Что остается после сгорания

Что выделяют при горении различные материалы в доме?

На многих семинарах, особенно на тех, где в основном были новички в области пенополиуретанов, практически все задавали вопрос о горючести пенополиуретана и его вредности. И каждый раз нам приходилось людям объяснять, что при возгорании жилого дома или другого объекта, начинает гореть не утеплитель, который находиться в стенах или снаружи, а одежда, бумага, линолеум, краска, бытовая техника и тд. После долгих размышлений, я решил написать статью, какие продукты наиболее опасны при горении дома.

Классификация материалов по пожарной опасности

Начнем, я думаю, с материалов, из которых состоит одежда, шторы, ковры и так далее. В большинстве случаев растительные (натуральные) волокна, к которым относятся хлопок, джут, пенька, лен и сизаль, состоят главным образом из целлюлозы. Хлопок и другие волокна горючи (температура самовоспламенения волокон хлопка 400°С). Их горение сопровождается выделением дыма и теплоты, двуокиси углерода, окиси углерода и воды. Растительные волокна не плавятся.

Синтетические текстильные материалы — это ткани, изготовленные полностью или в основном из синтетических волокон. К ним относятся вискоза, ацетат, нейлон, полиэстер, акрил. Пожарную опасность, связанную с синтетическими волокнами, часто трудно оценить, так как некоторые из них при нагревании дают усадку, плавятся и стекают. Основные газы, образующиеся при горении, это двуокись углерода, окись углерода и водяной пар.

Растительные волокна, например джут, выделяют при горении большое количество едкого плотного дыма.

При горении шерсти появляется густой серовато-коричневый дым, а также при этом образуется цианистый водород, который является весьма токсичным газом. При обугливании шерсти получается липкое черное вещество, напоминающее деготь.

Продуктом сгорания шелка является пористый уголь, смешанный с золой, который продолжает тлеть или гореть только в условиях сильной тяги. Тление сопровождается выделением светло-серого дыма, вызывающего раздражение дыхательных путей. В определенных условиях при горении шелка может выделяться цианистый водород.

Горящая резина выделяет плотный черный жирный дым, содержащий два токсичных газа — сероводород и двуокись серы. Оба газа опасны, так как в определенных условиях вдыхание их может привести к смерти.

Также дома у нас есть много изделий из дерева: паркет, столы, стулья, кухонные гарнитуры и тд. При горении древесины и древесных материалов образуется водяной пар, теплота, двуокись и окись углерода. Основную опасность для людей представляют недостаток кислорода и присутствие окиси углерода. Кроме того, при горении древесины образуются альдегиды, кислоты и различные газы. Эти вещества сами по себе или в сочетании с водяным паром могут, как минимум, оказывать сильное раздражающее воздействие.

В итоге после того как практически все сгорело мы дошли до утеплителя. Чем мы в основном утепляем дома? Как правило, 50% домов утеплены минеральной ватой, 30% пенополистиролом, 10% пенополиуретаном и 10% иными утеплителями или ничем.

Минеральная вата

Потенциальная опасность минераловатных теплоизоляционных изделий как источника канцерогенных факторов — пыли и фенолформальдегидных смол — послужила основанием для многих исследований воздействия её на человека и животных. Так, например, в декабре 1997 года Европейским союзом была опубликована директива, классифицирующая различные сорта минеральной ваты по степени опасности. Согласно этой директиве, минеральная вата рассматривалась, как раздражающее вещество (ирритант); к 2-й группе (потенциально опасно) или 3-й группе (недостаточно данных для надёжной оценки) группе канцерогенной опасности её относили в зависимости от содержания оксидов щелочных и щелочноземельных металлов и размера волокон. Весьма жёсткий подход по оценке опасности искусственных минеральных волокон принят в Германии; здесь запрещены многие виды минеральных волокон, в других странах рассматриваются как безопасные; что вызывает серьёзное беспокойство производителей.

