ПЕРЕНОСНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ И НАНЕСЕНИЯ ВСПЕНЕННОЙ САМООТВЕРЖДАЮЩЕЙСЯ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ Российский патент 2002 года по МПК A62C5/00 A62C15/00 

Изобретение относится к технологическому оборудованию, в частности к переносным устройствам для изготовления и нанесения быстроотвердевающих и самоотверждающихся полимерных покрытий в виде высокократных вспененных материалов: пенопластов, сорбентов, полимикробных биосорбентов, пленок, получаемых на основе водорастворимых синтетических (карбамидных) смол путем реакции поликонденсации по 2-3-х компонентной схеме при расчетных, соответствующих для пенопластов, сорбентов, пленок, биоконвеера и т.д. соотношениях составов композиций (эмульсия, отвердитель и т.д.). Установка может быть использована в любых отраслях промышленности, где существует необходимость проведения теплозвукоизоляционных работ на строительных объектах, включая теплотрассы, а также для проведения не только плановых профилактических природоохранных работ и противопожарных мероприятий, но и при возникновении чрезвычайных ситуаций и аварий на нефтетранспортных магистралях, нефтегазопроводах, нефтяных вышках.

Установка позволяет применять полимерные композиции различных рецептур и в зависимости от назначения может быть использована комплексно по многоцелевым факторам: утепление инженерно-строительных коммуникаций, очистка загрязненных участков от разлитой нефти и нефтепродуктов путем нанесения сорбентов на объект, а также для локализации и тушения возгорании и очагов пожаров в случае возникновения техногенных ситуаций и аварий на нефтедобывающих и перерабатывающих компаниях, химических, металлургических, топливно-энергетических предприятиях и других организациях, занимающихся автожелезнодорожными, речными и морскими перевозками, хранением, складированием и реализацией нефтепродуктов на нефтебазах и автозаправочных станциях.

Известна переносная установка для тушения пожаров, представляющая собой ранцевый огнетушитель, включающий емкость для раствора, насос, воздушный баллон, распыливающее устройство, шланги и рукоять (авторское свидетельство 370949, М.кл. А 62 С 15/00, БИ 12, 1973).

Недостатком устройства является малоэффективность при тушении возгораний нефти, нефтепродуктов, угля и т.д., так как конструкция не приспособлена для тушения нефтепродуктов, лесных массивов и других случаев, требующих объемного пожаротушения.

Известно также противопожарное аварийно-спасательное устройство, содержащее емкость с ручным управляемым распылителем огнетушащего состава, при этом емкость помещена в термозащитный чехол, выполненный в виде баллона с двумя секциями, причем одна секция заполнена дыхательной смесью и снабжена прибором (авторское свидетельство 619193, М.кл. А 62 С 15/00).

Недостатком известного устройства является узкий диапазон ее технологических возможностей, т.е. проведение тушения только небольших очагов пожаров в задымленных отсеках летательных аппаратов без применения дыхательного оборудования, что не позволяет его использовать при природоохранных работах и локализации тушения очагов пожаров разлитых нефтесодержащих продуктов, а также обваловывания земельных участков, лесных массивов термостойким быстротвердеющим полимерным сорбентом для предотвращения проникновения огня на другие объекты.

Известно устройство для тушения кромки лесного пожара, содержащее резервуар для жидкости, вентилятор с приводом от двигателя внутреннего сгорания, ствол, закрепленный на нагнетательном патрубке вентилятора и трубопровод для подачи жидкости из резервуара в ствол, при этом ствол снабжен дополнительным трубопроводом, соединяющим выхлопную трубу двигателя с воздушным стволом, а выходной патрубок трубопровода выполнен в виде змеевика и расположен в полости дополнительного трубопровода (авторское свидетельство 1741819, М.кл. А 62 С 3/02).

Недостатком известного устройства также является узкий диапазон ее технологических возможностей, т. е. проведение тушения только кромки низового лесного пожара. Кроме того, применяемые для пожаротушения вода и высокоскоростная струя воздуха, направляемые оператором на кромку низового пожара, лишь сбивают пламя и сдувают горящие фрагменты в сторону очага пожара, а вода при попадании на кромку пожара превращается в пар, отводящий только тепло от тлеющих фрагментов и частично ограничивающий доступ к ним кислорода, что является недостаточным и малоэффективным средством для тушения возгорании нефти, нефтепродуктов, угля, древесины и других горючих химических веществ, разлитых на поверхности земли и особенно воды, так как не обладает возможностями объемного пожаротушения и надежной, т.е. полной защитой доступа кислорода к горящим объектам.

Изобретение решает задачу создания универсальной переносной установки для получения и нанесения вспененных самоотверждающих композиций, а также пожаротушащих ингибирующих растворов и иммобилизованных в суспензии микроорганизмов на различные объекты в соответствии с техническим назначением. Кроме того, изобретение решает многоцелевые задачи по расширению функциональных технологических возможностей и широкого применения установки в различных отраслях промышленности: топливно-энергетическом, нефтегазопромышленном, деревообрабатывающем, строительном комплексах, МЧС, МПС, нефтетранспортирующих и перерабатывающих компаниях, химических, металлургических предприятиях и других организациях, занимающихся авто-, железнодорожными, речными и морскими перевозками, хранением, складированием и реализацией нефтепродуктов на нефтебазах и автозаправочных станциях.

Технический эффект заключается в:
- получении и нанесении быстроотвердевающих, жестких пеноматериалов на тепло-, шумоизолирующие объекты, включая инженерно-строительные коммуникации;
- получении и нанесении полимерных сорбентов на загрязненные нефтепродуктами участки для их очистки;
- получении и нанесении термостойких покрытий для закрепления и защиты поверхностей котлованов от фильтрации нефтепродуктов и их испарения с поверхностей, а также отвалов, штабелей, бортов карьеров, открытых складов, дисперсных материалов и угля от распыления, выветривания, окисления и самовозгорания, особенно высокореакционных бурых углей;
- получении и нанесении термостойких быстротвердеющих вспененных высокократных полимерных противопожарных пен для локализации возгораний и тушения нефти, нефтепродуктов, химически горючих материалов, предотвращения проникновения огня на другие объекты путем обваловывания, создания искусственной огневой преграды;
- обработке специальными растворами технологических инженерных коммуникаций, промышленных свалок, мусорохранилищ для соблюдения экологических и противопожарных норм.

Обязательные требования, предъявляемые к проведению указанных работ на установке, специально разработаны, утверждены контролирующими органами и впервые введены в России технические условия ТУ 2223-001-02067907-96, ТУ 2223-004-00139152-2001.

Технический результат достигается тем, что в переносной установке для получения вспененных самоотверждающихся композиций, содержащей согласно изобретению резервуар для жидкости, вентилятор с приводом от двигателя внутреннего сгорания, пеновоздушный ствол, соединенный трубопроводом с выхлопной трубой, закрепленный на нагнетательном патрубке вентилятора, и трубопровод для подачи жидкости из резервуара в пеновоздушный ствол, и дополнительно содержащей резервуар, снабженный трубопроводом для подачи раствора в распыливающую форсунку, расположенную на выходном конце пеновоздушного ствола, снабженного распылителем, резервуары снабжены газогенерирующими твердотопливными химическими зарядами с устройством для их воспламенения, внутри пеновоздушного ствола установлены дополнительные смесительные и диспергирующие устройства, выполненные в виде вращающихся на продольной оси дисков, направленных в разные стороны, и пакета металлических сеток, при этом трубопровод для подачи жидкости из резервуара в пеновоздушный ствол соединен с расположенным на пеновоздушном стволе штуцером с форсункой, перед которой установлен трубопровод, соединенный с выхлопной трубой, а распылитель выполнен телескопическим с пакетом съемных средств.

Переносная установка для получения вспененной самоотверждающейся полимерной композиции снабжена двумя резервуарами для исходных компонентов рецептурного состава композиции, системой подогрева компонентов рецептуры в условиях низких температур и подачей их методом вытеснения за счет генерации твердотопливных зарядов по отдельности в зону вспенивания и в зону отверждения ручного управляемого пеновоздушного ствола, жестко соединенного с вентилятором двигателя внутреннего сгорания, где создаваемый при работе двигателя высокоскоростной поток воздуха выбрасывает на несколько метров вспененную и быстротвердеющую полимерную массу через выходной конец раструба на защищаемый объект.

Для интенсификации процесса вспенивания эмульсии, ее стабилизации и созревания получаемой высокократной пены внутри ручного управляемого распылителя - воздушного ствола дополнительно установлены массообменные турболизирующие, термостатирующие, выполненные в виде расположенных на одной оси, нескольких дисков турбин с разным направлением лопаток и пакет металлических сеток, внутри которого находится металлическая стружка. Диски турбин выполнены с возможностью свободного вращения на оси. Это позволяет увеличить вспенивание эмульсии до 70-80 об/ед (т.е. с большим содержанием воздуха в единице объема), при этом снизить энергетические затраты на вспенивание за счет увеличения поверхности обмена жидкой и газовой фазы (эмульсии и высокоскоростного потока воздуха, развиваемого вентилятором двигателя внутреннего сгорания). Подача раствора эмульсии из первой секции ранцевого резервуара в зону вспенивания ручного управляемого распылителя воздушного ствола и подача раствора слабоконцентрированной неорганической кислоты из второй секции в зону пенопроводного ствола осуществляется путем избыточного давления, создаваемого энергоисточниками, установленными в первой и второй секциях резервуара. В качестве энергоисточников используются съемные газогенерирующие твердотопливные химические заряды с устройством воспламенения и дозирования газа в каждый резервуар установки.

Реакция поликонденсации, т. е. отверждения полимерной массы и фиксирование ее объемов на объекте, происходит в течение 2-5 минут. Время быстрой реакции поликонденсации, т. е. отверждения полимера, объясняется тем, что выхлопная труба двигателя, отводящая высокотемпературные газы, также соединена трубопроводом с ручным управляемым пеновоздушным стволом. При этом внутри трубопровода расположена в виде змеевика металлическая (алюминиевая) трубка, которая одним концом соединена при помощи штуцеров и шланга с секцией, в которой находится эмульсия (водный раствор карбамидной смолы, пенообразователя и воды), а другим концом выходит а зону вспенивания основного ручного управляемого воздушного ствола. При работе двигателя выхлопные газы, двигаясь по трубопроводу, в котором находится алюминиевый змеевик, нагревают его. В результате чего проходящая по змеевику эмульсия нагревается, что приводит к снижению вязкости самой эмульсии. Вследствие этого энергетические затраты на вспенивание эмульсии сильно снижаются. Кроме того, высокотемпературные газы выхлопной трубы, смешиваясь совместно с высокоскоростным потоком воздуха, создаваемым воздушным вентилятором двигателя, проходя через массообменные термостатирующие устройства, дополнительно интенсифицируют весь технологический процесс: вспенивание, созревание, стабилизацию полимерной пены и ее отверждение, резко снижая при этом порог стартового времени не только на первой стадии процесса вспенивания эмульсии, но и на второй стадии - реакции поликонденсации, т.е. отверждения пены.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен общий вид (сверху) переносной установки. На фиг.2 изображено турболизирующее, термостатирующее массообменное и распыливающее устройство, на фиг.3 показан общий вид установки с оператором в рабочем действии.

Установка содержит общую емкость, разделенную на два равных отдельных резервуара 1, 2, работающих под давлением. К каждому резервуару дополнительно установлены съемные футляры 3 с газогенерирующими твердотопливными химическими зарядами и устройствами воспламенения. Резервуар 1 емкости резервуара предназначен для приема и подачи эмульсии (смолы, воды, пенообразователя) при помощи трубопровода (шланга) 5 в зону вспенивания ручного управляемого пеновоздушного ствола 4. Резервуар 2 емкости предназначен для приема слабоконцентрированной кислоты и ее подачи также способом вытеснения при помощи трубопровода (шланга) 6 в распыливающую форсунку 7, установленную в зоне формирования пены управляемого пеновоздушного ствола 4. Внутри пеновоздушного ствола 4 установлено массообменное термостатирующее устройство, состоящее из смесительных камер 8 и 9. Где смесительная камера 8 состоит из нескольких размещенных на продольной оси алюминиевых дисков 10, выполненных с возможностью свободного вращения на оси. Диски 10 выполнены с радиальными выштамповками, где угол выштамповок рассчитан на вязкость композиции, т.е. эмульсии и составляет величину от 45 до 53^o. Причем каждый устанавливаемый на оси диск имеет противоположное направление. Для увеличения коэффициента массотеплопередачи смесительная камера 9 состоит из пакета металлических или капроновых сеток. Пеновоздушный ствол 4 жестко соединен с вентилятором 11 двигателя внутреннего сгорания 12. Съемный с ручного пеновоздушного ствола 4 раструб 13, формирующий на защищаемый объект, например сорбенты типов "Униполимер-М", "Униполимер-Био", пенопласт типа "Пеноизол", пленку или огнетушащую высокократную пену 14, в зависимости от целевого назначения установки меняется по техническим признакам. Выхлопная труба двигателя, отводящая высокотемпературные газы, также соединена трубопроводом 15 с ручным управляемым пеновоздушным стволом. В качестве двигателя внутреннего сгорания с совмещенным с воздушным вентилятором используются базовые серийно выпускаемые отечественной и зарубежной промышленностью с учетом технических возможностей двигатели для бензопил, например "Тайга 214", "Тайга 245" и зарубежного аналога "Штиль-036" и другие. По техническим параметрам указанные базовые двигатели внутреннего сгорания требуют минимальных затрат на модернизацию.

Дополнительно, при необходимости, пеновоздушный ствол 4, выполненный телескопическим способом, может изменять свою длину, тем самым увеличить не только фронт обрабатываемого участка, но и дает возможность обрабатывать труднодоступные или опасные для человека места. Телескопическое устройство снабжено пакетом съемных средств для формирования и нанесения самоотверждающихся полимерных покрытий, выполненных, например, в виде раструба, распылительной колонки и т. д. На фиг.1 показан лишь один из вариантов.

Установка работает следующим образом. В зависимости от целевого назначения и применения установки - пожаротушение, природоохранные работы (сорбирование разлитой нефти и нефтепродуктов), строительные работы и т.д. резервуары 1 и 2 общей емкости ранцевого огнетушителя в соответствии с расчетными параметрами состава композиций заполняются исходными компонентами. В качестве исходных компонентов используются карбамидно-формальдегидная смола, пенообразователь, вода и неорганическая кислота. К каждому резервуару дополнительно устанавливаются съемные футляры 3 с газогенерирующими твердотопливными зарядами, например на основе термохимического заряда, состава СТП, применяемого в генераторах дыма ГАО-40 или СОТ-5М и т.д. с устройством воспламенения. Устройство воспламенения газогенерирующего твердотопливного химического заряда не включено и находится в режиме постоянной готовности. При необходимости плановых или экстренных работ оператор закрепляет на себе при помощи ремней ранцевый резервуар и готовит установку к запуску, предварительно заправив бензином двигатель внутреннего сгорания. Определив участок или объект обработки, оператор выставляет в рабочее положение ручной распылитель воздушного ствола 4, соединенного, например, с раструбом 13, и при помощи ручного стартера включает бензодвигатель 12. Далее, держа в руках включенный двигатель 12, соединенный в комплексе с воздушным вентилятором 11 и стволом 4, оператор включает устройство воспламенения, находящееся в футляре 3 газогенерирующего химического заряда. При этом оператору нет необходимости при работе установки регулировать подачу (расход) выделяемого газа в резервуары 1 и 2 и контролировать другие параметры, поскольку все измерительные приборы с запорной регулирующей арматурой и аппаратурой тарируются и регулируются предварительно, упрощая при этом работу установки и обеспечивая ее безопасность. Поступающий из футляров 3 газ, сгенерированный твердотопливными зарядами, одновременно проходя через запорно-регулирующую арматуру, поступает в резервуары 1 и 2. В результате чего, в каждой из них 1 и 2 создается небольшое избыточное давление, вследствие чего эмульсия из резервуара 1 по шлангу 5 через форсунку 7 подается в смесительную камеру 8 воздушного ствола 4, а отвердитель - слабоконцентрированный раствор неорганической кислоты из резервуара 2 по шлангу 6 подается в распыливающую форсунку 7. Эмульсия, поступающая в смесительную камеру 8 совместно с высокоскоростным потоком воздуха, поступающего по стволу 4, приводит к увеличению поверхности обмена жидкой и газовой фазы, т.е. эмульсии и воздуха, тем самым высокое обтекание капельных струй эмульсии и воздуха приводит не только к разбиванию их на мелкодисперсные фракции, но и выравниванию по температурному фактору, т.е. термостатированию. Эмульсия с потоком воздуха, проходя через вращающиеся на оси диски 10, разбивается на отдельные структурные единицы (газожидкостные пузырьки, создавая эффект "тумана" и турбулентный режим, позволяя тем самым оптимизировать процесс вспенивания. Получаемая при этом мелкодисперсная высокократная стойкая пена далее поступает в камеру смесителя 9, где, проходя через пакет из металлической стружки с сетками 9, увеличивает контактную поверхность массообмена. В результате потерь, т.е. разбивания больших газожидкостных пузырей на более мелкие, пена приобретает стабильную и однородную мелкодисперсную структуру. При этом весь процесс стабилизируется, что приводит к интенсификации и оптимизации процесса вспенивания пены, ее созревания и стабилизации. При этом наблюдается устойчивый режим работы установки без признаков наблюдений пневмогидроударов в процессе эксплуатации. Далее высокократная мелкодисперсная пена поступает к выходу пеновоздушного ствола 4, на выходе которого установлена распыливающая форсунка 7. Форсунка 7 распыливает в проходящую через нее вспененную массу слабоконцентрированный раствор неорганической кислоты, поступающей при помощи шланга 6 из резервуара 2. Вследствие чего вспененная масса, где вся ее зона по фронту активно и равномерно перемешивается с кислотой, приводит к химической реакции поликонденсации, т.е. частичному отверждению полимерной пены, превращая ее в хлопье-, творожнообразную белую массу 14 случайной формы.

