Патент на изобретение №2308996

(54) МОБИЛЬНАЯ ПЕНОГЕНЕРИРУЮЩАЯ УСТАНОВКА МНОГОЦЕЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к устройствам генерирования пены и может быть использовано на различных объектах, преимущественно на объектах ядерно-топливного цикла. Пеногенерирующая установка, включающая емкость для воды или раствора пенообразователя, насос с электродвигателем, гребенку для подключения воздушно-пенных генераторов (пеногенераторов) средней кратности и пожарных стволов, трубопроводы, шланги и арматуру, дополнительно укомплектована пеногенераторами низкой кратности (К<20) и высокократной пены (К=200-1000), работающими с сетками двух типов (обычные – плоские или металлотканевые – объемного плетения), а на гребенке установлен вентиль, позволяющий плавно регулировать расход пенообразующего раствора, подаваемого в генератор высокократной пены с расходом 0,5-10 л/мин. Кроме того, емкость снабжена крышкой, предназначенной для ее герметизации при создании в ней давления до 6 атм. Указанные признаки обеспечивают повышение универсальности установки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам генерирования пены и может быть использовано на различных объектах, преимущественно на объектах ядерно-топливного цикла для:

– тушения различных пожаров, в том числе радиационно- и ядерно-опасных;

– локализации радиоактивных загрязнений в помещениях объектов, подобных “Укрытию” на ЧАЭС, а также в помещениях АЭС, подлежащих снятию с эксплуатации;

– пропитки нейтронопоглощающими элементами топливосодержащих масс, возникших в результате запроектных аварий, с целью снижения вероятности возникновения в них самоподдерживающейся цепной реакции (СЦР) деления ядерно-опасных элементов;

– предотвращения пыления на местности, в том числе радиоактивно-загрязненной;

– подготовки почвогрунтов к дезактивации (формирование на поверхности покрытий толщиной 1-2 см с последующим удалением слоя грунта механическими методами);

– снижения аэрозольной активности в помещения во время проведения монтажно-демонтажных работах при снятии блоков АЭС с эксплуатации;

– предотвращения пыления при вскрытии могильников с твердыми радиоактивными отходами предприятий типа “Радон” с целью их перетаривания (уплотнения);

– повышения уровня техники безопасности при прессовании пылящих радиоактивных отходов, например золы, в установках сжигания радиоактивных отходов на предприятиях типа “Радон”.

Изобретение может также использоваться при генерации клеящих пен для истребления некоторых видов вредных насекомых, в том числе саранчи.

Известна стационарная установка воздушно-пенного пожаротушения УВП-400, которая предназначена для тушения загорании различных веществ и материалов, за исключением щелочных металлов и веществ, горение которых происходит без доступа воздуха, а также очагов пожара в электроустановках, находящихся под напряжением. Она представляет собой конструкцию, состоящую из основания, емкости (водопенобака) с габаритными размерами (мм) длина 1480, ширина 1020 и высота 1780, шестеренчатого насоса НШН-600М, электродвигателя, гребенки для раздачи растворов или воды [1].

В том случае, когда емкость заполнена раствором пенообразователя, к гребенке подсоединяют два рукава с пеногенераторами средней кратности ГВП-200. При этом обеспечивается производительность по пене 300-400 л/с с кратностью (К) 80-100.

При наличии в емкости воды пожаротушение производится стволами PC-50 и PC-70. Дальность действия установки зависит от количества применяемых рукавов, но не превышает 100 метров.

Давление рабочей среды в установке создается за счет работы насоса с электроприводом, пена генерируется только средней кратности с большой производительностью, характерной в основном для тушения различных пожаров, но не обеспечивает операции, необходимость в которых нередко возникает на объектах ЯТЦ, например, при пропитке нейтронопоглощающими элементами топливосодержащих масс, возникших в результате запроектной аварии, с целью снижения вероятности возникновения в них СЦР деления, где требуется равномерный, дозированный ее расход.

Принимая во внимание конструктивные особенности УВП-400, можно констатировать, что она непригодна для выполнения большинства работ с применением пен специального назначения на объектах ЯТЦ, т.е. не является универсальной. Масса установки в сухом состоянии около 432 кг. Установка стационарная.