Международное агентство по изучению рака (МАИР) в 2001 году подготовило доклад об оценке канцерогенности искусственных минеральных волокон, согласно которому стеклянная (из непрерывного стекловолокна), каменная и шлаковая вата отнесены к группе 3 по степени опасности (для МВ из этих материалов отсутствуют достаточные доказательства канцерогенности для человека, а свидетельства в пользу канцерогенности для животных ограничены). В то же время МВ, изготовленная из огнеупорных керамических волокон и из некоторых видов прерывного стекловолокна, отнесена к группе 2B по степени опасности (для этих типов минеральной ваты существуют обоснованные данные, подтверждающие канцерогенность для животных).

Чтобы понять, из чего же состоит минеральная вата и стекловата, рассмотрим усредненный состав:

Усредненный состав для производства минеральной ваты и стекловаты

Минеральная вата, конечно, не горит, но при высоких температурах, имеет свойство тлеть и выделять те продукты, из которых она состоит. Может минеральная вата не так опасна при горении по сравнению с другими материалами, зато она вредна при долговременной эксплуатации.

Пенополистирол

Высокотемпературная фаза деструкции пенополистирола начинается при температуре +160°С (механохимическая деструкция). С повышением температуры до +200°С начинается фаза термоокислительной деструкции. Свыше +260оС преобладают процессы термической деструкции и деполимеризации. В связи с тем, что теплота полимеризации полистирола и поли-’’’α’’’-метилстирола одни из самых низких среди всех полимеров (71 и 39 кДж/моль соответственно), в процессах их деструкции преобладает деполимеризация до исходного мономера — стирола. А как известно стирол как мономер, очень вреден для человеческого здоровья. Также как и при горении любого полимера будет выделяться углекислый газ и угарный газ. В принципе по сравнению с многими полимерами, пенополистирол не так вреден. Но согласно исследованиям пенополистирол выделяет очень много дыма.

А если учитывать что теплопроводность пенополистирола к примеру с пенополиуретаном выше на 25%, значит его нужно на 25% толще, чтобы достигнуть нужных нормативов при строительстве. Значит он будет выделять еще на 25% больше дыма.

Пенополиуретан

При горении пенополиуретана выделяется вода, углекислый и угарный газы, окись азота, также в зависимости от марки пенополиуретана возможно образование синильной кислоты. Из результатов исследований следует, что основной токсический компонент продуктов сгорания пенополиуретана на всех этапах пожара, и при низких, и при высоких температурах, это угарный газ.

Замечено, что синильная кислота и окись азота, как правило, образуются при сгорании органических соединений, которые содержат азот, таких, как шерсть, кожа, синтетические ткани. Помимо этого, при горении любых органических материалов, выделяется угарный газ. Пенополиуретан, если сравнивать с другими материалами органического происхождения, выделяет токсичные продукты при воздействии более высокой температуры.

Синильная кислота же, при 700°С определяется лишь следами, но, уже при 850°С её концентрация в воздухе возрастает примерно в 28 раз, а при 1000°С — в 50 раз, достигая заметного уровня лишь в этих условиях.

Оценивая пожароопасность пенополиуретана, можно отметить, что этот материал имеет известные преимущества, по сравнению с другими горючими материалами, которые применяются в строительстве.

Первое — из-за небольшой плотности, количество горящего материала объёмом соответственно меньше. Второе — низкая теплопроводность и присущая ему мелкоячеистая структура будет препятствовать прогреву материала во внутренних слоях, поэтому термическое разложение пенополиуретана происходит лишь в поверхностном слое. Третье — время самостоятельного горения этого материала, весьма мало (менее 10 сек.), а процесса тления после попадания, например, кусочков раскалившегося шлака, капель расплавленного металла, искры и т.д. попросту не происходит.

