RU2262365C2 - System to provide explosion protection in compartments with equipment working in explosive environment - Google Patents
System to provide explosion protection in compartments with equipment working in explosive environment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2262365C2 RU2262365C2 RU2003127171/12A RU2003127171A RU2262365C2 RU 2262365 C2 RU2262365 C2 RU 2262365C2 RU 2003127171/12 A RU2003127171/12 A RU 2003127171/12A RU 2003127171 A RU2003127171 A RU 2003127171A RU 2262365 C2 RU2262365 C2 RU 2262365C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- volume
- detonation
- wave
- gaseous mixture
- gas
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
- Disintegrating Or Milling (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области пожаровзрывобезопасности и может использоваться в энергетике и на транспорте при проектировании объемов (помещений, отсеков и др.), в которых может скапливаться взрывоопасная газовая смесь (воздух и горючий газ либо пары горючей жидкости). К таким объектам относятся хранилища горючих веществ, помещения энергоустановок, отсеки транспортных средств и т.д.The invention relates to the field of fire and explosion safety and can be used in energy and transport in the design of volumes (rooms, compartments, etc.) in which explosive gas mixtures (air and combustible gas or vapors of a combustible liquid) can accumulate. Such facilities include storage facilities for combustible substances, premises of power plants, vehicle compartments, etc.
Протечки в оборудовании, работающем с горючими газами и жидкостями, зачастую приводят к образованию пожаро- и взрывоопасных газовых смесей в замкнутых объемах, где размещается данное оборудование. Степень опасности подобных объектов оценивается категориями пожароопасности ("ПО") и взрывоопасности ("ВО"), а их эксплуатация требует выполнения многочисленных условий по безопасности (ГОСТ 12.1.010-76 и др.).Leaks in equipment working with combustible gases and liquids often lead to the formation of fire and explosive gas mixtures in confined spaces where this equipment is located. The degree of danger of such objects is evaluated by the categories of fire hazard ("PO") and explosion hazard ("VO"), and their operation requires the fulfillment of numerous safety conditions (GOST 12.1.010-76, etc.).
Наибольшую опасность при этом представляют взрывоопасные ("ВО") объемы, поскольку там может возникнуть детонация. Нагрузки, реализующиеся при этом, гораздо больше, чем в режиме "спокойного" горения газов. Одним из наиболее распространенных средств обеспечения пожаровзрывобезопасности (ПВБ) в подобных случаях является заполнение объема, содержащего горячую газовую смесь, инертным газом от отдельного его источника по магистрали с запорной арматурой, срабатывающей по сигналу датчиков, анализирующих состав газов в объеме. Заполнение объема инертным газом ведут до тех пор, пока концентрация горючего газа в нем не упадет ниже минимального предела воспламенения этого газа [1]. Данное техническое решение принято за аналог. К его недостаткам следует отнести следующие:In this case, explosive (“VO”) volumes pose the greatest danger, since detonation can occur there. The loads realized in this case are much greater than in the "quiet" combustion of gases. One of the most common means of ensuring fire and explosion safety (PVB) in such cases is to fill the volume containing the hot gas mixture with inert gas from its separate source along the line with shut-off valves, triggered by a signal from sensors analyzing the composition of gases in the volume. The inert gas is filled up until the concentration of combustible gas in it falls below the minimum ignition limit of this gas [1]. This technical solution is taken as an analog. Its disadvantages include the following:
- процесс заполнения объема инертным газом требует определенного времени, в течение которого может произойти взрыв. Особенно важно это для больших объемов, время заполнения которых велико;- the process of filling the volume with an inert gas requires a certain time during which an explosion can occur. This is especially important for large volumes, the filling time of which is long;
- если горючий газ имеет широкие концентрационные пределы воспламенения (например, водород), инертного газа требуется много. Система хранения инертного газа должна иметь поэтому большую емкость, то есть либо большой объем, либо высокое рабочее давление, что не всегда приемлемо, особенно на транспорте;- if a combustible gas has wide concentration limits of ignition (for example, hydrogen), a lot of inert gas is required. The inert gas storage system must therefore have a large capacity, that is, either a large volume or a high working pressure, which is not always acceptable, especially in transport;
- для герметичного объема (отсека, помещений и т.д.) давление большого количества инертного газа может привести к недопустимому повышению давления в этом объеме и его разрушению;- for a sealed volume (compartment, rooms, etc.), the pressure of a large amount of inert gas can lead to an unacceptable increase in pressure in this volume and its destruction;
- при заполнении инертным газом объема со сложной внутренней "архитектурой" в его отдельных частях может сохраниться взрывоопасная газовая смесь, не разбавленная инертным газом.- when filling with an inert gas of a volume with complex internal "architecture" in its separate parts, an explosive gas mixture that is not diluted with an inert gas may remain.
