CC BY
5
УДК 614.849
Козлов К.С., Аносова Е.Б.
ИЗУЧЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ДЕСТРУКЦИИ НЕКОТОРЫХ ПОРОД ДРЕВЕСИНЫ ШАТУРСКОГО РАЙОНА МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ
Козлов Кирилл Сергеевич - магистр 1-го года обучения кафедры техносферной безопасности; [email protected].
Аносова Евгения Борисовна - кандидат технических наук, доцент кафедры техносферной безопасности ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.
Для образцов древесины, произрастающих в Шатурском районе Московской области был проведен термический анализ и испытания для определения температурных характеристик пожароопасности. Ключевые слова: пожаробезопасность, древесина, термический анализ, лесные пожары, воспламенение
ANALYSIS OF CHEMICAL DESTRUCTION OF WOOD
Kozlov K.S., Anosova E.B.1
1 D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
For wood samples growing in the Shatura district of the Moscow region, thermal analysis and tests were carried out
to determine the temperature characteristics of fire hazard.
Key words: fire safety, wood, thermal analysis, forest fires, ignition
Введение
Лесные пожары являются одной из распространенных причин чрезвычайных ситуаций природного характера в России. Лесной пожар -самопроизвольное или спровоцированное человеком возгорание в лесных экосистемах. На территории лесного фонда России ежегодно регистрируется от 10 до 30 тыс. лесных пожаров, а за последние 20 лет в среднем в России огонь проходит 10 млн га лесов ежегодно [1], что нередко принимает характер стихийных бедствий. Основная часть пройденной огнем площади приходится на районы Сибири и Дальнего Востока. В этих районах лесной пожар является лесообразовательным фактором, определяющим структуру и динамику лесного фонда. [2].
Россия входит в тройку мировых лидеров по скорости и площади утраты первозданных лесов [3] Лесные пожары угрожают и таким густонаселенным районам как Московская область. В таблице 1 представлены данные по количеству и площади лесных пожаров, произошедших в Московской области с 2016 по 2021 год.
Таблица 1. Количество пожаров и площадь
возгораний за 2015-2020 год [24].
Год Количество пожаров Площадь, пройденная огнем, Га
2016 138 51
2017 60 126,19
2018 296 262,1
2019 327 1206,2
2020 231 528,66
2021 355 591,3
На рисунке 2 представлена динамика случаев возникновения лесных пожаров и площади земель, пройденных этими пожарами, в Московской области за 2016-2021 год. [2]
1400 120D
ц
^шоо г
0
ю 800 £
Е
«
1 6°° .1 с
3 J.
с JOO1!8 ^^^^
о t—-
>D1G >01? >011 Wi зо>0 >Ю1
—#— КОЛИЧКТЙП JtflfHhIY niwapnn —*— Ппглмль Гд
Рисунок 1. Сравнение количества лесных пожаров и их общей площади в период с 2016 по 2021 год
Одним из самых пожароопасных районов лесов Московской области является Шатурский. Поскольку пожар во многом обусловлен способностью пожарной нагрузки воспламеняться и гореть, можно предположить, что свойства растительности Шатурского района могут дать представление о величине риска возникновения чрезвычайных ситуаций в пожароопасный период. Основным предметом исследования стала древесина, любезно предоставленная для исследований сотрудником кафедры доцентом Мельниковым Н.О. Целью настоящей работы является оценка поведения образцов древесины, полученной в Шатурском районе, в случае термического воздействия и определение некоторых характеристик пожароопасности с использованием методик ГОСТ12.1.044-89. [4]
Особенности структурного строения древесины в первую очередь оказывают влияние на ее свойства. Многие параметры воспламенения и горения древесины, в основном, зависят от их теплофизических свойств. Это логично, потому что
нагрев материала при воздействии внешнего источника тепла зависит от характера реакции материала на подводимую к его поверхности энергию и от того, как осуществляется перенос тепла в нижележащие слои.
Практически во всех исследованиях, посвященных воспламенению и горению древесины, как правило, изучают такие теплофизические характеристики, как теплоемкость, теплопроводность,
температуропроводность и тепловую активность. Два последних показателя взаимосвязаны между собой и с плотностью древесины. Разделяют 3 основные типа плотности древесины, приведенные в таблице 2.
