирующие пиротехнические составы. которые в рабочем режиме при подаче на них электрического тока или при пожарах обеспечивают генерацию опасных газов с заполнением и с загрязнением ими внутренних объемов контейнера.
Для обеспечения безопасности таких газогенерируюших устройств на случай возникновения пожара в хранилищах, транспортных средствах и т.д., их упаковывают в аварийно-защитные специальные многоконтурные, теплозащитные упаковки (Проведение комплекса научно-технических и инженерных работ по приведению бывшего Семипалатинского испытательного полигона в безопасное состояние /Н.А. Назарбаев. B.C. Школьник. Э.Г. Батырбеков и др. - Курчатов, 2016, с. 203-206).
Способ обеспечения безопасности обращения с такими устройствами, содержащими химически активные или радиационно-опасные материалы и пиротехнические составы, заключается в реализации мероприятий по размещению газогенераторов в теплозащитных контейнерах для снижения вероятности загорания пиротехнических составов газогенераторов в условиях пожара и выброса опасных газов в окружающую среду.
С этой целью каждый генератор упаковывают в малогабаритный (эксплуатационный) контейнер с некоторыми уровнями защиты газогенераторов от аварийных воздействий (пожар, падение и др.). Затем несколько эксплуатационных контейнеров размещают в крупногабаритных транспортно-защитных устройствах (ТЗУ) массой несколько тонн для групповой защиты от аварийных воздействий (пожар, прострел, падение). Данный способ выбран в качестве прототипа.
Однако, существующие современные контейнеры и упаковки, в том числе и многоконтурные, аттестуются на защиту от пожаров с температурой ~ 800° в течение 30 мин. Воздействия пожаров на упаковки в течение большего времени (>30 мин) должно исключаться организационными мерами по оперативному тушению, однако в большинстве случаев это не может быть обеспечено и опасные газы при пожарах выйдут в окружающую среду. Создание теплозащитных контейнеров, упаковок, обеспечивающих защиту газогенерирующих устройств в течение длительного, реального многочасового пожара ограничивается большими габаритами, массой и стоимостью контейнеров, соответственно и стоимостью их изготовления и перевозки. Для защиты газогенерирующих устройств от реальных пожаров в вагонах, поездах, удаленных от систем пожаротушения, пожарных вагонов (поездов) на несколько десятков километров требуются другие схемы обеспечения безопасности.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности способа обеспечения защиты персонала и населения от воздействия опасных газов газогенерирующих устройств при и после реальных длительных пожарах.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе обеспечения безопасности обращения с газогенерирующими устройствами, содержащими химически активные материалы, включающем обеспечение мероприятий по снижению в условиях пожаров вероятности выхода в окружающую среду газов из газогенераторов, путем упаковки газогенерирующего устройства в эксплуатационный контейнер и его герметизацию, новым является то, что при упаковке газогенерирующего устройства в эксплуатационный контейнер к выходному штуцеру газогенерирующего устройства подключают через трубопровод герметичный сосуд-ресивер, при этом его объем и прочность выбирают с запасом, исходя из объема и давления опасного газа, генерируемого газогенератором с учетом температуры газа в ресивере, с последующим после пожара извлечением газа из сосуда-ресивера путем его стравливания через кран-штуцер трубопровода в технологический стенд для утилизации, причем параметры ресивера выбирают из следующего соотношения:
где:
Vpec - объем ресивера подключенного к газогенерирующему устройству;
PГГ - давление, создаваемое газогенерирующим устройством в объеме VГГ при его аттестации в процессе изготовления;
VГГ - объем газогенерирующей полости в устройстве и техническом оборудовании для определения РГГ;
Ррес - давление в ресивере при аварийном срабатывании газогенерирующего усройсва в пожаре;
Кзап - коэффициент запаса для обеспечения прочности ресивера;
- дополнительное проектное увеличение расчетного объема ресивера, компенсирующее рост давления газа при его нагреве в пожаре.
Подключение к газогенератору через трубопровод герметичного сосуда-ресивера позволяет в условиях пожара автоматически перепускать опасный газ из газогенератора в ресивер и исключать выход из этой герметичной системы опасного газа в контейнер и окружающую среду.
Выбор параметров ресивера связан с возможностью обеспечения оптимальных условий для надежною перемещения опасного газа в ресивер, при выполнении условий прочности и герметичности системы газогенератор-ресивер для исключения выброса опасного газа в окружающую среду с возможностью последующей утилизации. Соотношения, приведенные выше, подобраны расчетно-экспериментальным путем,
На фиг. 1 изображена схема размещения газогенерирующего устройства с сосудом-ресивером в эксплуатационном контейнере, где:
1. Газогенерирующее устройство (одно или более).
2.Трубопровод для подсоединения одного и более устройств к ресиверу.
3. Сосуд - ресивер.
4. Кран-штуцер для эвакуации газа после пожара.
