Угарный газ и MSR реактор

Измеритель CO, MSR реактор с литровой кастрюлей

Летом 2016го года мы решили попробовать сходить в поход на газу. В качестве основных горелок были взяты два MSR реактора с двухлитровыми кастрюлями. А поскольку известно, что данный вид горелок генерирует угарный газ, а мы собирались готовить в тамбуре палатки, то для обеспечения безопасности и удовлетворения собственного интереса, был взят портативный измеритель CO, вот этот.
Помимо этого мы пользовались газовой горелками primus easy fuel.
Что такое реактор, чем опасен угарный газ и что удалось намерить читайте под катом.

MSR реактор

MSR реактор -- это газовая горелка от фирмы MSR. Славится очень экономичным потреблением газа. На риске уже был небольшой обзор этой горелки. Поэтому считаю излишним тут что-то говорить. Однако не могу не привести таблицу времён закипания литра воды и расхода газа для этого:

В моём домашнем эксперименте на практически пустом баллоне литр воды закипел за 2.20. Т.е. данные таблицы можно считать релевантными.

Угарный газ

Об отравлении угарным газом довольно полно написано в википедии. Из таблицы представленной в данной статье можно сделать вывод, что при концентации CO больше 50 ppm становится пора проветривать помещение (палатку). Эта концентрация не смертельна, но при нахождении продолжительностью 40-60 минут уже могут появится симптомы отравления, а на высоте всё может проистекать быстрее, особенно в акклиматизационный период. Предельная допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны составляет около 15 ppm.

Угарный газ немного легче воздуха. Молярная масса CO 28г/моль против 29,04 г/моль у воздуха. Но будучи нагретым он поднимается вверх, как раз на уровень головы сидящего в палатке, и может держаться на этом уровне долго.

Нельзя недооценивать опасность угарного газа, увы мир знает не один летальный случай отравления в палатке. Например в 2015ом году в районе хребта Борус задохнулись спасатели. Отравление не обязательно может привести к летальному исходу, но это не значит, что его можно не боятся. В зависимости от степени тяжести -- можно отделаться парой потерянных часов, а можно и вред здоровью "заработать".

Да и в обычной, не горной, жизни, угарный газ тоже представляет определённую опасность. Например при просушке погреба или прогреве машины в гараже.


Тестовое измерение уровня угарного газа автомобиля

Измеритель CO

Как уже может быть понятно, измеритель CO был куплен в китайском магазине, собственно вот он. Конкретно данный прибор умеет мерить концентрацию CO в ppm'ах и издавать писк при превышении заданного уровня -- как раз то, что надо! Его масса 100гр, цена около 2т.р.. До похода я сравнил показания этого дешевого китайского приборчика с аналогичным, но сертифицированном, взятым у друга на работе. Показания были примерно одинаковые (сравнивал выхлоп из автомобиля на разном расстоянии). Таким образом прибор получил доверие и был упакован в рюкзак.

Результаты измерений

Практически каждый раз когда мы готовили в палатке, мы включали измеритель CO и делали замеры. В конечном итоге родилась следующая таблица:



Эта таблица показывает уровень угарного газа при использовании до двух реакторов с посудой и без. Видно, что наличие посуды на горелке увеличивает количество CO. Нужно иметь ввиду, что показания могут отличаться. Чем больше ветер, тем меньше показания. В свою очередь чем больше осадков, особенно в виде мокрого снега (который уменьшает вентиляционные свойства), тем значения выше. Так, ночуя на ПФП в снегопад, мы наблюдали повышение концентрации вплоть до ~70 ppm. Конечно, видя эти цифры, усердно проветривали палатки.

Хорошим выводом было то, что реактор без кастрюли практически не генерирует CO, т.е. можно безопасно греться и сушиться с его помощью.

Помимо этого мы выяснили, что горелка primus easy fuel не выделяет угарного газа. Даже, наоборот, как и реактор без кастрюли, доокисляет имеющийся в воздухе CO.

Выводы

MSR реактор является опасным прибором, требующим внимательного отношения к проветриванию палатки. Лучше пользоваться им в тамбуре или на улице. Однако, если "приспичило", то можно и внутри палатки, но усердно проветривая!

Post scriptum

Комментарий Георгия Сальникова -- химика и непосредственного участника описанных экспериментов.

