Система для хранения опасных химических веществ

Изобретение относится к системам и контейнерам для хранения воспламеняемых, взрывчатых, токсичных коррозийных, радиоактивных или химически загрязняющих опасных химических веществ, в частности для хранения особенно опасных химических веществ, таких как текучие среды с низкими точками кипения, и может быть использовано в различных отраслях химической промышленности. Система содержит первый контейнер 1 для хранения опасных химических веществ 2, второй контейнер 3, содержащий сжиженный газ, опоры 4, выпускной клапан 6, входное подающее устройство 7, устройство 8 обнаружения утечки или температурный датчик, систему 9 управления, аккумуляторную батарею 10, переключатель 11, передатчик 12 и приемник 18. Передатчик 12 содержит задающий генератор 13, генератор 14 псевдослучайной последовательности (ПСП), фазовый манипулятор 15, усилитель 16 мощности и передающую антенну 17. Приемник 18 содержит приемную антенну 19, усилитель 20 высокой частоты, гетеродин 21, смеситель 22, фильтр 23 нижних частот, систему 24 фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) гетеродина, перемножитель 25, фазовращатель 26 на 90°, фазовый детектор 27 и блок 28 регистрации. Обеспечивается передача сигнала тревоги на диспетчерский пункт с использованием радиоканала и сложных сигналов с фазовой манипуляцией. 2 ил.

 

Предлагаемая система относится к системам и контейнерам для хранения воспламеняемых, взрывчатых, токсичных коррозийных, радиоактивных или химически загрязняющих опасных химических веществ, в частности для хранения особенно опасных химических веществ, таких как текучие среды с низкими точками кипения, и может быть использована в различных отраслях химической промышленности.

Химические вещества являются неотъемлемой частью для промышленного производства и для повседневной жизни людей. Более того, большинство химических веществ являются опасными веществами и представляют определенную опасность для здоровья и жизни людей.

Во время производства, хранения, транспортировки и использования опасных химических веществ иногда возникают проблемы с утечками из-за старения контейнеров, высокой температуры и повреждений, которые приводят к нанесению ущерба для окружающей среды и даже приводят к катастрофическим последствиям. Быстрая и эффективная самостоятельная аварийная работа будет давать больше ценного времени для проведения аварийных мероприятий, и, следовательно, возникает возможность для уменьшения ущерба и избежания катастрофических последствий.

Известны аварийные системы и контейнеры (авт. свид. СССР №№612.852, 1.252.468, 1.776.744; патенты РФ №№2.002.020, 2.186.919, 2.466.075; патенты США №№3.698.200, 4.831.860, 5.209.088; патенты Франции №№2.559.193, 2.692.309; патенты Германии №№3.407.128, 3.907.326; патенты Японии №№59-192.167, 60-29.912 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является «Автоматически срабатывающий при утечке аварийный контейнер для хранения опасных химических веществ» (патент РФ №2.466.075, В65D 85/82, 2009), который и выбран в качестве прототипа.

Известное устройство содержит первый контейнер для хранения опасных химических веществ и второй контейнер, установленный и закрепленный в первом контейнере. Второй контейнер содержит, по существу, безопасный сжиженный газ и имеет отверстие, которое сообщается с внешней окружающей средой с возможностью контроля. Когда опасные химические продукты вытекают вследствие аварии, сжиженный газ во втором контейнере выпускается так, что температура в первом контейнере понижается и, следовательно, происходит снижение давления в первом контейнере для того, чтобы исключить утечку или взрыв, вызванные избыточным давлением.

Когда происходит утечка опасных химических веществ, главным является не только понижение давления в контейнере для хранения и повышения вязкости опасных продуктов для того, чтобы понизить скорость утечки, уменьшить общее количество загрязнения от утечки, но и оперативная передача сигнала тревоги по радиоканалу в диспетчерский пункт для своевременного принятия мер по устранению утечки опасных химических веществ и ее последствий.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей контейнера путем передачи сигнала тревоги на диспетчерский пункт с использованием радиоканала и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Поставленная задача решается тем, что система для хранения опасных химических веществ, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, первый контейнер для хранения химических веществ и второй контейнер, установленный и закрепленный в первом контейнере, при этом первый контейнер имеет устройство обнаружения утечки, которое при обнаружении утечки опасных химических веществ управляет автоматическим выпускным клапаном для автоматического открытия, второй контейнер содержит, по существу, безопасный сжиженный газ и имеет отверстие, которое сообщается с внешней окружающей средой с возможностью контроля, отличается от ближайшего аналога тем, что она снабжена передатчиком, установленным в непосредственной близости от первого контейнера, и приемником, установленным на диспетчерском пункте, причем при обнаружении утечки опасных химических веществ устройство обнаружения утечки через систему управления включает передатчик, который состоит из последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, усилителя мощности и передающей антенны, приемник содержит последовательно включенные приемную антенну, усилитель высокой частоты, смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина, фильтр нижних частот, перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, и фазовый детектор, второй вход которого через фазовращатель на 90° соединен с вторым выходом гетеродина, а выход подключен к управляющему входу гетеродина, к выходу фильтра нижних частот подключен блок регистрации, частота ω_Г гетеродина выбрана равной частоте ω_с принимаемого сигнала ω_Г=ω_с и поддерживается системой фазовой автоподстрой частоты ω_Г гетеродина, передатчик и приемник связаны между собой радиоканалом с использованием сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Функциональная схема аварийного контейнера для хранения опасных химических веществ и структурная схема передатчика, установленного в непосредственной близости от контейнера, представлена на фиг. 1. Структурная схема приемника, установленного на диспетчерском пункте, изображена на фиг. 2.

Змееобразный трубчатый второй контейнер 3 закреплен в первом контейнере 1 для хранения опасных химических веществ 2. Второй контейнер 3 содержит сжиженный газ 5. Первый контейнер 1 установлен на опорах 4. Второй контейнер 3 имеет выпускной клапан 6, который сообщается с внешней окружающей средой с возможностью контроля, и входное подающее устройство 7, через которое подается сжиженный газ. Второй контейнер 3 может иметь один или более выпускных каналов 6 и один или более входных подающих устройств 7. Первый контейнер 1 имеет устройство обнаружения утечки или температурный датчик 8, связанный через систему 9 управления с выпускным клапаном и с переключателем 11, который обеспечивает передатчик 12 напряжением питания от аккумуляторной батареи 10.

Передатчик 12 содержит последовательно включенные задающий генератор 13, фазовый манипулятор 15, второй вход которого соединен с выходом генератора 14 псевдослучайной последовательности, усилитель 16 мощности и передающую антенну 17.

Приемник 18 содержит последовательно включенные приемную антенну 19, усилитель 20 высокой частоты, смеситель 22, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина 21, фильтр 23 нижних частот, перемножитель 25, второй вход которого соединен с выходом усилителя 20 высокой частоты, и фазовый детектор 27, второй вход которого через фазовращатель 26 на 90° соединен со вторым выходом гетеродина 21, выход подключен к управляющему входу гетеродина 21. К выходу фильтра 23 нижних частот подключен блок 28 регистрации.

Предлагаемая система для хранения опасных химических веществ работает следующим образом.

Когда устройство обнаружения утечки или температурный датчик 8 обнаруживает, что первый контейнер 1 протекает или находится под угрозой воздействия высокой температуры, сигнал обнаружения подается в систему 9 управления. Система 9 управления автоматически подает команду на открытие автоматического выпускного клапана 6 и на замыкание переключателя 11. Открытый выпускной клапан 6 обеспечивает выпуск сжиженного газа 5, находящегося во втором контейнере 3. Во время выпуска сжиженный газ 5 поглощает тепло окружающей среды (то есть первого контейнера 1) так, что температура первого контейнера 1 снижается и, следовательно, давление в первом контейнере 1 уменьшается так, чтобы исключить утечку или взрыв первого контейнера 1, вызванного превышением давления, или повысить вязкость опасных химических веществ 2 для снижения скорости утечки при ее возникновении.

Второй контейнер 3 имеет входное подающее устройство 7, через которое подается сжиженный газ.

При замыкании переключателя 11 аккумуляторная батарея 10 подключается к передатчику 12. Задающий генератор 13 формирует высокочастотное колебание

U_c(t)=V_c⋅cos(ω_c+ϕ_с), 0≤t≤Т_с,

где U_c, ω_с, ϕ_с, Т_с - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания, которое поступает на первый вход фазового манипулятора 15, на второй вход которого подается модулирующий код M(t), содержит идентификационный номер контейнера 1 и место его установки.

На выходе фазового манипулятора 15 формируется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн)

U₁(t)=V_c⋅cos[ω_ct+ϕ_k(t)+ϕ_c], 0≤t≤Т_с,

где ϕ_k(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), который после усиления в усилителе 16 мощности поступает в передающую антенну 17 и излучается ею в эфир, улавливается приемной антенной 19 на диспетчерском пункте и через усилитель 20 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 22, на второй вход которого подается напряжения гетеродина 21

U_Г(t)=V_Г⋅cos(ω_Г+ϕ_Г).

Причем частота ω_Г гетеродина 21 выбирается равной частоте ω_с принимаемого ФМн-сигнала (ω_с=ω_с). На выходе смесителя 22 образуются следующие напряжения:

U₂(t)=V_H⋅cosϕ_k(t)+V_H⋅cos[2ω_ct+ϕ_k(t)+2ϕ_c],

где

Фильтром 23 нижних частот выделяется низкочастотное напряжение (напряжение нулевой частоты)

U_H(t)=V_H⋅cosϕ_k(t), 0≤t≤T_c,

пропорциональное модулирующему коду M(t). Это напряжение фиксируется блоком 28 регистрации, а затем принимаются соответствующие меры.

Следует отметить, что выбор частоты ω_Г гетеродина 21, равной частоте ω_с принимаемого ФМн-сигнала (ω_Г=ω_с), обеспечивает совмещение двух процедур: преобразование принимаемого ФМн-сигнала на нулевую частоту и выделение низкочастотного напряжения U_H(t), пропорционального модулирующему коду M(t), т.е. синхронное детектирование принимаемого ФМн-сигнала с помощью смесителя 22, гетеродина 21 и фильтра 23 нижних частот. Такая схемная конструкция позволяет избавиться от дополнительных каналов приема, присущих супергетеродинному приемнику, и от явления «обратной работы», присущей известным демодуляторам сложных ФМн-сигналов (схема Пистолькорса А.А., Сифорова В.И., Костасис Д.Ф., Травина Г.А.) (Дикарев В.И. Методы и технические решения приема и обработки радиосигналов. Учебник, СПб, 2000, с. 145-149).

Так как частота ω_с принимаемого ФМн-сигнала может изменяться под воздействием различных дестабилизирующих факторов, в том числе и эффекта Доплера, то для выполнения и поддержания равенства ω_Г=ω_с используется система 24 ФАПЧ, состоящая из перемножителя 25, фазовращателя 26 на 90° и фазового детектора 27. Причем в перемножителе 25 происходит обратная манипуляция принимаемого ФМн-сигнала U1(t), позволяющая сформировать неманипулированное колебание, фильтруемое затем системой ФАПЧ. Так как перемножение происходит по высокой частоте, то в качестве перемножителя 25 может применяться обычный балансный модулятор. Система с обратной манипуляцией обладает дополнительными возможностями улучшения помехоустойчивости за счет последетекторной обработки сигнала, используемого для устранения фазовой манипуляции.

Таким образом, предлагаемая система по сравнению с прототипом обеспечивает передачу сигнала тревоги в диспетчерский пункт с использованием радиосигнала и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Указанные сигналы обладают высокой энергетической и структурной скрытностью. Энергетическая скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощностью. Вследствие этого сложный ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМн-сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частоте - временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.

Структурная скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.

Кроме того, предлагаемая система обеспечивает повышение помехоустойчивости приема и достоверности синхронного детектирования ФМн-сигналов. Это достигается подавлением ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным (зеркальному и комбинационным) каналам, устранением явления «обратной работы» за счет преобразования принимаемых ФМн-сигналов на нулевую частоту. Указанное преобразование позволяет также выделять модулирующие коды из принимаемых ФМн-сигналов. Совмещение двух указанных процедур обеспечивается гетеродином, смесителем и фильтром нижних частот, которые одновременно выполняют роль преобразователя частоты и синхронного демодулятора принимаемого ФМн-сигнала. Такая схемная конструкция свободна от дополнительных каналов приема и явления «обратной работы», а система фазовой автоматической подстройки частоты ω_Г гетеродина обеспечивает автоматическое слежение за изменениями несущей частоты ω_с принимаемого ФМн-сигнала, которые могут возникать под влиянием различных дестабилизирующих факторов, в том числе и эффекта Доплера.

Тем самым функциональные возможности известного устройства расширены.

Система для хранения опасных химических веществ, содержащая первый контейнер для хранения химических веществ и второй контейнер, установленный и закрепленный в первом контейнере, при этом первый контейнер имеет устройство обнаружения утечки, которое при обнаружении утечки опасных химических веществ управляет автоматическим выпускным каналом для автоматического открытия, второй контейнер содержит, по существу, безопасный сжиженный газ и имеет отверстие, которое сообщается с внешней окружающей средой с возможностью контроля, отличающаяся тем, что она снабжена передатчиком, установленным в непосредственной близости от первого контейнера, и приемником, установленным на диспетчерском пункте, причем при обнаружении утечки опасных химических веществ устройство обнаружения утечки через систему управления включает передатчик, который состоит из последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, усилителя мощности и передающей антенны, приемник содержит последовательно включенные приемную антенну, усилитель высокой частоты, смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина, фильтр нижних частот, перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, и фазовый детектор, второй вход которого через фазовращатель на 90° соединен с вторым выходом гетеродина, а выход подключен к управляющему входу гетеродина, к выходу фильтра нижних частот подключен блок регистрации, частота ω_Г гетеродина выбрана равной частоте ω_с принимаемого сигнала ω_Г=ω_с и поддерживается системой фазовой автоподстройки частоты гетеродина ω_Г, передатчик и приемник связаны между собой радиоканалом с использованием сложных сигналов с фазовой манипуляцией.