Статья посвящена закономерностям, теоретическим и практическим, горения топлива в горелках, даст ответы, откуда при сгорании берётся вода и угарный газ, рассматривает частные случаи отравления при использовании как горелок так и отопителей в палатке, приводит рекомендации по режиму работы, технике безопасности, а также немного затрагивает надёжность горелок различного типа.
Фактически все туристы и альпинисты используют горелки различного типа (в том числе сухое горючее и, в наше время крайне редко, парафиновую кухню) не только на улице, но и в палатке. Связано это с разными факторами, как объективного, так и субъективного характера:
- Штормовая погода
- Отсутствие площадки снаружи
- Желание согреться внутри палатки хотя бы на момент приготовления пищи
- Желание сэкономить топливо (внутри палатки тратиться ощутимо меньше топлива)
- Нежелание выходить наружу
В зависимости от конструкции палатки, приготовление пищи осуществляется как в тамбуре, так и непосредственно внутри «жилого» пространства. Распространение систем типа JetBoil позволило с точки зрения техники безопасности по отношению к пламени несколько обезопасить процедуру приготовления пищи, а появление на рынке outdoor различных отопителей прельщает вечно мёрзнущих пользователей-туристов к их применению.
Появляется много вопросов, обоснованных и необоснованных страхов применения. Действительно, существуют определённые нюансы применения горючих веществ в тесном, часто изолированном пространстве палатке с находящимися внутри участниками группы. В отдельных случаях такие нюансы могут быть критичными. Целью статьи является рассмотрение этих нюансов в целях предупреждения несчастных случаев и аварийных ситуаций. Так же в статье я немного коснусь туристических печек, сухого горючего и свечей.
Во многом я выкладываю свою собственную точку зрения с опорой на мне известные выкладки. Так как горелками мы пользуемся почти все, то даже несмотря на мой богатый опыт, всё равно он остаётся лишь моим собственным.
Итак, начнём вообще с того, что такое горение и как оно происходит для разных видов нашего привычно-туристического топлива. Химические цепочки я приводить не буду, чтобы не загромождать статью, буду ограничиваться минимально необходимым описанием. Также я буду обращаться с описанием процессов несколько вольно, так как статья не является пособием для химика, а должна разжевать материал для туриста и заставить проглотить и переварить его.
Горение в общих чертах непосредственно представляет собой химическую реакцию окисления, сопровождающуюся выделением большого количества тепла, которым мы и пользуемся. Окислителем в процессе горения в нашем случае является кислород, который берётся не из ниоткуда, а из той самой палатки, в которой мы запалили топливо.
Начнём с газа. Что это будет – бутан, изобутан или пропан, совершенно не важно, если не вдаваться в подробности зимнего использования, которого я коснусь ниже. С точки же зрения химической реакции разницы, в общем-то, нет.
Вначале углеводородные цепочки распадаются на меньшие. Меньшие (типа этилена) превращаются в ацетилен и водород. Ацетилен, в свою очередь, распадается на углерод и водород. В итоге у нас образуется много водорода и немного углерода. Водород начинает, естественно, вступать в реакцию с кислородом из воздуха (попутно выделяя нужную нам энергию), что и даёт побочный эффект в виде образования воды (водяного пара, который резко повышает влажность в палатке и выпадает в виде конденсата на стенках). Если тепла хватает, то углерод нагревается и тоже взаимодействует с кислородом, в результате чего, кроме энергии, образуется угарный газ. Если при этом температура ещё возрастает, а кислорода много, то угарный газ окисляется до углекислого газа с ещё большим выделением энергии. На выходе мы получаем из газа и воздуха в теории, кроме энергии, на которой мы закипятили кипяток под сублимат, водяной пар и углекислый газ.
В бензиновой горелке процесс в теории схож. Мы поджигаем не топливо, как таковое (желающие могут налить бензин в ванночку и поджечь ради эксперимента), а разогретую (мы ведь производим предварительный прогрев горелки) топливовоздушную смесь. То есть бензин или соляра представляют, в общем-то, тоже смесь углеводородов, которые при горении будут «превращаться» в энергию, водяной пар и углекислый газ точно так же, как и газ.
Почему в теории? Потому что на практике всё немного иначе.
Самое главное – если температуры не хватает, и/или нет полноценного доступа кислорода, то угарный газ не окисляется до углекислого газа. А угарный газ, в общем-то, является ядом, которым несложно получить отравление, от лёгкого до тяжёлого или смертельного. Тяжёлое и, тем более, смертельное, встречается редко и характерно обычно не для горелок, а для отопителей и печей.
Каковы практические предпосылки к интенсивному образованию угарного газа в палатке? Для газовой горелки это в первую очередь минимальный уровень пламени при котелке (особенно большом) со снегом, льдом или ледяной водой. Т.е., мощности пламени не хватает для окисления угарного газа и он не дожигается.
Я упомянул именно «интенсивное образование» углекислого газа. Дело в том, что на практике полное окисление угарного газа всё равно невозможно ни для одной модели горелки, т.е., он всё равно образуется, вопрос лишь в его количестве. Причина в том, что наша система горелка+воздух является открытой, т.е., это не закрытая печь.
Следствие: при приготовлении пищи на горелке внутри палатки до закипания воды в котелке мощность пламени должна быть максимальной.
Едем дальше. При использовании систем JetBoil с радиатором дожигание углекислого происходит эффективнее на полной мощности (отсюда, кстати, в том числе, практическое сокращение времени на закипание воды в таких системах), так как система более «закрыта», но почти не дожигается при слабом пламени, потому что радиатор снижает температуру за счёт дополнительного забора тепла.
Следствие: при использовании систем с радиатором типа JetBoil мощность пламени должна быть всегда максимальной. В случае минимального пламени горение менее эффективно за счёт того, что угарный газ не дожигается, что приводит к повышенному расходу, а в палатке может спровоцировать отравление угарным газом.
Отсюда делаем попутный вывод, что системы типа JetBoil предназначены для приготовления кипятка, а не для приготовления пищи.
Продолжаем мысль. Газовые обогреватели имеют большой радиатор для рассеивания тепла. Радиатор, естественно, отбирает температуру пламени, и так максимально убавленной для экономии топлива… Думаю, всё понятно. Угарный газ там образуется в больших количествах.
Следствие: использование газовых или схожих по конструкции бензиновых обогревателей внутри палатки должно носить кратковременный характер, сопровождаться максимальной мощностью пламени и обеспечиваться постоянным притоком свежего воздуха. Категорически запрещается спать при включенном обогревателе!
Отравление угарным газом происходит незаметно и оно реально очень тяжело. Из-за неравномерности прогрева «помещения» угарный газ перемещается и оказывается внизу, где и спят участники. Попадая в кровь через лёгкие, угарный газ соединяется с гемоглобином, даже в лёгких случаях обеспечивая головные боли и головокружение – которые часто многие туристы, использующие горелки в палатке, списывают на простое недомогание.
Я сам сильно травился угарным газом от газового отопителя в палатке, и даже на следующий день я не был в состоянии куда-то идти. Ощущения были весьма… жёсткими.
Также на Бурейском водохранилище я видел рыбаков, умерших от угарного газа в деревянном вагончике, который они заботливо укутали и прикопали снегом, чтобы было тепло. Газовый обогреватель они оставили включенным на ночь и больше не проснулись.
В экспедиции Р. Пири на Северный Полюс наблюдалось несколько случаев отравления угарным газом в иглу (снежных хижинах) вследствие работы спиртовых горелок. Отравлению подвергались как американцы, так и эскимосы. При этом отравление усугублялось в этом случае вдыханием спиртовых паров.
Что касается бензиновых горелок, то наиболее полное сгорание топлива обеспечивается следующими факторами:
- Чистотой топливопроводных элементов – горелка должна периодически чиститься. В теории, в примусах, где горелка непосредственно присоединена к ёмкости с топливом, дожигание происходит эффективнее.
- Поддержанием рабочего давления в ёмкости с горючим – периодическая подкачка по ходу готовки для отдельных от ёмкостей горелок (на примусах обычно из-за разогрева ёмкости давление вполне само повышается).
- Применение очищенного бензина.
- Адекватный температуре воздуха предварительный прогрев горелки.
Кроме того, при неполном сгорании бензина или дизельного топлива образуется сажа, а также возможно и иные, не совсем полезные и/или приятные для организма продукты.
По мощности пламени для бензиновых горелок будет справедливым всё, что я указал для газовых.
Если абстрагироваться от использования горелки внутри палатки, то любые условия, создающие благоприятный дожиг угарного газа, обеспечивают и экономию топлива.
Также неполное сгорание может быть спровоцировано малым поступлением воздуха к горелке. Для сгорания 80 мл топлива (готовим полноформатный ужин на троих) нам понадобится примерно 0,65 м3 воздуха. Обычно в условиях палатки или тамбура это не так уж и много и даже не чувствительно для горелки при полностью закупоренной и прикопанной палатке, так как и объём не совсем уж большой, да и подсос воздуха из-за возникающей разницы температур немного имеется. Другой вопрос, что если в тамбуре мы роем в снегу яму/приямок для размещения в них горелки (это позволяет расположить горелку более устойчиво и безопасно по отношению к стенкам палатки), да ещё и ради «экономии» топлива укутываем это дело экраном либо стеклотканью, то поступающего к месту горения воздуха может «не хватать». В данном случае у нас экран будет явно лишним, а для доступа воздуха можно либо приоткрыть тамбур, либо сделать подвод воздуха в виде желоба. Как ни странно, такая манипуляция также может помочь сэкономить топливо.
Усугубляет, естественно, интенсификацию образования угарного газа высота, когда кислорода мало и горелка не очень охотно работает в палатке, пока не дать её подсос воздуха снаружи.
Вернёмся к газовому обогревателю. Допустим, эта зараза сверхэкономичная и за ночь съедает 150 мл топлива. Которое медленно горит и изо всех сил выделяет угарный газ. При этом ей необходимо будет минимум 1,2 м3 воздуха. В небольшом плотно закрытом помещении, где спят ещё двое-трое (и при этом выделяют углекислый газ) воздух довольно быстро становится непригодным и насыщенным угарным газом. Физика процесса, думаю, понятна.
Напрашивается логичное для многих решение обеспечить небольшой, но устойчивый приток свежего воздуха, но… на практике он не решает проблемы равномерного вывода углекислого газа и угарного газа. Необходима вентиляция, которая будет работать как вытяжка, причём задействовать она должна весь объём помещения, чтобы не допустить скопления угарного газа внизу. Это не так уж и просто сделать в палатке, либо полевом вагончике, отсюда и рекомендации не рисковать и не использовать такие вещи на постоянной основе.
Почему тогда нет отравления при использовании обычных туристических печей? Здесь система работает по-другому. Тяга выбрасывает наружу все продукты горения. При этом на поддержание горения дров уходит много воздуха – в среднем порядка 5-6 кг на килограмм древесины. Воздух под воздействием тяги засасывается через поддувало в область пламени. Так как продукты горения в палатку не выходят, то у нас образуется разность давлений между палаткой и средой за ней. Из-за этой разности воздух проникает в палатку сам через любые щели.
Такой процесс хорошо заметен дома, когда мы начинаем топить печку (если таковая есть – большая часть горожан лишь приблизительно знает, что это такое) – температура после того, как мы затопили, несколько понижается внутри дома, так как часть тёплого воздуха ушла в поддувало, и его заменил холодный воздух с улицы.
При этом, часто, когда мы начинаем топить печку в палатке, она вначале может немилосердно, либо чуть-чуть – в зависимости от конструкции – дымить внутрь. Связано это часто с тягой внутри печи – пока не разогреется труба и печь, тяги нет.
Отравление от туристических печей в походе происходит крайне редко, так как их трубы не имеют заслонки, характерной для домашних печей, плюс они топятся по максимуму всю ночь и вообще находятся под вниманием дежурных.