Другой близкой к предлагаемому решению является система, предотвращающая взрыв газов за счет вентилирования "ВО" помещения. Такая система содержит средства вентилирования объема и датчики опасных концентраций газов, по сигналу которых включается вентиляция. При этом система вентиляции объема должна быть надежной и гарантировать отсутствие локальных скоплений взрывоопасной газовой смеси. Удельные газы могут при этом выбрасываться в окружающую среду либо дожигаться в самой вентиляционной системе. Такое техническое решение принято за прототип [1]. К его недостаткам можно отнести то, что:Another close to the proposed solution is a system that prevents the explosion of gases due to ventilation "IN" of the room. Such a system contains means for venting the volume and sensors for dangerous concentrations of gases, the signal of which turns on the ventilation. At the same time, the volume ventilation system must be reliable and guarantee the absence of local accumulations of explosive gas mixture. In this case, specific gases can be released into the environment or burned out in the ventilation system itself. Such a technical solution is taken as a prototype [1]. Its disadvantages include the fact that:
- разработка сложной системы вентиляции достаточно трудоемка, а ее работа требует расхода энергии;- the development of a complex ventilation system is quite laborious, and its operation requires energy consumption;
- ни одна из таких систем не гарантирует от локальных скоплений взрывоопасной газовой смеси, особенно в нештатных ситуациях;- none of these systems guarantees against local accumulations of explosive gas mixtures, especially in emergency situations;
- определение возможных зон скопления взрывоопасной смеси в помещении достаточно сложно и не всегда однозначно (например, для транспортных объектов, которые могут менять свою ориентацию в пространстве);- determination of possible zones of accumulation of explosive mixtures in a room is quite difficult and not always unambiguous (for example, for transport objects that can change their orientation in space);
- при первом взрыве система ПВБ и система вентиляции могут быть повреждены, и последующее накопление горючего газа в объеме будет бесконтрольным.- during the first explosion, the PVB system and the ventilation system can be damaged, and the subsequent accumulation of combustible gas in the volume will be uncontrolled.
Задачей предлагаемого технического решения является разработка такой системы обеспечения взрывобезопасности, которая бы исключала возможность детонации. Тем самым категория данного объема по ПВБ фактически понижается с "ВО" до "ПО", хотя формально и остается прежней (так как согласно ГОСТ категорийность по ПВБ определяется возможностью образования газовой смеси с опасной концентрацией горючего, а не взрывной волны).The objective of the proposed technical solution is to develop such a system for ensuring explosion safety, which would exclude the possibility of detonation. Thus, the category of this volume in PVB actually decreases from “VO” to “PO”, although formally it remains the same (since according to GOST the categorization in PVB is determined by the possibility of the formation of a gas mixture with a dangerous concentration of fuel, rather than an explosive wave).
Задача решается тем, что взрывобезопасность объема с оборудованием, работающим во взрывоопасной газовой среде, обеспечивается системой, содержащей устройства для контроля состава газовой среды и для вентиляции, в которую введены технологические перегородки, при этом оборудование и технологические перегородки размещены в объеме таким образом, чтобы расстояние по прямой между любыми двумя точками в оставшемся свободном пространстве объема не превышало длины преддетонационного участка в стехиометрической смеси, упомянутой газовой среды с кислородом при атмосферном давлении, если объем сообщается с атмосферой, и при максимально допустимом для объема давлении, если объем герметичен.The problem is solved in that the explosion safety of the volume with equipment operating in an explosive gas environment is provided by a system containing devices for monitoring the composition of the gas medium and for ventilation into which the technological partitions are introduced, while the equipment and technological partitions are placed in the volume so that the distance in a straight line between any two points in the remaining free space of the volume did not exceed the length of the pre-knock section in the stoichiometric mixture, the aforementioned gas medium oxygen at atmospheric pressure, if the volume communicates with the atmosphere, and at the maximum permissible pressure for the volume, if the volume is airtight.