Целью изобретения является повышение универсальности установки.

Указанная цель достигается тем, что пеногенерирующая установка, включающая емкость для воды или раствора пенообразователя, насос с электродвигателем, гребенку для подключения воздушно-пенных генераторов (пеногенераторов) средней кратности и пожарных стволов, трубопроводы, шланги и арматуру, дополнительно укомплектована пеногенераторами низкой кратности (К<20) и высокократной пены (К=200-1000), работающими с сетками двух типов (обычные – плоские или металлотканевые – объемного плетения), а на гребенке установлен вентиль, позволяющий плавно регулировать расход пенообразующего раствора, подаваемого в генератор высокократной пены с расходом 0,5-10 л/мин.

Кроме того, емкость снабжена крышкой, предназначенной для ее герметизации при создании в ней давления до 6 атм с помощью сторонних источников сжатого воздуха, таких как компрессор, или воздуходувка, или магистраль воздуха низкого давления до 6 атм, или баллон со сжатым воздухом либо инертным газом (азот, углекислый газ) высокого давления, снабженный редуктором.

Кроме того, установка смонтирована на тележке с размерами 1·1 м, что позволит доставлять ее на нужные отметки зданий и блоков через технологические межэтажные проемы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, представленными на фиг.1-3. На фиг.1 показан общий вид установки в аксонометрии, на фиг.2 – то же, вид сбоку, на фиг.3 – то же, вид по А-А фиг.2.

Мобильная пеногенерирующая установка многоцелевого назначения смонтирована на тележке 1 и включает емкость 2 с герметизирующей крышкой 3; асинхронный двигатель 4, соединенный через муфту 5 с центробежным или шестеренчатым насосом 6, гребенку 7.

Всасывающая линия насоса 6 соединена с емкостью 2 трубопроводом с вентилем 8, а нагнетательная – с гребенкой 7 через трубопровод с вентилем 9. Гребенка 7 сообщается с емкостью 2 трубопроводом с вентилем 10. Гребенка 7 имеет штуцеры с вентилями 11, 12, 13 и 14, оканчивающиеся ершами 15, 16, 17 и 18, к которым могут быть присоединены резиновые шланги с пожарным стволом 19, пеногенераторами средней 20 и малой 21 кратности и пеногенератор высокократной пены 22. Между вентилем 14 и ершом 18 установлен счетчик 23, предназначенный для измерения расхода протекающей через него жидкости.

На гребенке имеется трубопровод 33 с вентилем 34, к которому подсоединен разветвитель (двойник) 35, оканчивающийся двумя соединительными головками 36 для подключения пожарных рукавов диаметром 51 мм, к которым можно подключать либо два ствола PC-50 38 (аналог 19), либо два пеногенератора типа ГВП-200 39 (аналог 20).

К верхнему днищу емкости 2 подведен трубопровод 24 с вентилем 25, оканчивающийся штуцером, к которому подсоединяется источник сжатого воздуха (газа). Трубопровод 26, заканчивающийся вентилем 27 с ершом 28, предназначен для подсоединения воздушного шланга пеногенератора высокократной пены 22.

В генераторах высокократной пены могут быть установлены либо плоская сетка, либо объемная (металлотканевая). Обычная металлическая сетка сплетена из проволоки одинакового диаметра с различным размером ячеек: 0,5·0,5 либо 1,0·1,0 мм. У металлотканевой сетки диаметр продольных нитей 390 мкм, поперечных 280 мкм, а максимальный просвет между нитями 240 мкм, что меньше диаметра самих нитей. За счет разной толщины нитей сетка становится рельефной, что увеличивает эффективную площадь поверхности контакта смеси пенообразующего раствора с воздухом на сетке и улучшает в 1,5-2 раза вспениваемость растворов ПАВ.

В предлагаемой установке в качестве пеногенератора высокой кратности 22 применен пеногенератор, разработанный ВО ВНИПИЭТ (г.Санкт-Петербург).