Таблица 2. Значение плотности различных пород древесины [5]
Тип Плотность, кг/м3 Образец
Породы с малой плотностью <550 ольха, осина
Породы с средней плотностью 550-750 яблоня, ирга, береза
Породы с высокой плотностью >750 слива
Экспериментальная часть
В данной работе было использовано 6 образцов различных пород: береза, ирга, слива, ольха, яблоня, осина. Все они были отобраны на территории Шатурского района, на востоке Московской области. Образцы являются частями ствола дерева, покрытые корой.
В данной работе были проведены исследования образцов древесины и подлеска с применением современных физико-химических методов, таких как:
- термогравиметрический (ТГ) и дифференциальный термогравиметрический (ДТГ) методы термического анализа,
- метод дифференциально-сканирующей калориметрии (ДСК).
Кривые ТГ-ДТГ-ДСК были получены методом синхронного термического анализа (СТА) на приборе STA 449 F3 Jupiter Netzsch, в атмосфере воздуха, масса образцов составляла 4,8 - 16,2 мг. на кафедре пожарной безопасности Академии гражданской защиты МЧС России (рис. 2-4).
Как видно из рис. 2-4, на ТГ-кривых образцов при нагревании до интервала температур (231-236) оС начинается потеря массы, достигающая при нагревании до (329-332) оС максимальной скорости, что отображается на кривых ДТГ. Первые экзотермические эффекты, сопровождающие уменьшение массы, величиной (443,9-864,2)
кДж/кг, по-видимому, свидетельствует о изменениях в образцах, связанных с разложением компонентов древесины (гемоцеллюлозы, целлюлозы, лигнина), на фрагменты, способные окисляться и гореть.
ДСК ((мВт'нг)
Рисунок 2. Кривые ТГ, ДТГ и ДСК для ольхи
ДСК ЧиВтГмг)
TT« ДТГ/риыщ;
100 200 300 400 500
Температура ГС
Рисунок 3. Кривые ТГ, ДТГ и ДСК для яблони
дик ЦмЦтЛ*)
тг та дтг /[чУш
Значения температуры воспламенения (?в) и самовоспламенения (См), определенные согласно методике ГОСТ, приведены в табл.3. Как видно из их значений, они наиболее близки к температуре начала уменьшения массы (и.ум), определенной методом ДСК.
Таблица 3. Температурные характеристики, полученные согласно методикам ГОСТ и методом СТА.
№ образца Образец t ос L н.ум. ^ t н.э1. оС Величина экз эф, Дж/г t в. oC t oc L сам- ^ t н.э2. оС t сам. кора oC
1 Береза 215 470 495
2 Ирга 155 465 495
3 Слива 205 475 585
4 Ольха 233 303 864,2 185 493 422 565
5 Яблоня 231 313 443,9 225 495 450 515
6 Осина 236 312 582 175 485 430 505
Значения tacm на (40-71) оС отличаются от температуры начала второго экзотермического эффекта на кривых ДСК, сопровождающегося вторым пиком интенсивного уменьшения массы на кривых ДТГ.
Таким образом, начало первого экзотермического эффекта на кривых ДСК может быть связано с процессами, переходящими в самовоспламенение при повышении температуры нагревания образцов приблизительно на 120 оС. А воспламенение связано с испарением из образца летучих соединений, способных поддерживать горение от источника.
Список литературы
1. Официальный сайт Всемирного Фонда Дикой Природы [Электронный ресурс] / г. Москва, 2021. URL: https://wwf.ru/ (Дата обращения: 28.04.2022).
2. Официальный сайт Министерства чрезвычайных ситуаций Российской Федерации
[Электронный ресурс] / г. Москва, 2021. URL: https://www.mchs.gov.ru/ (Дата обращения: 28.04.2022).
3. Официальный сайт Greenpeace в России [Электронный ресурс] / 2021 г. URL: https://greenpeace.ru/ (Дата обращения: 29.05.2022).
4. ГОСТ 12.1.044-89 (ИСО 4589-84) Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения 1.- 1991 - 100с.
5. СНиП II-25-80. Деревянные конструкции: нормативно-технический материал -Москва: МРР РФ, 2011. - 88 с.
6. Официальный сайт Всемирного Фонда Дикой Природы [Электронный ресурс] / г. Москва, 2021. URL: https://wwf.ru/ (Дата обращения: 28.04.2022).
