Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗВИТИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНОЙ СИТУАЦИИ НА МАКЕТЕ ВЗРЫВООПАСНОГО ОБЪЕКТА

Изобретение относится к химическому и общему машиностроению, в частности к системам безопасности, предотвращающим развитие чрезвычайной ситуации.

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является устройство систем безопасности в чрезвычайных ситуациях по патенту РФ №2406904, A62C 35/00, от 20.12.10 (прототип), содержащее систему датчиков, установленных в зоне опасного расположения защищаемого объекта, который требуется перевести из обычного режима работы в аварийный режим в результате возникновения опасности развития чрезвычайной ситуации, который соединен с исполнительным устройством, на срабатывание которого поступает сигнал с устройства управления. Таким образом, в прототипе используют систему мониторинга с обработкой полученной информации об опасной зоне для принятия решения о предотвращении 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.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе исследования развития чрезвычайной ситуации на макете взрывоопасного объекта, заключающемся в том, что используют систему мониторинга с обработкой полученной информации об опасной зоне для принятия решения о предотвращении чрезвычайной ситуации, в испытательном боксе устанавливают макет взрывоопасного объекта, а по его внутреннему и внешнему периметрам устанавливают видеокамеры для видеонаблюдения за процессом развития чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте, которую моделируют посредством установки в макете взрывного осколочного элемента с инициатором взрыва, при этом видеокамеры выполняют во взрывозащитном исполнении, а выходы с видеокамер через внутреннюю полость проставок соединяют с блоком, посредством которого производят запись и регистрацию протекающих процессов изменения технологических параметров в макете, после чего регистрируют посредством системы анализаторов записанных осциллограмм протекающих процессов изменения технологических параметров в макете взрывоопасного объекта, а в потолочной части макета выполняют проем, который закрывают взрывозащитным элементом, установленным по свободной посадке на трех упругих штырях, один конец каждого из которых жестко фиксируют в потолке макета, а на втором крепят горизонтальную перекладину, между взрывным осколочным элементом и проемом устанавливают трехкоординатный датчик давления во взрывозащитном исполнении, выход которого соединяют со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры, а по обе стороны от датчика давления располагают датчики температуры и влажности, контролирующие термовлажностный режим в макете, выходы которых также соединяют со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры, а внутренние и внешние поверхности ограждений макета обклеивают тензодатчиками, выходы которых также соединяют со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры, при этом взрывозащитный элемент, размещенный в потолочной части макета, где выполняют проем, и который устанавливают по свободной посадке на трех упругих штырях, дополнительно снабжают демпфирующими элементами, смягчающими воздействие ударной волны при взрыве, и закрепляют на горизонтальных перекладинах со стороны, обращенной к проему, при этом демпфирующие элементы выполняют из эластомера, а между потолочной частью макета и демпфирующими элементами устанавливают индуктивный датчик перемещения, регистрирующий динамику перемещения взрывозащитного элемента при взрыве, сигнал с которого по линии связи направляют в блок записывающей и регистрирующей аппаратуры, выход которой соединяют с блоком анализаторов записанных осциллограмм протекающих процессов изменения технологических параметров в макете взрывоопасного объекта, 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.

В испытательном боксе в качестве инициатора взрыва взрывного осколочного элемента используют горючую жидкость, например ацетон, при этом необходимое ее количество для создания стехиометрической концентрации в испытательном боксе определяют по формуле

где M - молекулярный вес жидкости; V_к - объем испытательного бокса, л; V_в - объем воздуха, необходимый для полного сгорания одной молекулы горючей жидкости, л.

где P_бар - барометрическое давление, мм рт.ст.; V₀=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.

На одном из трех упругих штырей с листами-упорами, которые дополнительно снабжены демпфирующими элементами, для смягчающего воздействия ударной волны при моделировании взрыва в макете закрепляют динамометр для регистрации возрастания усилия на демпфирующие элементы от взрывозащитного элемента, размещенного в потолочной части макета, где выполнен проем, при этом сигнал с динамометра по линии связи передают на блок записывающей и регистрирующей аппаратуры.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства для реализации способа прогнозирования развития чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте, на фиг. 2 - фрагмент макета взрывозащитного элемента в потолочной части макета.

Устройство для реализации способа исследования развития чрезвычайной ситуации на макете взрывоопасного объекта содержит макет 1 взрывоопасного объекта (фиг. 1) с установленным в нем взрывным осколочным элементом 14 с инициатором взрыва 13, защитный чехол 2 и поддон 3, при этом чехол с поддоном представляют собой единую замкнутую конструкцию, образованную вокруг макета 1 взрывоопасного объекта, размещенного в испытательном боксе 8. Кроме того, макет 1 оборудован транспортной 6 и подвесной 5 системами, а защитный чехол 2 выполнен многослойным и состоящим из обращенного внутрь к макету 1 алюминиевого слоя, затем резинового и перкалевого слоев. Подвесная система состоит из комплекта скоб и растяжек 5, размещенных на защитном чехле, а также необходимого количества анкерных крюков (петель) в потолке, стенах и полу испытательного бокса 8. Транспортная система 6 предназначена для удаления разрушенного макета 1 после проведения испытаний из испытательного бокса 8 вместе с защитным чехлом 2.

Транспортная система представляет собой тележку с дышлом. На раме тележки крепятся проставки, на которые устанавливаются и крепятся поддон и макет 1. Подвесная система состоит из комплекта скоб и растяжек, размещенных на защитном чехле, а также необходимого количества анкерных крюков (петель) в потолке, стенах и полу защитного сооружения.

Внутри макета 1 взрывоопасного объекта, по его внутреннему и внешнему периметрам установлены видеокамеры 7 и 4 видеонаблюдения за процессом развития ЧС, смоделированной посредством взрывного осколочного элемента 14 с инициатором взрыва 13, причем видеокамеры 4 и 7 выполнены во взрывозащитном исполнении, а выходы с видеокамер через внутреннюю полость проставок 10 соединены с блоком 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры, выход которого соединен с блоком анализаторов 18 записанных осциллограмм протекающих процессов изменения технологических параметров в макете 1 взрывоопасного объекта. В потолочной части макета 1 выполнен проем 15, который закрыт взрывозащитным элементом 16, установленным по свободной посадке на трех упругих штырях 19, один конец каждого из которых жестко вмонтирован в потолок макета 1, а на втором имеется горизонтальная перекладина. Между взрывным осколочным элементом 14 и проемом 15, выполненным в потолочной части макета 1 и закрытым взрывозащитным элементом 16, по фронту движения взрывной волны установлен трехкоординатный датчик давления 9 во взрывозащитном исполнении, выход которого соединен со входом блока 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры. По обе стороны от датчика давления 9 расположены датчики температуры 20 и влажности 21, контролирующие термовлажностный режим в макете 1, выходы которых также соединены со входом блока 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры. Внутренние поверхности ограждений макета 1 обклеены тензодатчиками 12 (тензорезисторами), а внешние - тензодатчиками 11, выходы которых также соединены со входом блока 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры.

Устройство монтируется следующим образом: поддон 3 с помощью проставок 10 и болтов (на чертеже не показано) крепится к опорным лапам (на чертеже не показано) макета 1, а также через проставки (на чертеже не показано) крепится болтовым соединением на раму транспортной системы 6. Защитный чехол 2 после предварительной примерки и отладки подвесной системы 5 подвязывается к потолку испытательного бокса 8 над макетом 1, поддоном 3 и транспортной системой 6. После проведения подготовительных к подрыву операций с макетом 1 и взрывным осколочным элементом 14 с инициатором взрыва 13, выведения и герметизации коммуникаций и подсоединения соответствующих электрических цепей чехол монтируется вокруг макета 1, герметично соединяется с поддоном и растягивается с помощью подвесной системы, образуя замкнутое герметичное пространство (объем) вокруг макета 1.

Взрывозащитный элемент 16, размещенный в потолочной части макета 1, где выполнен проем 15, и который установлен по свободной посадке на трех упругих штырях 19, дополнительно снабжен демпфирующими элементами 26 (фиг. 2), смягчающими воздействие ударной волны при взрыве и закрепленными на горизонтальных перекладинах со стороны, обращенной к проему 15, при этом элементы 26 могут быть выполнены из эластомера, например полиуретана, или комбинированными (на чертеже не показано), например упруго-демпфирующими в виде упругого элемента, пружины, заполненной полиуретаном, а между потолочной частью макета 1 и демпфирующими элементами 26 установлен индуктивный датчик перемещения 22, регистрирующий динамику перемещения взрывозащитного элемента 16 при взрыве, сигнал с которого по линии связи 25 поступает в блок 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры, выход которой соединен с блоком 18 анализаторов записанных осциллограмм протекающих процессов изменения технологических параметров в макете 1 взрывоопасного объекта, где установлены датчики деформации 23 и 24 боковых поверхностей в макете 1.