Однако для генерации пен с использованием некоторых разработанных пенообразующих составов, в частности состава на основе омыленного таллового пека, пеногенератор оказался недостаточно эффективен. Предложенное нами изменение его конструкции позволило в два и более раза повышать кратность генерируемых пен (НОУ-ХАУ). Пеногенератор может работать в двух вариантах: в первом пенообразующий раствор подается самотеком из отдельной емкости, во втором – принудительно (под давлением). В предлагаемой установке принят второй вариант.

На верхнем днище установлены манометр 29 и предохранительный клапан 30, на гребенке 7 – манометр 31. Для удобства работы с пеногенератором 22 имеется перископическая подставка 32, которая позволяет фиксировать его на различной высоте.

В зависимости от реальной обстановки установка может быть укомплектована другим сочетанием пеногенераторов и пожарных стволов.

Например, при проведении процесса пылеподавления на местности или подготовки почвогрунтов к дезактивации целесообразно на гребенку 7 устанавливать три пеногенератора низкой или средней кратности. Для удобства перемещения установки вверх-вниз на тележке 1 изготовлены четыре рыма 37.

Установка работает следующим образом. В исходном состоянии емкость 2 полностью заполнена водой или на 80-90% пенообразующим раствором, все вентили закрыты, шланги отсоединены от гребенки 7.

Подготовка установки. Ее доставляют к месту работы. Для создания давления на гребенке 7 в зависимости от обстановки используют сжатый воздух (или другой газ) или центробежный (шестеренчатый) насос.

В первом случае крышкой 3 герметизируют емкость 2 и подсоединяют к штуцеру на трубопроводе 24 источник сжатого воздуха (газа) – магистраль воздуха низкого давления, или компрессор, или баллон со сжатым воздухом, снабженный редуктором. Открывают вентили 25 и 10. Давление контролируют в емкости 2 манометром 29, в гребенке 7 – манометром 31.

Во втором случае открывают крышку 3 емкости 2, подсоединяют муфту 5 электровигателя 4 к валу насоса 6, открывают вентили 8 и 9. Затем на электродвигатель 4 подают питание.

Если пенообразующий раствор не готов, в емкость 2 заливают необходимое количество пенообразующего концентрата, воды и добавок (если они необходимы), открывают вентили 8, 9 и 10 и при закрытых вентилях 11, 12, 13 и 14 прокачивают содержимое емкости 2.

Работа установки. Весь комплекс выполняемых установкой работ осуществляют с применением соответствующего пеногенератора и пенообразующего раствора необходимого состава или пожарного ствола.

После подключения источника давления действия оператора установки определяются характером предстоящей работы.

Работа с пожарным стволом. Она выполняется в двух режимах. Если к пожаротушению приступают в начальный момент и скорость распространения горения не превышает 0,07 м/с (произошло возгорание только твердых материалов), целесообразно применить установку в режиме 1. При этом используют стволы PC-50, подключенные к гребенке 7 с помощью резиновых шлангов, имеющих внутренний диаметр 16-18 мм. Пожарный ствол 19 с его резиновым шлангом должен быть подключен к ершу 15. Открывают вентиль 12. Вода из гребенки 7 подается в пожарный ствол по резиновому шлангу.

Тушение пожара производится подачей из ствола 19 струи воды или распыливающейся воды (в зависимости от конструкции ствола) на очаг возгорания. Возможна и целесообразна подпитка емкости 2 водой через открытую крышку 3 в случае использования в качестве источника давления насоса 6.

Если в воду добавить 4-6% смыленного таллового пека, то раствор приобретет клеящие и пленкообразующие свойства, необходимые для фиксации (локализации) радиоактивных загрязнений. С помощью этой установки при использовании распыливающего воду ствола можно обрабатывать потолки помещений аварийного блока с целью формирования на них полимерных защитных пленок.

Если вместе с твердыми материалами будут гореть органические вещества, то скорость распространения горения по поверхности увеличится в 10 и более раз, поэтому установку надо использовать во втором режиме, при котором интенсивность подачи воды достигает максимальных значений.

При укомплектовании мобильной установки шестеренчатым насосом НШН-600М с помощью двух стволов PC-50 19, подключенных к двойнику 35 с помощью пожарных рукавов диаметром 51 мм, интенсивность подачи воды может достигать 10 л/с.

