Teaduslik vaade: Beiruti plahvatuse tunnused

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Traagiline uudis hiiglaslikust plahvatusest Beirutis, mis haaras uudisteallikate esimesi ridu, tekitab loomulikke küsimusi: kuidas see võis juhtuda, mis seal plahvatas, milliste tegurite tõttu on sellised juhtumid võimalikud? Selle väljaselgitamiseks vaatame lähemalt ammooniumnitraadi omadusi ja sellega seotud ohte.

Mis juhtus Beirutis

Lühidalt näeb olukord välja selline: kuus aastat tagasi sisenes laev Rhosus Beiruti sadamasse plaanivälisele remondile. See kuulus Habarovskist pärit Igor Gretšuškini ettevõttele. Sadamavõimud ei vabastanud laeva turvasüsteemide ja lastidokumentide puuduste tõttu. Järk-järgult lahkus meeskond Rhosusest ja selle last, mis koosnes 2750 tonnist ammooniumnitraadist, viidi sadamas asuvasse lattu, kus seda hoiti järgmised kuus aastat. Ladustamistingimused osutusid ebapiisavalt usaldusväärseteks, mistõttu sellele veosele juurdepääsu piiramiseks tehti laos keevitustöid, mille ohutuse ebaõige korraldamise tõttu süttis hiljem samas laos hoitud pürotehnika.

Süttis tulekahju, mida toetasid põlemine ja ilutulestik. Mõne aja pärast ladustatud ammooniumnitraat plahvatas. Selle plahvatuse lööklaine avaldas Beiruti ümbritsevatele piirkondadele suurt kahju: täna on surnud üle 130 inimese ja nende arv kasvab jätkuvalt, kuna hoonete ja rajatiste rusude lammutamisel avastatakse üha rohkem surnukehi. Vigastada sai üle viie tuhande inimese.

Satelliidi Kanopus-V tehtud fotod kosmosest. Ülaltoodud foto on dateeritud 4. novembril 2019 ja allolev foto on päev pärast plahvatust. / © Roskosmos.ru

Tohutu hulk maju sai erineval määral kannatada, hävingud mõjutasid pooled Beiruti hoonetest, umbes 300 tuhat elanikku jäi kodutuks. Liibanoni pealinna kuberneri Marwan Abboudi sõnul hinnatakse plahvatuse kahju suuruseks kolm kuni viis miljardit dollarit. Beiruti sadama kosmosest tehtud pildid, mis on tehtud enne ja pärast tragöödiat, näitavad pidevat hävingut kogu sadamaala ümber. Liibanonis on välja kuulutatud kolmepäevane lein.

Mis on ammooniumnitraat

Ammooniumnitraat ehk ammooniumnitraat on lämmastikhappe ammooniumisool, mille keemiline valem on NH₄NO₃ ja koosneb kolmest keemilisest elemendist – lämmastikust, vesinikust ja hapnikust. Kõrge lämmastikusisaldus (umbes kolmandik massist) taimedele kergesti omastataval kujul võimaldab ammooniumnitraati laialdaselt kasutada tõhusa lämmastikväetisena põllumajanduses.

Sellisena kasutatakse ammooniumnitraati nii puhtal kujul kui ka muude kompleksväetiste osana. Suurem osa maailmas toodetud salpeetrist kasutatakse just sellises mahus. Füüsiliselt on ammooniumnitraat valge kristalne aine, mis on tööstuslikul kujul erineva suurusega graanulite kujul.

See on hügroskoopne, st imab atmosfäärist hästi niiskust; säilitamise ajal on kalduvus paakuma, suurte tihedate masside moodustumiseks. Seetõttu ei ladustata ja transporditakse seda mitte tahke puistemassina, vaid tihedates ja vastupidavates kottides, mis ei võimalda moodustada suuri paakunud massi, mida on raske lahti saada.

Lõhketööd avakaevandustes, kasutades ammooniumnitraati tööstusliku lõhkeaine osana / ©Flickr.com.

