Znanstveni pogled: Značajke eksplozije u Bejrutu

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-16 16:06

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

Što se dogodilo u Bejrutu

Ukratko, situacija izgleda ovako: prije šest godina brod Rhosus ušao je u morsku luku Bejrut na neplanirani popravak. Pripadao je tvrtki Igora Grechushkina, rodom iz Habarovska. Lučke vlasti nisu pustili brod zbog nedostataka u sigurnosnim sustavima i dokumentima o teretu. Postupno je tim napuštao Rhosus, a njegov teret, koji se sastojao od 2750 tona amonijevog nitrata, prebačen je u skladište u luci, gdje je bio pohranjen sljedećih šest godina. Pokazalo se da su uvjeti skladištenja nedovoljno pouzdani, pa su, kako bi se ograničio pristup ovom teretu, na skladištu izvedeni zavarivački radovi, zbog nepravilne organizacije sigurnosti, pirotehnička sredstva pohranjena u istom skladištu su se naknadno zapalila.

Izbio je požar, potpomognut izgaranjem i vatrometom. Nakon nekog vremena, pohranjeni amonijev nitrat je detonirao. Udarni val ove eksplozije nanio je veliki štetni učinak na okolna područja Bejruta: danas ima više od 130 mrtvih ljudi, a njihov broj nastavlja rasti jer se otkriva sve više tijela tijekom rastavljanja ruševina zgrada i građevina. Više od pet tisuća ljudi je ozlijeđeno.

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

Ogroman broj kuća je oštećen u različitom stupnju, uništenje je zahvatilo polovicu zgrada u Bejrutu, oko 300 tisuća stanovnika ostalo je bez krova nad glavom. Prema riječima guvernera libanonske prijestolnice Marwana Abbouda, šteta od eksplozije procjenjuje se na između tri i pet milijardi dolara. Slike iz svemira bejrutske luke, snimljene prije i nakon tragedije, prikazuju područje neprekidnog razaranja oko cijelog lučkog područja. U Libanonu je proglašena trodnevna žalost.

Što je amonijev nitrat

Amonijev nitrat ili amonijev nitrat je amonijeva sol dušične kiseline, kemijske formule NH₄NO₃ i sastoji se od tri kemijska elementa - dušika, vodika i kisika. Visok sadržaj dušika (oko trećine težine) u obliku koji biljke lako asimiliraju omogućuje široku upotrebu amonijevog nitrata kao učinkovitog dušičnog gnojiva u poljoprivredi.

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

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

Radovi miniranja u površinskim rudnicima korištenjem amonijevog nitrata kao dijela industrijskog eksploziva / ©Flickr.com.

Amonijev nitrat je jako oksidacijsko sredstvo. Tri atoma kisika koji čine njegovu molekulu čine 60 posto mase. Drugim riječima, amonijev nitrat je više od pola kisika, koji se lako oslobađa iz svoje molekule kada se zagrijava. Toplinska razgradnja nitrata događa se u dva glavna oblika: pri temperaturama ispod 200 stupnjeva razlaže se na dušikov oksid i vodu, a na temperaturama od oko 350 stupnjeva i više, istovremeno s vodom nastaju slobodni dušik i slobodni kisik. To odvaja amonijev nitrat u kategoriju jakih oksidansa i predodređuje njegovu upotrebu u proizvodnji raznih eksploziva za koje je potrebno oksidacijsko sredstvo.

Amonijev nitrat - komponenta industrijskih eksploziva

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

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

I ovdje možemo primijetiti nevjerojatnu širinu stvaranja eksplozivnih sustava amonijevim nitratom. Miješanjem nitrata s doslovno bilo kojom zapaljivom tvari, možete dobiti eksplozivni sustav. Mješavine nitrata s običnim aluminijskim prahom tvore amonale, koji se stoga nazivaju AMONIJEV nitrat - ALUMINIJ. 80% mase amonala je amonijev nitrat. Amonali su vrlo učinkoviti, dobri su u miniranju stijena, određene sorte nazivaju se kamenim amonalima.

Masivna eksplozija tijekom rudarskih operacija / © Flickr.com.

Ako nitrat impregnirate dizelskim gorivom, dobivate drugu klasu industrijskih eksploziva - igdanite, nazvane po Institutu za rudarstvo, Institutu za rudarstvo Akademije znanosti SSSR-a. Saltitra je sposobna stvarati eksplozivne smjese kada je impregnirana gotovo bilo kojom zapaljivom tekućinom, od biljnog ulja do loživog ulja. Druge klase eksploziva na bazi nitrata koriste aditive raznih eksploziva: na primjer, amoniti (to nisu samo fosilni glavonošci) sadrže TNT ili RDX. U svom čistom obliku, amonijev nitrat je također eksplozivan i može detonirati. Ali njegova se detonacija razlikuje od detonacije industrijskog ili vojnog eksploziva. Što točno? Prisjetimo se ukratko što je detonacija i po čemu se razlikuje od običnog izgaranja.