Отдельным случаем являются печи длительного горения, в которых древесина горит при относительно низких температурах и, соответственно, долгое время. В таких случаях углекислый газ на углях может восстанавливаться до угарного газа. Такие печи дают куда меньшую температуру металлической площади и, следовательно, объёма палатки и, в некоторых случаях, из-за падения тяги могут выделять продукты горения внутрь жилого объёма. Т.е., спать при таких штуках без присмотра, на мой взгляд, не самая хорошая идея.
Что касается сухого горючего, то в теории он горит чисто, а продукты сгорания по заверениям производителя могут быть использованы в святой воде. На практике часть продуктов сгорания является слаботоксичной. Применение сухого горючего должно происходить в полностью проветриваемой палатке и никак иначе. Прогрев бензиновых горелок сухим горючим также следует осуществлять при открытой, хотя бы частично, вентиляции. Количество продуктов сгорания также зависит и от добросовестности производителя, в зависимости от того, что он напихал в продукт, чтобы тот был больше или тяжелее. Причём, зарубежное сухое горючее отнюдь не всегда лучше, чем наше отечественное.
Свеча обычно горит относительно чисто и побочными продуктами её горения являются вода и углекислый газ. Самодельные же парафиновые свечи с добавкой картона – когда изготавливаются большие «суперсвечки» в консервных банках и пропитанный парафином картон служит для более интенсивного горения - могут применяться только на улице. Жировые свечи использовать в палатке крайне не рекомендую – коптят, заразы.
В целом, по отношению к продуктам горения следует руководствоваться следующими закономерностями а) ничто не сгорает полностью б) всегда выделяется что-то нехорошее и небезопасное.
Перейдём к проблеме конденсата. Как вы уже, наверное, успели заметить, вода является побочным продуктом горения в любом случае. Сколько её образуется при горении газа и бензина? При горении газа её образуется несколько больше, но можно примерно свести и к одному знаменателю – в полтора раза больше, чем сгорело топлива. Т.е., при готовке на троих летом в воздух внутри палатки за полчаса выделится минимум 120 мл воды (если брать минимальные затраты топлива 80 мл). Приплюсуйте сюда ещё «приход воды» от испарения. Зимой на троих общий «приход» воды может составить более 200 мл – стакан. Плюс испарение влаги от нас самих. Куда вся эта вода уйдёт? Конденсатом на тент, а в дальнейшем часть её на наш любимый спальный мешок со всеми вытекающими.
Следствие: если хотим меньше сушить снаряжение и суше/комфортнее спать, приготовление пищи в палатке должно происходить при максимальной вентиляции.
Так не получится сделать при пересидке жёсткой непогоды, но в остальных случаях вполне осуществимо. Заодно решается проблема с отводом и иных продуктов горения.
По эффективности использования того или иного топлива я уже не раз писал, в конце статьи дам ссылки. Серьёзно можно сравнивать только бензин и газ, плюсы первого остро проявляются только при суровых зимних температурах, всё остальное в той или иной мере спорно и часто основывается на привычке.
Что касается газа зимой… Есть бутан, есть изобутан, есть пропан. Самый дешёвый из них – бутан. Он не предназначен для использования при температурах от ноля и ниже. Это чисто летний газ. Чем меньше в смеси будет бутана и чем больше пропана, тем лучше он будет гореть при низких температурах. И тем дороже будет стоить газ.
Поэтому туристы, зимой использующие газ, идут на разные ухищрения, самым хорошим из которых является отогревание баллона в собственном спальном мешке, а самым нехорошим - закидывание подключенного по отдельному топливопроводу баллона на крышку котелка.
Тут следует рассмотреть проблемы надёжности. Если абстрагироваться от качества изготовления, то самой надёжной является простая газовая горелка, накручивающаяся или цепляющаяся к баллону. В ней всё довольно просто. Следом идёт газовая горелка с гибким топливопроводом, которая позволяет расположить кухню более устойчиво и значительно ниже по отношению к стенам палатки в тамбуре, особенно при использовании больших баллонов.
Затем бензиновая горелка с выносным бачком, потом моноблочный примус и заканчивает список мультитопливка «жидкое топливо/газ». Чем ближе к концу списка, тем общая надёжность горелки ниже, особенно со снижением забортной температуры. И тем более она требовательна к пользователю, тем больше подразумевает операций в эксплуатации и обслуживании.
