Результат интеллектуальной деятельности: ВЗРЫВОЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО С СИСТЕМОЙ ОПОВЕЩЕНИЯ НАЧАЛЬНОЙ ФАЗЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНОЙ СИТУАЦИИ

Изобретение относится к взрывозащитным устройствам и может быть использовано для взврывозащиты технологического оборудования в случае возникновения чрезвычайной ситуации (ЧС).

Известен взрывной клапан (Кочетов О.С. Методика расчета требуемой площади сбросного отверстия взрывозащитного устройства. Журнал «Пожаровзрывобезопасность», №6, 2009, стр. 41-47) [1] (рис. 4 на стр. 45), состоящий из корпуса, футерованного грузового затвора, подвижно соединенного с корпусом клапана посредством не менее трех гибких связей в виде цепей, перекрывающего отверстие в корпусе защищаемого объекта. В верхней части корпус клапана размещен теплоизоляционный элемент и герметизирующая мембрана из алюминиевой фольги или из полимерного материала, которая прижимается к корпусу клапана посредством крышки, шарнирно соединенной с рычагом разрывного элемента (проволоки), который крепится своей верхней частью на рычаге, а нижней - к верхней части корпуса клапана.

Недостатком известного устройства является то, что мембрана используется для герметизации клапана, т.е. она является практически полностью разгруженной, и на давление срабатывания клапана существенного влияния не оказывает.

Известен предохранительный клапан (Кочетов О.С. Расчет взрывозащитных устройств. Журнал «Безопасность труда в промышленности», №4, 2010, стр. 43-49) [2] (рис. 2 на стр. 44), состоящий из корпуса, на котором расположен футерованный огнеупорным материалом грузовой затвор в виде насыпного слоя щебня, гравия или песка, перекрывающий отверстие в корпусе защищаемого объекта. В верхней цилиндрической части корпуса размещены теплоизоляционный элемент из минеральной ваты, или асбестовой крошки, или термостойкого пористого материала, а также герметизирующая мембрана, прижимаемая к корпусу клапана посредством крышки, шарнирно соединенной с рычагом, взаимодействующим с разрывным элементом (проволока) предохранительного устройства, которое крепится своей верхней частью на рычаге, а нижней - к верхней цилиндрической части корпуса клапана.

Недостаток известного устройства - мембрана является практически полностью разгруженной и не влияет на давление срабатывания клапана.

Известен взрывозащитный клапан для технологического оборудования (Кочетов О.С., Гетия И.Г., Гетия С.И., Леонтьева И.Н., Стареева М.О. Взрывозащитный клапан для технологического оборудования // Патент РФ на изобретение №2442052. Опубликовано 10.02.2012. Бюллетень изобретений №4) [3], состоящий из корпуса, футерованного грузового затвора, подвижно соединенного с корпусом клапана посредством не менее трех гибких связей в виде цепей, теплоизоляционного элемента и герметизирующей мембраны. К корпусу клапана крепится предохранительное устройство, которое закреплено своей верхней частью на шарнирном рычаге, а нижней - на верхней цилиндрической части корпуса, имеющее разрывной элемент в виде проволоки.

Недостатком известного устройства является то, что мембрана используется для герметизации клапана, т.е. она является практически полностью разгруженной, и на давление срабатывания клапана существенного влияния не оказывает, а установка дополнительного предохранительного устройства усложняет конструкцию, делая ее менее надежной.

Известен взрывозащитный клапан для технологического оборудования (Кочетов О.С, Стареева М.О., Стареева М.М. Взрывозащитный клапан для технологического оборудования // Патент РФ на изобретение №2495313. Опубликовано 10.10.2013. Бюллетень изобретений №28. [4], (Кочетов О.С. Взрывозащитное устройство Кочетова // Патент РФ на изобретение №2489628. Опубликовано 10.08.2013. Бюллетень изобретений №22) [5], состоящий из корпуса, футерованного грузового затвора, который подвижно соединен с корпусом клапана посредством не менее трех гибких связей, в виде демпфирующих ремней.

Недостатком известного устройства является то, что мембрана используется для герметизации клапана, т.е. она является практически полностью разгруженной, и на давление срабатывания клапана существенного влияния не оказывает, а установка дополнительного предохранительного устройства усложняет конструкцию, делая ее менее надежной.

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является взрывозащитное устройство с разрывной мембраной по патенту на полезную модель РФ №130657 (Дурнев Р.А., Иванова О.Ю., Кочетов О.С. №130657. Опубликовано 27.07.2013. Бюллетень изобретений №21) [6], (прототип), содержащее корпус клапана, теплоизолирующий и разрывной элементы, футерованный грузовой затвор, подвижно соединенный с корпусом клапана посредством не менее трех гибких связей, например в виде цепей, один конец которых шарнирно соединен с корпусом клапана, а другой - шарнирно соединен с грузовым затвором, при этом корпус клапана выполнен в виде нижней цилиндрической, средней конической и верхней цилиндрической частей, причем в нижней цилиндрической части размещен футерованный грузовой затвор, перекрывающий отверстие в корпусе защищаемого объекта, а в верхней цилиндрической части корпуса клапана размещен узел крепления разрывной мембраны.

