СИСТЕМА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ, В ТОМ ЧИСЛЕ АВАРИЙНЫХ ВЫБРОСОВ СЖИЖЕННОГО ТОПЛИВА Российский патент 2005 года по МПК F42D7/00 A62C3/06 

Изобретение относится к исследованиям режимов сгорания крупномасштабных паровых топливно-воздушных облаков и может быть использовано: I) в испытательной технике для моделирования аварий при выбросах сжиженного топлива в атмосферу; II) для борьбы с летучими насекомыми-вредителями (саранчой).

Известен способ возбуждения взрыва топливно-воздушной смеси, заключающийся в диспергировании в воздух с помощью взрыва облака жидких капель, 50% которых составляет окись этилена и 50% - окись пропилена, детонировании облака капель под воздействием детонаторов, диспергированных вместе с ним во время взрыва ([1]. Патент США №4157928, МКИ С 06 В 23/00).

К недостаткам известного способа относится размещение диспергирующего (разрывного) заряда и детонаторов внутри сосуда с топливом, что усложняет изготовление системы и понижает безопасность обращения с ней.

Наиболее близким к заявляемому по назначению и совпадающим по техническим признакам является изобретение по пат.СССР №1834667, 1993 г., в котором описана система моделирования аварийной ситуации (пожара), которая может быть использована и для моделирования аварийных выбросов сжиженного топлива. Система состоит из герметичного контейнера со сжиженным углеводородным топливом и диспергирующим зарядом ВВ для вскрытия контейнера, которые размещают в полосе леса.

Детонирующий заряд ВВ выкладывают на грунт или размещают в кронах деревьев. После подрыва диспергирующего заряда происходит разгерметизация контейнера и формирование топливно-воздушного облака. Детонирующий заряд ВВ подрывает указанное облако.

К недостаткам этой системы как и предыдущей относится размещение диспергирующего (разрывного) заряда внутри контейнера с топливом. Кроме того, не исключается преждевременное воспламенение топлива до его перемешивания с воздухом.

Решаемой технической задачей является разработка достаточно простой и надежной системы, которую можно использовать для моделирования аварий, в частности, возникающих при выбросах сжиженного топлива в атмосферу на химических производствах и на железнодорожном транспорте, а также для исследования влияния твердых дисперсных частиц (пыль, металлическая крошка и т.д.) на режимы горения топливно-воздушных облаков при выбросах сжиженного топлива.

Ожидаемый технический результат заключается в упрощении процесса моделирования аварийных ситуаций, в частности выбросов сжиженного топлива. Указанный технический результат достигается применением системы, состоящей из заполненного сжиженным углеводородом герметичного контейнера, заряда ВВ для вскрытия контейнера и размещенного вне контейнера инициирующего заряда ВВ, в которой согласно изобретению имеется емкость, заполненная охлаждающей жидкостью, при этом заряд для вскрытия контейнера установлен, с одной стороны, в непосредственном контакте с наружной поверхностью контейнера, с другой стороны, в непосредственном контакте с емкостью с охлаждающей жидкостью, а на поверхность инициирующего заряда ВВ нанесен слой высокодисперсного порошка горючего металла; при этом масса заряда ВВ для вскрытия контейнера составляет около 2% от массы сжиженного углеводорода, масса охлаждающей жидкости приблизительно в 10 раз превышает массу заряда ВВ для вскрытия контейнера, масса инициирующего заряда ВВ составляет около 2% от массы сжиженного углеводорода, а масса слоя порошка составляет 1-2% от массы сжиженного углеводорода. Кроме того, система дополнительно может включать группу описанных выше контейнеров со сжиженным углеводородом, размещенных на расстояниях друг от друга, при которых обеспечивается различная концентрация топлива в облаке, достаточная для его инициирования.

Установление заряда для вскрытия контейнера снаружи от контейнера значительно упрощает процесс сборки системы. Применение емкости с охлаждающей жидкостью предотвращает преждевременное возгорание топлива до его перемешивания с воздухом и образования топливно-воздушного облака. Применение порошка горючего металла позволяет осуществлять инициирование процесса сгорания облака по большой поверхности и исследовать влияние наличия твердых частиц (пыли) на режимы сгорания. Применение группы контейнеров создает возможность для исследования процессов столкновений образующихся топливно-воздушных облаков, расположенных на различных расстояниях, которые могут происходить при авариях на газохранилищах (система цеппелин) или железнодорожном транспорте (состав цистерн), что должно приводить к значительной турбулизации потоков топливно-воздушной смеси и, как следствие, к ускорению пламени.

Проведенные авторами эксперименты показали, что при указанных выше соотношениях масс зарядов ВВ, порошка горючего металла и сжиженного углеводорода достигаются более высокие параметры сгорания создаваемых топливно-воздушных облаков, чем при одиночном выбросе или точечном инициировании облака (например, электрической искрой).

