ПЕНООБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ ДЛЯ ТУШЕНИЯ РАДИАЦИОННО- И ЯДЕРНО-ОПАСНЫХ ПОЖАРОВ Российский патент 2006 года по МПК A62D1/02 

Изобретение относится к противопожарной технике и предназначено, преимущественно, для тушения радиационно- и ядерно-опасных пожаров, которые могут возникнуть при авариях с разрушением активных зон на АЭС с реакторами большой мощности канальных (РБМК) и на уран-графитовых ядерных установках.

Наиболее распространенное средство пожаротушения - вода [1]. Ее недостатком является большой расход и малая эффективность при тушении горючих органических веществ.

Известны также и приняты нами за прототип пенообразователи, выпускаемые промышленностью и рекомендованные для применения в подразделениях государственной противопожарной службы: ПО-1, ПО-3АИ, ПО-3НП, ТЭАС, ПО-6НП, ПО-6НП-М, "Морпен" и некоторые другие, представляющие собой водные растворы поверхностно-активных веществ (ПАВ), предназначенные для приготовления в смеси с водой и воздухом пен, хорошо смачивающих различные поверхности, эффективно тушащие горючие жидкости и твердые материалы, защищающие строительные конструкции и другие объекты от воздействия тепловых потоков [2].

Недостатками штатных пенообразующих средств пожаротушения, являются, во-первых, неспособность удерживать пенами радиоактивные продукты горения и предотвращать разнос радиоактивных веществ с поверхностей, на которые они осели. Во-вторых, опасность возникновения самоподдерживающейся цепной реакции деления (СЦР) вследствие ввода со средствами пожаротушения воды, являющейся хорошим замедлителем и отражателем нейтронов.

Технический результат, достигаемый в изобретении, заключается в обеспечении удержания пенами радиоактивных продуктов горения и предотвращения цепной реакции деления.

Указанный технический результат достигается тем, что в раствор пенообразователя, содержащего 3-6% ПАВ, вводят 0,5-1,5%* (* - здесь и в последующем даются массовые проценты) омыленного таллового пека (ОТП) или 1-3% омыленного сульфатного мыла (ОСМ), а также 0,01-0,18% гадолиния или 0,035-1,15% бора в виде солей, растворимых в водных растворах ПАВ, а также в растворах ОТП и ОСМ.

Описание разработанных пенообразующих составов поясняется пятью таблицами и иллюстрируется 18 фигурами. Кривыми показаны зависимости основных показателей качества пен от добавок ОТП и ОСМ (фиг.1 - фиг.5), чертежом - схема экспериментальной установки для определения эффективности поглощения тепловых нейтронов (фиг.6), кривой - эффективность поглощения потока тепловых нейтронов гадолинием, нанесенным на бумажный носитель с помощью его водных растворов (фиг.7), кривыми фиг.8-17 - зависимости основных показателей пен от добавок гадолиния и бора, а также особенностями методики сравнения огнегасящих свойств пенообразователей (ПО) (фиг.18).

Пример 1. Оценка влияния на основные показатели качества пен присутствия в некоторых штатных пенообразующих растворах ОТП и ОСМ.

Известно, что тушение пожаров осуществляется пеной средней кратности, получаемой из 3-6%-ных растворов пенообразователей.

Опыт тушения пожаров на ЧАЭС 26.04.86 г. показал, что продукты горения при запроектной аварии являются чрезвычайно радиоактивными. Они представляют серьезную радиационную опасность, в том числе из-за их летучести и возможности перемещения (разноса) на очень большие расстояния. Традиционная пожарная техника со штатными пенообразователями в этом отношении оказалась малоэффективной. [Кишкурно В.Т. Кокшаров А.И. Основы технологии, пожарная опасность и противопожарная защита радиационных производств и АЭС: Учебное пособие. - Челябинск: Дом печати, 2001. - С.167-168].

Поэтому возникла необходимость разработки таких противопожарных пен, которые могли бы воспрепятствовать перемещению продуктов горения твердых материалов и фиксировать их в местах выпадения.