Инициатором взрыва 13 взрывного осколочного элемента 14 могут быть использованы горючий 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 T_взр, равной 2000°C: , .

Расчет необходимого количества взрывчатого вещества, например горючей жидкости (ацетона C₃H₆O), для создания стехиометрической концентрации в помещении определяется по

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

где P_бар - барометрическое давление, мм рт. ст.; V₀=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.

На одном из трех упругих штырей 19 с листами-упорами, которые дополнительно снабжены демпфирующими элементами 26 (фиг. 2), для смягчающего воздействия ударной волны при моделировании взрыва в макете 1 закрепляют динамометр 27 для регистрации возрастания усилия на демпфирующие элементы 26 от взрывозащитного элемента 16, размещенного в потолочной части макета 1, где выполнен проем 15, при этом сигнал с динамометра 27 по линии связи 28 передают на блок 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры.

Способ исследования развития чрезвычайной ситуации на макете взрывоопасного объекта осуществляют следующим образом.

В испытательном боксе 8 устанавливают макет 1 взрывоопасного объекта, а по его внутреннему и внешнему периметрам устанавливают видеокамеры 7 и 4 видеонаблюдения за процессом развития чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте, которую моделируют посредством установки в макете 1 взрывного осколочного элемента 14 с инициатором взрыва 13, при этом видеокамеры 4 и 7 выполняют во взрывозащитном исполнении, а выходы с видеокамер через внутреннюю полость проставок 10 соединяют с блоком 17 и производят запись и регистрацию протекающих процессов изменения технологических параметров в макете 1, после чего регистрируют посредством системы анализаторов 18 записанных осциллограмм протекающих процессов изменения технологических параметров в макете 1 взрывоопасного объекта. В потолочной части макета 1 выполняют проем 15, который закрывают взрывозащитным элементом 16, установленным по свободной посадке на трех упругих штырях 19, один конец каждого из которых жестко фиксируют в потолке макета 1, а на втором крепят горизонтальную перекладину. Между взрывным осколочным элементом 14 и проемом 15 устанавливают трехкоординатный датчик давления 9 во взрывозащитном исполнении, выход которого соединяют со входом блока 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры, а по обе стороны от датчика давления 9 располагают датчики температуры 20 и влажности 21, контролирующие термовлажностный режим в макете 1, выходы которых также соединяют со входом блока 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры. Внутренние поверхности ограждений макета 1 обклеивают тензодатчиками 12 (тензорезисторами), а внешние - тензодатчиками И, выходы которых также соединяют со входом блока 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры. 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. Взрывозащитный элемент, размещенный в потолочной части макета, где выполняют проем, и который устанавливают по свободной посадке на трех упругих штырях, дополнительно снабжают демпфирующими элементами, смягчающими воздействие ударной волны при взрыве, и закрепляют на горизонтальных перекладинах со стороны, обращенной к проему, при этом демпфирующие элементы выполняют из эластомера, а между потолочной частью макета и демпфирующими элементами устанавливают индуктивный датчик перемещения, регистрирующий динамику перемещения взрывозащитного элемента при взрыве, сигнал с которого по линии связи направляют в блок записывающей и регистрирующей аппаратуры, выход которой соединяют с блоком анализаторов записанных осциллограмм протекающих процессов изменения технологических параметров в макете взрывоопасного объекта, 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. В боковых стенках макета размещают, по крайней мере, две взрывозащитных разрушающихся конструкции для ограждения особо опасных производственных объектов, в которых отсутствуют оконные проемы, и каждая из которых состоит из железобетонных панелей, состоящих из разрушающейся и неразрушающейся частей, причем неразрушающуюся часть выполняют по контуру панели, а разрушающуюся часть выполняют в виде, по крайней мере, двух коаксиально расположенных ниш, одну из которых - внешнюю образуют плоскостями правильной четырехугольной усеченной пирамиды с прямоугольным основанием, а другую - внутреннюю выполняют в виде двух наклонных поверхностей, соединенных ребром, а на наклонных поверхностях разрушающейся части панели устанавливают тензорезисторы, фиксирующие деформацию и момент их разрушения, при этом сигнал с тензорезисторов по линии связи направляют в блок записывающей и регистрирующей аппаратуры, выход которой соединяют с блоком анализаторов записанных осциллограмм протекающих процессов изменения технологических параметров в макете взрывоопасного объекта, 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.