Недостатком известного решения является сравнительно невысокая надежность из-за того, что гибкие связи, выполненные в виде цепей, работают рывками, с ударами, т.е. создают дополнительные динамические нагрузки на устройство в целом, что может привести к их поломке, а также то, что не фиксируется средствами оповещения персонала момент возникновения начальной фазы ЧС.

Технический результат - повышение эффективности и надежности защиты технологического оборудования от взрывов в случае возникновения чрезвычайной ситуации путем регистрации момента возникновения начальной фазы ЧС средствами оповещения персонала.

Это достигается тем, что во взрывозащитном устройстве с системой оповещения начальной фазы возникновения чрезвычайной ситуации, содержащем корпус клапана, футерованный грузовой затвор, подвижно соединенный с корпусом клапана посредством не менее трех гибких связей, разрывной элемент в виде мембранного предохранительного устройства, а на одной из диаметрально расположенных планок мембранного узла мембранного предохранительного устройства закреплен индикатор безопасности в виде датчика, реагирующего на деформацию, выход которого соединен с усилителем сигнала, а выход усилителя сигнала соединен с входом устройства оповещения персонала об аварийной ситуации.

На фиг. 1 изображен общий вид взрывозащитного устройства с разрывной мембраной, на фиг. 2 - узел крепления мембранного предохранительного устройства, на фиг. 3 - вариант выполнения разрывной мембраны с радиальными рисками, на фиг. 4 - вариант выполнения разрывной мембраны с круговой риской, на фиг. 5 - вариант выполнения разрывной мембраны с прорезями, на фиг. 6 - вариант выполнения разрывной мембраны с отверстиями.

Взрывозащитное устройство с системой оповещения начальной фазы возникновения чрезвычайной ситуации (фиг. 1) с разрывной мембраной 7 устанавливается на корпус 1 защищаемого объекта и содержит футерованный грузовой затвор 2, подвижно соединенный с корпусом 3 клапана посредством не менее трех гибких связей, например в виде цепей 9, один конец которых шарнирно соединен с корпусом 3 клапана, а другой - шарнирно соединен с грузовым затвором 2 клапана. Корпус клапана выполнен в виде нижней цилиндрической части 3, средней конической части 4 и верхней цилиндрической части 5, причем в нижней цилиндрической части размещен футерованный грузовой затвор 2, перекрывающий отверстие диаметром Dy в корпусе 1 защищаемого объекта. К верхней цилиндрической части 5 корпуса клапана крепится узел 6 разрывной мембраны 7 посредством крепежных элементов 8. Затвор 2 не обеспечивает герметичного перекрытия сбросного отверстия защищаемого аппарата 1, он свободно лежит на нем, а слегка прослабленные цепи 9 служат лишь для центровки затвора 2, т.е. для предотвращения его больших смещений относительно сбросного отверстия, причем футерованный грузовой затвор 2 защищает корпус клапана от прогорания в случае высокой температуры в защищаемом аппарате. Для получения наибольшей эффективности взврывозащиты производственного оборудования взрывозащитный клапан имеет параметры, которые находятся в следующих оптимальных интервалах величин: а=D/Dy=1,5÷2,0; где Dy - диаметр верхней цилиндрической части 5 корпуса клапана, равный максимальному размеру отверстия корпуса 1 защищаемого объекта; D - диаметр нижней цилиндрической части 3 корпуса клапана.

Взрывозащитное устройство оснащено мембранным предохранительным устройством 6 типа фланцевого соединения, которое содержит мембранный узел (фиг. 2), который состоит из разрывной мембраны 7 и пары зажимных колец 10 и 11. Мембрана 7 между кольцами зажимается без применения каких-либо прокладок, что обусловливает весьма жесткие требования к качеству уплотнительных поверхностей колец, такие как правильность геометрической формы и высокая чистота обработки. Для удобства сборки мембранного узла во фланцевом соединении кольца скрепляют одно с другим двумя диаметрально расположенными планками 12 и винтами 13. Одно из отверстий под винты в планке имеет продолговатую форму для того, чтобы наличие планок не препятствовало равномерному и герметичному защемлению мембраны между зажимными кольцами при затяжке фланцевого соединения. При этом формы поверхностей колец, контактирующих с фланцами, должны полностью соответствовать форме уплотнительных поверхностей фланцев; конструкция мембранного узла предназначена для установки во фланцах с уплотнительной поверхностью типа «шип - паз». На одной из диаметрально расположенных планок 12 мембранного узла закреплен индикатор безопасности 14 в виде датчика, реагирующего на деформацию, например тензорезистора (тензодатчика), выход которого соединен с усилителем сигнала, например тензоусилителем 15, а выход тензоусилителя 15 соединен с входом устройства 16 оповещения персонала об аварийной ситуации.

