Naučni pogled: Karakteristike eksplozije u Bejrutu

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-16 15:59

Tragična vijest o ogromnoj eksploziji u Bejrutu, koja je zauzela prve redove novinskih izvora, postavlja prirodna pitanja: kako se to moglo dogoditi, šta je tu eksplodiralo, zbog kojih faktora su takvi incidenti mogući? Da bismo to shvatili, pogledajmo pobliže svojstva amonijum nitrata i opasnosti povezane s njim.

Šta se desilo u Bejrutu

Ukratko, situacija izgleda ovako: prije šest godina, brod Rhosus ušao je u morsku luku Bejrut na neplaniranu popravku. Pripadao je kompaniji Igora Grečuškina, rodom iz Habarovska. Lučke vlasti nisu pustili brod zbog nedostataka u sigurnosnim sistemima i dokumentima o teretu. Postepeno je tim napuštao Rhosus, a njegov teret, koji se sastojao od 2.750 tona amonijum nitrata, prebačen je u skladište u luci, gde je bio skladišten narednih šest godina. Uslovi skladištenja su se pokazali nedovoljno pouzdanim, pa su, kako bi se ograničio pristup ovom teretu, izvršeni zavarivački radovi na skladištu, zbog nepravilne organizacije bezbednosti, pirotehnička sredstva smeštena u istom skladištu su se naknadno zapalila.

Izbio je požar, podržan sagorevanjem i vatrometom. Nakon nekog vremena, uskladišteni amonijum nitrat je detonirao. Udarni val od ove eksplozije nanio je veliki štetan utjecaj na okolna područja Bejruta: danas ima više od 130 mrtvih ljudi, a njihov broj i dalje raste kako se sve više tijela otkriva prilikom rastavljanja ruševina zgrada i objekata. Povrijeđeno je više od pet hiljada ljudi.

Fotografije iz svemira snimljene satelitom Kanopus-V. Fotografija iznad je datirana 4. novembra 2019. godine, a fotografija ispod je dan nakon eksplozije. / © Roskosmos.ru

Ogroman broj kuća je oštećen u različitom stepenu, razaranjem je zahvaćena polovina zgrada u Bejrutu, oko 300 hiljada stanovnika ostalo je bez krova nad glavom. Prema riječima guvernera libanske prijestolnice Marwana Abbouda, šteta od eksplozije procjenjuje se na između tri i pet milijardi dolara. Slike iz svemira luke Bejrut, snimljene prije i nakon tragedije, prikazuju područje neprekidnog razaranja oko čitavog lučkog područja. U Libanu je proglašena trodnevna žalost.

Šta je amonijum nitrat

Amonijum nitrat, ili amonijum nitrat, je amonijumova so azotne kiseline, ima hemijsku formulu NH₄NO₃ i sastoji se od tri hemijska elementa - azota, vodonika i kiseonika. Visok sadržaj azota (oko trećine težine) u obliku koji biljke lako asimiliraju omogućava široku upotrebu amonijum nitrata kao efikasnog azotnog đubriva u poljoprivredi.

Kao takav, amonijum nitrat se koristi i u čistom obliku i kao dio drugih kompleksnih gnojiva. Najveći dio salitre proizvedene u svijetu koristi se upravo u tom svojstvu. Fizički, amonijum nitrat je bijela kristalna supstanca, u industrijskom obliku u obliku granula različitih veličina.

Higroskopan je, odnosno dobro upija vlagu iz atmosfere; tokom skladištenja ima tendenciju zgrušavanja, formiranja velikih gustih masa. Stoga se skladišti i transportuje ne u obliku čvrste rasute mase, već u gustim i izdržljivim vrećama koje ne dopuštaju stvaranje velikih zgrušanih masa koje je teško olabaviti.

Radovi miniranja u površinskim rudnicima upotrebom amonijum nitrata kao dela industrijskog eksploziva / ©Flickr.com.

Amonijum nitrat je jako oksidaciono sredstvo. Tri atoma kiseonika koji čine njegovu molekulu čine 60 posto mase. Drugim riječima, amonijum nitrat je više od pola kisika, koji se lako oslobađa iz svoje molekule kada se zagrije. Termička razgradnja nitrata odvija se u dva glavna oblika: na temperaturama ispod 200 stepeni razlaže se na azot-oksid i vodu, a na temperaturama od oko 350 stepeni i više, istovremeno sa vodom nastaju slobodni azot i slobodni kiseonik. Ovo odvaja amonijum nitrat u kategoriju jakih oksidanata i predodređuje njegovu upotrebu u proizvodnji raznih eksploziva, koji zahtevaju oksidaciono sredstvo.