В связи с этим мы сочли целесообразным вводить в пенообразующие составы, предназначенные для тушения радиационно-опасных пожаров, вещества, способные удерживать, а затем и связывать продукты горения в полимерные пленки. Такими веществами могут являться продукты целлюлозно-бумажного производства (ЦБП): омыленный талловый пек и сульфатное мыло при условии их совместимости с ПАВ некоторых штатных ПО [Патент РФ №2191200. Пенообразующий состав / Степанов И.К., Мартынов Д.А., Степанова О.И., Степанов А.И. - Опубл. в Бюллетене изобретений № 29, 20.10.2002; и Патент РФ №2029775. Обеспыливающий состав / Малярчук В.Ф. и др. - Формула опубл. 27.02.1995].

Пену средней кратности получали с помощью лабораторной установки, которая имитировала работу воздушно-пенного огнетушителя ОВП-10 с разницей лишь в том, что объем емкости был равен 6 литрам, а давление в ней можно было создавать сжатым воздухом до 6 атм.

Растворы пенообразователей с добавками и без добавок ОТП и ОСМ объемом 0,4-0,6 л через воронку заливали в емкость, туда же подавали воздух, создавая в емкости необходимое давление, которое контролироали показаниями манометра. Пену получали с помощью генератора пены, входящего в состав воздушно-пенного огнетушителя ОВП-10 при давлении 4,5-5 атм. Ее собирали в эмалированную цилиндрическую емкость объемом 23 л (диаметр 32 и высота 28 см) с метками внутри нее, соответствующими ¹/₄, ¹/₂, ³/₄ объема, которые позволяли оценивать время полуразрушения столба пены.

Водные растворы ОТП получали путем растворения пека таллового омыленного, изготовленного на Братском ЦБК по ОСТ 13-145-82.

Для получения растворов ОСМ мыло сырое сульфатное, изготовленное по ОСТ 13-145-82, сначала омыливали щелочью (на 10 г мыла брали 1 г твердой щелочи и кипятили смесь в течение 0,5 ч), а затем растворяли в воде в нужном соотношении.

Число измерений в каждом эксперименте составляло от 3 до 5. На используемой лабораторной установке относительная погрешность определения кратности не превышала ±10%. По полученным результатам строили графики зависимости кратности и времени полураспада столба пены от концентрации ОТП (или ОСМ) в растворе.

Согласно инструкции о порядке применения пенообразователей для тушения пожаров они разделены на две классификационные группы в зависимости от применения: ПО общего назначения (первые четыре перечисленные ниже) и ПО целевого назначения (последующие три). ПО общего назначения используются для получения пены различной кратности и растворов смачивателей при тушении горючих жидкостей, твердых сгораемых материалов, волокнистых и тлеющих веществ, для защиты строительных конструкций, технологических аппаратов и хранящихся материалов от воздействия тепловых потоков. ПО целевого назначения используются для получения пены при тушении нефтепродуктов и горючих жидкостей различных классов, наиболее пожароопасных объектов, а также для применения с морской водой.

Основные характеристики пен, полученные из водных растворов штатных пенообразователей при оптимальной (рекомендуемой) концентрации (6% ПО-1, 3% ПО-3НП, 3% ПО-3АИ, 6% ТЭАС, 6% ПО-6НП-М, 6% Морпен, 6% ПО-6НП) с добавками ОТП и ОСМ и без них на фиг.1 - фиг.4. Значения кратности пен, полученных из пенообразователей общего (ПО-1, ТЭАС) и целевого назначения (Морпен), содержащих разное количество ОСМ, представлены на фиг.5.

Добавки ОТП и ОСМ в вышеперечисленные ПО по-разному оказывают влияние на кратность и стойкость пен: в 4 из 7 пенообразователях ПАВ, входящие в их состав, оказались более совместимыми с продуктами ОТП и ОСМ (снижения эффективности ценообразования не происходит), а для ПО-6НП-М наблюдается небольшое увеличение кратности. Для ПО-1, ПО-3АИ и ПО-3НП добавка 1-6% ОТП снижает кратность пен с 50 до 33, а для двух следующих с 30 до 25 и 22 соответственно.

Замена ОТП на ОСМ приводит к более резкому снижению кратности, см. фиг.5, а на стойкость пен продукт оказывает меньшее влияние. Период полураспада пен для ПО-1 составляет в среднем около 6,5 мин, для ТЭАС-13 мин, а для Морпена - 15,5 мин, что сопоставимо со стойкостью пен, полученных с добавлением ОТП.

Как видно из приведенных данных, введение ОТП или ОСМ в пенообразующие составы существенно не сказывается на основных показателях качества пен.

Пример 2. Методика оценки эффективности фиксации имитаторов продуктов горения.

Эффективность фиксации имитаторов продуктов горения оценивали по разработанной нами методике определения угла сдвига сыпучих материалов, которая заключается в следующем. В плоскую полиэтиленовую чашку диаметром 80 мм тонким (по возможности равномерным) слоем наносили навеску золы, получаемой на установке сжигания твердых радиоактивных отходов ЛСК "Радон", массой около 400 мг. В золу вводили 30% порошкообразного графита. В качестве материала чашки был выбран полиэтилен из-за низких фрикционных свойств и малой адгезии. Затем полиэтиленовую чашку с имитатором продуктов горения заполняли пеной, создавая над чашкой слой пены высотой 5-8 см. После разрушения пены, высыхания раствора и образования защитного слоя определяли угол сдвига следующим образом: один край чашки касался горизонтальной плоскости, а противоположный медленно поднимался вверх до тех пор, пока не наблюдалось перемещение сыпучей массы в нижней край чашки. В этот момент положение чашки фиксировали и измеряли расстояние (нормаль) от верхнего края чашки до горизонтальной поверхности и, соответственно, угол наклона. Высоту нормали определяли как среднее значение по трем измерениям. Угол между плоскостью краев чашки и горизонтальной поверхностью принимали как угол сдвига сыпучей массы.

Оценка эффективности фиксации имитаторов продуктов горения.

При введении в 6% ПО-1, 3% ПО-3НП, 3% ПО-3АИ, 6% ТЭАС, 6% ПО-6НП-М, 6%Морпен, 6% ПО-6НП 0,5-3% ОТП и 1-3% ОСМ сдвиг частичек радиоактивной золы и графита не наблюдали даже в том случае, когда угол между плоскостью чашки и горизонтальной поверхностью составлял 90 и 180 градусов. Это означало, что порошкообразные зола и графит, которые имитировали продукты горения, были надежно зафиксированы на поверхности чашек, изготовленных из полиэтилена.

Минимальная концентрация ОТП, достаточная для связывания имитаторов, оказалась равной 0,5%, а для ОСМ - 1,0%.

В дальнейшем, при изучении влияния добавок нейтронопоглощающих элементов на кратность и стойкость пен в 3-6%-ные штатные пенообразующие растворы вводили 1% ОТП или 2% ОСМ.

Пример 3. Выбор нейтронопоглощающих элементов и разработка методик введения их в пенообразующие растворы.

Способностью к захвату тепловых нейтронов обладают следующие элементы: самарий, европий, гадолиний, диспрозий, плутоний (239 и 241), кадмий и бор. Гадолинию свойственно наивысшее среди всех элементов поперечное сечение захвата тепловых нейтронов (46 тыс. барн для природной смеси нуклидов гадолиния). Поперечное сечение поглощения тепловых нейтронов у бора 750 барн. Но у бора есть преимущества. Он дешев, стабилен, термостоек, неядовит и достаточно распространен. Поэтому в качестве нейтронопоглощающих элементов были выбраны гадолиний и бор.

Расчеты, выполненные сотрудниками Комплексной экспедиции им. И.В.Курчатова (г.Чернобыль), свидетельствуют о том, что содержание поглотителей нейтронов, равное для гадолиния 0,001-0,04%, а для бора 0,035-0,040 мас.%, должно сильно увеличить размеры и массу критической сферы и, тем самым, уменьшить вероятность ее образования.

Например, при проведении мероприятий по предупреждению пыления в центральном зале и в бассейне-барботере объекта "Укрытие" водой в нее для снижения вероятности возникновения СЦР вводили 0,1% Gd(NO₃)₃, создавая концентрацию гадолиния - 0,035%.

При добавлении нитрата гадолиния в растворы пенообразователей, величина рН которых составляет 7-10 (в среднем 9), происходит осадкообразование из-за выпадения гидроксида гадолиния. Известно, что перевод в растворимое состояние двух- и трехвалентных металлов в нейтральной и слабощелочных средах можно осуществлять с помощью оксиэтилидендифосфоновой кислоты (ОЭДФК), этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТУК) или ее двузамещенной соли - трилона Б с получением водорастворимых анионных комплексов.