О CO
При полном сгорании углеводородов образуется CO2 и H2O.
В случае неполного сгорания образуются разные недоокисленные продукты, в частности, CO, C (сажа), и другие (при сжигании жидких фракций, таких как бензин и т. п.).
В том числе, уже образовавшийся CO2 в смеси с сажей и др. недоокисленными продуктами в определенных условиях может превращаться в CO.
При прочих равных условиях чем тяжелее топливо, тем оно более склонно к образованию CO и др. недоокисленных продуктов (в этом смысле бензин был бы хуже, чем газ, но см. другие факторы ниже).
CO2 вызывает удушье, но он не токсичен. Если от CO2 стало нечем дышать, не заметить невозможно. Выскочил на улицу, отдышался, и через несколько минут все прошло.
CO токсичен, он блокирует гемоглобин и "выветривается" из крови в течение многих часов. При этом не вызывая удушья. Надышавшись им, можно не заметить, а просто уснуть и не проснуться.

О горелках
Чтобы увеличилось содержание CO в продуктах горения, нужно одно из двух:
а) затруднить подачу кислорода (например, в непроветриваемой палатке, или накрыть горелку ветрозащитой снизу, со стороны "поддувала", или установить горелку в яме, в углублении, куда воздух плохо поступает)
б) понизить температуру горения (например, поставить сверху широкую холодную кастрюлю)
Соответственно, чтобы предотвратить образование CO, надо сделать наоборот: обеспечить достаточное количество кислорода (проветрить, освободить "поддувало", ...), и убедиться, что горелка работает в нормальном режиме (убрать кастрюлю с кашей - в данном случае неадекватное решение проблемы).
Тут один участник форума комментировал, что, дескать, CO не образуется, если нет открытого пламени. Наоборот, если пламя закрыто, то CO образуется больше. В этом плане простая горелка безопаснее, чем реактор.
Я не "наемник конкурентов MSR" и не собираюсь ругать реактор. Он выделяет CO не потому, что плохой, а наоборот, потому, что слишком хороший. Реактор целенаправленно оптимирован для максимальной эффективности использования тепла от сгорания топлива, чтобы как можно меньше тепла рассеивалось в атмосферу. Благодаря этому он обеспечивает меньший расход горючего. И из этого же вытекают сопутствующие факторы. В частности, когда на него устанавливают специальную кастрюлю с воздуховодами (в которую, естественно, налита холодная вода), появляется контакт с холодной поверхностью, при котором сразу же прет CO, поскольку не все 100% газа успевают полностью сгореть на керамической сетке, идеальных конструкций не бывает. Если убрать кастрюлю, то все, что не догорело на сетке, дожигается в воздухе, и тогда CO нет.
При работе с реактором очень важно до установки кастрюли убедиться, что он вышел на режим. Если он еще не разгорелся, и поставить котел, то получится CO-генератор.
У обычных горелок тоже может образовываться CO при контакте с холодным дном котла, но гораздо меньше, т.к. они гораздо лучше вентилируются, чем реактор, все догорает на воздухе (но зато у них и эффективность меньше, чем у реактора).

О бензиновых горелках ("примусах")
На чем правильнее ходить по горам: на бензине или на газе - вопрос религиозный, так что оставим его проповедникам.
В плане опасности отравления CO бензин на практике гораздо менее опасен, чем газ. Я бы даже сказал, бензин практически безопасен. Не потому, что CO не выделяется. При неполном горении бензина CO выделяется, наоборот, еще больше. Но, кроме ничем не пахнущего, незаметного и потому опасного CO, из бензина получаются еще непредельные недоокисленные продукты, которые являются лакриматорами (слезоточивыми газами), и их-то не заметить в принципе невозможно. Эти слезоточивые продукты делаются непереносимыми при намного меньшей концентрации, чем та, при которой достигается опасная концентрация CO. Тут вряд ли надо объяснять, какой бывает "кумар" от чадящего примуса. Через короткое время кашевар с красными глазами, подбирая свисающие до колен сопли, добирается до выхода, с матами его развязывает, проветривает, CO и лакриматоров нет, и жизнь участников спасена!

Резюме: то, что на реакторе большими буквами написано "DANGER" и "пользоваться только на открытом воздухе" - не страшилка для маленьких детей, а объективная реальность. Проверено (см. в тексте поста Антона) экспериментально!

Спички - детям не игрушка !