Amonijum nitrat - komponenta industrijskog eksploziva

Amonijum nitrat je uključen u mnoge vrste industrijskih eksploziva i u tome se široko koristi, uglavnom u rudarskoj industriji. Čovjek još nije izmislio ništa efikasnije od eksplozije za uništavanje stijena. Stoga se gotovo svaki rad s njima temelji na eksploziji: od rudarenja u rudnicima do otvorenih kopova i kamenoloma.

Rudarska industrija troši ogromne količine eksploziva, a svako rudarsko preduzeće ili rudnik uglja uvijek ima svoj pogon za proizvodnju eksploziva koji se troši u velikim količinama. Relativna jeftinost amonijum nitrata omogućava njegovu upotrebu za masovnu proizvodnju raznih industrijskih eksploziva.

I ovdje možemo primijetiti nevjerovatnu širinu formiranja eksplozivnih sistema pomoću amonijum nitrata. Miješanjem nitrata s doslovno bilo kojom zapaljivom tvari, možete dobiti eksplozivni sistem. Mješavine nitrata sa običnim aluminijskim prahom formiraju amonale, koje se stoga nazivaju AMONIJEM nitrat - ALUMINIJUM. 80% mase amonala je amonijum nitrat. Amonali su veoma efikasni, dobri su u miniranju kamenja, određene sorte se nazivaju amonalima.

Masivna eksplozija tokom rudarskih operacija / © Flickr.com.

Ako nitrat impregnirate dizel gorivom, dobijate drugu klasu industrijskog eksploziva - igdanite, nazvanu po Institutu za rudarstvo, Institutu za rudarstvo Akademije nauka SSSR-a. Saltitra je sposobna formirati eksplozivne smjese kada je impregnirana praktično bilo kojom zapaljivom tekućinom, od biljnog ulja do lož ulja. Druge klase eksploziva na bazi nitrata koriste aditive raznih eksploziva: na primjer, amoniti (ovo nisu samo fosilni glavonošci) sadrže TNT ili RDX. U svom čistom obliku, amonijum nitrat je takođe eksplozivan i može detonirati. Ali njegova detonacija se razlikuje od detonacije industrijskog ili vojnog eksploziva. Sta tacno? Podsjetimo se ukratko što je detonacija i po čemu se razlikuje od običnog sagorijevanja.

Šta je detonacija

Da bi počele reakcije sagorijevanja u zapaljivim tvarima, atomi goriva i oksidatora moraju se osloboditi i zbližiti dok se između njih ne formiraju kemijske veze. Osloboditi ih od molekula u kojima se nalaze znači uništiti te molekule: to se molekule zagrijavaju do temperature njihovog raspadanja. I isto zagrijavanje spaja atome goriva i oksidatora do stvaranja kemijske veze između njih - do kemijske reakcije.

U normalnom sagorijevanju - zvanom deflagracija - reaktanti se zagrijavaju normalnim prijenosom topline sa fronta plamena. Plamen zagrijava slojeve zapaljive tvari, a pod utjecajem tog zagrijavanja tvari se razlažu prije početka kemijskih reakcija sagorijevanja. Mehanizam detonacije je drugačiji. U njemu se tvar zagrijava prije početka kemijskih reakcija zbog mehaničke kompresije visokog stupnja - kao što znate, pod jakom kompresijom, tvar se zagrijava.

Takva kompresija daje udarni talas koji prolazi kroz detonirajući komad eksploziva (ili jednostavno zapreminu, ako detonira tečnost, gasna mešavina ili višefazni sistem: na primer, suspenzija uglja u vazduhu). Udarni val sabija i zagrijava supstancu, izaziva kemijske reakcije u njoj uz oslobađanje velike količine topline i sam se hrani energijom te reakcije koja se oslobađa direktno u nju.

I ovdje je brzina detonacije vrlo važna - odnosno brzina udarnog vala koji prolazi kroz tvar. Što je veći, to je eksploziv snažniji, eksplozivno djelovanje. Za industrijske i vojne eksplozive, brzina detonacije je nekoliko kilometara u sekundi - od oko 5 km/s za amonale i amonite i 6-7 km/s za TNT do 8 km/s za RDX i 9 km/s za HMX. Što je detonacija brža, to je veća gustoća energije u udarnom valu, jači je njegov destruktivni učinak kada napusti granice komada eksploziva.

Ako udarni val premašuje brzinu zvuka u materijalu, on ga drobi u komade - to se naziva djelovanjem miniranja. To je ono što razbija tijelo granate, projektila i bombe u fragmente, drobi kamenje oko bušotine ili bušotine ispunjene eksplozivom.

