КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПЫЛЕПОДАВЛЕНИЯ И ЛОКАЛИЗАЦИИ ПРОДУКТОВ ГОРЕНИЯ ПОСЛЕ ТУШЕНИЯ ПОЖАРА С РАДИАЦИОННЫМ ФАКТОРОМ
COMPOSITION FOR DUST SUPPRESSION AND CONTAINMENT OF COMBUSTION PRODUCTS AFTER FIRE EXTINGUISHING WITH RADIATION FACTOR

Изобретение относится к средствам защиты окружающей среды от радиоактивных загрязнений, а именно к пылеподавляющим и локализирующим полимерным композициям на основе водного раствора поливинилового спирта.
При радиационных авариях, сопровождающихся пожарами, на поверхностях образуются радиоактивно загрязненные продукты горения и происходит разнос в окружающую среду радиоактивных пылевидных загрязнений с этих поверхностей.
Известен огнегасящий состав, который представляет собой гомогенную водную дисперсию тонкоизмельченного карбонатного материала и может дополнительно содержать гелеобразующие и пенообразующие добавки. Патент РФ №2414273, МПК A62D 1/00, 20.03.2011. Нанесенный слой состава немедленно тушит пожар, но при этом на поверхности не образуется полимерное локализирующее покрытие, препятствующее вторичному радиоактивному загрязнению.
Известен способ локализации поверхностных радиоактивных загрязнений, предлагаемый для осуществления работ по выводу из эксплуатации объектов атомной энергетики. При реализации данного способа на поверхности, загрязненные радиоактивными веществам и подлежащие локализации, через пеногенератор наносится пена, содержащая 5% поливинилового спирта, 1% триполифостфата натрия, 1% сульфонола. Патент РФ №2194321, МПК G21F 9/28, G21F 9/34, 10.12.2002. После естественного разрушения пены на поверхностях формируется сплошное локализирующее покрытие, существенно снижающее снимаемую загрязненность. Причиной, препятствующей использованию данной пены, является тот факт, что данная пена не предназначена для нанесения на поверхности, покрытые тлеющими углями и золой и в этих условиях не образует сплошного покрытия.
Известна стабилизированная пена для обеззараживания, очистки и/или обезжиривания, состоящая из дисперсии пузырьков воздуха в пенообразующем водном растворе, содержащем от 0,1 до 7 моль одного или более обеззараживающего, очищающего и/или обезжиривающего реагента на литр раствора и от 0,01 до 25% относительно общей массы раствора твердых частиц одинаковой природы или смесей твердых частиц различной природы, обладающих пенообразующими свойствами. Патент РФ №2470068, МПК C11D 3/02, C11D 3/37, C11D 17/00, G21F9/00, 20.12.2012. Данную пену нельзя использовать для пылеподавления и локализации радиоактивных продуктов горения после тушения пожара, осложненного радиационным фактором.
Известен способ предотвращения образования и распространения радиоактивных загрязнений при демонтаже строительных конструкций при выводе из эксплуатации преимущественно ядерных объектов, при осуществлении которого используется пена, содержащая пленкообразователь поливиниловый спирт в количестве 7-10%, пенообразующий препарат ОП-10 в количестве 1% и вода - остальное. Состав предотвращает образование и распространение радиоактивных загрязнений путем предварительного заполнения демонтируемого сооружения изнутри и снаружи вышеуказанной пеной. Пенный слой препятствует поступлению пыли в окружающую среду, при этом образуется локализирующая пленка. Патент РФ №2263984, МПК G21F 9/28, B08B 15/00, 10.11.2005. Данный состав принят в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является отсутствие образования сплошного покрытия на поверхностях, покрытых золой.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, и техническим результатом является создание композиции для пылеподавления и локализации радиоактивных продуктов горения после тушения пожара, осложненного радиационным фактором.
Предлагаемая композиция для пылеподавления и локализации радиоактивных продуктов горения позволяет провести работы по пылеподавлению и локализации в конце пожара по горячим поверхностям, не допустив разнос пылевидных загрязнений после остывания углей и золы. При этом обеспечивается высокое пенообразование и равномерная смачиваемость поверхностей пеной из композиции. Кроме того, частицы верхнего слоя золы вбираются в стенки пузырьков и начинают интенсивно перемещаться под действием знакопеременных сил, вовлекая все больше и больше частиц золы. В результате образуется сплошное покрытие на углях и золе, причем верхний слой золы вбирается в покрытие.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что композиция для пылеподавления и локализации радиоактивных продуктов горения после тушения пожара с радиационным фактором, включающая водный раствор поливинилового спирта, пластификатор и поверхностно-активное вещество, в качестве поверхностно-активного вещества содержит смесь анионоктивного, неионогенного и амфотерного поверхностно-активных веществ при следующих соотношениях компонентов, мас. %:
водный раствор поливинилового спирта (в пересчете на
массовую долю сухого продукта)
3,0-7,0
пластификатор
0,1-0,3
поверхностно-активное вещество
11,0-29,0
вода
остальное
В качестве пленкообразующего вещества используют водный раствор поливинилового спирта.
В качестве пластификатора используют глицерин.
В качестве поверхностно-активного вещества (ПАВ) используют смесь анионоактивного, неионогенного и амфотерного поверхностно-активных веществ в соотношении, мас. %:
анионоактивное поверхностно-активное вещество -
алкилбензосульфонат сульфонол П
1,0-3,0
неионогенное поверхностно-активное вещество –
кокамидопропилдиметиламинооксид ОКСИ
ПАВ АП.30
8,0-22,0
амфотерное поверхностно-активное вещество -
кокамидопропилбетаин БЕТА ПАВ АП.45
2,0-4,0
Перечень технической документации на компоненты, входящие в состав предлагаемой композиции:
1. Поливиниловый спирт ГОСТ 10779-78;
2. Глицерин ГОСТ 6259-96;
3. Сульфонол П ТУ 2481-002-40245042-98;
4. ОКСИ ПАВ АП.30 ТУ 2482-007-04706205-2006;
5. БЕТА ПАВ АП.45 ТУ 2480-002-04706205-2004. Предлагаемую композицию получают путем смешения компонентов, качественный и количественный состав которых представлен в таблице 1.
Пример приготовления композиции
Изготовление композиции производится путем растворения полимерного пленкообразующего поливинилового спирта в воде (например, в варочном электрическом котле марки КПЭ-60) в течение 30 минут при температуре 60-80°C. После охлаждения при перемешивании производится последовательная загрузка глицерина, сульфонола П, ОКСИ ПАВ АП.30, БЕТА ПАВ АП.45. Перемешивание продолжается в течение 5 минут после загрузки каждого компонента.
Результаты испытаний приведены в таблице 2.
Вязкость композиций определялась в соответствии с ГОСТ 9070-75.
Время защитного действия покрытий определялось по методике МИ ИРРТ-04-2014 Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета) СПбГТИ (ТУ), разработанной в соответствии с ГОСТ Р 51037-97, ГОСТ Р 50773-95, ГОСТ 4.54-79, ГОСТ Р 19465-74. Измерения загрязненных радионуклидами образцов осуществлялись на радиометрической установке для регистрации α- и β- излучений УМФ 2000. На радиоактивно загрязненные образцы наносили композицию. После высыхания определялся уровень радиоактивного загрязнения наружной поверхности испытуемого покрытия посредством влажного мазка при периодичности измерений 24 часа; 15, 30, 60, 120, 180 сут.
Внешний вид покрытия на тлеющих углях с золой определялся визуально по наличию или отсутствию сплошного покрытия.
-5
-7
3
3
Диаметры пузырей и время их жизни определялись по методу контроля герметичности оборудования в диапазоне чувствительности средств течеискания от 1⋅10 до 1⋅10 мПа/с на образце диффузионной контрольной течи СОП ДКТ-1 с расходом газа 3 мм/сек, 4 атм.
Время начала и окончания разрушения пены определяли визуально наблюдением и замерами времени этих событий.
Кратность пены определяли как отношение объема пены к объему раствора композиции, полученного после синерезиса пены.