Работа с пеногенераторами средней и низкой кратности. Режим 1. Пеногенераторы 20 и 21 со шлангами подключают к ершам 16 и 17, открывают вентили 12 и 13. Давлением в гребенке 7 пенообразующий раствор по шлангам подается в пеногенераторы 20 и 21. Образующаяся в пеногенераторах пена средней и низкой кратности направляется на очаг возгорания или на другой подлежащий обработке объект. При тушении радиационно- или ядерно-опасных пожаров в пенообразующий раствор вводят необходимые добавки.

В зависимости от цели работы могут быть использованы либо 2 пеногенератора средней кратности 20, например, для тушения пожара, либо 2 пеногенератора низкой кратности 21 для предотвращения пыления на открытой местности или для глубокой пропитки почвгрунтов с целью их последующей дезактивации (удаления). Во втором случае необходимо использовать именно низкократную пену, т.к. она более тяжелая и, следовательно, меньше будет подвергаться воздействию ветра и содержать больше пленкообразующего вещества, необходимого для формирования на поверхности полимерной пленки.

Режим 2. Два пеногенератора типа ГВП-200 20 с пожарными шлангами подсоединяют к соединительным головкам двойника 36. Открывают вентиль 34, пенообразующий раствор из гребенки 7 подается в пеногенератор 20 по пожарному рукаву.

Работа с пеногенератором высокой кратности. Растворный шланг генератора 22 подключают к ершу 18, воздушный – к ершу 28. Генератор 22 устанавливают на подставке 32 на необходимую высоту. Открывают вентили 14 и 27 и, манипулируя ими, создают нужное соотношение “расход воздуха – расход пенообразователя”, получая пену необходимой кратности. Направляют пену на обрабатываемый объект.

Завершение работы. По окончании работы промываются шланги и просушиваются элементы пеногенерирующей установки. Затем ее приводят в исходное состояние.

Пример 1. Использование пеногенерирующей установки для изоляции раплавленного битума от возгорания. На Ленинградском специализированном комбинате “Радон” необходимо было провести демонтаж емкости (высота 6 м, диаметр 4,5 м), которая предназначалась для подачи “чистого” битума на установку битумирования кубовых остатков. Однако габариты не позволяли извлечь емкость из здания без изменения ее размеров, например высоты. Резку металла нужно было провести ацетилено-кислородным пламенем по окружности емкости примерно на половине ее высоты. Следует отметить, что внутренняя поверхность емкости на 1-2 см была покрыта слоем битума. Предыдущий опыт резки такого оборудования свидетельствовал, что практически всегда происходило возгорание битума.

Принимая во внимание большой объем емкости и возможность образования значительных количеств токсичных продуктов горения битума, резку металла по наружной поверхности решили проводить, предварительно заполнив емкость примерно на три четверти противопожарной пеной.

При резке емкости использовали пеногенератор высокократной пены с металлотканевой сеткой, который опускали на глубину около метра в люк емкости. Пенообразуюший раствор поступал в пеногенератор из установки, которая находилась на расстоянии 13-15 м от демонтируемой емкости с расходом около 1,5 л/мин при постоянном расходе воздуха (Р=4-4,5 атм).

Для увеличения стойкости пены, получаемой из 6%-ного водного раствора пенообразователя ПО-1, в него добавляли буру и генерировали ее с кратностью около 600. С повышением содержания буры в растворе до 4% происходило снижение кратности пены примерно на 10%, но одновременно наблюдается увеличение стойкости пены более чем в 3 раза. Время разрушения половинного слоя достигало 20-25 мин, а этого было достаточно для практического применения этого состава.

Как и следовало ожидать, с увеличением длины прожога периметра уровень пены, созданной внутри емкости, начинал снижаться из-за контакта ее с раскаленным металлом и за счет естественного распада. Для компенсации потерь пены через 15 мин от начала процесса резки и до его завершения (еще 1,5 часа) пеногенератор не отключали, а постоянно подавали пену в емкость. При такой технологии слой пены толщиной 1,5-2 м над местом резки металла не допустил поступления кислорода из воздуха к расплавленному изнутри битуму, тем самым предотвратил его возгорание.

В результате проведенных мероприятий емкость была успешно разрезана на две части и извлечена из здания.

