УСТРОЙСТВО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАЗВИТИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНОЙ СИТУАЦИИ ПРИ АВАРИИ НА ВЗРЫВООПАСНОМ ОБЪЕКТЕ Российский патент 2016 года по МПК A62C35/00 

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 №2549677, А62С 35/00, (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.

Это достигается тем, что в способе прогнозирования развития чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте, заключающимся 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, 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.

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, на фиг. 3 - фрагмент макета взрывозащитной разрушающейся части конструкции для ограждения особо опасных производственных объектов.

Устройство для реализации способа прогнозирования развития чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте 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.

Устройство для реализации способа содержит размещенные в боковых стенках макета 1, по крайней мере, две взрывозащитных разрушающихся конструкции для ограждения особо опасных производственных объектов (фиг. 3), например безфонарных зданий, в которых отсутствуют оконные проемы, каждая из которых состоит из железобетонных панелей, состоящих из разрушающейся и неразрушающейся частей, причем неразрушающаяся часть 23 выполнена по контуру панели, а разрушающаяся часть выполнена в виде, по крайней мере, двух коаксиально расположенных ниш (углублений в стене здания), одна из которых, внешняя, образована плоскостями 27 правильной четырехугольной усеченной пирамидой с прямоугольным основанием, а другая, внутренняя, представляет собой две наклонные поверхности 28, соединенные ребром 29, с образованием паза, при этом толщина стены от ребра 29 до внешней поверхности ограждения здания должна быть не менее δ=20 мм. За счет этих пазов в стене здания при воздействии ударной взрывной нагрузки этот участок стены может быть разделен на отдельные части. Соединение разрушающихся частей панели в пазах производится арматурой (на чертеже не показано) с таким расчетом, чтобы плиты не деформировались при перевозке, монтаже и ветровой нагрузке. На наклонных поверхностях 28 разрушающейся части панели установлены тензорезисторы 30, фиксирующие деформацию и момент их разрушения, при этом сигнал с тензорезисторов 30 по линии связи 31 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.

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

где $$n_{O_2}$$ - количество молей кислорода; $$m_{N_2}$$ $$m_{C{O}_2}$$ $$m_{H_{2}O}$$ - количество молей азота, углекислоты и воды ( $$n_{N_2}=m_{N_2}=n_{O_2}\cdot \mathrm{3,37}$$ ); 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 $$C_{C{O}_2}$$ $$C_{H_{2}O}$$ $$C_{N_2}$$ - теплоемкости продуктов сгорания при температуре взрыва.

Принимаем при Т_взр, равной 2000°С: $$C_{C{O}_2}=\mathrm{11,83}ккал/(кмоль{\cdot }^{\circ }С)$$ [0,182 Дж/(кмоль·К)], $$C_{H_{2}O}=\mathrm{10,62}ккал/(кмоль{\cdot }^{\circ }С)$$ [0,163 Дж/(кмоль·К)],

$$C_{N_2}=\mathrm{7,54}ккал/(кмоль{\cdot }^{\circ }С)$$ [0,115 Дж/(кмоль·К)].

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_B - 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°С и давлении 760 мм рт. ст.,

объем (см³) горючей жидкости

где ρ - плотность жидкости, г/см³.

Устройство прогнозирования развития чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте работает 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 11, 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 установливают 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 пирамидой с прямоугольным основанием, а другую, внутреннюю, выполняют в виде двух наклонных поверхностей, соединенных ребром, а на наклонных поверхностях разрушающейся части панели установливают 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.