Степень окомкования определялась по методике МИ ИРРТ-05-2014 СПбГТИ(ТУ), разработанной в соответствии с ГОСТ Р 51037-97, ГОСТ 4.54-79, ГОСТ Р 19465-74. Определение степени окомковывания заключалось в следующих измерениях: измерении массовой доли фракции модельной пыли с диаметром частиц выше критического значения после нанесения композиции на пылеобразующую поверхность. В качестве критического значения был принят максимальный размер частиц 100 мкм. Массовая доля фракции модельной пыли выражалась в процентах от общего количества модельной пыли. После нанесения композиции на пылеобразующую поверхность рассчитывалась масса окомкованной фракции и далее доля окомкованной фракции по отношению к исходной сухой массе.
Анализ результатов
Как видно из таблиц 1 и 2, примеры №1-3, при массовой доле сухого продукта пленкообразующего поливинилового спирта в диапазоне 3,0-7,0% композиция равномерно покрывает угли и пропитывает верхний слой золы, образуя сплошное покрытие. По области использования покрытие соответствует предъявляемым к нему требованиям по ГОСТ Р 51037-97 - имеет значения времени защитного действия более 180 суток.
При содержании пластификатора глицерина в диапазоне 0,1-0,3% композиция имеет устойчивое пенообразование при больших значениях времени жизни пузырей, кратности пены и степени окомкования.
При содержании ПАВ сульфонола П в диапазоне 1,0-3,0% композиция при высыхании дает сплошное покрытие, обладает необходимым временем защитного действия.
При содержании ПАВ ОКСИ ПАВ АП.30 в диапазоне 8,0-22,0% композиция при нанесении не «проваливается» в слой золы, имеет стабильное пенообразование и образует сплошное покрытие.
При содержании ПАВ БЕТА ПАВ АП.45 в диапазоне 2,0-4,0% композиция имеет стабильную смачиваемость, равномерно наносится на угли и пропитывает верхний слой золы.
Примеры использования композиций с количественным составом, отличающимся от заявленного в формуле изобретения (№4-13).
При величине массовой доли сухого продукта пленкообразующего поливинилового спирта, меньшей 3%, покрытие не образуется.
При величине массовой доли сухого продукта пленкообразующего поливинилового спирта, большей 7%, процесс пенообразования замедляется из-за увеличивающейся вязкости раствора, образующееся покрытие имеет неудовлетворительное значение времени защитного действия.
При содержании пластификатора глицерина менее 0,1% происходит уменьшение времени жизни пузырей, что ведет к уменьшению втягивания частиц золы в пену, уменьшению времени защитного действия покрытия.
При содержании пластификатора глицерина более 0,3% происходит снижение пенообразования, продукты горения неравномерно пропитываются, что приводит к уменьшению времени защитного действия покрытия.
При содержании ПАВ сульфонола П меньше 0,2% уменьшается время защитного действия покрытия, сформированного из композиции.
При содержании ПАВ сульфонола П больше 3,0% наблюдается увеличение размеров пузырей, что ведет к пустотам внутри высыхающего покрытия, т.е. к несплошности покрытия и резкому уменьшению времени защитного действия покрытия.
При содержании ПАВ ОКСИ ПАВ АП.30 меньше 8,0% сформированное покрытие имеет неудовлетворительное значение времени защитного действия.
При содержании ПАВ ОКСИ ПАВ АП.30 больше 22,0% процесс пенообразования остается на прежнем уровне, поэтому не имеет смысла расходовать больше материала из-за экономических соображений.
При содержании ПАВ БЕТА ПАВ АП.45 меньше 2,0% уменьшается время защитного действия покрытия, сформированного из композиции.
При содержании ПАВ БЕТА ПАВ АП.45 больше 4,0% смачиваемость пены остается на прежнем уровне, поэтому не имеет смысла расходовать больше материала из-за экономических соображений.
Композиция по прототипу (пример №14) при нанесении на продукты горения «проваливается» в верхнем слое золы, не смачивая равномерно поверхность и не образует сплошное покрытие.
Результаты испытаний подтверждают, что предлагаемая композиция направлена на решение поставленной задачи и соответствует всем критериям охраноспособности по действующему законодательству.