Критерии выбора безопасного утеплителя

Итак, практически все горит, плавится, а если нет, тогда деструктирует и выделяет различные токсичные вещества. Человечество еще не придумало идеального утеплителя или материала, который не приносит ни какого вреда человеку. Поэтому при выборе утеплителя, надо для себя решить каким основным критериям он должен соответствовать: низкий коэффициент теплопроводности, класс горючести, низкий уровень дымовыделения, приемлемый уровень токсичности и т.д. Критериев множество. Можно вообще не утеплять, тогда придется разориться и сделать очень толстые стены и то это может не помочь. Но, как известно, гореть начинает не утеплитель, а то, что находиться внутри дома, поэтому эта мера не принесет ожидаемой пользы. Вы даже можете посмотреть пожарную статистику и вы не найдете не одного пожара связанного с возгоранием утеплителя. По моему мнению, нужно утепляться, а какими материалами это уже должен определить каждый сам для себя. Если люди так переживают за свой дом, тогда нужно делать хорошую пожарную сигнализацию, а еще лучше устанавливать автоматические системы пожаротушения, которые смогут потушить или задержать пожар до приезда пожарных.

Источник

Продукты горения (сгорания)

Продукты горения – это вещества (газообразные, жидкие или твердые вещества) и соединения, образующиеся в результате сложного физико-химического процесса горения веществ (материалов).

Под продуктами горения чаще всего понимают дым, токсичные продукты горения, сажу и другие.

Продукты горения сухой травы

Состав

Состав их зависит от состава горящего вещества и условий его горения. В условиях пожара чаще всего горят органические вещества (древесина, ткани, бензин, керосин, резина и др.), в состав которых входят главным образом углерод, водород, кислород и азот. При горении их в достаточном количестве воздуха и при высокой температуре образуются продукты полного сгорания: СО₂, Н₂О, N₂. При горении в недостаточном количестве воздуха или при низкой температуре кроме продуктов полного сгорания образуются продукты неполного сгорания: СО, С (сажа).

Продукты сгорания называют влажными, если при расчете их состава учитывают содержание паров воды, и сухими, если содержание паров воды не входит в расчетные формулы.

Реже во время пожара горят неорганические вещества, такие как сера, фосфор, натрий, калий, кальций, алюминий, титан, магний и др. Продуктами сгорания их в большинстве случаев являются твердые вещества, например Р₂О₅, Na₂O₂, CaO, MgO. Образуются они в дисперсном состоянии, поэтому поднимаются в воздух в виде плотного дыма. Продукты сгорания алюминия, титана и других металлов в процессе горения находятся в расплавленном состоянии.

При неполном сгорании органических веществ в условиях низких температур и недостатка воздуха образуются более разнообразные продукты – окись углерода, спирты, кетоны, альдегиды, кислоты и другие сложные химические соединения. Они получаются при частичном окислении как самого горючего, так и продуктов его сухой перегонки (пиролиза). Эти продукты образуют едкий и ядовитый дым. Кроме того, продукты неполного горения сами способны гореть и образовывать с воздухом взрывчатые смеси. Такие взрывы бывают при тушении пожаров в подвалах, сушилках и в закрытых помещениях с большим количеством горючего материала. Рассмотрим кратко свойства основных продуктов горения.

Углекислый газ

Углекислый газ или двуокись углерода (СО₂) – продукт полного горения углерода. Не имеет запаха и цвета. Плотность его по отношению к воздуху равна 1,52. Плотность углекислого газа при температуре Т = 0 ° С и при нормальном давлении р = 760 миллиметров ртутного столба (мм Hg) равна 1,96 кг/м 3 (плотность воздуха при этих же условиях равна ρ = 1,29 кг/м 3 ). Углекислый газ хорошо растворим в воде (при Т = 15 °С в одном литре воды растворяется один литр газа). Углекислый газ не поддерживает горение веществ, за исключением щелочных и щелочно-земельных металлов. Горение магния, например, происходит в атмосфере углекислого газа по уравнению:

Токсичность углекислого газа незначительна. Концентрация углекислого газа в воздухе 1,5 % безвредна для человека длительное время. При концентрации углекислого газа в воздухе, превышающей 3-4,5 %, нахождение в помещении и вдыхание газа в течение получаса опасно для жизни. При температуре Т = 0 °С и давлении р = 3,6 МПа углекислый газ переходит в жидкое состояние. Температура кипения жидкой углекислоты составляет Т = –78 °С. При быстром испарении жидкой углекислоты газ охлаждается и переходит в твердое состояние. Как в жидком, так и твердом состоянии, капли и порошки углекислоты применяются для тушения пожаров.

Оксид углерода

Всем известная вода – Н₂О – также выделяется во время горения виде газа – как пар. Вода является продуктом горения газа метана – СН₄. Вообще, вода и углекислота в основном выделяются при полном сгорании всех органических веществ.

Цианистый водород

Акролеин

Пропеналь, акролеин, акрилальдегид – все это названия одного вещества, ненасыщенного альдегида акриловой кислоты: СН₂=СН-СНО. Этот альдегид тоже является сильно летучей жидкостью. Акролеин бесцветен, с резким запахом, очень ядовит. При попадании жидкости или ее паров на слизистые, особенно в глаза, вызывает сильное раздражение. Пропеналь является высокореакционным соединением, и это объясняет его высокую токсичность.

Формальдегид

Подобно акролеину, формальдегид принадлежит к классу альдегидов и является альдегидом муравьиной кислоты. Также это соединение известно как метаналь. Это токсичный, бесцветный газ с резким запахом.

Азотсодержащие вещества

Чаще всего во время горения веществ, содержащих азот, выделяется чистый азот – N₂. Этот газ и так содержится в атмосфере в большом количестве. Азот может быть примером продукта горения аминов. Но при термическом разложении, к примеру, солей аммония, а в некоторых случаях и при самом горении, в атмосферу выбрасываются и его оксиды, со степенью окисления азота в них плюс один, два, три, четыре, пять. Оксиды – газы, имеют бурый цвет и чрезвычайно токсичны.

Сернистый газ

При горении многих веществ, кроме рассмотренных выше продуктов сгорания выделяется дым – дисперсная система, состоящая из мельчайших твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в каком-либо газе. Диаметр частиц дыма составляет от 10 −4 до 10 −6 см (от 1 до 0,01 мкм). Отметим, что 1 мкм (микрон) равен 10 −6 м или 10 −4 см. Более крупные твердые частицы, образующиеся при горении, быстро оседают в виде копоти и сажи. При горении органических веществ дым содержит твердые частицы сажи, взвешенные в CO₂, CO, N₂, SO₂ и других газах. В зависимости от состава и условий горения вещества получаются различные по составу и по цвету дымы. При горении дерева, например, образуется серовато-черный дым, ткани – бурый дым, нефтепродуктов – черный дым, фосфора – белый дым, бумаги, соломы – беловато-желтый дым.

В составе дыма, образующегося на пожарах при горении органических веществ, кроме продуктов полного и неполного сгорания, содержатся продукты термоокислительного разложения горючих веществ. Образуются они при нагреве еще негорящих горючих веществ, находящихся в среде воздуха или дыма, содержащего кислород. Обычно это происходит перед факелом пламени или в верхних частях помещений, где находятся нагретые продукты сгорания.