Суть предлагаемого решения состоит в следующем. При воспламенении горючей газовой смеси даже со стехиометрическим соотношением горючего и окислителя детонационная волна возникает не сразу. Для ее формирования в газе необходимо некоторое минимальное расстояние, на котором отдельные волны сжатия, генерируемые пламенем, складываются в общий скачок уплотнения - детонационную волну [2]. В отличие от волны сжатия детонационная волна практически мгновенно разогревает газовую смесь за своим фронтом. Благодаря этому она двигается со сверхзвуковой скоростью, а давление во фронте волны существенно выше, чем при обычном режиме горения газов. Рост давления во фронте такой волны происходит практически мгновенно, на расстоянии в несколько длин свободного пробега молекул газа.The essence of the proposed solution is as follows. When igniting a combustible gas mixture, even with a stoichiometric ratio of fuel and oxidizer, the detonation wave does not occur immediately. For its formation in a gas, a certain minimum distance is required at which the individual compression waves generated by the flame add up to a common compression shock — the detonation wave [2]. In contrast to the compression wave, the detonation wave almost instantly heats the gas mixture behind its front. Due to this, it moves at a supersonic speed, and the pressure in the wave front is significantly higher than in the usual gas combustion mode. The pressure increase in the front of such a wave occurs almost instantly, at a distance of several mean free paths of gas molecules.
Благодаря этим свойствам детонации именно она представляет основную опасность при горении газов и благодаря ей происходят основные поломки оборудования и разрушение материалов. Тот же факт, что для формирования детонационной волны необходимо определенное минимальное расстояние (так называемый преддетонационный участок), дает возможность не допустить ее формирования за счет "затеснения" объема. Такое возможно, если расстояние между двумя любыми точками в свободном пространстве данного объема не превышает длины преддетонационного участка (ПДУ) в газовой смеси, заполняющей этот объем.Thanks to these detonation properties, it is it that represents the main danger during the combustion of gases and thanks to it, major equipment failures and destruction of materials occur. The fact that a certain minimum distance (the so-called pre-detonation section) is necessary for the formation of a detonation wave makes it possible to prevent its formation due to the "crowding" of the volume. This is possible if the distance between any two points in the free space of a given volume does not exceed the length of the pre-knock section (PDU) in the gas mixture filling this volume.
Известно, что главными факторами, определяющими длину ПДУ, является относительная концентрация горючего в смеси и давление газовой смеси. И то и другое определяет расстояние между молекулами реагирующих газов. Рост давления в смеси, очевидно, уменьшает эту величину, а минимальный ПДУ соответствует стехиометрической смеси горючего и окислителя [3]. На фигуре для кислородо-водородной смеси дана экспериментальная зависимость длины ПДУ от состава смеси, ее давления и температуры. Видно, что температура газов практически не влияет на длину ПДУ, в то время как состав горючей смеси и давление являются для длины ПДУ основными аргументами [3].It is known that the main factors determining the length of the remote control is the relative concentration of fuel in the mixture and the pressure of the gas mixture. Both of these determine the distance between the molecules of the reacting gases. An increase in pressure in the mixture obviously reduces this value, and the minimum PDE corresponds to a stoichiometric mixture of fuel and oxidizer [3]. The figure for the oxygen-hydrogen mixture shows the experimental dependence of the length of the remote control on the composition of the mixture, its pressure and temperature. It can be seen that the temperature of the gases practically does not affect the length of the remote control, while the composition of the combustible mixture and pressure are the main arguments for the length of the remote control [3].
Таким образом, если максимальное расстояние между любыми двумя точками в свободном пространстве объема (не занятом оборудованием) меньше длины ПДУ в газовой смеси со стехиометрическим содержанием горючего и кислорода и при максимальном допустимом в объеме давлении, при воспламенении газа в объеме детонации не возникнет, даже если концентрация горючего газа это допускает.Thus, if the maximum distance between any two points in the free space of the volume (not occupied by equipment) is less than the length of the remote control in a gas mixture with a stoichiometric content of fuel and oxygen and at the maximum pressure allowed in the volume, there will be no detonation when the gas ignites in the volume, even if concentration of combustible gas allows this.