Ammooniumnitraat on tugev oksüdeerija. Kolm hapnikuaatomit, mis moodustavad selle molekuli, moodustavad 60 protsenti massist. Teisisõnu, ammooniumnitraat on üle poole hapnikust, mis kuumutamisel oma molekulist kergesti vabaneb. Nitraadi termiline lagunemine toimub kahel põhilisel kujul: temperatuuril alla 200 kraadi laguneb see lämmastikoksiidiks ja veeks ning umbes 350 kraadisel ja kõrgemal temperatuuril tekib veega samaaegselt vaba lämmastik ja vaba hapnik. See jagab ammooniumnitraadi tugevate oksüdeerijate kategooriasse ja määrab selle kasutamise erinevate lõhkeainete tootmisel, mis nõuavad oksüdeerivat ainet.

Ammooniumnitraat – tööstuslike lõhkeainete komponent

Ammooniumnitraat sisaldub paljudes tööstuslikes lõhkeainetes ja seda kasutatakse laialdaselt, peamiselt kaevandustööstuses. Inimene pole veel leiutanud midagi tõhusamat kui plahvatus kivide hävitamiseks. Seetõttu põhineb peaaegu igasugune nendega tehtav töö plahvatusel: kaevandustest kaevandamisest avaraiete ja karjäärideni.

Kaevandustööstus tarbib tohutul hulgal lõhkeaineid ning igal kaevandusettevõttel või söekaevandusel on alati oma tehas lõhkeainete tootmiseks, mida kulub suures koguses. Ammooniumnitraadi suhteline odavus võimaldab seda kasutada erinevate tööstuslike lõhkeainete masstootmiseks.

Ja siin võime märkida ammooniumnitraadi plahvatusohtlike süsteemide moodustumise hämmastavat laiust. Segades nitraati sõna otseses mõttes mis tahes põleva ainega, saate plahvatusohtliku süsteemi. Nitraadi segud tavalise alumiiniumipulbriga moodustavad ammonaale, mida seetõttu nimetatakse AMMONIUMnitraadiks – ALUMIINIUM. 80% ammonaali massist on ammooniumnitraat. Ammonaalid on väga tõhusad, nad on head kivimite lõhkamisel, teatud sorte nimetatakse kiviammonaalideks.

Massiline plahvatus kaevandamistööde ajal / © Flickr.com.

Kui immutate nitraati diislikütusega, saate teise klassi tööstuslikke lõhkeaineid - igdaniite, mis on saanud nime Mäeinstituudi, NSV Liidu Teaduste Akadeemia Mäeinstituudi järgi. Salpeter on võimeline moodustama plahvatusohtlikke segusid, kui see on immutatud praktiliselt igasuguse tuleohtliku vedelikuga, alates taimeõlist kuni kütteõlini. Teised nitraadipõhiste lõhkeainete klassid kasutavad erinevate lõhkeainete lisandeid: näiteks ammoniidid (need pole ainult fossiilsed peajalgsed) sisaldavad TNT-d või RDX-i. Puhtal kujul on ammooniumnitraat samuti plahvatusohtlik ja võib plahvatada. Kuid selle plahvatamine erineb tööstuslike või sõjaliste lõhkeainete plahvatusest. Mida täpselt? Tuletagem lühidalt meelde, mis on detonatsioon ja kuidas see erineb tavalisest põlemisest.

Mis on detonatsioon

Põlemisreaktsioonide alamiseks põlevates ainetes tuleb kütuse ja oksüdeerija aatomid vabastada ja lähendada, kuni nende vahel tekivad keemilised sidemed. Nende vabastamine molekulidest, milles need asuvad, tähendab nende molekulide hävitamist: see soojendab molekule nende lagunemistemperatuurini. Ja sama kuumutamine viib kütuse ja oksüdeerija aatomid kokku nendevahelise keemilise sideme tekkeks – keemiliseks reaktsiooniks.

Tavalisel põlemisel – mida nimetatakse deflagratsiooniks – kuumutatakse reagendid tavalise soojusülekandega leegi esiosast. Leek soojendab põleva aine kihte ja selle kuumutamise mõjul lagunevad ained enne keemiliste põlemisreaktsioonide algust. Detonatsioonimehhanism on erinev. Selles kuumutatakse ainet enne keemiliste reaktsioonide algust kõrge astme mehaanilise kokkusurumise tõttu - nagu teate, kuumeneb aine tugeva kokkusurumise korral.

Selline kokkusurumine annab lööklaine, mis läbib detoneerivat lõhkeainetükki (või lihtsalt ruumala, kui plahvatab vedelik, gaasisegu või mitmefaasiline süsteem: näiteks söe suspensioon õhus). Lööklaine surub kokku ja soojendab ainet, põhjustab selles keemilisi reaktsioone koos suure soojushulga eraldumisega ja saab ise selle otse sellesse eralduva reaktsioonienergia toiteks.

Ja siin on väga oluline detonatsioonikiirus - see tähendab ainet läbiva lööklaine kiirus. Mida suurem see on, seda võimsam on plahvatusohtlik tegevus. Tööstuslike ja sõjaliste lõhkeainete puhul on detonatsioonikiirus mitu kilomeetrit sekundis – umbes 5 km/s ammonaalide ja ammoniidide puhul ning 6–7 km/s TNT puhul 8 km/sek RDX ja 9 km/s HMX puhul. Mida kiirem on detonatsioon, seda suurem on lööklaines energiatihedus, seda tugevam on selle hävitav mõju lõhkekeha tüki piiridest väljumisel.

Kui lööklaine ületab materjalis helikiirust, purustab see selle tükkideks – seda nimetatakse lõhkamiseks. Just see lõhub kildudeks granaadi, mürsu ja pommi kere, purustab kivid lõhkeainega täidetud puuraugu või puuraugu ümber.

Lõhkeainetükist kaugenedes lööklaine võimsus ja kiirus vähenevad ning teatud lühikese vahemaa tagant ei suuda see enam ümbritsevat ainet purustada, vaid saab sellele oma survega mõjuda, tõugata, kortsuda, hajutada, visata, viskama. Sellist pressimist, purustamist ja viskamist nimetatakse plahvatusohtlikuks.

Nitraadi detonatsiooni tunnused

Tööstuslik ammooniumnitraat ilma lõhkeaineid moodustavate lisanditeta võib samuti plahvatada, nagu eespool märkisime. Selle detonatsioonikiirus on erinevalt tööstuslikest lõhkeainetest suhteliselt madal: umbes 1,5-2,5 km / sek. Detonatsioonikiiruse levik sõltub paljudest teguritest: milliste graanulite kujul on salpeet, kui tihedalt need kokku surutakse, milline on salpeetri praegune niiskusesisaldus ja paljudest teistest.

Seetõttu ei moodusta salpeeter lõhkamist – see ei purusta ümbritsevaid materjale. Kuid nitraadi plahvatusohtlik mõju on üsna käegakatsutav. Ja konkreetse detonatsiooni võimsus sõltub selle kogusest. Suurte plahvatusohtlike masside korral võib plahvatuse plahvatusohtlik mõju ulatuda mis tahes tasemeni.

Beiruti plahvatuse tagajärjed / © "Lenta.ru"

Rääkides detonatsioonist, märgime veel ühe olulise punkti - kuidas see algab. Tõepoolest, selleks, et kokkusurumise lööklaine läbiks lõhkeaine, tuleb see kuidagi käivitada, millegagi luua. Lihtsalt lõhkeainetüki süütamine ei anna detonatsiooni algatamiseks vajalikku mehaanilist kokkusurumist.

Nii on väikestel tikuga põlema pandud TNT tükkidel täiesti võimalik kruusis teed keeta - need põlevad iseloomuliku kahinaga, mõnikord suitsevad, kuid põlevad vaikselt ja plahvatuseta. (Kirjeldus ei ole soovituslik tee keetmiseks! Ohtlik on ikkagi, kui tükid on suured või saastunud.) Detonatsiooni käivitamiseks on vaja detonaatorit – väikest seadet, mille lõhkeaine põhikorpusesse on sisestatud spetsiaalne lõhkelaeng. Tihedalt põhilaengusse sisestatud detonaatori plahvatus käivitab lööklaine ja selles detonatsiooni.