Для перевода катионов гадолиния в растворимую в слабощелочной среде форму нами была предложена методика, заключающаяся в следующем: в водные растворы нитрата гадолиния добавляли вышеуказанные комплексоны в мольном отношении Gd:комплексен =1:1,5. Их нагревали на водяной бане и добавляли раствор щелочи до рН 8-9. При этом происходило растворение гидроксида гадолиния и образование растворимых анионных комплексов гадолиния с ОЭДФК и ЭДТУК. Получаемые анионные комплексы будем изображать так: [Gd-ОЭДФК]^- и [Gd-ЭДТУК]^-.

Для получения растворов, содержащих бор, можно использовать следующие соединения:

1) тетраборат натрия (бура) Na₂B₄О₇×10H₂О, растворимость при 20°С (s²⁰=25 г/л), рН_{нас.р-ра} 9,4. Максимальная концентрация бора - 2,8 г/л;

2) тетраборат аммония (NH₄)₂B₄О₇×10H₂О(s²⁰=72,7 г/л), рН_{нас.р-ра} 9,0. Максимальная концентрация бора - 11,9 г/л;

3) смесь метабората натрия NaBO₂×4H₂О с борной кислотой Н₃ВО₃. Метаборат натрия NaBO₂×4H₂O (s²⁰=254 г/л), рН_нас.р-pa 11,3. Максимальная концентрация бора - 21,6 г/л (2,16%).

Согласно ГОСТа Р №50588-93 величина рН пенообразователей не должна превышать значения 10. Введение насыщенного раствора метабората натрия в рабочие растворы пенообразователей для создания концентрации, например, 0,04% по бору приводит к увеличению величины рН до значения 10,5. Величину рН раствора метабората натрия можно снижать борной кислотой. Наиболее вероятной среднегодовой температурой в ангарах, где находятся пожарные машины, - 5-10°С. При вышеуказанных температурах получали насыщенные растворы метабората натрия и борной кислоты, которые смешивали в пропорциях, указанных в табл.1 и 2.

При температуре растворов 5°С были получены следующие данные: величина рН раствора метабората натрия составляла 10,7 (s=186 г/л), борной кислоты - 6,05 (s=32 г/л).

При температуре растворов 10°С величина рН раствора метабората натрия составляла 10,35 (s=208 г/л), борной кислоты - 5,90 (s=36,5 г/л):

Из данных табл.1 и 2 видно, что если создавать в рабочих растворах штатных пенообразователей требуемые концентрации бора смесью насыщенных растворов метабората натрия и борной кислоты, то при соотношении Vсоли:Vкислоты=1:(2÷3) величина рН растворов будет равна 9,1-9,2.

Таблица 1
Величина рН смеси насыщенных растворов метабората натрия и борной кислоты при температуре 5°СV_соли/V_{кислоты}1/11/1,51/21/2,51/3pH смеси9,59,59,08,88,4pH смеси, разбавл. в 12 раз.9,59,39,29,08,9Таблица 2
Величина рН смеси насыщенных растворов метабората натрия и борной кислоты при температуре 10°СV_соли/V_{кислоты}1/11/1,51/21/2,51/3pH смеси9,79,59,29,19,1pH смеси, разбавл. в 12 раз.9,69,39,29,29,2

Пример 4. Эффективность поглощения тепловых нейтронов водными растворами, пленками и пеной, содержащими нейтронопоглощающие элементы.

Эффективность поглощения тепловых нейтронов изучали с помощью экспериментальной установки, изображенной на фиг.6. В ее составе: 1 - полиэтиленовый блок, 2 - источник нейтронов, 3 - емкость, 4 - детектор (кристалл LiI(Eu)), 5 - фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), 6 - предусилитель, 7 - амплитудный анализатор АИ-1024, 8 - блоки высокого и низкого напряжения питания ФЭУ и предусилителя. В центр полиэтиленового блока 1 с размерами 30×23,5×23,5 см на глубину 8 см помещали Pu-Ве источник нейтронов со следующими характеристиками:

НомерТипМощность, нейтр./сНаружные размеры, ммЕср., МэВдиаметрВысота230ИБН-183,9×10⁵12164,5

Полиэтиленовый блок, выполненный в форме куба, способен замедлять быстрые нейтроны до нейтронов тепловой энергии (0,025 эВ). У передней стенки блока устанавливали попеременно либо плоскую железную емкость с размерами 30×40×3 см, площадь которой несколько превышала площадь стенки и полиэтиленовую канистру (высота - 21 см, длина - 18 см, ширина - 13 см), площадь которой составляла примерно 3/4 площади передней стенки. Толщина слоя растворов в первом случае составляла 3 см, во втором - 13 см.