Изобретение относится к системам безопасности, предотвращающим развитие чрезвычайной ситуации. Способ прогнозирования развития чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте заключается в использовании системы мониторинга опасной зоны. В испытательном боксе устанавливают макет взрывоопасного объекта, а по его внутреннему и внешнему периметрам устанавливают видеокамеры. Видеокамеры выполняют во взрывозащитном исполнении, а выходы с видеокамер соединяют с блоком, посредством которого производят запись и регистрацию протекающих процессов изменения технологических параметров в макете. Регистрируют посредством системы анализаторов записанных осциллограмм протекающих процессов изменения технологических параметров в макете взрывоопасного объекта. В потолочной части макета выполняют проем, который закрывают взрывозащитным элементом. Между взрывным осколочным элементом и проемом устанавливают трехкоординатный датчик давления. 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. Технически достижимый результат - повышение эффективности защиты технологического оборудования, 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для прогнозирования развития чрезвычайной ситуации на взрывоопасном объекте, содержащее системы мониторинга и обработки полученной информации об опасной зоне, содержит размещенный в испытательном боксе макет взрывоопасного объекта с установленным в нем взрывным осколочным элементом с инициатором взрыва, защитный чехол и поддон, при этом чехол с поддоном представляют собой единую замкнутую конструкцию, образованную вокруг макета взрывоопасного объекта, а макет оборудован транспортной и подвесной системами, при этом защитный чехол выполнен многослойным и состоящим из обращенного внутрь к макету алюминиевого слоя, затем резинового и перкалевого слоев, а подвесная система состоит из комплекта скоб и растяжек, размещенных на защитном чехле, а также необходимого количества анкерных крюков в потолке, стенах и полу испытательного бокса, внутри макета взрывоопасного объекта, по его внутреннему и внешнему периметрам, установлены видеокамеры видеонаблюдения, выполненные во взрывозащитном исполнении, выходы с видеокамер соединены с блоком записывающей и регистрирующей аппаратуры, выход которого соединен с блоком анализаторов записанных осциллограмм протекающих процессов изменения технологических параметров в макете взрывоопасного объекта, причем в потолочной части макета выполнен проем, который закрыт взрывозащитным элементом, установленным по свободной посадке на трех упругих штырях, один конец каждого из которых жестко вмонтирован в потолок макета, а на втором имеется горизонтальная перекладина, между взрывным осколочным элементом и проемом, выполненным в потолочной части макета, и закрытым взрывозащитным элементом по фронту движения взрывной волны установлен трехкоординатный датчик давления во взрывозащитном исполнении, выход которого соединен со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры, причем по обе стороны от датчика давления расположены датчики температуры и влажности, контролирующие термовлажностный режим в макете, выходы которых также соединены со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры, внутренние и внешние поверхности ограждений макета обклеены тензодатчиками, выходы которых также соединены со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры, отличающееся тем, что взрывозащитный элемент, размещенный в потолочной части макета, где выполнен проем, и который установлен по свободной посадке на трех упругих штырях, дополнительно снабжен демпфирующими элементам, смягчающими воздействие ударной волны при взрыве и закрепленными на горизонтальных перекладинах со стороны, обращенной к проему, при этом элементы могут быть выполнены из эластомера, например полиуретана, или комбинированными, например упруго-демпфирующими в виде упругого элемента, пружины, заполненной полиуретаном, а между потолочной частью макета и демпфирующими элементами установлен индуктивный датчик перемещения, регистрирующий динамику перемещения взрывозащитного элемента при взрыве, сигнал с которого по линии связи поступает в блок записывающей и регистрирующей аппаратуры, выход которой соединен с блоком анализаторов записанных осциллограмм протекающих процессов изменения технологических параметров в макете взрывоопасного объекта.

2. Устройство прогнозирования развития чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте по п. 1, отличающееся тем, что в боковых стенках макета размещают, по крайней мере, две взрывозащитные разрушающиеся 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 пирамидой 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.

3. Устройство прогнозирования развития чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте по п. 1, отличающееся тем, что 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 М - молекулярный вес жидкости; V_K - объем испытательного бокса, л; V_B - объем воздуха, необходимый для полного сгорания одной молекулы горючей жидкости, л,


где Р_бар - барометрическое давление, мм рт. ст.; V_o=22,4 л - объем грамм-молекулы воздуха при 0°С и давлении 760 мм рт. ст., объем (см³) горючей жидкости

где ρ - плотность жидкости, г/см³.