Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СОСТАВА ГАЗОВОЙ СРЕДЫ

Предлагаемое изобретение относится к области методов и средств регулирования и контроля газовой среды, может быть использовано в системах управления технологическими процессами, в частности, для контроля и регулирования содержания газообразных горючих или токсичных веществ в стационарных или транспортируемых контейнерах.

Из предшествующего уровня техники известен способ и устройство регулирования газовой среды полостей рабочих приборов путем сбрасывания взрывоопасных и токсичных газов в атмосферу или на межаппаратурные коммуникации (патент РФ №02422177, МПК А62С 3/04, опубл. 27.06.11 г.), согласно которому сбрасывание указанных газов осуществляют с использованием транспортирования их по магистральному газопроводу, один конец которого подключен к блоку поступления взрывоопасных и токсичных газов, а другой соединен через предохранительный клапан с факельной трубой для сжигания газов.

Известен способ наблюдения за газовой средой объемов и ее регулирования из патента РФ №02138856 (МПК G08B 17/107, опубл. 27.09.1999 г.), в котором для предупреждения возникновения пожаровзрывоопасной ситуации из-за утечки газов в различных емкостях летательных аппаратов используется метод селективного измерения содержаний опасных газов с последующим сравнением измеренных величин с эталонным постоянным и безопасным содержанием газов в эталонной камере (водорода и кислорода).

К недостаткам аналогов относится отсутствие возможности регулирования газовой среды контейнера, содержащей горючие и токсичные газообразные вещества.

Известен, в качестве прототипа, способ регулирования атмосферы камеры дожигания путем вытеснения инертным газом токсичного материала (патент РФ №02035809, МПК Н01М 8/04, опубл. 20.05.1995 г.), согласно которому из камеры дожигания после продувки ее водородом, удаляют токсичную жидкость при поступлении в эту камеру инертного газа.

К недостаткам прототипа относится отсутствие возможности обеспечения безопасной и стабильной атмосферы и экологической безопасности окружающей среды, недостаточно высокая надежность предотвращения риска возгорания или взрыва, отсутствие средств для измерения концентрации опасного компонента.

Задачей авторов изобретения является разработка способа регулирования состава газовой среды, обеспечивающего максимально достоверное установление состояния исследуемой газовой среды и позволяющего своевременно и оперативно предупредить или предотвратить возникновение опасной ситуации.

Новый технический результат заключается в обеспечении возможности регулирования состава газовой среды за счет измерения концентрации опасного компонента в газовой среде и понижения его концентрации до безопасного значения при установлении факта превышения измеренной концентрации над безопасным значением и, как следствие, обеспечение повышения безопасности обращения с контейнером.

Указанные задача и новый технический результат при использовании предлагаемого способа обеспечиваются тем, что в отличие от известного способа регулирования состава газовой среды, включающего создание инертной атмосферы с использованием инертного газа, согласно предлагаемому способу в контейнере с газовой средой, снабженном вентилем для заполнения и опустошения, при установлении факта превышения концентрации горючего или токсичного газообразного вещества над его безопасным значением, создают избыточное давление путем подачи через вентиль инертного газа, закрывают вентиль, выдерживают контейнер с газовой средой в течение времени, достаточного для выравнивания концентраций газообразных веществ внутри контейнера, открывают вентиль и выпускают газовую смесь до момента выравнивания давления внутри емкости и давления окружающей среды, затем циклы создания избыточного давления газовой среды в контейнере, выдержки для выравнивания концентраций газообразных веществ внутри контейнера, выравнивания давления внутри контейнера и давления окружающей среды повторяют с кратностью, определяемой по следующей формуле:

где n - количество повторений операций заполнения контейнера инертным газом;

[с^в] - допустимая (безопасная) концентрация горючего или токсичного газа в контейнере;

- концентрация горючего или токсичного газа в контейнере;

ΔР - создаваемое в контейнере избыточное давление инертного газа;

Р₀ - начальное давление в контейнере.

Предлагаемый способ поясняется следующим образом.

На фиг. 1 изображено устройство, на котором реализован данный способ, где 1 - контейнер, 2 - вентиль, 3 - трубопровод подачи инертного газа.

В контейнере (1) содержится горючий или токсичный газ, который может накапливаться за счет выделения из материалов, хранящихся в контейнере.

Первоначально в герметичном контейнере, содержащем горючее или токсичное газообразное вещество, определяют концентрацию этого вещества посредством отбора пробы и с использованием метода хроматографического анализа. Затем сравнивают результат измерения с допустимым (безопасным) значением концентрации горючего или токсичного газообразного вещества.

В случае превышения измеренной концентрации над допустимым (безопасным) значением концентрации горючего или токсичного газообразного вещества во внутренней полости контейнера создают избыточное давление путем подачи через вентиль инертного газа (аргона). Затем закрывают вентиль и выдерживают контейнер с газовой средой в течение времени, достаточного для выравнивания концентраций газообразных веществ внутри контейнера, после чего открывают вентиль и выпускают газовую смесь до момента выравнивания давления внутри контейнера и давления окружающей среды. Этот прием позволяет минимизировать количество циклов создания избыточного давления в герметизированном контейнере.