Эксперименты с пеной. Пену кратностью 30-50 получали в полиэтиленовой канистре путем барботирования сжатого воздуха через 200 мл 1%-ного раствора пенообразователя ПО-1, содержащего различную концентрацию нейтронопоглощающих элементов.

Толщина слоя пены была равна 13 и 18 см (полиэтиленовую канистру ставили боком и устанавливали вплотную к стенке). К емкости вплотную устанавливали детектор нейтронов 4, содержащий монокристалл LiI (Eu) с 90% обогащением по ⁶Li, диаметром 20 мм и толщиной 4 мм. Кристалл оптически сопряжен с ФЭУ 5.

Образующиеся по реакции ⁶Li (n, α) ³H заряженные частицы вызывают свечение сцинтиллятора, кванты которого попадают на катод ФЭУ и выбивают из него электроны. Последние умножаются системой динодов ФЭУ. Размножение электронов на каждом диноде происходит за счет вторичной электронной эмиссии. Импульс тока снимается с анода (или последнего динода ФЭУ). Сигналы с ФЭУ поступают на амплитудный анализатор 7, где распределяются по каналам в соответствии с амплитудой импульсов; чем выше амплитуда импульса, тем больше номер канала, в который они попадают. В состав установки также входит блок высоковольтного напряжения (U=0,9 кВ) и блок низкого напряжения 8, питающий предусилитель.

Эксперименты с водными растворами. Приготовленный раствор, содержащий нейтронопоглощающий элемент (бор в виде тетрабората аммония или гадолиний в виде анионного комплекса [Gd-ОЭДФК]^-) заливали в полиэтиленовую канистру и в железную емкость. Измерения плотности потока нейтронов выполняли так же, как при работе с пенами.

Эксперименты с пленками. Листы пористого материала (бумажные обои) с размерами 25×25 см в центре пропитывали раствором анионного комплекса [Gd-ОЭДФК]^- на площади с размерами 15×15 см. После высыхания раствора на пористом материале листы закрепляли на передней стенке полиэтиленовой емкости, а детектор устанавливали в его центр. Измерения плотности нейтронного потока выполняли аналогично измерениям, описанным в предыдущих пунктах.

Напомним, что пена является неустойчивой дисперсной системой. С момента образования в пене начинается процесс диффузионного переноса воздуха из маленьких пузырьков в большие, в результате число пузырьков со временем уменьшается, а их средний размер увеличивается. Водный раствор через систему каналов постепенно выделяется из пены.

По данным табл.3 и 4 можно оценить, насколько эффективны пены, растворы и пленки, содержащие нейтронопоглощающие элементы.

Как и следовало ожидать, пены средней кратности в условиях данных экспериментов снижали интенсивность нейтронного потока только на 20% (см. табл.3). Низкократные пены с К=20 были бы более эффективны, чем средней кратности с К=60, так как в первых изначально содержится в три раза больше раствора и, следовательно, нейтронопоглощающих элементов. Однако на пены не возлагается задача ослабления потока тепловых нейтронов - это должны выполнять пленки (см. табл.3). Пены предназначены для перемещения нейтронопоглощающих элементов и доставки их в установленные места.

Из анализа данных табл.4 следует, что водные растворы с концентрацией 0,01% Gd и 0,21% бора снижают интенсивность нейтронного потока на 80%, следовательно, гадолиний, как поглотитель тепловых нейтронов, эффективнее бора в 21 раз (если сравнивать концентрации элементов в растворах, выраженных в процентах).

Сотрудники ИАЭ им. И.В.Курчатова для ликвидации инцидентов при возрастании интенсивности потоков нейтронов в помещениях с ТСМ рекомендуют водные растворы, содержащие 0,01% гадолиния или 0,04% бора.

