Автоматические системы подавления взрыва

Взрыв горючей среды внутри оборудования и производственных помещений является одной из наиболее опасных для предприятия аварийных ситуаций. Поэтому взрывозащита технологического оборудования является одной из основных задач обеспечения промышленной безопасности. Под взрывозащитой технологического оборудования понимается предупреждение его разрушения вследствие воспламенения находящихся в нем пара или газовых смесей.

Особые условия ведения технологических процессов на потенциально опасных объектах, наряду с профилактическими мерами, направленными на предупреждение взрыва, требуют применения активных способов взрывозащиты. Техническим решением этой задачи является разработка автоматических систем подавления взрывов, основанных на быстрой регистрации очага воспламенения и последующем воздействии на него огнетушащим веществом.

Конечное давление при взрывах в замкнутых объемах зависит от физико-химических свойств горючих смесей и концентрации горючего вещества. Окислительные реакции, приводящие к взрыву, протекают не мгновенно, а за некоторый промежуток времени. Схема развития взрыва и его подавления автоматической системой приведена на рис. 13. Начальный момент взрыва обнаруживается датчиком (3) по одному из характерных для взрыва параметров (излучение, давление, ионизация). Выходной сигнал датчика, усиленный каскадом усиления (4), передается к запорно-пусковому устройству модуля огнетушащего состава (5), в качестве исполнительного устройства в котором используется, как правило, пороховой аккумулятор давления. Под действием давления пороховых газов огнетушащий состав (ингибитор) вытесняется из модуля в защищаемый объем.

Распространяясь по всему объему защищаемого пространства, струи ингибитора распыляются на отдельные капли, испаряются и, смешиваясь с газовой средой, нейтрализуют взрывоопасную горящую смесь, локализуя тем самым очаг взрыва в зоне его возникновения. Затем, распространяясь дальше, поток массы ингибитора достигает зоны первоначального зарождения взрыва и подавляет горение во фронте пламени. Развитие и распространение взрыва прекращается, при этом максимальное давление взрыва не превышает допустимого значения давления в защищаемом объеме. Таким образом, автоматическая система подавления взрыва обеспечивает обнаружение взрыва, ввод ингибитора, его равномерное распределение в объеме защищаемого объекта и, следовательно, подавление взрыва.

Основное требование, которому должны соответствовать автоматические системы подавления взрыва – это быстродействие. Время срабатывания системы не должно быть больше времени инкубационного периода развития взрыва. Время срабатывания системы складывается из времени срабатывания датчика, времени преобразования первичных импульсов в усиленный командный сигнал, времени срабатывания пиротехнического устройства, порохового аккумулятора, времени истечения ингибитора, времени полета, испарения и перемешивания ингибитора с взрывоопасной средой и собственно времени, идущего на подавление и гашение пламени взрыва.

Датчики обнаружения взрыва создаются на чувствительных элементах, реагирующих на световое излучение (счетчиках фотонов). Время срабатывания их, как правило, находится в интервале от 10–4 до 10–5 с. В то же время необходимо учитывать условия производства, так как в условиях запыленности эффективность применения в качестве чувствительных элементов счетчиков фотонов может снижаться. В этом случае используют фоторезисторы или фотодиоды.

В качестве примера рассмотрим состав и алгоритм работы автоматической системы подавления взрыва HRD (аббревиатура, в переводе – «быстрая скорость разряда»). Система разработана в Чешской Республике. HRD-система предназначена для определения образования взрыва на начальной стадии и подавления его в промышленных установках. Время реакции системы определяется в миллисекундах. Таким образом, HRD- система подавляет взрыв, снижая давление взрыва внутри устройства на порядок ниже максимального давления на корпус, благодаря чему не происходит его разрушение.

Основным элементами системы являются детекторы взрыва, панель управления и HRD-активаторы. В качестве детекторов взрыва применяются датчики давления и оптические датчики, которые своевременно выявляют искры, зарождение взрыва и пламени. Эта информация с датчиков поступает на блок управления, являющийся элементом панели управления системой (рис. 15).

Панель управления оценивает и архивирует информацию от датчиков, активирует сосуды с огнетушащим веществом, контролирует полноту и правильное функционирование всей системы и служит в качестве пользовательского интерфейса для обслуживающего персонала. Есть возможность оснащения GSM или GPRS связью. HRD-активаторы представляют собой специальные сосуды под давлением, содержащие огнетушащее вещество, оснащенные быстрооткрывающимися клапанами и другими аксессуарами (рис. 16).

Они обеспечивают быстрое и эффективное внесение огнетушащего вещества в устройство при обнаружении взрыва. Алгоритм подавления взрыва с временными характеристиками показан на рис. 17.

Высокочувствительные датчики определяют возникновение взрыва за миллисекунды, после чего система активирует HRD-баллоны с огнетушащим веществом. Давление огнетушащего вещества выдавливает специальное телескопическое сопло, которое обеспечивает эффективное распыление огнетушащего средства во всем защищаемом устройстве. Активация происходит очень быстро. Благодаря HRD-системе, давление взрыва находится под контролем и его негативные последствия сведены к минимуму. В качестве огнетушащего вещества используются порошковые составы. Конструктивное исполнение показано на рис. 18.

Вариант размещения HRD-системы на защищаемом объекте приведен на рис. 19.

Для технологий, где невозможно подавление взрыва огнетушащим порошком, разработан специальный HRD-сосуд WATER SHOT, оснащенный быстрооткрывающимся клапаном и другими аксессуарами, где вместо обычного огнетушащего вещества используется вода. WATER SHOT прежде всего предназначен для защиты от воздействий взрывов в пищевой и других видах промышленности, где невозможно тушение огнетушащим порошком.