Što je detonacija

Da bi počele reakcije izgaranja u zapaljivim tvarima, atomi goriva i oksidansa moraju se osloboditi i zbližiti dok se između njih ne formiraju kemijske veze. Otpustiti ih iz molekula u kojima se nalaze znači uništiti te molekule: to se molekule zagrijava do temperature njihovog raspadanja. I isto zagrijavanje spaja atome goriva i oksidansa u stvaranje kemijske veze između njih - do kemijske reakcije.

Kod normalnog izgaranja – zvanog deflagracija – reaktanti se zagrijavaju normalnim prijenosom topline s fronte plamena. Plamen zagrijava slojeve zapaljive tvari, a pod utjecajem tog zagrijavanja tvari se razgrađuju prije početka kemijskih reakcija izgaranja. Mehanizam detonacije je drugačiji. U njemu se tvar zagrijava prije početka kemijskih reakcija zbog mehaničke kompresije visokog stupnja - kao što znate, pod jakim kompresijom, tvar se zagrijava.

Takva kompresija daje udarni val koji prolazi kroz detonirajući komad eksploziva (ili jednostavno volumen, ako detonira tekućina, plinska smjesa ili višefazni sustav: na primjer, suspenzija ugljena u zraku). Udarni val sabija i zagrijava tvar, uzrokuje kemijske reakcije u njoj s oslobađanjem velike količine topline i sam se hrani tom reakcijskom energijom koja se oslobađa izravno u nju.

I ovdje je brzina detonacije vrlo važna - odnosno brzina udarnog vala koji prolazi kroz tvar. Što je veći, to je eksploziv snažnije, 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 razorni 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 s određene kratke udaljenosti on više ne može zdrobiti okolnu tvar, već može djelovati na nju svojim pritiskom, guranjem, zgnječenjem, raspršivanjem, bacanjem, bacanje. Takvo djelovanje pritiskanja, drobljenja i bacanja naziva se visokoeksplozivnim.

Značajke detonacije nitrata

Industrijski amonijev nitrat bez ikakvih aditiva koji tvore eksplozive, kao što smo već spomenuli, također može detonirati. Njegova brzina detonacije, za razliku od industrijskih eksploziva, relativno je niska: oko 1,5-2,5 km / sec. Širenje brzine detonacije ovisi o mnogim čimbenicima: u obliku kojih je granula salitra, koliko su čvrsto stisnute, kolika je trenutna vlažnost salitre i mnogi drugi.

Stoga salitra ne stvara djelovanje pjeskarenja - ne drobi okolne materijale. Ali visokoeksplozivni učinak detonacije nitrata proizvodi prilično opipljiv. A snaga određene detonacije ovisi o njezinoj količini. Uz velike eksplozivne mase, visokoeksplozivni učinak eksplozije može doseći destruktivnost bilo koje razine.

Posljedice eksplozije u Bejrutu / © "Lenta.ru"

Govoreći o detonaciji, napominjemo još jednu važnu točku - kako ona počinje. Doista, 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 kuhati čaj u šalici - oni gore s karakterističnim šištanjem, ponekad dime, ali gore tiho i bez eksplozije. (Opis nije preporuka za kuhanje čaja! Još uvijek je opasno ako su komadi veliki ili kontaminirani.) Za aktiviranje detonacije potreban vam je detonator - mala naprava s posebnim eksplozivnim punjenjem umetnutom u glavninu eksploziva. Eksplozija detonatora, čvrsto umetnutog u glavno punjenje, pokreće udarni val i detonaciju u njemu.

Što je moglo uzrokovati detonaciju

Može li se detonacija dogoditi spontano? Možda: obično se izgaranje može pretvoriti u detonaciju kada se ubrza, s povećanjem intenziteta tog izgaranja. Ako zapalite smjesu kisika s vodikom - eksplozivni plin - počet će tiho gorjeti, ali kako se fronta plamena ubrzava, izgaranje će se pretvoriti u detonaciju.

Izgaranje višefaznih plinskih sustava, kao što su sve vrste suspenzija i aerosola, koji se koriste u streljivima za volumetrijsku eksploziju, brzo se pretvara u detonaciju. Izgaranje pogonskog goriva također se može pretvoriti u detonaciju ako tlak u motoru počne naglo rasti, na način koji nije projektiran. Povećanje tlaka, ubrzanje izgaranja - to su preduvjeti za prijelaz s običnog izgaranja na detonaciju.