К чему это? К тому, что выход горелки из строя при её работе или поджиге, временный (типа ремонтопригодный или просто вызванный собственной невнимательностью) или окончательный, почти всегда связан с дополнительным открытым пламенем под давлением и со всеми вытекающими.
Следствие: когда есть возможность, всегда готовьте на улице, а не в палатке. Такой подход может сэкономить деньги и нервы.
Я к этому пришёл не сразу. Точнее, когда я ходил на примусах Дастан и Шмель, мне даже в голову не приходило не то что в палатке готовить, но даже близко от неё. Потом я привык к буржуйской «надёжной» горелке. Потом посмотрел на хоть и редкие, но периодические случаи нехороших неисправностей в других группах, а потом у меня и самого горелка вышла из строя.
Кстати, многие знают, что один известный приют сожгли потому, что закипятили на примусе по ошибке не воду, а бензин. Казалось бы, глупая ситуация. Но, как-то раз в одном из походов мы с группой уходили из зимовья и набрали воду наверх в полуторалитровые бутылки. Так как бутылки обычно с виду одинаковые у всех, мы по ошибке прихватили с собой чью-то забытую бутыль с бензином – группа большая, всё в спешке, а с топливом просто оказалась рядом. Естественно, что наверху по закону подлости эта бутыль попалась мне первой и я залил её в котёл. На морозе топливо не пахло, плюс было такое же прозрачное, как вода. Я ничего не сжёг, но было неприятно.
Общая техника безопасности при использовании горелок в палатке:
- Освободите пространство. Это самое главное. Тамбур под кухню должен быть освобождён от прочего барахла, все продукты должны быть рядом под лапами, котлы с водой/снегом/льдом тоже. При необходимости следует выкопать яму в снегу, отстегнуть часть внутренней палатки от тента, возможно чуть сдвинуть её. Если приготовление будет внутри жилого пространства, то все спальники должны быть убраны, все товарищи рассованы по углам и недвижимы, заранее подготовлена ровная поверхность.
- Исключите хождение в палатку и из неё во время готовки.
- Используйте подложку под горелку, чтобы не пропалить коврики.
- В бензиновую горелку топливо заливайте заранее.
- Газовый баллон отогревайте в спальнике заранее.
- Бензиновую горелку прогревайте как можно тщательнее. В ином случае будет очень интересно, красиво и возможно даже с дырками в любимой палатке.
- Во время сильного ветра готовьте в тамбуре только при наличии укреплённой юбки и «жёсткого» объёма тамбура, то есть при условии, если ткань тамбура не пытается под напором ветра лечь на горелку.
- Если тамбур не позволяет готовить в сильный ветер, можно готовить внутри палатки, при условии, если борта донного корыта высокие и движение воздуха в районе пола минимально.
- В сильный шторм, когда палатка находится на грани раскатывания в блин, я рекомендовал вообще ничем, кроме JetBoil-а не пользоваться, и то как можно реже.
- Если горелка внушает подозрение по части того, что она где-то сифонит, то всегда вначале разберитесь, что это может быть. Используйте воду с мылом, чтобы найти место утечки. Не зажигайте горелку, пока полностью не убедитесь в её исправности.
- Аккуратно обращайтесь с любыми горелками в условиях низких температур. Большая часть пластиков и сплавов, особенно от фирм «не очень» весьма не любит прилагаемые к ним усилия при температурах ниже минус 25-30 градусов, а при температурах ниже минус 40…45 градусов вообще всё легко ломается. Буржуи делают без запаса прочности на такие температуры, про китайский noname, Track и прочее подобное вообще молчу.
В целом, неприятности на маршруте по вине горелок бывают нечасто и занимают незначительную долю среди прочих. Как правило, они не тяжелы и не смертельны, лишь доставляют некоторые неудобства – лёгкое отравление продуктами горения, да прожигание палатки или спальника. Надеюсь, моя статья позволит вам предупредить и такие 🙂
Дополнительные ссылки по теме:
Какой бензин для походной горелки лучше и сколько его можно хранить?
