Дым

редактировать
Масса взвешенных в воздухе частиц и газов

Дым от пожара Дым от курильщика пчел, используется в пчеловодстве. Признанный во всем мире "Знак" Не курить " ". Нефтяные пожары и дым после поджога иракскими войсками нефтяных скважин во время Первой войны в Персидском заливе

Дым представляет собой скопление переносимых по воздуху твердых частиц и газов, выделяемых, когда материал подвергается горению или пиролизу, вместе с количеством воздуха, равным захвачено или иным образом смешано с массой. Обычно это нежелательный побочный продукт пожара (включая печи, свечи, двигатели внутреннего сгорания, масляные лампы и камины ), но также могут использоваться для борьбы с вредителями (фумигация ), связь (дымовые сигналы ), оборонительные и наступательные возможности в армии (дымовая завеса ), кулинария или курение (табак, каннабис и т. д.). Он используется в ритуалах, где ладан, шалфей или смола сжигаются для получения запаха в духовных или магических целях. Также это может быть ароматизатор и консерванты.

Вдыхание дыма - основная причина смерти жертв пожаров в помещениях. Дым убивает в результате сочетания термического повреждения, отравления и раздражения легких, вызванного оксидом углерода, цианистым водородом и другими продуктами горения.

Дым - это аэрозоль (или туман ) твердых частиц и капель жидкости, размер которых близок к идеальному диапазону размеров для рассеяния Ми из видимого света.

Содержание

  • 1 Химический состав
    • 1.1 Видимые и невидимые частицы горения
  • 2 Опасности
    • 2.1 Коррозия
  • 3 Измерение
  • 4 Польза для здоровья
  • 5 Дополнительная литература
  • 6 Ссылки
  • 7 Внешние ссылки

Химический состав

Состав дыма зависит от природы горящего топлива и условий горения. Пожары с высоким содержанием кислорода горят при высокой температуре и с небольшим количеством дыма; частицы в основном состоят из золы или, с большой разницей температур, из конденсированного аэрозоля воды. Высокая температура также приводит к образованию оксидов азота. Содержание серы дает диоксид серы или, в случае неполного сгорания, сероводород. Углерод и водород почти полностью окисляются до диоксида углерода и воды. При пожаре при недостатке кислорода образуется значительно более широкий спектр соединений, многие из которых токсичны. При частичном окислении углерода образуется окись углерода, а азотсодержащие материалы могут давать водород. цианид, аммиак и оксиды азота. Газообразный водород может быть получен вместо воды. Содержание галогенов, таких как хлор (например, в поливинилхлориде или бромированных антипиренах ), может привести к образованию водорода. хлорид, фосген, диоксин и хлорметан, бромметан и другие галоидоуглероды. Фтористый водород может быть образован из фторуглеродов, независимо от того, фторполимеры подвергнуты воздействию огня, или галоидуглеродные агенты подавления огня. Оксиды фосфора и сурьмы и продукты их реакции могут образовываться из некоторых антипиренов добавок, повышающих токсичность дыма и коррозионную активность. Пиролиз из полихлорированные дифенилы (ПХБ), например при сжигании более старого трансформаторного масла и, в меньшей степени, других хлорсодержащих материалов может образовываться 2,3,7,8-тетрахлордибензодиоксин, сильный канцероген и другие полихлорированные дибензодиоксины. Пиролиз фторполимеров, например тефлон, в присутствии кислорода дает карбонилфторид (который легко гидролизуется до HF и CO 2); также могут быть образованы другие соединения, например тетрафторид углерода, гексафторпропилен и высокотоксичный перфторизобутен (ПФИБ).

Выбросы сажи в дыму большого дизельного топлива грузовик без фильтров для твердых частиц.

Пиролиз горючего материала, особенно неполное сгорание или тление без адекватной подачи кислорода, также приводит к образованию большого количества углеводороды, как алифатические (метан, этан, этилен, ацетилен ) и ароматический (бензол и его производные, полициклические ароматические углеводороды ; например, бензо [a] пирен, изучено как канцероген, или ретен ), терпены. Также могут присутствовать гетероциклические соединения. Более тяжелые углеводороды могут конденсироваться в виде смолы ; дым со значительным содержанием смол - от желтого до коричневого. Наличие такого дыма, сажи и / или коричневых маслянистых отложений во время пожара указывает на возможную опасную ситуацию, так как атмосфера может быть насыщена горючими продуктами пиролиза с концентрацией выше верхнего предела воспламеняемости, и внезапный выброс воздух может вызвать пробой или обратную тягу.