Состав продуктов термоокислительного разложения зависит от природы горючих веществ, температуры и условий контакта с окислителем. Так, исследования показывают, что при термоокислительном разложении горючих веществ, в молекулах которых содержатся гидроксильные группы, всегда образуется вода. Если в составе горючих веществ находятся углерод, водород и кислород, продуктами термоокислительного разложения чаще всего являются углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны и органические кислоты. Если в составе горючих веществ, кроме перечисленных элементов, есть хлор или азот, то в дыме находятся также хлористый и цианистый водород, оксиды азота и другие соединения. Так, в дыме при горении капрона содержится цианистый водород, при горении линолеума «Релин» – сероводород, диоксид серы, при горении органического стекла – оксиды азота. Продукты неполного сгорания и термоокислительного разложения в большинстве случаев являются токсичными веществами, поэтому тушение пожаров в помещениях производят только в кислородных изолирующих противогазах.

Пепел, зола, копоть, сажа, уголь

Копоть, или сажа – остатки углерода, который не вступил в реакцию, по разным причинам. Сажу называют также амфотерным углеродом. Зола, или пепел – мелкие частицы неорганических солей, не сгоревших или не разложившихся при температуре горения. При выгорании топлива эти микросоединения переходят во взвешенное состояние или скапливаются внизу. А уголь – это продукт неполного сгорания дерева, то есть не сгоревшие его остатки, но при этом еще способные гореть. Конечно, это далеко не все соединения, которые выделятся при сгорании тех или иных веществ. Перечислить их всех нереально, да и не нужно, потому что другие вещества выделяются в ничтожно малых количествах, и только при окислении определенных соединений.

Классификация

Большинство продуктов горения являются отравляющими веществами. Поэтому, говоря об их классификации, будет правильным ознакомить вас со следующим термином:

Классификация опасности веществ по степени воздействия на организм – это установление (ранжирование) уровней опасности веществ по их поражающему и повреждающему воздействию на организм человека и (или) животного. Более подробно о данной классификации читайте в материале по ссылке >>

Также ознакомьтесь с познавательным материалом по теме:

Формулы для расчета объема

Вид формулы для расчета объема продуктов полного сгорания при теоретически необходимом количестве воздуха зависит от состава горючего вещества.

Индивидуальное химическое соединение

В этом случае расчет ведут, исходя из уравнения реакции горения. Объем влажных продуктов сгорания единицы массы (кг) горючего вещества при нормальных условиях рассчитывают по формуле:

V_п.с. – объем влажных продуктов сгорания, м 3 /кг; – число киломолей диоксида углерода, паров воды, азота и горючего вещества в уравнении реакции горения; М – масса горючего вещества, численно равная молекулярной массе, кг.

Например, чтобы определить объем сухих продуктов сгорания 1 кг ацетона при нормальных условиях, составляем уравнение реакции горения ацетона в воздухе:

Определяем объем сухих продуктов сгорания ацетона:

Объем влажных продуктов сгорания 1 м 3 горючего вещества (газа) можно рассчитать по формуле:

V_п.с. – объем влажных продуктов сгорания 1 м 3 горючего газа, м 3 /м 3 ; – число молей диоксида углерода, паров воды, азота и горючего вещества (газа).

Сложная смесь химических соединений

Если известен элементный состав сложного горючего вещества, то состав и количество продуктов сгорания 1 кг вещества можно определить по уравнению реакции горения отдельных элементов. Для этого составляют уравнения реакции горения углерода, водорода, серы и определяют объем продуктов сгорания, приходящийся на 1 кг горючего вещества. Уравнение реакции горения имеет вид:

С + О 2 + 3,76N 2 = СО 2 + 3,76N 2

При сгорании 1 кг углерода получается 22,4 / 12 = 1,86 м 3 СО 2 и 22,4 × 3,76/12 = 7,0 м 3 N 2.

Аналогично определяют объем (в м 3 ) продуктов сгорания 1 кг серы и водорода. Полученные данные приведены ниже:

При горении углерода, водорода и серы кислород поступает из воздуха. Однако в состав горючего вещества может входить кислород, который также принимает участие в горении. В этом случае воздуха на горение вещества расходуется соответственно меньше.

В составе горючего вещества могут находиться азот и влага, которые в процессе горения переходят в продукты сгорания. Для их учета необходимо знать объем 1 кг азота и паров воды при нормальных условиях.