Udaljavanjem od komada eksploziva smanjuje se snaga i brzina udarnog vala, a sa određene kratke udaljenosti on više ne može zgnječiti okolnu tvar, već može djelovati na nju svojim pritiskom, guranjem, zgnječenjem, raspršivanjem, bacanjem, bacanje. Takvo djelovanje pritiska, drobljenja i bacanja naziva se visokoeksplozivnim.

Karakteristike detonacije nitrata

Industrijski amonijum nitrat bez ikakvih aditiva koji stvaraju eksploziv, kao što smo već napomenuli, takođe može detonirati. Njegova brzina detonacije, za razliku od industrijskih eksploziva, relativno je niska: oko 1,5-2,5 km / sec. Širenje brzine detonacije zavisi od mnogih faktora: u obliku kojih je granula salitra, koliko su čvrsto stisnute, koliki je trenutni sadržaj vlage u salitri i mnogim drugim.

Stoga, salitra ne stvara djelovanje miniranja - ne drobi okolne materijale. Ali visokoeksplozivni učinak detonacije nitrata proizvodi prilično opipljiv. A snaga određene detonacije zavisi od njene količine. Sa velikim eksplozivnim masama, visokoeksplozivni efekat eksplozije može dostići destruktivnost bilo kog nivoa.

Posledice eksplozije u Bejrutu / © "Lenta.ru"

Govoreći o detonaciji, napominjemo još jednu važnu tačku - kako ona počinje. Zaista, da bi udarni val kompresije prošao kroz eksploziv, on se mora nekako pokrenuti, nečim stvoriti. Jednostavno paljenje komada eksploziva ne osigurava mehaničku kompresiju potrebnu za pokretanje detonacije.

Dakle, na malim komadićima TNT-a, zapaljenim šibicom, sasvim je moguće skuhati čaj u šolji - oni gore s karakterističnim šištanjem, ponekad dime, ali gore tiho i bez eksplozije. (Opis nije preporuka za pravljenje čaja! Još uvijek je opasno ako su komadi veliki ili kontaminirani.) Za aktiviranje detonacije potreban vam je detonator - mala naprava sa posebnim eksplozivnim punjenjem umetnutom u glavni dio eksploziva. Eksplozija detonatora, čvrsto umetnutog u glavno punjenje, pokreće udarni val i detonaciju u njemu.

Šta je moglo izazvati detonaciju

Može li se detonacija dogoditi spontano? Možda: obično sagorevanje može da pređe u detonaciju kada se ubrza, sa povećanjem intenziteta ovog sagorevanja. Ako zapalite mješavinu kisika i vodika - eksplozivnog plina - ona će početi tiho gorjeti, ali kako se front plamena ubrzava, izgaranje će se pretvoriti u detonaciju.

Sagorevanje višefaznih gasnih sistema, kao što su sve vrste suspenzija i aerosola, koji se koriste u municiji za volumetrijsku eksploziju, brzo se pretvara u detonaciju. Sagorijevanje pogonskog goriva također može prerasti u detonaciju ako tlak u motoru počne naglo rasti, na način koji nije projektovan. Povećanje tlaka, ubrzanje sagorijevanja - to su preduvjeti za prijelaz sa običnog izgaranja na detonaciju.

Također, katalizatori sagorijevanja mogu biti različiti aditivi, zagađivači, nečistoće - točnije, oni ili njihove komponente, što će doprinijeti lokalnom prelasku u detonaciju. Vjerojatnije je da će oksidirana, zarđala municija detonirati ako je eksploziv u blizini oksidiranog dijela trupa. Mnogo je nijansi i točaka u pokretanju detonacije koje ćemo izostaviti, pa se vratimo na pitanje: kako bi salitra mogla detonirati u skladištu?

I ovdje je očito da bi pirotehnika savršeno mogla igrati ulogu detonatora. Ne, samo šištavi reket baruta jedva je izazvao detonaciju salitre svojom snagom dima sa iskrama. Ali video bilježi brojne masovne pojave koje svjetlucaju u dimu vatre prije eksplozije šalitre. Riječ je o malim eksplozijama razbacanih pirotehničkih komponenti vatrometa. Oni su poslužili kao očigledan detonirajući početak. Ne, nisu bili industrijski detonatori.

Ali u uslovima požara, zagrevanja velikih površina salitre plamenom i masivnosti hiljada pirotehničkih operacija koje se dešavaju, ove pirotehničke rakete su verovatno unete u zagrejanu površinu salitre sa daljim eksplozijama u vrućoj salitri. U nekom trenutku je došlo do njegove detonacije pod takvim udarom - i proširila se na čitav niz uskladištene salitre.