Изменение интенсивности нейтронного потока при его прохождении через листы бумаги, имеющие различные концентрации гадолиния, приведено на фиг.7. Видно, что кривая подчиняется экспоненциальному закону. При максимальной концентрации гадолиния, равной 6,6 мг/см, интенсивность нейтронного потока уменьшается почти вдвое (на 46%).

Пример 5. Оценка влияния на основные показатели качества пен присутствия в штатных пенообразующих растворах оптимальных концентраций ОТП или ОСМ и изменяющихся концентраций нейтронопоглощающих добавок.

Пену средней кратности так же, как в примере 1, получали с помощью лабораторной установки, которая имитировала работу воздушно-пенного огнетушителя ОВП-10 при давлении сжатого воздуха 4,5-5 атм.

Основные показатели пен (кратность и стойкость), полученных из водных растворов штатных пенообразователей при оптимальной (рекомендуемой) концентрации (6% ПО-1, 3% ПО-3НП, 3% ПО-3АИ, 6% ТЭАС, 6% ПО-6НП-М, 6% Морпен, 6% ПО-6НП), содержащие 1% ОТП и 2% ОСМ с добавками нейтронопоглощающих элементов, приведены на фиг.8-15 (для ОТП) и 16-17 (для ОСМ).

При добавлении солей бора в растворы ПО-3АИ, ПО-6НП-М и Морпена кратность увеличивается, причем для ПО-3НП почти в 2,5 раза. Стойкость же пен остается практически постоянной величиной или возрастает для ПО-3АИ (с 8 до 11 мин), но для ПО-6НП резко падает (с 50 до 10 мин).

Присутствие анионных комплексов гадолиния в ПО-6НП-М и Морпене приводит к увеличению кратности пен, в ПО-1 и ПО-3НП кратность практически не меняется, а в остальных наблюдается ее снижение: для ПО-6НП с 50 до 40, для ТАЭС с 55 до 25, для ПО-3АИ с 30 до 12 при концентрации гадолиния в растворе 0,17%.

Стойкость пен практически не изменялась для Морпена, ПО-6НП-М, ПО-3АИ, ПО-3НП, увеличивалась для ТАЭС и уменьшалась для ПО-6НП (с 48 до 9 мин), см. фиг.12-15.

Присутствие в штатном ПО 2% ОСМ и от 0 до 3% бора приводит к снижению кратности пен в ПО-1, ТАЭС и Морпене. Стойкость пен в двух ПО также уменьшалась, а пен на основе ПО-1 была постоянна во всем диапазоне концентрации гадолиния, см. фиг.16-17.

Пример 6. Сравнение огнетушащей эффективности штатных пенообразователей, предназначенных для пожаротушения, с добавками ОТП и нейтронопоглощающих элементов и без них.

Огнетушащую эффективность пен можно оценивать по отношению объема пены, оставшейся к моменту ликвидации пожара, к объему пены, израсходованному на тушение [Тихомиров В.К. Пены. Теория и практика их получения и разрушения. М.: Химия, 1975 - 264 с.].

При выполнении эксперимента использовали лабораторную установку, создающую пену средней кратности, а в качестве пенообразующих составов применяли 3-6%-ные растворы штатных пенообразователей для пожаротушения, содержащие и не содержащие специальные добавки (водные растворы солей бора, гадолиния и ОТП).

На дно открытой сверху емкости, имеющей форму параллелепипеда с размерами 100×59×40 см, помещали 10 фарфоровых чашечек диаметром около 9 см (m=60 г, h=4 см), в которые заливали 25-30 мл органических веществ. Этого количества ЛВЖ в условиях эксперимента было достаточно для горения в течение 3,5-4 мин. Температура в помещении, где проводились эксперименты, составляла около 12°С.