Također, katalizatori izgaranja mogu biti različiti aditivi, onečišćenja, nečistoće - točnije, oni ili njihove komponente, što će pridonijeti lokalnom prijelazu na detonaciju. Vjerojatnije je da će oksidirano, zarđalo streljivo 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 teško je izazvao detonaciju salitre svojom snagom dima s iskrama. Ali video bilježi brojne goleme pojave koje svjetlucaju u dimu vatre prije eksplozije salitre. Riječ je o malim eksplozijama raspršenih pirotehničkih komponenti vatrometa. Oni su poslužili kao očiti detonirajući početak. Ne, nisu bili industrijski detonatori.

Ali u uvjetima požara, zagrijavanja velikih površina salitre plamenom i masivnosti tisuća pirotehničkih radnji koje su se događale, te su pirotehničke rakete vjerojatno unesene u zagrijanu površinu salitre uz daljnje eksplozije u vrućoj salitri. U nekom trenutku je došlo do njezine detonacije pod takvim udarom - i proširila se na cijeli niz uskladištene salitre.

Teško je detaljnije analizirati daljnje 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 događa kako je napisano na papiru. Događa se da skupljeni TNT briketi ne detoniraju svi: neki se jednostavno raspršuju u stranu, ako se ne poduzmu pouzdane mjere za prijenos detonacije između njih.

Nakon masivnih eksplozija stijena, kada se raznesu stotine i tisuće bunara ispunjenih eksplozivom (mogu biti opremljeni eksplozivom cijeli mjesec), nakon što se oblak prašine slegne, uvijek samo stručnjaci prvo uđu u zonu eksplozije i pregledaju što je eksplodiralo. a što nije eksplodiralo. Skupljaju i neeksplodirani eksploziv. Tako je i sa salitrom u skladištu u luci Beirut: potpunost detonacije eksplozije cjelokupne mase nitrata teško je utvrditi, ali je jasno da je bila prilično velika.

Značajke eksplozije u Bejrutu

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

Stoga se na mjestu eksplozije nije stvorio veliki krater: materijali stupova i betonski pokrivač skladišta nisu detaljizirani, stoga nisu ni bačeni. Zbog toga nije bilo bombardiranja grada komadima koji su letjeli iz područja eksplozije, a visoki sultan letećih komada i krhotina nastalih eksplozijom nije se uzdigao iznad mjesta eksplozije.

Stup dima, obojen emisijom dušikovih oksida tijekom razgradnje amonijevog nitrata / © dnpr.com.ua.

Istodobno, obilno oslobađanje plinovitih produkata izgaranja - vodene pare, dušikovih oksida - dalo je slici eksplozije značajke volumetrijske eksplozije. Osim brzo prolaznog udarnog vala, dovoljno snažnog i vidljivog kao brzi magloviti zid, na snimanju se vidi približavanje zida ekspanzionih plinova eksplozije, pomiješanih s prašinom i koji se brzim približavanjem dižu s površine zemlje. To je tipično za eksplozije velikih volumena s malom brzinom detonacije.

Priroda oštećenja zgrada s velikom vjerojatnošću će pokazati da na njih nije utjecao samo udarni val - snažan, ali kratkotrajan - već i dulja izloženost širenju plinsko-zračne struje raspršene iz područja eksplozije.

Eksplozije nitrata u Bejrutu

Eksplozije gnojiva na bazi soli dušične kiseline događale su se i prije, poznate su, takvih je slučajeva u povijesti puno. Tako je 1. rujna 2001. u Toulouseu, u tvornici gnojiva tvrtke Grande Paroisse, eksplodirao hangar u kojem je detonirano 300 tona amonijevog nitrata. Oko 30 ljudi je poginulo, tisuće je ozlijeđeno. Mnoge zgrade u Toulouseu su oštećene.

Ranije, 16. travnja 1947., došlo je do eksplozije od 2100 tona amonijevog 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. Ubijeno je oko 600 ljudi, stotine je nestalo, više od pet tisuća je ozlijeđeno.

Dana 21. rujna 1921. u kemijskoj tvornici BASF u blizini grada Oppaua u Bavarskoj eksplodiralo je 12 tisuća tona mješavine amonijevog sulfata i amonijevog nitrata. Eksplozija takve snage stvorila je ogroman krater, dva najbliža sela zbrisana su s lica zemlje, a grad Oppau je uništen.

Katastrofalne eksplozije amonijevog nitrata s velikim razaranjima i brojnim žrtvama dogodile su se 2004. u sjevernokorejskom gradu Ryongcheonu; 2013. godine u gradu West u Teksasu, SAD; 2015. godine u lučkom gradu Tianjinu u Kini. I popis se nastavlja.

Nažalost, amonijev nitrat, uz sve ogromne prednosti koje donosi čovjeku, ostaje opasan predmet koji zahtijeva poštivanje brojnih sigurnosnih zahtjeva u rukovanju. A nepažnja ili nemar mogu uzrokovati nove tragedije, za čije sprječavanje je potrebno i pooštravanje pravila postupanja s nitratima i povećanje odgovornosti za njihovo poštivanje i provedbu.