Пример 2. Использование пеногенерирующей установки для снижения запыленности воздуха пенами. Для создания повышенного и контролируемого содержания пыли в заданном объеме использовалась емкость (ванна) из стали размерами 2,5·1,5·1,0 м. Для увеличения объема емкости на стенки устанавливали стойки и наращивали полиэтиленовую пленку высотой 1,5 м. В результате полный объем замкнутого воздушного пространства испытательной емкости достиг 10 м³.

Концентрацию пыли внутри испытательного объема создавали путем продувания воздушным потоком от компрессора, наполненного пылью пылесборника бытового пылесоса. Как показывает практика, бытовая пыль содержит максимальное количество мелкодисперсной, плохо поддающейся седиментации (оседанию). Пыль с размеры от 0,1 мкм до нескольких мкм и является носителем объемной аэрозольной активности. Для равномерного заполнения объема емкости пылью пылесборник продували в нескольких местах.

Запыленность воздуха (мг/м³) определяли путем аспирации воздуха через портативный пробоотборник “Тайфун-Б” с установленными в нем аналитическими аэрозольными фильтрами АФА-РМП-20. Отбор проб воздуха проводили по инструкции ЛСК “Радон”.

Отбор проб и определение запыленности проводили до эксперимента (фоновое значение), после вдувания пыли (исходное значение) и после очистки воздуха пеной. Массу пыли в единице объема определяли взвешиванием фильтров до и после аспирации воздуха на аналитических весах марки ВЛР-200 с чувствительностью ±0,2 мг.

Для повышения достоверности результатов испытаний измерения по определению объемной концентрации пыли на различных стадиях эксперимента (фоновое значение, принудительное запыление, очистка воздуха пеной) проводили при прокачке различных объемов воздуха (от 1,0 до 5 м³) в разные дни недели. Результаты усреднялись по массиву не менее 5-ти измерений.

Очистку запыленного воздуха проводили путем заполнения всего объема испытательной емкости пеной, получаемой из пеногенератора высокократной пены. В качестве пенообразующего раствора использовали 5%-ный водный раствор ПО-1 и 15%-ный водный раствор ОТП. Пену с кратностью 700-800 получали при одинаковых расходах раствора и воздуха, подавая ее в испытательную емкость с верхней точки. После полного разрушения пены аспирировали 2-3 м³ очищенного воздуха из емкости и определяли в нем остаточное содержание пыли.

Результаты испытаний. Усредненное во времени и по массиву из пяти измерений по объему (от 1 до 5 м³) исходное фоновое содержание пыли в воздухе испытательной емкости и помещения стенда составляло 0,8-1,0 мг/м³.

Усредненное значение концентрации пыли в испытательном объеме после принудительного его запыления через 15 мин (с учетом 10 мин аспирации) составляло 80±10 мг/м³.

За счет самопроизвольного оседания пыли под действием гравитационных сил (седиментации) через 1 час после распыления концентрация пыли в объеме уменьшалась до 10-15 мг/м³.

Концентрация пыли в испытательной емкости, измеренная после заполнения объема пеной (10 мин) и после ее полного разрушения (40 мин), для раствора ОТП составляла фоновые значения 0,8-1,0 мг/м³.

Следовательно, коэффициент очистки воздуха достигал практически 100%. Заполнить испытательную камеру пеной, генерируемой из раствора ПО-1, не удавалось более чем на 2/3 высоты камеры.

Источник информации

1. Установка воздушно-пенного пожаротушения УВП-400. (Паспорт-инструкция). Управление республиканского добровольного противопожарного общества. Черниговское спецпредприятие “Пожтехника”, 1994.

Формула изобретения

1. Мобильная пеногенерирующая установка многоцелевого назначения, включающая емкость для воды или пенообразующего раствора, насос с электродвигателем, гребенку для подключения пеногенераторов средней кратности и пожарных стволов, трубопроводы, шланги, арматуру, отличающаяся тем, что установка дополнительно содержит пеногенераторы низкой кратности и высокократной пены, на гребенке имеется вентиль, обеспечивающий подачу пенообразующего раствора в пеногенератор высокократной пены с расходом 0,5-10 л/мин, а емкость снабжена герметизирующей крышкой.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что смонтирована на тележке.

РИСУНКИ