На корпусе 1 клапана, в месте крепления футерованного грузового затвора 2, подвижно соединенного с корпусом 1 клапана посредством не менее трех гибких связей 9, закреплен дополнительный индикатор (фиг. 1) безопасности в виде датчика 17, реагирующего на ударную деформацию при открытии затвора 2, при этом выход датчика 17 соединен с усилителем сигнала 18, а выход усилителя сигнала 18 соединен с входом устройства оповещения 19 персонала об аварийной ситуации.

Установка дополнительного индикатора безопасности повышает надежность защиты оборудования и персонала от ЧС взрывного характера.

Разрывные мембраны 7 изготавливают обычно из тонколистового проката пластичных металлов, таких как алюминий, никель, нержавеющая сталь, латунь, медь, титан, монель и др.

Для получения наибольшей эффективности взврывозащиты производственного оборудования мембранный узел имеет параметры, которые находятся в следующих оптимальных интервалах величин: а=D₁/D=1,1÷2,0; b=D₂/D=1,11÷2,4; с=D₂/D₁=1,01÷1,3;

где D - диаметр проходного сечения мембранного узла, равный внутреннему диаметру колец, контактирующих соответственно с фланцами и мембраной, D₁ - наружный диаметр разрывной мембраны, D₂ - внешний диаметр колец, контактирующих с фланцами.

Конструкции разрывных мембран 7 могут быть выполнены с радиальными (фиг. 3), круговыми (фиг. 4) рисками. Радиальные риски более просты в изготовлении, однако такая мембрана часто при срабатывании разрывается по одной-двум рискам и не обеспечивает полного раскрытия проходного сечения. Мембрана с окружной риской (фиг. 4), как правило, раскрывается полностью. Для предотвращения отрыва риску наносят по незамкнутому круговому контуру, при этом со стороны, противоположной источнику давления, у концов риски устанавливают сегментный упор 7, хорда которого стягивает большую дугу окружности чем хорда, соединяющая концы риски, как показано на фиг. 4. Эффективны также мембраны с прорезями (фиг. 5) и отверстиями (фиг. 6). Они всегда двухслойны, так как содержат дополнительно герметизирующую подложку из коррозионностойкого и малопрочного материала.

Взрывозащитное устройство с системой оповещения начальной фазы возникновения чрезвычайной ситуации работает следующим образом.

Давление в защищаемом аппарате воздействует на затвор 2, который перекрывает входное отверстие негерметично и при быстром повышении давления он может приподниматься вверх, насколько позволяет длина удерживающих его цепей 9. При нагружении рабочим давлением мембрана 7 испытывает большие пластические деформации и приобретает ярко выраженный купол, по форме очень близкий к сферическому сегменту. Чаще всего куполообразную форму мембране придают заранее при изготовлении, подвергая ее нагружению давлением, составляющим около 90% от разрывного. При этом фактически исчерпывается почти весь запас пластических деформаций материала, поэтому еще больше увеличивается быстродействие мембраны. При взрывном давлении мембрана испытывает разрывные деформации и разрывается, тем самым обеспечивает полное раскрытие проходного сечения предохранительного устройства для выхода ударной волны и сохранения целостности оборудования.

При срабатывании мембранного предохранительного устройства 6, т.е. при разрыве мембраны 7 и планок 12, срабатывает индикатор безопасности 14 в виде датчика, реагирующего на деформацию разрыва, например тензорезистора, сигнал с которого поступает на усилитель 15 сигнала, а затем на устройство 16 оповещения персонала об аварийной ситуации.

Разрывные мембраны изготавливают обычно из тонколистового проката пластичных металлов, таких как алюминий, никель, нержавеющая сталь, латунь, медь, титан, монель и др. Известны случаи применения неметаллических мембран из полиэтиленовой и фторопластовой пленок, из бумаги, картона, паронита, асбеста и даже из фанеры. Однако эти материалы характеризуются очень нестабильными механическими свойствами, мембраны из них имеют большой разброс давления срабатывания и для широкого использования не рекомендуются, хотя в некоторых случаях их применение является единственно возможным. Обычно это мембраны больших размеров (диаметром около метра и более), иногда квадратной или прямоугольной формы и с весьма низким давлением срабатывания, т.е. предназначенные для взврывозащиты малопрочного оборудования. Применение асбеста оправдывается высокой температурой внутри оборудования, т.е. в случае взврывозащиты топок, печей и других высокотемпературных реакторов.

Устройство может найти применение для химической и других смежных отраслей промышленности, продукты которых и ценны и исключительно вредны для окружающей среды, при этом условие полной герметичности и возможности предупреждения крупномасштабной аварии следует рассматривать как приоритетное направление, в значительной мере определяющее безопасность производственных процессов в рамках доктрины техносферной безопасности.