Например, как видно из графиков на фиг.1, в объеме, где могут находиться кислород и водород, детонация исключена, если расстояние между двумя любыми точками в свободном пространстве не превышает ~0,7 м (если давление атмосферное). При этом состав смеси уже не имеет значения, поскольку такой ПДУ относится к стехиометрическому составу (минимум на кривой).For example, as can be seen from the graphs in figure 1, in the volume where oxygen and hydrogen can be, detonation is excluded if the distance between any two points in free space does not exceed ~ 0.7 m (if atmospheric pressure). Moreover, the composition of the mixture does not matter anymore, since such a remote control refers to the stoichiometric composition (minimum on the curve).
Силовые импульсные нагрузки, действующие в этом случае, будут почти на порядок меньше тех, что реализуются при детонации газов. При этом динамическое нагружение конструкций будет гораздо более "плавным", т.е. длительность импульсов давления будет на порядок меньше. Это и является положительным эффектом данного технического решения, поскольку существенно снижают требования по прочности к самому помещению и оборудованию, в нем находящемуся.Power impulse loads acting in this case will be almost an order of magnitude smaller than those realized during gas detonation. In this case, the dynamic loading of structures will be much more "smooth", i.e. the duration of pressure pulses will be an order of magnitude less. This is a positive effect of this technical solution, since it significantly reduces the strength requirements for the room itself and the equipment in it.
Схема предлагаемой системы дана на фиг.2, где обозначено:The scheme of the proposed system is given in figure 2, where it is indicated:
1 - объем с оборудованием, работающим во взрывоопасной газовой среде;1 - volume with equipment operating in an explosive gas atmosphere;
2 - рабочее оборудование (для примера изображены баллоны с газом);2 - working equipment (for example, gas cylinders are shown);
3 - устройство контроля состава газовой среды;3 - device for monitoring the composition of the gaseous medium;
4 - устройство вентиляции объема;4 - volume ventilation device;
5 - технологические перегородки.5 - technological partitions.
В качестве примера оборудования, размещенного в объеме на фиг.2, изображены баллоны с природным газом (метан). Поскольку же свободного пространства остается достаточно много и при протечке баллонов это пространство может заполниться взрывоопасной смесью метана с воздухом, в объеме дополнительно установлены технологические перегородки 5, препятствующие формированию детонационной волны. Их форма, размер и количество в каждом конкретном случае могут быть различны. Таким образом, "загромождение" внутреннего пространства объема со взрывоопасной газовой смесью помогает гарантированно избежать возникновения там детонации в случае пожара. При этом для "затеснения" внутреннего пространства объема размещенного там оборудования 1 может быть недостаточно. В этом случае целесообразно добавить внутрь объема дополнительные технологические перегородки 5 с тем, чтобы "выбрать" лишнее пространство. Они могут быть выполнены в виде полых герметичных (в том числе надувных) вставок. Подобные "вкладыши", кроме того, уменьшают и общее количество горючих газов в помещении. Если они выполнены полыми или надувными, их можно заполнить азотом или фреоном, используемым для подавления пламени.As an example of equipment located in the volume of figure 2, shows cylinders with natural gas (methane). Since there is quite a lot of free space and with the leakage of cylinders this space can be filled with an explosive mixture of methane with air,
Таким образом, предлагаемая система обеспечения взрывоопасности позволяет исключить возможность детонации горючей газовой смеси в объемах. Практически категория по ПВБ такого объема снижается с категории "ВО" до категории "ПО".Thus, the proposed system for ensuring the explosion hazard eliminates the possibility of detonation of the combustible gas mixture in volumes. In practice, the PVB category of this volume is reduced from the “VO” category to the “PO” category.