Mis võis plahvatuse põhjustada

Kas detonatsioon võib toimuda spontaanselt? Võib-olla: tavaline põlemine on võimeline muutuma detonatsiooniks, kui seda kiirendada, koos selle põlemise intensiivsuse suurenemisega. Kui süüdate hapnikusegu vesinikuga - plahvatusohtlik gaas -, hakkab see vaikselt põlema, kuid leegifrondi kiirenedes muutub põlemine detonatsiooniks.

Mitmefaasiliste gaasisüsteemide, nagu kõikvõimalikud suspensioonid ja aerosoolid, mida kasutatakse laskemoonas mahulise plahvatuse jaoks, läheb kiiresti üle detonatsiooniks. Raketikütuse põlemine võib muutuda detonatsiooniks ka siis, kui rõhk mootoris hakkab kiiresti, ebatavaliselt tõusma. Rõhu tõus, põlemise kiirenemine - need on tavalisest põlemisest detonatsioonile ülemineku eeltingimused.

Samuti võivad põlemiskatalüsaatorid olla erinevad lisandid, saasteained, lisandid - täpsemalt need või nende komponendid, mis aitavad kaasa kohalikule üleminekule detonatsioonile. Oksüdeerunud, roostes laskemoon plahvatab tõenäolisemalt, kui lõhkeaine asub kere oksüdeerunud osa kõrval. Detonatsiooni käivitamisel on palju nüansse ja punkte, mida jätame välja, seega pöördume tagasi küsimuse juurde: kuidas sai salpeet laos plahvatada?

Ja siin on ilmne, et pürotehnika võiks suurepäraselt täita detonaatori rolli. Ei, vaevalt lihtsalt sibliv pulbrireket oma sädemetega suitsujõuga salpetri plahvatust põhjustas. Kuid video jäädvustab arvukalt massilisi puhanguid, mis sädelevad tulekahju suitsus enne salpeetri plahvatust. Need on ilutulestiku pürotehniliste komponentide hajutatud väikesed plahvatused. Need toimisid ilmselge detoneeriva algusena. Ei, need ei olnud tööstuslikud detonaatorid.

Kuid tulekahju, suurte soolapindade leegiga kuumutamise ja tuhandete pürotehniliste operatsioonide massilisuse tingimustes viidi need pürotehnilised raketid tõenäoliselt soola kuumutatud pinnale koos edasiste plahvatustega kuumas salpetris. Mingil hetkel toimus selle detonatsioon sellise löögi all - ja levis kogu salvestatud salpeetri massiivi.

Edasisi sündmusi on raske üksikasjalikult analüüsida ilma üksikasjaliku teabeta ja plahvatuspaiga uurimiseta. Pole teada, kui täielikult kõik 2750 tonni lõhkati. Detonatsioon ei ole mingi absoluutne algus, mis juhtub alati nii, nagu see on paberil kirjas. Juhtub, et kokku laotud TNT-brikett ei plahvata mitte kõiki: osa neist pudeneb lihtsalt külgedele, kui ei võeta usaldusväärseid meetmeid detonatsiooni ülekandmiseks nende vahel.

Pärast massilisi kivide plahvatusi, kui õhku lastakse sadu ja tuhandeid lõhkeainega täidetud kaevusid (neid saab lõhkeainega varustada terve kuu jooksul), sisenevad pärast tolmupilve settimist alati plahvatuspiirkonda ainult spetsialistid ja kontrollivad, mis plahvatas. ja mis ei plahvatanud. Samuti koguvad nad lõhkemata lõhkeaineid. Nii on ka Beiruti sadama laos asuva salpeetriga: kogu nitraadimassi plahvatuse detonatsiooni täielikkust on raske kindlaks teha, kuid on selge, et see oli üsna suur.

