УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЗРЫВООПАСНОЙ СИТУАЦИИ

Изобретение относится к системам безопасности, предотвращающим развитие чрезвычайной ситуации.

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является устройство безопасности в чрезвычайных ситуациях по патенту РФ №120569 А62С 35/00, от 20.03.12 г. (прототип), содержащее систему элементов, установленных в зоне опасного расположения защищаемого объекта, который требуется перевести из обычного режима работы в аварийный режим в результате возникновения опасности развития чрезвычайной ситуации.

Недостатком известного решения является сравнительно невысокая информативность для системы управления по принятию решения о введении аварийного режима работы системы и отсутствие возможности прогнозировать развитие чрезвычайной ситуации.

Технически достижимый результат - повышение эффективности защиты технологического оборудования и людских ресурсов от аварийных ситуаций путем возможности прогнозирования развития чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте.

Это достигается тем, что в устройстве для моделирования взрывоопасной ситуации, содержащем макет взрывоопасного объекта, установленного на стойках, с установленным в нем инициатором взрыва, защитный чехол и поддон, при этом чехол с поддоном представляют собой единую замкнутую конструкцию, образованную вокруг макета взрывоопасного объекта, размещенного в испытательном боксе, при этом у отверстия, симметрично относительно его оси, заделаны четыре опорных стержня, телескопически вставленные в неподвижные патрубки-опоры, заделанные в панели взрывозащитного элемента, а для фиксации предельного положения панели к торцам опорных стержней приварены листы-упоры, оно дополнительно оснащено взрывозащитным элементом, установленным в боковой части макета, и который идентичен взрывозащитному элементу, установленному в верхней части макета, а с внешней стороны макета, около взрывозащитных элементов, установлены видеокамеры в бронированном исполнении.

На фиг. 1 показана принципиальная схема стенда для моделирования чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте, на фиг. 2 представлена схема взрывозащитного элемента, установленного в потолочной части макета взрывоопасного объекта, на фиг. 3 представлена схема взрывозащитного элемента, установленного в боковой части макета взрывоопасного объекта.

Устройство для моделирования взрывоопасной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте (фиг. 1) содержит макет 1 взрывоопасного объекта, установленного на стойках 2, с установленным в нем инициатором 3 взрыва, защитный чехол 4 и поддон 5, при этом чехол с поддоном представляют собой единую замкнутую конструкцию, образованную вокруг макета 1 взрывоопасного объекта, размещенного в испытательном боксе 6. Кроме того, макет 1 оборудован транспортной 7 и подвесной 8 системами, а защитный чехол 4 выполнен многослойным и состоящим из обращенного внутрь к макету 1 алюминиевого слоя, затем резинового и перкалевого слоев. Подвесная система 8 состоит из комплекта скоб и растяжек, размещенных на защитном чехле, а также необходимого количества анкерных крюков (петель) в потолке, стенах и полу испытательного бокса 6. Транспортная система 7 предназначена для удаления разрушенного макета 1 после проведения испытаний из испытательного бокса 6 вместе с защитным чехлом 4.

Макет 1 взрывоопасного объекта оснащен исследуемым на стенде объектом: взрывозащитным элементом 9 (фиг. 2), установленным над отверстием 10 в верхней части макета. Взрывозащитный элемент 9 состоит из бронированного металлического каркаса 11 с бронированной металлической обшивкой 12 и наполнителем - свинцом. В верхней части макета 1, у отверстия 10, симметрично относительно его оси, заделаны четыре опорных стержня 13, телескопически вставленные в неподвижные патрубки-опоры 14, заделанные в панели взрывозащитного элемента 9. Для фиксации предельного положения панели к торцам опорных стержней 13 приварены листы-упоры 15. Для того чтобы сдемпфировать (смягчить) ударные нагрузки при возврате панели, наполнитель выполнен в виде дисперсной системы воздух-свинец, причем свинец выполнен по форме в виде крошки, а опорные стержни 13 могут быть выполнены упругими.

Снаружи опорных стержней 13 расположены упруго-демпфирующие элементы 16, один конец которых упирается в бронированную металлическую обшивку 12, а другой - в листы-упоры 15, расположенные в верхней части опорных стержней 13.

Упруго-демпфирующие элементы 16 могут быть выполнены в виде цилиндрических винтовых пружин, внешняя винтовая поверхность которых покрыта вибродемпфирующей мастикой, например типа ВД-17.

Возможен вариант выполнения упруго-демпфирующих элементов 16 в виде цилиндрических втулок из полиуретана (на чертеже не показано), коаксиально расположенных опорным стержням 13, и охватывающим стержни, при этом один конец цилиндрических втулок упирается в бронированную металлическую обшивку 12, а другой - в листы-упоры 15, расположенные в верхней части опорных стержней 13.

Наполнитель может быть выполнен по форме в виде шарообразной крошки одного диаметра; в виде шарообразной крошки разного диаметра. Наполнитель может быть выполнен в виде крошки произвольной формы разного диаметрального (максимального по внешнему, произвольной формы, контуру крошки) размера.

Кроме того, макет 1 взрывоопасного объекта оснащен исследуемом на стенде объектом: дополнительным взрывозащитным элементом 17 (фиг. 3), установленным в боковой части макета, и который идентичен взрывозащитному элементу, установленному в верхней части макета.

Инициатором взрыва 13 взрывного осколочного элемента 14 могут быть использованы горючей жидкости. Уравнение окисления стехиометрической смеси:

где - количество молей кислорода; - количество молей азота, углекислоты и воды Q - теплота сгорания, ккал/(кг·моль).

Если принять, что вся теплота сгорания реакции окисления идет только на нагрев продуктов сгорания, то температуру взрыва Т_взр (адиабатическая температура горения) можно определить из теплового баланса реакции окисления стехиометрической смеси:

где - теплоемкости продуктов сгорания при температуре взрыва.

Принимаем при Т_взр, равной 2000°C:

Расчет необходимого количества взрывчатого вещества, например горючей жидкости (ацетона С₃Н₆О), для создания стехиометрической концентрации в помещении определяется по формуле

где М - молекулярный вес жидкости; V_K - объем помещения, л; V_В - объем воздуха, необходимый для полного сгорания одной молекулы горючей жидкости, л.

где Р_бар - барометрическое давление, мм рт.ст.; Vo=22,4 л - объем грамм-молекулы воздуха при 0°C и давлении 760 мм рт.ст.,

объем (см³) горючей жидкости

где ρ - плотность жидкости, г/см³.

Устройство для моделирования взрывоопасной ситуации работает следующим образом.

В испытательном боксе 8 устанавливают макет 1 взрывоопасного объекта с двумя взрывозащитными элементами: в верхней (потолочной) части макета и в боковой части макета, конструкции которых идентичны. В верхней (потолочной) части макета 1 и в боковой части выполняют отверстия 10 (проемы), которые закрывают взрывозащитными элементами 9 и 17, установленными по свободной посадке на трех упругих штырях 13, один конец, каждого из которых, жестко фиксируют в потолке макета 1, а на втором крепят горизонтальную перекладину в виде листов-упоров 15. После срабатывания инициатора 3 взрыва проводят анализ ситуации, и 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.

С внешней стороны макета, около взрывозащитных элементов 9 и 17 устанавливают видеокамеры 18 и 19 в бронированном исполнении.

Каждый из взрывозащитных элементов 9 и 17 работает следующим образом.

При взрыве внутри макета 1 происходит подъем панели взрывозащитного элемента 9 от воздействия ударной волны и через открытый проем 10 сбрасывается избыточное давление.

При этом упруго-демпфирующие элементы 16 сжимаются, гася энергию взрыва, а затем возвращают панель 9 в исходное состояние.

Внешняя винтовая поверхность упруго-демпфирующих элементов 16 покрыта вибродемпфирующей мастикой, например типа ВД-17, которая дополнительно способствует демпфированию взрывной волны.

После взрыва и спада избыточного давления, опустившись, панель перекрывает проем 10 и вредные вещества не поступают в атмосферу. Для фиксации предельного положения панели служат листы-упоры 15. Для того чтобы сдемпфировать (смягчить) ударные нагрузки при возврате панели наполнитель металлического каркаса 11 выполнен в виде дисперсной системы воздух-свинец, причем свинец выполнен по форме в виде крошки, а опорные стержни 13 могут быть выполнены упругими.