Список литературыList of references
1. "Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов и средств их тушения". Справочник. М., Химия, 1990 г.1. "Fire and explosion safety of substances and materials and their extinguishing agents." Directory. M., Chemistry, 1990
2. B.C.Щетинков. Физика горения газов.2. B.C. Setae. The physics of gas combustion.
3. Физика быстропротекающих процессов. Пер. под. ред. Н.А.Златина, т.3, Москва, Мир, 1971 г., стр.222.3. Physics of fast processes. Per. under. ed. N.A. Zlatina, vol. 3, Moscow, Mir, 1971, p. 222.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003127171/12A RU2262365C2 (en) | 2003-09-08 | 2003-09-08 | System to provide explosion protection in compartments with equipment working in explosive environment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003127171/12A RU2262365C2 (en) | 2003-09-08 | 2003-09-08 | System to provide explosion protection in compartments with equipment working in explosive environment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003127171A RU2003127171A (en) | 2005-03-10 |
| RU2262365C2 true RU2262365C2 (en) | 2005-10-20 |
Family
ID=35364376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003127171/12A RU2262365C2 (en) | 2003-09-08 | 2003-09-08 | System to provide explosion protection in compartments with equipment working in explosive environment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2262365C2 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1704793A1 (en) * | 1988-03-29 | 1992-01-15 | Научно-производственное объединение по разработке и внедрению нефтехимических процессов "Леннефтехим" | Method of preventing formation of explosive and toxic levels of vapors and gases in production premises |
| US5494152A (en) * | 1993-07-23 | 1996-02-27 | The Ensign-Bickford Company | Detonator packaging system |
-
2003
- 2003-09-08 RU RU2003127171/12A patent/RU2262365C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1704793A1 (en) * | 1988-03-29 | 1992-01-15 | Научно-производственное объединение по разработке и внедрению нефтехимических процессов "Леннефтехим" | Method of preventing formation of explosive and toxic levels of vapors and gases in production premises |
| US5494152A (en) * | 1993-07-23 | 1996-02-27 | The Ensign-Bickford Company | Detonator packaging system |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов и средств их тушения. Справочник. М.: Химия, 1990. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003127171A (en) | 2005-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hord | Is hydrogen a safe fuel? | |
| Rigas et al. | Hydrogen safety | |
| US5425886A (en) | On demand, non-halon, fire extinguishing systems | |
| US4373420A (en) | Combustion suppressor | |
| DE60010917D1 (en) | IMPROVEMENTS FOR CONTAINERS FOR THE STORAGE OF FLAMMABLE LIQUIDS | |
| RU2262365C2 (en) | System to provide explosion protection in compartments with equipment working in explosive environment | |
| Cracknell et al. | Safety considerations in retailing hydrogen | |
| KR20100057604A (en) | Methods and apparatus for containing hazardous material | |
| US3103296A (en) | Method and apparatus for providing combustibly inert gas to a variety of locations | |
| Dastidar et al. | Flammability limits of dusts: minimum inerting concentrations | |
| Barbir | Safety issues of hydrogen in vehicles | |
| Continillo et al. | Coal dust explosions in a spherical bomb | |
| CN101450728B (en) | Safety protection package bag for flammable and explosive object and packaging method thereof | |
| JP5694347B2 (en) | Method and apparatus for a two-stage risk control system | |
| UA124604U (en) | EXPLOSION SYSTEM FOR EXPLOSIVES WITH EQUIPMENT OPERATING IN EXPLOSION GAS ENVIRONMENT | |
| Khan et al. | The explosion severity of biogas (CH4-CO2)/air mixtures in a closed vessel | |
| US3771414A (en) | Apparatus for a gun purging system | |
| Graham | Mitigation of fuel fire threat to large rocket motors by venting | |
| Uehera | Handling and safety of hydrogen | |
| KR200263717Y1 (en) | Gas storage tank | |
| Schmiermund | Explosions | |
| JPH0776544B2 (en) | Gas leak protection device for high pressure fuel gas supply pipe in high pressure injection type dual fuel internal combustion engine | |
| RU91363U1 (en) | PROTECTIVE CONTAINER FOR TRANSPORT OF EXPLOSIVES AND PRODUCTS CONTAINING EXPLOSIVES | |
| Roosendans et al. | Vapor Cloud Explosions: Mitigation of Consequences | |
| CN202609250U (en) | Safe protection packaging bag capable of blocking chain explosion |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090909 |