Во избежание риска возгорания газа или отравления персонала при проведении работ с контейнером, согласно предлагаемому способу в контейнере (1), снабженном вентилем (2), проводят измерение содержания горючего или токсичного газообразного вещества и сравнение измеренного значения с безопасным значением. Далее, в случае превышения измеренной концентрации над безопасным значением, в контейнере (1) создают избыточное давление путем подачи через вентиль (2) по трубопроводу (3) инертного газа. Закрывают вентиль (2), выдерживают контейнер (1) с газовой средой в течение времени, достаточного для выравнивания концентраций газообразных веществ внутри контейнера (1), открывают вентиль (2) и выпускают газовую смесь до момента выравнивания давления внутри контейнера (1) и давления окружающей среды. Циклы создания избыточного давления газовой среды в контейнере (1), выдержки для выравнивания концентраций газообразных веществ внутри контейнера (1), выравнивания давления внутри контейнера (1) и давления окружающей среды повторяют с кратностью, определяемой по следующей формуле (1):

где n - количество повторений операций заполнения контейнера инертным газом;

[с^в] - допустимая (безопасная) концентрация горючего или токсичного газа в контейнере;

- концентрация горючего или токсичного газа в контейнере;

ΔР - создаваемое в контейнере избыточное давление инертного газа;

Р₀ - начальное давление в контейнере.

Как показала экспериментальная отработка предлагаемого способа, такая многократность повторения циклов создания избыточного давления газовой среды в контейнере, выдержки для выравнивания концентраций газообразных веществ внутри контейнера, выравнивания давления внутри контейнера и давления окружающей среды, необходима для обеспечения безопасности за счет постоянного удаления опасного компонента и. как следствие, понижения его концентрации до безопасного значения.

Использование предлагаемого способа обеспечивает возможность более точного регулирования состава газовой смеси в контейнере за счет измерения концентрации содержащегося в контейнере горючего или токсичного газообразного вещества и сравнения ее с безопасным значением и, как следствие, обеспечение повышения безопасности обращения с контейнером по сравнению с прототипом.

Возможность практической реализации предлагаемого способа была подтверждена экспериментальным путем.

Пример 1. В эксперименте был использован металлический контейнер цилиндрической формы, имеющий следующие характеристики;

- высота внутренней полости h=1620 мм;

- диаметр внутренней полости d=782 мм;

- крышка оснащена вентилем.

Температура при проведении эксперимента составляла 21°С, атмосферное давление 741 мм рт.ст. (98,79 кПа). Температуру измеряли термометром ГОСТ 2883-73 с пределом измерений (0-100)°С, атмосферное давление - барометром M110 с диапазоном измерения давления от 5 до 790 мм рт.ст.

В контейнере, первоначально заполненном воздухом, была создана начальная концентрация водорода примерно 15% об., превышающая нижний предел воспламенения данного газа в воздухе, равный [с]=4,12% об. Далее, в соответствии с предлагаемым способом, провели измерение концентрации водорода в контейнере путем отбора пробы газовой среды и ее анализа с использованием газового хроматографа серии «Цвет 500» с детектором по теплопроводности. Согласно результатам анализа, концентрация водорода в контейнере составила (14,0±1,3)% об. Затем, с использованием вентиля, расположенного на крышке, в контейнер начали подавать аргон. После достижения избыточного давления в контейнере 40 кПа (0,4 кгс/см²) вентиль закрыли. Избыточное давление измерялось манометром образцовым ГОСТ 6521-72 модели 11201 на 1 кгс/см², класс точности 0,4. Далее была проведена выдержка в течение 30 минут, необходимая для выравнивания концентраций газообразных компонентов внутри контейнера. Затем вентиль открыли и давление в контейнере понизили до атмосферного путем выпуска газовой смеси из контейнера в систему вытяжной вентиляции. Операции, включающие создание в контейнере избыточного давления 40 кПа (0,4 кгс/см²) путем заполнения контейнера аргоном, выдержки для выравнивания концентраций газообразных компонентов внутри контейнера, сброса давления повторили. Количество повторений рассчитали по следующей формуле:

где n - количество повторений операции заполнения контейнера инертным газом;

[с^в] - допустимая (безопасная) концентрация горючего газа в контейнере;

- концентрация горючего газа в контейнере;

ΔР - создаваемое в контейнере избыточное давление инертного газа;

Р₀ - начальное давление в контейнере.

Согласно расчетам, число повторений составило 4. После 4-го повторения провели отбор газовой пробы и определение концентрации водорода, которая, согласно результатам анализа в условиях данного примера, составила (3,8±0,3) % об., что ниже допустимой (безопасной) концентрации водорода в контейнере.

Выполнение указанных выше операций позволило обеспечить дальнейшее безопасное обращение с контейнером, во внутреннем объеме которого первоначально имелась пожароопасная газовая среда, за счет своевременного выявления факта превышения концентрации горючего газа над безопасным значением и исключения опасности путем понижения концентрации горючего газа до безопасного значения.