Beiruti plahvatuse tunnused

Plahvatuse pilt vastab hästi nitraadi detonatsioonile. Plahvatuse järgne suur punakaspruuni suitsusammas on tüüpiline pilve värv punaste lämmastikoksiididega, mida plahvatuses nitraadi lagunemisel eraldub suurtes kogustes. Nitraadi väikese detonatsioonikiiruse tõttu ei toimunud massilist purustamist.

Seetõttu ei tekkinud plahvatuspaika suurt kraatrit: muulide ja ladude betoonist maakatte materjalid ei olnud üksikasjalikud, mistõttu neid ei visatud. Tänu sellele ei pommitatud linna plahvatuse piirkonnast lendavate tükkidega ning plahvatuse tagajärjel tekkinud lendavate tükkide ja kildude kõrge sultan ei tõusnud plahvatuse kohast kõrgemale.

Suitsusammas, mis on värvitud ammooniumnitraadi lagunemise käigus eralduvate lämmastikoksiidide poolt / © dnpr.com.ua.

Samas andis gaasiliste põlemisproduktide – veeauru, lämmastikoksiidide – rohke eraldumine plahvatusest pildile mahulise plahvatuse tunnused. Lisaks kiiresti mööduvale, piisavalt võimsale ja kiire uduseinana nähtavale lööklainele on võttel näha lähenevat paisuvate plahvatusgaaside seina, mis on segunenud tolmuga ja paisuvad kiirel lähenemisel maapinnalt üles. See on tüüpiline väikese detonatsioonikiirusega suurte plahvatuste korral.

Suure tõenäosusega hoonete kahjustuste iseloom näitab, et neid ei mõjutanud mitte ainult lööklaine ise - võimas, kuid lühiajaline -, vaid ka pikem kokkupuude plahvatusalast hajutatud paisuva gaasi-õhu vooluga.

Nitraadiplahvatused Beirutis

Lämmastikhappesooladel põhinevate väetiste plahvatusi on varemgi ette tulnud, need on hästi teada, selliseid juhtumeid on ajaloos palju. Nii plahvatas 1. septembril 2001 Toulouse’is ettevõtte Grande Paroisse väetisetehases angaar, milles plahvatas 300 tonni ammooniumnitraati. Hukkus umbes 30 inimest, tuhanded said vigastada. Paljud Toulouse'i hooned said kannatada.

Varem, 16. aprillil 1947, toimus USA-s Texas City sadamas laeva "Grancan" pardal 2100 tonni ammooniumnitraadi plahvatus. Sellele eelnes tulekahju laeval – sarnane olukord ja sündmuste jada. Plahvatus põhjustas tulekahjusid ja plahvatusi lähedal asuvatel laevadel ja naftahoidlates. Hukkus umbes 600 inimest, sadu jäi teadmata kadunuks, üle viie tuhande sai vigastada.

21. septembril 1921 plahvatas Baieris Oppau linna lähedal BASF-i keemiatehases 12 tuhat tonni ammooniumsulfaadi ja ammooniumnitraadi segu. Sellise jõu plahvatus moodustas tohutu kraatri, kaks lähimat küla pühiti maamunalt ja Oppau linn hävis.

Põhja-Korea linnas Ryongcheoni linnas toimus 2004. aastal katastroofiline ammooniumnitraadi plahvatus koos suure hävingu ja arvukate ohvritega; 2013. aastal USA-s Texase osariigis Westi linnas; 2015. aastal Hiinas Tianjini sadamalinnas. Ja nimekiri jätkub.

Kahjuks jääb ammooniumnitraat koos kõigi tohutute eelistega, mida see inimesele toob, ohtlikuks objektiks, mille käitlemisel tuleb järgida mitmeid ohutusnõudeid. Ja ettevaatamatus või hooletus võib põhjustada uusi tragöödiaid, mille ennetamine nõuab nii nitraadi käitlemise reeglite karmistamist kui ka vastutuse suurendamist nende järgimise ja rakendamise eest.