Teško je detaljnije analizirati dalje događaje bez detaljnih informacija i proučavanja mjesta eksplozije. Nije poznato koliko je u potpunosti detonirano svih 2750 tona. Detonacija nije neki apsolutni početak koji se uvijek dešava onako kako je napisano na papiru. Dešava se da skupljeni TNT briketi ne detoniraju svi: neki se jednostavno raspršuju u stranu, ako se ne preduzmu pouzdane mjere za prijenos detonacije između njih.

Nakon masivnih eksplozija kamenja, kada se raznesu stotine i hiljade bunara napunjenih eksplozivom (mogu biti opremljeni eksplozivom cijeli mjesec), nakon što se oblak prašine slegne, u zonu eksplozije uvijek prvo uđu stručnjaci i pregledaju šta je eksplodiralo. a šta nije eksplodiralo. Oni također prikupljaju neeksplodirani eksploziv. Tako je i sa šalitrom u skladištu u luci Bejrut: potpunost detonacije eksplozije čitave mase nitrata teško je utvrditi, ali je jasno da je bila prilično velika.

Karakteristike eksplozije u Bejrutu

Sama slika eksplozije dobro odgovara detonaciji nitrata. Veliki stup crvenkasto-smeđeg dima nakon eksplozije je tipična boja oblaka sa crvenim azotnim oksidima, koji se oslobađaju u velikim količinama prilikom razgradnje nitrata u eksploziji. Zbog male brzine detonacije nitrata, nije došlo do masovnog drobljenja.

Zbog toga se na mjestu eksplozije nije formirao veliki krater: materijali stubova i betonskog pokrivača skladišta nisu detaljizirani, stoga nisu ni bačeni. Zbog toga nije bilo bombardovanja grada komadima koji su letjeli iz područja eksplozije, a visoki sultan letećih komada i krhotina nastalih eksplozijom nije se izdigao iznad mjesta eksplozije.

Stub dima, obojen emisijom azotnih oksida tokom razgradnje amonijum nitrata / © dnpr.com.ua.

U isto vrijeme, obilno oslobađanje plinovitih produkata izgaranja - vodene pare, dušikovih oksida - dalo je slici eksplozije karakteristike volumetrijske eksplozije. Pored brzo prolaznog udarnog vala, dovoljno snažnog i vidljivog kao brzi magloviti zid, na snimanju se vidi približavanje zida ekspanzionih gasova eksplozije, pomiješanih s prašinom i koji se naglo dižu s površine zemlje. Ovo je tipično za eksplozije velikih zapremina sa malom brzinom detonacije.

Priroda oštećenja zgrada sa velikom vjerovatnoćom će pokazati da je na njih utjecao ne samo udarni val - snažan, ali kratkotrajan - već i duže izlaganje rastućoj plinsko-zračnoj struji koja se raspršila iz područja eksplozije.

Eksplozije nitrata u Bejrutu

Eksplozije đubriva na bazi soli azotne kiseline dešavale su se i ranije, poznate su, takvih slučajeva u istoriji ima dosta. Tako je 1. septembra 2001. godine u Toulouseu, u fabrici đubriva kompanije Grande Paroisse, eksplodirao hangar u kojem je detonirano 300 tona amonijum nitrata. Oko 30 ljudi je poginulo, hiljade je povrijeđeno. Mnoge zgrade u Toulouseu su oštećene.

Ranije, 16. aprila 1947. godine, došlo je do eksplozije od 2.100 tona amonijum nitrata na brodu "Grancan" u luci Texas City, SAD. Prethodio je požar na brodu - slična situacija i slijed događaja. Eksplozija je izazvala požare i eksplozije na brodovima i skladištima nafte u blizini. Poginulo je oko 600 ljudi, stotine je nestalo, više od pet hiljada je povrijeđeno.

Dana 21. septembra 1921. godine, 12 hiljada tona mješavine amonijum sulfata i amonijum nitrata eksplodiralo je u hemijskoj tvornici BASF u blizini grada Oppau u Bavarskoj. Eksplozija takve snage formirala je ogroman krater, dva najbliža sela su zbrisana s lica zemlje, a grad Oppau je uništen.

Katastrofalne eksplozije amonijum nitrata sa velikim razaranjima i brojnim žrtvama dogodile su se 2004. godine u severnokorejskom gradu Ryongcheon; 2013. godine u gradu West u Teksasu, SAD; 2015. godine u lučkom gradu Tianjinu u Kini. I lista se nastavlja.

Nažalost, amonijum nitrat, sa svim ogromnim prednostima koje donosi čovjeku, ostaje opasan predmet koji zahtijeva poštivanje niza sigurnosnih zahtjeva pri rukovanju. A nepažnja ili nemar mogu uzrokovati nove tragedije, za čije sprječavanje je potrebno i pooštravanje pravila za rukovanje nitratima i povećanje odgovornosti za njihovo poštivanje i primjenu.