Будем обозначать чашечки следующим образом 1, 1', 2, 2', 3, 3', 4, 4', 5, 5' (см. фиг.17). В чашки под номерами 1, 1' наливали 30 мл аллилового спирта, 2, 2' - 25 мл октана, 3, 3' - 25 мл изобутилового спирта, 4, 4' - 25 мл метилэтилкетона, 5, 5' - 25 мл этилового эфира уксусной кислоты. Для того чтобы органические соединения в чашечках сгорели одновременно, их поджигали в следующей последовательности: 3→4→5→2→1. Суммарное тепловыделение реакции горения составляло около 7000 ккал. Тепло шло на нагревание 10 фарфоровых чашек, воздуха, дна и стенок металлической емкости. Температура воздуха в емкости на высоте 5-7 см достигала 80°С. Измерение температуры проводили при помощи ртутного термометра (0-200°С) в зоне, обозначенной буквой Т, см. фиг.18.

Готовили 1,8 л 3-6%-ных растворов штатных пенообразователей и через воронку заливали их в установку, которая имитировала работу воздушно-пенного огнетушителя ОВП-10. Затем в нее подавали воздух, создавая исходное давление 4,0-4,2 атм. Через 3,5 мин после начала горения органических веществ включали пеногенератор, а пену подавали в центр емкости. Во всех экспериментах через сетку пеногенератора пропускали одинаковый объем пенообразующего раствора, на это уходило около 15 с, при этом происходило уменьшение давления в среднем на 1,5 атм.

С помощью экспериментальных данных табл.5 можно сравнить эффективность тушения горящих органических веществ пенами, полученными из некоторых штатных ПО как содержащих, так и не содержащих специальные добавки, необходимые для придания пенообразователям новых свойств.

Как и следовало ожидать, при повышенной температуре воздуха, предметов и деталей емкости часть образующейся пены шла на их охлаждение и только после завершения этого процесса пена стала оказывать изолирующее действие. В зависимости от марки (свойств) ПО объемы пен, образованные пеногенератором без горения в ней органики и при горении, уменьшаются на разную величину (см. табл.5).

Следует отметить, что процесс горения всех органических веществ через 15 с работы пеногенератора прекращался, над фарфоровыми чашечками столб пены составлял в среднем 4 см, или около 8 см от дна емкости. Далее в заштрихованной области (см. фиг.18) замеряли и усредняли время разрушения столба пены высотой 1 см.

Из анализа данных табл.5 следует, что все пенообразующие растворы, как содержащие, так и не содержащие добавки 1% ОТП и нейтронопоглощающие добавки (0,05% бора или 0,01% гадолиния), проявили при таком способе тушения пламени сопоставимую огнегасящую эффективность. Однако несколько подробнее обсудим полученные экспериментальные данные.

Усредненный объем пены по 4 экспериментам для каждого ПО с добавками и без специальных добавок, пошедший на снижение температуры экспериментальной емкости, выраженный в литрах и в процентах, составил: для ПО-1 - 28 л, 36%, для ПО-6НП - 16,5 и 22, для ТЭАС - 14,5, 23, для ПО-3АИ - 17,5, 27, для ПО-3НП - 14, 20, для ПО-6НП-М - 23, 31, для Морпена - 23, 30 соответственно.

Таким образом, разрушение пен на начальной стадии тушения пожара (охлаждение экспериментальной емкости) составляло у 4-х ПО от 20 до 27, у 2-х - 30 и 31, у седьмого-ПО-1 - 36%.

Однако следует отметить, что пенообразователь ПО-1 до сих пор находится на вооружении некоторых пожарных частей Ленинградской области, например, г. Сосновый Бор, либо из-за приемлемой цены, либо большой наработки пенообразователя.

Пример 7. Способы реализации заявляемых пенообразующих составов.

Разработанные пенообразующие составы могут быть реализованы при тушении пожаров с помощью штатных автоцистерн АЦ-40 (131) (модель 137) следующим образом. В бак для пенообразователя автоцистерны заливают около 160 л одного из вышеперечисленных ПО. В бак для воды, а его объем около 2400 л, заливают 2200 л технической воды и при выезде пожарной машины на радиационный пожар сюда же добавляют, например, 200 л концентрированного раствора ОТП или ОСМ и создают рабочие концентрации, соответственно, 1% ОТП или 2% ОСМ. Для введения в этот раствор ПО с целью получения необходимой (рабочей) концентрации используют стационарные (установленные на насосах) пеносмесители. Дозатор пеносмесителя, например, марки ПС-5 имеет пять радиальных отверстий диаметром 7,4; 11; 14,1; 18,2 и 27,1 мм, рассчитанных на дозировку различных количеств ПО.