Присутствие серы может привести, например, к образованию сероводород, карбонилсульфид, диоксид серы, дисульфид углерода и тиолы ; особенно тиолы, как правило, адсорбируются на поверхностях и вызывают стойкий запах даже спустя долгое время после пожара. Частичное окисление высвободившихся углеводородов дает широкий спектр других соединений: альдегиды (например, формальдегид, акролеин и фурфурол ), кетоны, спирты (часто ароматические, например, фенол, гваякол, сирингол, катехол и крезолы ), карбоновые кислоты (муравьиная кислота, уксусная кислота и т. д.).

Видимые твердые частицы в таких дымах чаще всего состоят из углерода (сажи ). Другие частицы могут состоять из капель конденсированной смолы или твердых частиц золы. Присутствие металлов в топливе дает частицы оксидов металлов . Также могут образовываться частицы неорганических солей, например сульфат аммония, нитрат аммония или хлорид натрия. Неорганические соли, присутствующие на поверхности частиц сажи, могут сделать их гидрофильными. Многие органические соединения, обычно ароматические углеводороды, также могут быть адсорбированы на поверхности твердых частиц. Оксиды металлов могут присутствовать при сжигании металлосодержащего топлива, например твердотопливное ракетное топливо, содержащее алюминий. Снаряды с обедненным ураном после попадания в цель воспламеняются, выделяя частицы оксидов урана. Магнитные частицы, шарики магнетита -подобного оксида железа, присутствуют в угольном дыме; увеличение их депозитов после 1860 года знаменует начало промышленной революции. (Магнитные наночастицы оксида железа также могут образовываться в дыме от метеоритов, горящих в атмосфере.) Магнитная остаточная намагниченность, записанная в частицах оксида железа, указывает на то, что сила магнитного поля Земли, когда они охлаждались выше их температуры Кюри ; это может быть использовано для различения магнитных частиц земного и метеорного происхождения. Летучая зола состоит в основном из кремнезема и оксида кальция. Ценосферы присутствуют в дыме от жидкого углеводородного топлива. В дыму двигателя могут присутствовать мельчайшие частицы металла, образующиеся в результате истирания. частицы аморфного кремнезема присутствуют в дымах от горения силиконов ; небольшая часть частиц нитрида кремния может образовываться при пожарах с недостаточным количеством кислорода. Частицы кремнезема имеют размер около 10 нм, сгруппированы в агрегаты размером 70–100 нм и далее агломерируются в цепочки. Радиоактивные частицы могут присутствовать из-за следов урана, тория или других радионуклидов в топливе; горячие частицы могут присутствовать в случае пожаров во время ядерных аварий (например, Чернобыльская катастрофа ) или ядерной войны.

Твердые частицы дыма, как и другие аэрозоли, подразделяются на три режима в зависимости от размера частиц:

Большая часть дымового материала в основном находится в крупные частицы. Те подвергаются быстрому сухому осаждению, и поэтому повреждение дымом в более удаленных областях за пределами помещения, где возникает пожар, в первую очередь обусловлено более мелкими частицами.

Аэрозоль частиц сверх видимого размера - это ранний индикатор материалов в стадии предварительного возгорания пожара.

При сжигании топлива, богатого водородом, образуется вода; это приводит к образованию дыма, содержащего капли водяного пара. В отсутствие других источников цвета (оксидов азота, твердых частиц...) такой дым имеет белый цвет облаке.

Выбросы дыма могут содержать характерные микроэлементы. Ванадий присутствует в выбросах нефтяных электростанций и нефтеперерабатывающих заводов ; нефтеперерабатывающие заводы также выделяют некоторое количество никеля. При сжигании угля образуются выбросы, содержащие алюминий, мышьяк, хром, кобальт, медь, железо, ртуть, селен и уран.

Следы ванадия в продуктах высокотемпературного горения образуют капли расплавленных ванадатов. Они воздействуют на пассивирующие слои на металлах и вызывают высокотемпературную коррозию, что особенно важно для двигателей внутреннего сгорания. Расплавленный сульфат и частицы свинца также имеют такой эффект.

Некоторые компоненты дыма характерны для источника горения. Гуаякол и его производные являются продуктами пиролиза лигнина и характерны для древесного дыма ; другими маркерами являются сирингол и его производные, а также другие метокси фенолы. Ретен, продукт пиролиза хвойных деревьев, является индикатором лесных пожаров. Левоглюкозан представляет собой продукт пиролиза целлюлозы. Дым из твердых пород и из древесины мягких пород различается по соотношению гваяколов / сиринголов. Маркеры выхлопных газов транспортных средств включают полициклические ароматические углеводороды, гопаны, стераны и определенные нитроарены (например, 1-нитропирен ). Отношение гопанов и стеранов к элементарному углероду можно использовать для различения выбросов бензиновых и дизельных двигателей.