На основании приведенных данных определяют состав и объем продуктов сгорания 1 кг горючего вещества.

Например, чтобы определить объем и состав влажных продуктов сгорания 1 кг каменного угля, состоящего из 75,8 % С, 3,8 % Н, 2,8 % О, 1,1 % N, 2,5 % S, W = 3,8 %, A = 11,0 %.

Объем продуктов сгорания будет следующий, м 3 :

V_п.с. = 1,4 + 0,462 + 6,6972 + 0,017 = 8,576 м 3 /кг.

Смесь газов

Количество и состав продуктов сгорания для смеси газов определяют по уравнению реакции горения компонентов, составляющих смесь. Например, горение метана протекает по следующему уравнению:

СН 4 + 2О 2 + 2 × 3,76N 2 = СО 2 + 2Н 2О + 7,52N 2

Согласно этому уравнению, при сгорании 1 м 3 метана получается 1 м 3 диоксида углерода, 2 м 3 паров воды и 7,52 м 3 азота. Аналогично определяют объем (в м 3 ) продуктов сгорания 1 м 3 различных газов:

На основании приведенных цифр определяют состав и количество продуктов сгорания смеси газов.

Анализ продуктов сгорания, взятых на пожарах в различных помещениях, показывает, что в них всегда содержится значительное количество кислорода. Если пожар возникает в помещении с закрытыми оконными и дверными проемами, то пожар при наличии горючего может продолжаться до тех пор, пока содержание кислорода в смеси воздуха с продуктами сгорания в помещении не снизится до 14-16 % (об.). Следовательно, на пожарах в закрытых помещениях содержание кислорода в продуктах сгорания может быть в пределах от 21 до 14 % (об.). Состав продуктов сгорания во время пожаров в помещениях с открытыми проемами (подвал, чердак) показывает, что содержание в них кислорода может быть ниже 14 % (об.):

По содержанию кислорода в продуктах сгорания на пожарах можно судить о коэффициенте избытка воздуха, при котором происходило горение.

Действие на организм человека

Степень токсичности веществ связана с их физической и химической природой. Взаимодействуя с организмом, продукты горения вызывают патологические синдромы.

Международная классификация болезней десятого пересмотра МКБ-10 определяет отравление продуктами горения кодом Т59 – «Токсическое действие других газов, дымов и паров».

По механизму действия на человека отравляющие компоненты в составе дыма делятся на пять групп.

Многие токсины, образующие в продуктах горения «универсальны», так как вызывают поражение сразу нескольких систем организма.

Первая помощь при отравлении

Симптомы интоксикации разными веществами могут отличаться, но принципы оказания первой помощи всегда одинаковые.

Большинство ядов поступает через дыхательные пути. Первое, что необходимо сделать при отравлении – прекратить поступление продуктов горения в организм. Для этого необходимо:

Острая интоксикация требуют оказания экстренной помощи. Действия при отравлении продуктами горения, следующие:

Некоторые ингаляционные отравления продуктами горения имеют период мнимого благополучия. Даже при отсутствии патологических симптомов, стоит внимательно следить за состоянием тех, кто может быть отравлен. При первых же признаках неблагополучия необходимо вызывать соответствующих специалистов.

Отравление продуктами горения у детей развивается быстрее, чем у взрослых. Это объясняется более высоким уровнем кислородного обмена. У малышей появляются жалобы на головную боль, сонливость, слезотечение, тошноту. При осмотре заметны изменения цвета кожи, учащение и затруднение дыхания, нарушения координации. Принципы оказания первой помощи для детей те же, что и для взрослых. При отсутствии специализированной медицинской помощи, пострадавшему ребенку угрожают необратимые изменения центральной нервной системы.

Источник: Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справочник. Баратов А.Н., Корольченко А.Я. –М., 1990.

Источник