Предлагаемая система схематически изображена на чертеже. Система для моделирования аварийных выбросов сжиженного топлива состоит из замкнутого герметичного контейнера 1, заполненного сжиженным углеводородом 2, заряда ВВ 3 для вскрытия контейнера 1, установленного, с одной стороны, в непосредственном контакте с наружной поверхностью контейнера, с другой стороны, в непосредственном контакте с пластиковой емкостью с охлаждающей жидкостью 4, инициирующего заряда ВВ 5, размещенного вне контейнера, слоя высокодисперсного порошка горючего металла 6, нанесенного на поверхность инициирующего заряда ВВ.

Система работает следующим образом. Подрыв заряда 3 для вскрытия контейнера 1 и инициирующего заряда ВВ 5 производят одновременно. Образование топливно-воздушного облака осуществляется путем взрывного диспергирования сжиженного углеводорода 2 из контейнера 1 в окружающую атмосферу, происходящего в результате взрыва разрывного заряда ВВ 3, что приводит к сквозному разрушению стенки контейнера. Для предотвращения преждевременного воспламенения углеводорода 2 в процессе его истечения из контейнера 1 в атмосферу температуру продуктов взрыва разрывного заряда ВВ 3 понижают за счет перемешивания с охлаждающей жидкостью 4. Инициирование топливно-воздушного облака осуществляют путем взрывного диспергирования в него высокодисперсного порошка горючего металла 6, предварительно нанесенного на поверхность инициирующего заряда ВВ 5, размещенного вне контейнера на заданном расстоянии, обеспечивающем концентрацию топлива в облаке, достаточную для осуществления поджига.

Также может быть использована цепочка из нескольких контейнеров с инициированием одного из контейнеров и с последующей передачей горения от одного контейнера к другому.

Применение: I) в испытательной технике для моделирования аварий при выбросах сжиженного топлива в атмосферу; II) для борьбы с летучими насекомыми-вредителями (саранчой). Сущность: система, состоящая из герметичного контейнера, заряда ВВ для вскрытия контейнера и инициирующего заряда ВВ, в которой согласно изобретению заряд для вскрытия контейнера устанавливается, с одной стороны, в непосредственном контакте с наружной поверхностью контейнера, с другой стороны, в непосредственном контакте с емкостью, заполненной охлаждающей жидкостью, герметичный контейнер заполнен сжиженным углеводородом, инициирующий заряд ВВ размещается вне контейнера, а на поверхность инициирующего заряда ВВ наносится слой высокодисперсного порошка горючего металла; при этом масса заряда ВВ для вскрытия контейнера составляет около 2% от массы сжиженного углеводорода, масса охлаждающей жидкости приблизительно в 10 раз превышает массу заряда ВВ для вскрытия контейнера, масса инициирующего заряда ВВ составляет около 2% от массы сжиженного углеводорода, а масса слоя порошка составляет 1-2% от массы сжиженного углеводорода. Для исследования скорости сгорания используется группа описанных выше контейнеров со сжиженным углеводородом, размещенных на различном расстоянии друг от друга, при котором обеспечивается различная концентрация топлива в облаке, достаточная для инициирования его воспламенения. Технический результат: упрощение процесса создания и инициирования топливно-воздушного облака, системы топливно-воздушных облаков различной геометрии, возможность исследования влияния на параметры сгорания топливно-воздушного облака, наличия твердых дисперсных частиц (пыли). 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система для моделирования аварийных ситуаций, в частности аварийных выбросов сжиженного топлива, состоящая из заполненного сжиженным углеводородом герметичного контейнера, заряда ВВ для вскрытия контейнера и размещенного вне контейнера инициирующего заряда ВВ, отличающаяся тем, что система содержит емкость, заполненную охлаждающей жидкостью, при этом заряд для вскрытия контейнера установлен с одной стороны в непосредственном контакте с наружной поверхностью контейнера, а с другой - в непосредственном контакте с емкостью с охлаждающей жидкостью, а на поверхность инициирующего заряда ВВ нанесен слой высокодисперсного порошка горючего металла.2. Система по п.1, отличающаяся тем, что масса заряда ВВ для вскрытия контейнера составляет около 2% от массы сжиженного углеводорода, а масса охлаждающей жидкости приблизительно в 10 раз превышает массу заряда ВВ для вскрытия контейнера, масса инициирующего заряда ВВ составляет около 2% от массы сжиженного углеводорода, а масса порошка горючего металла составляет 1-2% от массы сжиженного углеводорода.3. Система по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что она включает дополнительно группу герметичных контейнеров со сжиженным углеводородом, размещенных на расстоянии, выбранном из условия обеспечения различной концентрации топлива в облаке, достаточной для его инициирования.