Многие соединения могут быть связаны с твердыми частицами; будь то адсорбция на их поверхности или растворение в каплях жидкости. Хлористый водород хорошо абсорбируется частицами сажи.

Инертные твердые частицы могут быть нарушены и захвачены дымом. Особую озабоченность вызывают частицы асбеста.

Выпавшие горячие частицы радиоактивных осадков и биоаккумулированные радиоизотопы могут повторно попасть в атмосферу в результате лесных пожаров и лесные пожары ; это проблема, например, Зона отчуждения, содержащая загрязнители от Чернобыльской катастрофы.

Полимеры являются значительным источником дыма. Ароматические боковые группы, например в полистироле усиливает дымообразование. Ароматические группы, интегрированные в основную цепь полимера, производят меньше дыма, вероятно, из-за значительного обугливания. Алифатические полимеры, как правило, выделяют меньше всего дыма и не являются самозатухающими. Однако наличие добавок может значительно увеличить дымообразование. Антипирены на основе фосфора и галогенов уменьшают образование дыма. Более высокая степень сшивки между полимерными цепями также имеет такой эффект.

Видимые и невидимые частицы горения

Дым от лесного пожара Дым, поднимающийся от тлеющие остатки недавно потушенного горного пожара в Южной Африке.

невооруженным глазом обнаруживаются частицы размером более 7 мкм (микрометров ). Видимые частицы, исходящие от огня, называются дымом. Невидимые частицы обычно называют газом или дымом. Лучше всего это проиллюстрировано, когда поджаривает хлеб в тостере. По мере нагрева хлеба продукты сгорания увеличиваются в размерах. Первоначально испарения невидимы, но становятся видимыми, если тост подгорает.

Детектор дыма с ионизационной камерой типа технически является продуктом детектора горения, а не детектора дыма. Детекторы дыма с ионизационной камерой обнаруживают частицы горения, невидимые невооруженным глазом. Это объясняет, почему они могут часто ложной тревоге из-за дыма, исходящего от раскаленных нагревательных элементов тостера, до появления видимого дыма, но они могут не срабатывать в начале, при слабом нагревании тлеющая стадия пожара.

Дым от обычного домашнего пожара содержит сотни различных химикатов и паров. В результате ущерб, причиненный дымом, часто может превышать ущерб, причиненный фактическим жаром огня. В дополнение к физическому ущербу, нанесенному дымом пожара, который проявляется в виде пятен, зачастую еще труднее устранить проблему запаха дыма. Так же, как есть подрядчики, которые специализируются на восстановлении / ремонте домов, поврежденных огнем и задымлением, компании по восстановлению тканей специализируются на восстановлении тканей, поврежденных в результате пожара.

Опасности

Дым от пожаров с недостатком кислорода содержит значительную концентрацию легковоспламеняющихся соединений. Таким образом, облако дыма при контакте с кислородом воздуха может воспламениться - либо от другого открытого пламени в этом месте, либо от его собственной температуры. Это приводит к таким эффектам, как обратная тяга и перекрытие. Вдыхание дыма также представляет опасность дыма, который может стать причиной серьезных травм или смерти.

Обработка рыбы под воздействием дыма

Многие соединения дыма от пожаров очень токсичны и / или вызывают раздражение. Наиболее опасным является оксид углерода, приводящий к отравлению оксидом углерода, иногда с дополнительными эффектами цианистого водорода и фосгена. Поэтому вдыхание дыма может быстро привести к потере трудоспособности и потере сознания. Оксиды серы, хлористый водород и фтороводород при контакте с влагой образуют серную, соляную и плавиковую кислоту, которые вызывают коррозию как легких, так и материалов. Во время сна нос не чувствует ни дыма, ни мозг, но тело просыпается, если легкие окутываются дымом, и мозг стимулируется, и человек просыпается. Это не работает, если человек недееспособен или находится под действием наркотиков и / или алкоголя.