При выезде пожарной машины на ядерный пожар в бак с технической водой объемом 2000 л добавляют 200 л концентрированного раствора гадолиния в виде [Gd-ОЭДФК]^- или [Gd-ЭДТУК]^-, приготовленного по описанной ранее методике, или бора в виде тетрабората натрия (буры) Na₂B₄O₇×10H₂O, тетрабората аммония (NH₄)₂B₄O₇×10H₂O или смеси растворов метабората натрия NaBO₂×4H₂O и борной кислоты Н₃ВО₃.

При получении информации о необходимости проведения тушения пожара на АЭС, где произошла авария наивысшей степени сложности, типа Чернобыльской, в основной бак добавляют еще 200 л концентрированного раствора ОТП или ОСМ.

Разработанные пенообразующие составы можно использовать, например, на стационарной установке воздушно-пенного пожаротушения УВП-400 (изготовитель - спецпредприятие "Пожтехника" г.Чернигов, Украина). Она состоит из водопенобака емкостью 1,3 м³, имеющего размеры 102×148×178 см, шестеренчатого насоса с электродвигателем, развивающего давление 7,5 атм с производительностью до 10 л/с. При заполнении бака водой используют ствол PC-70, а при заполнении бака пенообразующим составом - пеногенераторы ГПС-200 (можно подключить одновременно два), и тогда производительность по пене составит 300-400 л/с или 18-24 м³/мин. Всего за время работы установки при одноразовой заправке раствором пенообразователя или воды, которое составляет около 10 мин, можно получить приблизительно 240 м³ пены кратностью 100. Масса установки в заряженном состоянии - 1,7 т, в сухом - 432 кг.

Радиационный пожар может возникнуть на предприятиях типа "Радон", занимающихся переработкой и хранением радиоактивных отходов (РАО). Возгорание РАО, например, битумного компаунда может произойти в установке изготовления компаунда (битуматоре), при розливе горячего битума в контейнеры, при хранении их в могильниках.

Ядерно-опасные пожары могут возникнуть на АЭС с реакторами типа РБМК-1000 (1500) при эксплуатации или в результате террористического акта (диверсия внутри станции, попадание тяжелого самолета в реакторное отделение).

Установки пожаротушения, например типа УВП-400, нужно устанавливать у битуматора, узла розлива битумного компаунда или в хранилище битумных компаундов, либо на отметке центрального зала исследовательского реактора, АЭС. УВП-400 дополнительно надо снабдить тремя баками (емкостями) объемом не менее 100 л для хранения концентратов штатного ПО, ОТП (ОСМ) и солей нейтронопоглощающих элементов. Причем днища вспомогательных баков должны находиться выше крышки основного бака и быть связаны трубами с диаметром достаточным для быстрого их опорожнения самотеком. А использовать их надо так же, как описано в примере с пожарной машиной: по необходимости.

Источники информации

1. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справоч. изд.: в 2-х книгах; кн. 1 / А.Н.Баратов, А.Я.Корольченко, Г.Н.Кравчук и др. - М.: Химия, 1990. - С. 90.

2. Порядок применения пенообразователей для тушения пожаров (Инструкция ВНИИПО). - М., 1996.

Изобретение относится к противопожарной технике и предназначено для тушения радиационно- и ядерно-опасных пожаров. Пенообразующий состав включает 3-6% водные растворы поверхностно-активных веществ, 0,5-1,5% смыленного таллового пека или 1-3% смыленного сульфатного мыла, а также 0,01-0,18% гадолиния или 0,035-1,15% бора в виде солей, растворимых в водных растворах поверхностно-активных веществ, смыленного таллового пека и смыленного сульфатного мыла. Состав обеспечивает удерживание пенами радиоактивных продуктов горения и предотвращение цепной реакции деления. 18 ил., 5 табл.

Пенообразующий состав для тушения радиационно- и ядерно-опасных пожаров, включающий 3-6%-ные водные растворы поверхностно-активных веществ, отличающийся тем, что дополнительно содержит 0,5-1,5% омыленного таллового пека или 1-3% омыленного сульфатного мыла, а также 0,01-0,18% гадолиния или 0,035-1,15% бора в виде солей, растворимых в водных растворах поверхностно-активных веществ, омыленного таллового пека и омыленного сульфатного мыла.