5. Эксплуатационный контейнер (упаковка).
Заявляемый способ может быть реализован с использованием существующих эксплуатационных контейнеров, при этом требования к герметичности и прочности их разъемных бюксов. дополнительной теплозащите от длительных пожаров не предъявляются. Способ можно применять для обеспечения безопасности персонала и исключения выхода опасных газов в окружающую среду при реальных длительных пожарах в вагонах, поездах, удаленных от систем пожаротушения, пожарных вагонов (поездов) на несколько десятков километров.
При упаковке газогенерирующего устройства 1 в эксплуатационный контейнер 5 к его выходному штуцеру герметично подсоединяют сосуд-ресивер 3 через термостойкий и прочный трубопровод 2. Можно подсоединить несколько газогенерирующих устройств. Параметры сосуда-ресивера 3 выбирают согласно вышеприведенного соотношения. Например, для реализации способа с газогенераторами у которых
VГГ=2 л (2⋅103 см3) РГГ=20 атм (2 МПа)
и давления в ресивере ≈ 50 атм. объем ресивера составит ≈ 800 см3. Ресивер может изготавливаться из прочной стали. Могут применяться и стандартные баллоны для газов с давлением до 100…150 атм. В случае применения в газогенераторе горючих газов ресивер перед его подключением вакуумируют, устраняя воздух, и заполняют до атмосферного давления инертным газом, например, азотом или соответствующим реагентом-флегматизатором газа, вводимого в ресивер.
Перечень возможных реагентов-флегматизаторов изложен в уровне техники. Увеличивая объем ресивера, располагаемого вне эксплуатационного контейнера, например, в вагоне, хранилище, можно значительно снизить давление опасного газа в системе газогенератор-ресивер при пожарах. Например, при Vpec ≈ 5⋅104 см3 (50 л) давление в системе не будет превышать 1 кг/см2. При кратковременных пожарных воздействиях эксплуатационный контейнер 5 обеспечивает температурную защиту газогенерирующего устройства 1, и оно не срабатывает. В случае длительных пожаров газогенерирующее устройство 1 прогревается до температур воспламенения входящих в него газогенерирующих составов, и оно генерирует опасный газ. При реализации предлагаемого способа опасный газ автоматически перемещается по трубопроводу из газогенерирующего устройства 1 в герметический сосуд-ресивер 3, при этом исключается выброс опасного газа в эксплуатационный контейнер и окружающую среду. После окончания пожара или завершения его тушения опасный газ извлекается из сосуда-ресивера 3 и газогенерирующего устройства 1 путем его стравливания и вакуумирования через кран штуцер 4 трубопровода в технологический стенд, затем его утилизируют.
Соответственно обеспечивается безопасность перевозок в имеющихся контейнерах с исключением выброса опасных газов в окружающую среду даже при многочасовых пожарах.
Ущерб экологии от аварийного выхода в окружающую среду некоторых видов высокотоксичных или радиационно-опасных газов может составлять десятки миллионов рублей. Реализация способа позволит решить эту экологическую проблему, при этом будут сэкономлены большие средства так как не потребуется разрабатывать и изготавливать весьма дорогие (более 1 млн. руб.) и сложные суперконтейнеры с особо высокими уровнями теплозащиты их внутренних объемов при высокотемпературных (более 800°С) и длительных пожарах (несколько часов).
1. Способ обеспечения безопасности обращения с газогенерирующими устройствами, содержащими химически активные материалы, включающий обеспечение мероприятий по снижению вероятности выхода опасных активных материалов из газогенерирующего устройства в окружающую среду в условиях пожара путем упаковки газогенерирующего устройства в эксплуатационный контейнер и его герметизацию, отличающийся тем, что к выходному штуцеру газогенерирующего устройства, при его упаковке в эксплуатационный контейнер, подключают через трубопровод герметичный сосуд-ресивер, при этом его объем и прочность выбирают с запасом исходя из объема и давления опасного газа, генерируемого устройством с учетом температуры газа в ресивере, причем параметры ресивера выбирают из следующего соотношения:
где Vрес - объем ресивера, подключенного к газогенерирующему устройству;
VГГ - обьем газогенерирующей полости в устройстве и техническом оборудовании для определения РГГ;
РГГ - давление, создаваемое газогенерирующим устройством в объеме VГГ при его аттестации в процессе изготовления;
Ррес - давление в ресивере при аварийном срабатывании газогенерирующего устройства в пожаре;
Кзап - коэффициент запаса для обеспечения прочности ресивера;
- дополнительное проектное увеличение расчетного объема ресивера, компенсирующее рост давления газа при его нагреве в пожаре.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при наличии в газогенераторе горючих газов с целью снижения вероятности их воспламенения в пожарах ресивер перед его подключением вакуумируют, устраняя воздух, и заполняют до атмосферного давления инертным газом или соответствующим реагентом-флегматизатором газа, вводимого в ресивер.