Сигаретный дым является основным изменяемым фактором риска болезни легких, болезни сердца и многих раковых заболеваний. Дым также может быть компонентом загрязнения окружающего воздуха из-за сжигания угля на электростанциях, лесных пожаров или других источников, хотя концентрация загрязняющих веществ в окружающем воздухе обычно намного меньше, чем в сигаретном дыме. Один день воздействия PM2,5 в концентрации 880 мкг / м3, как это происходит в Пекине, Китай, эквивалентен курению одной или двух сигарет с точки зрения вдыхания твердых частиц по весу. Однако анализ усложняется тем фактом, что органические соединения, присутствующие в различных твердых частицах окружающей среды, могут иметь более высокую канцерогенность, чем соединения в частицах сигаретного дыма. Пассивный табачный дым - это сочетание побочного и основного потока дыма от горящего табачного изделия. Эти выбросы содержат более 50 канцерогенных химических веществ. Согласно отчету главного хирурга за 2006 г. по этому вопросу, «непродолжительное воздействие вторичного [табачного] дыма может привести к тому, что тромбоциты станут более липкими, повредят слизистую оболочку кровеносных сосудов, уменьшат резервы скорости коронарного кровотока и уменьшить вариабельность сердца, потенциально увеличивая риск сердечного приступа ». Американское онкологическое общество перечисляет «болезни сердца, легочные инфекции, учащение приступов астмы, инфекции среднего уха и низкий вес при рождении» как последствия курения.

Снижение видимости из-за дыма от лесных пожаров в аэропорту Шереметьево, Москва, 7 августа 2010 г. Красный дым, который несет парашютист из парашютной группы британской армии «Молнии»

Дым может скрывать видимость, препятствуя выходу пассажира из зоны пожара. Фактически, плохая видимость из-за дыма, возникшего при пожаре Worcester Cold Storage Warehouse в Worcester, Massachusetts, была причиной того, что оказавшиеся в ловушке пожарные-спасатели не смогли эвакуировать здание в время. Из-за поразительного сходства каждого этажа густой дым дезориентировал пожарных.

Коррозия

Дым содержит множество химикатов, многие из которых агрессивны по своей природе. Примерами являются соляная кислота и бромистоводородная кислота, полученные из галоген -содержащих пластмасс и антипиренов, фтористоводородная кислота, выделяемая при пиролизе фторуглеродов средств пожаротушения, серной кислоты при сжигании серы -содержащие материалы, азотная кислота от высокотемпературных пожаров, где образуется закись азота, фосфорная кислота и соединения сурьмы из P и Антипирены на основе сурьмы и многие другие. Такая коррозия несущественна для конструкционных материалов, но хрупкие конструкции, особенно микроэлектроника, подвержены сильному воздействию. Коррозия следов печатной платы, проникновение агрессивных химикатов через корпуса деталей и другие эффекты могут вызвать немедленное или постепенное ухудшение параметров или даже преждевременное (и часто отсроченное, поскольку коррозия может прогрессировать в течение длительного времени.) отказ оборудования, подвергшегося задымлению. Многие компоненты дыма также электропроводны ; осаждение проводящего слоя на схемах может вызвать перекрестные помехи и другие ухудшения рабочих параметров или даже вызвать короткие замыкания и полный отказ. На электрические контакты может влиять коррозия поверхностей, а также отложение сажи и других проводящих частиц или непроводящих слоев на контактах или поперек них. Осажденные частицы могут отрицательно повлиять на работу оптоэлектроники, поглощая или рассеивая световые лучи.

Коррозионная активность дыма, производимого материалами, характеризуется индексом коррозии (CI), определяемым как скорость потери материала (ангстрем / минута) на количество продуктов газификации материала (граммы) на объем воздуха (м). Он измеряется путем воздействия на металлические полосы потока продуктов сгорания в испытательном туннеле. Полимеры, содержащие галоген и водород (поливинилхлорид, полиолефины с галогенированными добавками и т. Д.), Имеют самый высокий CI, поскольку коррозионные кислоты образуются непосредственно с водой, полученной При горении полимеры, содержащие только галоген (например, политетрафторэтилен ), имеют более низкий CI, поскольку образование кислоты ограничено реакциями с атмосферной влажностью, а материалы, не содержащие галогенов (полиолефины, древесина ), имеют самый низкий CI. Однако некоторые материалы, не содержащие галогены, также могут выделять значительное количество коррозионных продуктов.

Дымовое повреждение электронного оборудования может быть значительно более обширным, чем сам пожар. Пожары кабеля вызывают особую озабоченность; для изоляции кабеля предпочтительны малодымные материалы без галогенов.