Окончательное формирование полимерной пены с фиксированием ее объема на защищаемый объект и полным ее отверждением происходит в течение 2-5 минут. После чего сформированная на объекте полимерная пена является тем или иным защитным материалом в зависимости от ее целевого назначения.

Основные достоинства установки - ее универсальность, технологичность, мобильность, большая степень унификации, простота в управлении, удобство в обслуживании и высокая надежность и оперативность в работе, экологическая чистота и отсутствие вредного воздействия на окружающую среду. Конструктивная особенность установки позволяет расширить ее область применения и сферу использования в других отраслях промышленности при изменении составов композиций различных рецептур. Применение установки позволяет изготавливать и наносить пенопласты на тепло-, шумоизолирующие объекты, производить и наносить полимерные сорбенты, биосорбенты на загрязненные нефтепродуктами участки, получать и покрывать термостойкие полимерные покрытия в виде пленок для закрепления и защиты поверхности котлованов от фильтрации нефтепродуктов и их испарения с поверхностей, а также для предотвращения пыления и выветривания, окисления и самовозгорания высокореакционных углей, для локализации возгораний и тушения нефти и нефтепродуктов, химически горючих материалов, предотвращения проникновения огня на другие объекты путем обваловывания - создания негорючей искусственной предварительной огневой преграды.

Кроме того, применяя специальные составы ингибирующих растворов, биопрепаратов и иммобилизованные в суспензии ассоциированные нефтеокисляющие штаммы микроорганизмов, можно использовать установку для биологической очистки загрязненных участков различных объектов - магистральных нефтепродуктопроводов, складов хранения, "нефтебаз" и т.д., и профилактической их обработки с целью предотвращения роста на них флоры, приводящей к нарушению пожарной безопасности и технологических норм. При необходимости установка может применяться и для защиты от возгораний, горения и выветривания городских, промышленных мусорных свалок. Также может использоваться для дезинфекции животноводческих помещений, теплиц, автотранспортных средств и других зараженных объектов.

Созданная универсальная переносная установка для получения и нанесения на защищаемые объекты вспененной самоотверждающей полимерной композиции позволяет расширить ее функциональные и технологические возможности.

Для заявленного устройства в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Изобретение относится к технологическому оборудованию, в частности к переносным устройствам для изготовления и нанесения быстроотвердевающих самоотверждающихся полимерных покрытий в виде высокократных вспененных материалов и решает задачу по расширению функциональных технологических возможностей и широкого применения установки в различных отраслях промышленности. 3 ил.

Переносная установка для получения и нанесения вспененной самоотверждающейся полимерной композиции, характеризующаяся тем, что содержит резервуар для жидкости, вентилятор с приводом от двигателя внутреннего сгорания, пеновоздушный ствол, соединенный трубопроводом с выхлопной трубой и закрепленный на нагнетательном патрубке вентилятора, трубопровод для подачи жидкости из резервуара в пеновоздушный ствол и дополнительно содержит резервуар, снабженный трубопроводом для подачи раствора в распыливающую форсунку, распложенную на выходном конце пеновоздушного ствола, снабженного распылителем, резервуары снабжены газогенерирующими твердотопливными химическими зарядами с устройством для их воспламенения, внутри пеновоздушного ствола установлены дополнительные смесительные и диспергирующие устройства, выполненные в виде вращающихся на продольной оси дисков, направленных в разные стороны, и пакета металлических сеток, при этом трубопровод для подачи жидкости из резервуара в пеновоздушный ствол соединен с расположенным на пеновоздушном стволе штуцером с форсункой, перед которой установлен трубопровод, соединенный с выхлопной трубой, а распылитель выполнен телескопическим с пакетом съемных средств.