Когда дым соприкасается с поверхностью любого вещества или конструкции, химические вещества, содержащиеся в нем, переносятся на нее. Коррозионные свойства химикатов вызывают быстрое разложение вещества или конструкции. Некоторые материалы или конструкции поглощают эти химические вещества, поэтому в большинстве случаев строительных пожаров заменяют одежду, незапечатанные поверхности, питьевую воду, трубы, дерево и т. Д.

Измерение

Еще в 15 веке Леонардо да Винчи подробно комментировал трудность оценки дыма и различал черный дым ( обугленные частицы) и белый «дым», который вообще не является дымом, а представляет собой просто суспензию безвредных частиц воды.

Дым от нагревательных приборов обычно измеряется одним из следующих способов:

Поточный Образец дыма просто отсасывается через фильтр, который взвешивается до и после испытания и определяется масса обнаруженного дыма. Это самый простой и, вероятно, самый точный метод, но его можно использовать только при небольшой концентрации дыма, поскольку фильтр может быстро заблокироваться.

дымовой насос ASTM - это простой и широко используемый метод поточного улавливания, при котором измеренный объем дыма пропускается через фильтровальную бумагу, а темное пятно сравнивается с эталоном.

Фильтр / туннель для разбавления. Проба дыма отбирается через трубку, где она разбавляется воздухом, полученная смесь дыма / воздуха затем пропускается через фильтр и взвешивается. Это всемирно признанный метод измерения дыма от горения.

Электростатических осадков. Дым проходит через множество металлических трубок, содержащих подвешенные провода. К трубкам и проводам прикладывается (огромный) электрический потенциал, так что частицы дыма становятся заряженными и притягиваются к стенкам трубок. Этот метод может быть перечитан из-за улавливания безвредного конденсата или занижен из-за изоляционного эффекта дыма. Однако это необходимый метод для оценки объемов дыма, слишком большого для того, чтобы его можно было пропустить через фильтр, например, от каменного угля.

шкалы Рингельмана. Мера цвета дыма. Изобретенная профессором из Парижа в 1888 году, это, по сути, карта с квадратами черного, белого и оттенков серого, которая выставляется вверх и оценивается сравнительная серость дыма. В значительной степени зависит от условий освещения и навыков наблюдателя, он присваивает значение серости от 0 (белый) до 5 (черный), которое имеет лишь временное отношение к фактическому количеству дыма. Тем не менее, простота шкалы Рингельмана означает, что она принята в качестве стандарта во многих странах.

Оптическое рассеяние. Луч света проходит сквозь дым. Детектор света расположен под углом к ​​источнику света, обычно под углом 90 °, так что он принимает только свет, отраженный от проходящих частиц. Измеряется полученный свет, который будет тем выше, чем выше концентрация частиц дыма.

Оптическое затемнение. Световой луч проходит сквозь дым, а датчик напротив измеряет свет. Чем больше частиц дыма присутствует между ними, тем меньше света будет измеряться.

Комбинированные оптические методы. Существуют различные запатентованные оптические устройства для измерения дыма, такие как «нефелометр » или «эталометр », которые используют несколько различных оптических методов, в том числе другие. внутри одного прибора и применить алгоритм для получения точной оценки дыма. Утверждалось, что эти устройства могут различать типы дыма и поэтому можно сделать вывод об их вероятном источнике, хотя это оспаривается.

Вывод из угарного газа. Дым сгорел не полностью топливо, монооксид углерода представляет собой не полностью сгоревший углерод, поэтому долгое время считалось, что измерение CO в дымовых газах (дешевая, простая и очень точная процедура) обеспечит хорошее представление об уровнях дым. Действительно, в нескольких юрисдикциях измерение CO используется в качестве основы контроля дыма. Однако далеко не ясно, насколько точно это соответствие.

Польза для здоровья

На протяжении всей истории человечества люди использовали дым лекарственных растений для лечения болезней. Скульптура из Персеполя изображает Дария Великого (522–486 до н.э.), царя Персии, с двумя кадильницами перед его за сожжение Peganum harmala и / или сандал Santalum album, которые, как полагали, защищали короля от зла ​​и болезней. Более 300 видов растений на 5 континентах используются в дыму при различных заболеваниях. Курение важно как метод введения лекарств, поскольку это простой, недорогой, но очень эффективный метод извлечения частиц, содержащих активные агенты. Что еще более важно, образование дыма уменьшает размер частиц до микроскопических размеров, тем самым увеличивая абсорбцию его активных химических компонентов.

Дополнительная литература

На Wikimedia Commons есть материалы, связанные с дымом.

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-08 06:52:50
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте