Vitenskapelig syn: Funksjoner ved eksplosjonen i Beirut

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

Den tragiske nyheten om en enorm eksplosjon i Beirut, som tok de første linjene med nyhetsressurser, reiser naturlige spørsmål: hvordan kunne dette ha skjedd, hva eksploderte der, på grunn av hvilke faktorer er slike hendelser mulige? For å finne ut av det, la oss se nærmere på egenskapene til ammoniumnitrat og farene forbundet med det.

Hva skjedde i Beirut

Kort fortalt ser situasjonen slik ut: For seks år siden gikk skipet Rhosus inn i havnen i Beirut for en uplanlagt reparasjon. Det tilhørte selskapet til Igor Grechushkin, en innfødt fra Khabarovsk. Havnemyndighetene friga ikke skipet på grunn av mangler i sikkerhetssystemer og lastedokumenter. Gradvis forlot teamet Rhosus, og lasten, som besto av 2.750 tonn ammoniumnitrat, ble overført til et lager i havnen, hvor den ble lagret i de neste seks årene. Lagringsforholdene viste seg å være utilstrekkelig pålitelige, derfor, for å begrense tilgangen til denne lasten, ble sveisearbeid utført på lageret, på grunn av den feilaktige organiseringen av sikkerheten som pyroteknikken lagret i samme lager senere antente.

En brann startet, støttet av forbrenning og fyrverkeri. Etter en tid detonerte det lagrede ammoniumnitrat. Sjokkbølgen fra denne eksplosjonen påførte en stor skadevirkning på de omkringliggende områdene i Beirut: I dag er det mer enn 130 mennesker døde, og antallet fortsetter å vokse ettersom flere og flere kropper oppdages mens de demonterer ruinene av bygninger og strukturer. Mer enn fem tusen mennesker ble skadet.

Fotografier fra verdensrommet tatt av Kanopus-V-satellitten. Bildet over er datert 4. november 2019, og bildet under er dagen etter eksplosjonen. / © Roskosmos.ru

Et stort antall hus ble skadet i ulik grad, ødeleggelsene påvirket halvparten av bygningene i Beirut, rundt 300 tusen innbyggere ble hjemløse. Ifølge guvernøren i den libanesiske hovedstaden, Marwan Abboud, er skadene fra eksplosjonen anslått til mellom tre og fem milliarder dollar. Bilder fra verdensrommet av havnen i Beirut, tatt før og etter tragedien, viser et område med kontinuerlig ødeleggelse rundt hele havneområdet. Tre dager med sorg er erklært i Libanon.

Hva er ammoniumnitrat

Ammoniumnitrat, eller ammoniumnitrat, er et ammoniumsalt av salpetersyre, har den kjemiske formelen NH₄NO₃ og består av tre kjemiske elementer - nitrogen, hydrogen og oksygen. Det høye nitrogeninnholdet (omtrent en tredjedel i vekt) i en form som lett kan assimileres av planter, gjør det mulig å bruke ammoniumnitrat i stor utstrekning som en effektiv nitrogengjødsel i landbruket.

Som sådan brukes ammoniumnitrat både i ren form og som en del av annen kompleks gjødsel. Hovedtyngden av salpeteren som produseres i verden brukes nettopp i denne egenskapen. Fysisk er ammoniumnitrat et hvitt krystallinsk stoff, i industriell form i form av granuler av forskjellige størrelser.

Det er hygroskopisk, det vil si at det absorberer fuktighet godt fra atmosfæren; under lagring har en tendens til kakedannelse, dannelse av store tette masser. Derfor lagres og transporteres den ikke i form av en fast bulkmasse, men i tette og holdbare poser som ikke tillater dannelse av store kakede masser som er vanskelige å løsne.

Sprengningsoperasjoner i dagbrudd med ammoniumnitrat som del av industrielle eksplosiver / ©Flickr.com.

Ammoniumnitrat er et sterkt oksidasjonsmiddel. De tre oksygenatomene som utgjør molekylet, utgjør 60 prosent av massen. Med andre ord er ammoniumnitrat mer enn halvparten oksygen, som lett frigjøres fra molekylet når det varmes opp. Termisk nedbrytning av nitrat skjer i to hovedformer: ved temperaturer under 200 grader spaltes det til nitrogenoksid og vann, og ved temperaturer på rundt 350 grader og over dannes fritt nitrogen og fritt oksygen samtidig med vann. Dette skiller ammoniumnitrat inn i kategorien sterke oksidanter og forhåndsbestemt bruken i produksjonen av forskjellige eksplosiver, som krever et oksidasjonsmiddel.

Ammoniumnitrat - en komponent av industrielle eksplosiver

Ammoniumnitrat inngår i mange typer industrielle eksplosiver og er mye brukt i dette, hovedsakelig i gruveindustrien. Mennesket har ennå ikke funnet opp noe mer effektivt enn en eksplosjon for å ødelegge steiner. Derfor er nesten alt arbeid med dem basert på en eksplosjon: fra gruvedrift i gruver til åpne kutt og steinbrudd.

Gruveindustrien forbruker en enorm mengde eksplosiver, og hver gruvevirksomhet eller kullgruve har alltid sitt eget anlegg for produksjon av eksplosiver, som forbrukes i store mengder. Den relative billigheten til ammoniumnitrat gjør det mulig å bruke det til masseproduksjon av forskjellige industrielle eksplosiver.

Og her kan vi merke oss den fantastiske bredden av dannelsen av eksplosive systemer av ammoniumnitrat. Ved å blande nitrat med bokstavelig talt ethvert brennbart stoff, kan du få et eksplosivt system. Blandinger av nitrat med vanlig aluminiumspulver danner ammonaler, som derfor kalles AMMONIUMnitrat - ALUMINIUM. 80 % av massen av ammonal er ammoniumnitrat. Ammonaler er veldig effektive, de er flinke til å sprenge stein, visse varianter kalles bergammonaler.

Massiv eksplosjon under gruvedrift / © Flickr.com.

Hvis du impregnerer nitrat med diesel, får du en annen klasse industrielle eksplosiver - igdanitter, oppkalt etter Institute of Mining, Institute of Mining ved Academy of Sciences of the USSR. Salpeter er i stand til å danne eksplosive blandinger når den er impregnert med praktisk talt hvilken som helst brennbar væske, fra vegetabilsk olje til fyringsolje. Andre klasser av nitratbaserte eksplosiver bruker tilsetningsstoffer av forskjellige eksplosiver: for eksempel inneholder ammonitter (disse er ikke bare fossile blekkspruter) TNT eller RDX. I sin rene form er ammoniumnitrat også eksplosivt og kan detonere. Men detonasjonen er forskjellig fra detonasjonen av industrielle eller militære eksplosiver. Akkurat hva? La oss kort huske hva detonasjon er og hvordan den skiller seg fra vanlig forbrenning.

Hva er detonasjon

For at forbrenningsreaksjoner skal begynne i brennbare stoffer, må atomene i drivstoffet og oksidasjonsmidlet frigjøres og bringes nærmere hverandre til det dannes kjemiske bindinger mellom dem. Å frigjøre dem fra molekylene de er inneholdt i betyr å ødelegge disse molekylene: dette gjør oppvarmingen av molekylene til nedbrytningstemperaturen. Og den samme oppvarmingen bringer sammen atomene i drivstoffet og oksidasjonsmidlet til dannelsen av en kjemisk binding mellom dem - til en kjemisk reaksjon.

Ved normal forbrenning – kalt deflagrering – varmes reaktantene opp ved normal varmeoverføring fra flammefronten. Flammen varmer opp lagene av det brennbare stoffet, og under påvirkning av denne oppvarmingen brytes stoffene ned før kjemiske forbrenningsreaksjoner starter. Detonasjonsmekanismen er annerledes. I den varmes stoffet opp før starten av kjemiske reaksjoner på grunn av mekanisk kompresjon av høy grad - som du vet, under sterk kompresjon, varmes et stoff opp.

Slik kompresjon gir en sjokkbølge som passerer gjennom den detonerende delen av eksplosivstoffet (eller ganske enkelt volumet, hvis en væske, gassblanding eller flerfasesystem detonerer: for eksempel en suspensjon av kull i luft). Sjokkbølgen komprimerer og varmer opp stoffet, forårsaker kjemiske reaksjoner i det med frigjøring av en stor mengde varme og blir selv matet av denne reaksjonsenergien som frigjøres direkte inn i den.

Og her er detonasjonshastigheten veldig viktig - det vil si hastigheten på sjokkbølgen som går gjennom stoffet. Jo større den er, desto kraftigere er eksplosivet, den eksplosive handlingen. For industrielle og militære eksplosiver er detonasjonshastigheten flere kilometer per sekund – fra ca 5 km/sek for ammonaler og ammonitter og 6-7 km/sek for TNT til 8 km/sek for RDX og 9 km/sek for HMX. Jo raskere detonasjonen er, desto høyere energitetthet i sjokkbølgen, desto sterkere er dens ødeleggende effekt når den forlater grensene til sprengstoffet.

Hvis sjokkbølgen overstiger lydhastigheten i materialet, knuser den den i stykker - dette kalles sprengningsaksjon. Det er det som bryter kroppen til en granat, et prosjektil og en bombe i fragmenter, knuser steiner rundt et borehull eller borehull fylt med eksplosiver.

Med avstand fra et stykke sprengstoff avtar kraften og hastigheten til sjokkbølgen, og fra en viss kort avstand kan den ikke lenger knuse det omkringliggende stoffet, men kan virke på det med sitt trykk, dytte, krølle, spre, kaste, kaste. Slike presse-, knuse- og kastehandlinger kalles høyeksplosive.

Funksjoner ved detonasjon av nitrat

Industrielt ammoniumnitrat uten tilsetningsstoffer som danner eksplosiver, som vi bemerket ovenfor, kan også detonere. Dens detonasjonshastighet, i motsetning til industrielle eksplosiver, er relativt lav: ca. 1,5-2,5 km/sek. Spredningen av detonasjonshastigheten avhenger av mange faktorer: i form av hvilke granuler salpeteren er, hvor tett de er komprimert, hva er det nåværende fuktighetsinnholdet i salpeteren og mange andre.

Derfor danner ikke salpeter en sprengningsvirkning - den knuser ikke omkringliggende materialer. Men den høyeksplosive effekten av detonasjonen av nitrat produserer ganske håndgripelig. Og kraften til en bestemt detonasjon avhenger av dens mengde. Med store eksplosive masser kan den høyeksplosive effekten av eksplosjonen nå destruktivitet på alle nivåer.

Etterdønningene av eksplosjonen i Beirut / © "Lenta.ru"

Når vi snakker om detonasjon, merker vi oss et viktig poeng - hvordan det starter. Faktisk, for at en sjokkbølge av kompresjon skal gå gjennom eksplosivet, må den på en eller annen måte lanseres, skapt med noe. Bare å antenne et stykke eksplosiv gir ikke den mekaniske kompresjonen som kreves for å sette i gang detonasjon.

Så på små biter av TNT, satt i brann med en fyrstikk, er det fullt mulig å koke te i et krus - de brenner med en karakteristisk susing, noen ganger røyker, men brenner stille og uten en eksplosjon. (Beskrivelsen er ikke en anbefaling for å lage te! Det er fortsatt farlig hvis bitene er store eller forurenset.) For å utløse detonasjonen trenger du en detonator - en liten enhet med en spesiell eksplosiv ladning satt inn i hoveddelen av eksplosiver. Eksplosjonen av en detonator, tett satt inn i hovedladningen, utløser en sjokkbølge og detonasjon i den.

Hva kan ha forårsaket detonasjonen

Kan detonasjon skje spontant? Kanskje: vanlig forbrenning er i stand til å bli til detonasjon når den akselereres, med en økning i intensiteten til denne forbrenningen. Hvis du tenner en blanding av oksygen med hydrogen - en eksplosiv gass - vil det begynne å brenne stille, men etter hvert som flammefronten akselererer vil forbrenningen gå over i detonasjon.

Forbrenning av flerfasegasssystemer, for eksempel alle slags suspensjoner og aerosoler, som brukes i ammunisjon for en volumetrisk eksplosjon, blir raskt til detonasjon. Forbrenning av drivmiddel kan også gå over til detonasjon dersom trykket i motoren begynner å stige raskt, på en off-design måte. En økning i trykk, akselerasjon av forbrenning - dette er forutsetningene for overgangen fra vanlig forbrenning til detonasjon.

Forbrenningskatalysatorer kan også være forskjellige tilsetningsstoffer, forurensninger, urenheter - mer presist, de eller deres komponenter, som vil bidra til den lokale overgangen til detonasjon. Oksidert, rusten ammunisjon er mer sannsynlig å detonere hvis eksplosivet er ved siden av den oksiderte delen av skroget. Det er mange nyanser og punkter i initieringen av detonasjon som vi vil utelate, så la oss gå tilbake til spørsmålet: hvordan kunne salpeteren detonere i lageret?

Og her er det åpenbart at pyroteknikk perfekt kan spille rollen som en detonator. Nei, bare en hvesende pulverracket forårsaket neppe detonasjonen av salpeter med dens røykstyrke med gnister. Men videoen fanger opp en rekke massive utbrudd som glitrer i røyken fra brannen før salpetereksplosjonen. Dette er små eksplosjoner av en spredning av fyrverkeri pyrotekniske komponenter. De fungerte som en åpenbar detonerende start. Nei, de var ikke industrielle detonatorer.

Men under brannforhold, oppvarming av store overflater av salpeter med en flamme og massiviteten til tusenvis av pyrotekniske operasjoner som skjedde, ble disse pyrotekniske rakettene sannsynligvis introdusert i den oppvarmede overflaten av salpeter med ytterligere eksplosjoner i varm salpeter. På et tidspunkt skjedde dens detonasjon under et slikt støt - og spredte seg til hele utvalget av lagret salpeter.

Det er vanskelig å analysere ytterligere hendelser i detalj uten detaljert informasjon og studie av eksplosjonsstedet. Det er ikke kjent hvor fullstendig alle 2750 tonn ble detonert. Detonasjon er ikke en absolutt begynnelse som alltid skjer når den er skrevet på papir. Det hender at TNT-brikettene stablet sammen detonerer ikke alle: noen av dem sprer seg ganske enkelt til sidene, hvis det ikke tas pålitelige tiltak for å overføre detonasjonen mellom dem.

Etter massive eksplosjoner av steiner, når hundrevis og tusenvis av brønner fylt med eksplosiver sprenges (de kan utstyres med eksplosiver i en hel måned), etter at en sky av støv har lagt seg, er det bare spesialister som alltid kommer inn i eksplosjonssonen og inspiserer hva som eksploderte og det som ikke eksploderte. De samler også ueksploderte eksplosiver. Slik er det med salpeter i et lager i havnen i Beirut: fullstendigheten av detonasjonen av eksplosjonen av hele nitratmassen er vanskelig å fastslå, men det er klart at den var ganske stor.

Funksjoner ved eksplosjonen i Beirut

Selve bildet av eksplosjonen samsvarer godt med detonasjonen av nitrat. En stor kolonne med rødbrun røyk etter eksplosjonen er en typisk farge på skyen med røde nitrogenoksider, som frigjøres i store mengder under nedbrytningen av nitrat i eksplosjonen. På grunn av den lave detonasjonshastigheten til nitrat, skjedde det ingen massiv knusevirkning.

Derfor ble det ikke dannet et stort krater på eksplosjonsstedet: materialene til bryggene og betongbunndekket til varehusene var ikke detaljert, derfor ble de ikke kastet. På grunn av dette var det ingen bombardement av byen med stykker som fløy fra eksplosjonens område, og den høye sultanen av flygende stykker og fragmenter dannet av eksplosjonen steg ikke over eksplosjonsstedet.

En røyksøyle, farget av utslipp av nitrogenoksider under nedbrytning av ammoniumnitrat / © dnpr.com.ua.

Samtidig ga den rikelige frigjøringen av gassformige forbrenningsprodukter - vanndamp, nitrogenoksider - bildet av eksplosjonen funksjonene til en volumetrisk eksplosjon. I tillegg til en raskt passerende sjokkbølge, kraftig nok og synlig som en raskt tåkete vegg, viser skytingen en nærme seg en vegg av ekspanderende eksplosjonsgasser, blandet med støv og bølger opp fra jordoverflaten ved en rask tilnærming. Dette er typisk for eksplosjoner av store volumer med lav detonasjonshastighet.

Arten av skadene på bygninger med høy sannsynlighet vil vise at de ikke bare ble påvirket av selve sjokkbølgen - kraftig, men kortvarig - men også en lengre eksponering for den ekspanderende gass-luftstrømmen spredt fra eksplosjonsområdet.

Nitrateksplosjoner til Beirut

Eksplosjoner av gjødsel basert på salpetersyresalter har skjedd før, de er velkjente, det er mange slike tilfeller i historien. Så 1. september 2001, i Toulouse, ved gjødselanlegget til Grande Paroisse-selskapet, eksploderte en hangar, der 300 tonn ammoniumnitrat ble detonert. Rundt 30 mennesker døde, tusenvis ble såret. Mange bygninger i Toulouse ble skadet.

Tidligere, 16. april 1947, var det en eksplosjon på 2100 tonn ammoniumnitrat ombord på skipet «Grancan» i havnen i Texas City, USA. Det ble innledet av en brann på skipet - en lignende situasjon og hendelsesforløp. Eksplosjonen forårsaket branner og eksplosjoner på skip og oljelager i nærheten. Rundt 600 mennesker ble drept, hundrevis var savnet, mer enn fem tusen ble såret.

Den 21. september 1921 eksploderte 12 tusen tonn av en blanding av ammoniumsulfat og ammoniumnitrat ved BASFs kjemiske anlegg nær byen Oppau i Bayern. En eksplosjon av slik kraft dannet et enormt krater, to nærmeste landsbyer ble utslettet fra jordens overflate, og byen Oppau ble ødelagt.

Katastrofale eksplosjoner av ammoniumnitrat med store ødeleggelser og mange ofre skjedde i 2004 i den nordkoreanske byen Ryongcheon; i 2013 i byen West i Texas, USA; i 2015 i havnebyen Tianjin i Kina. Og listen fortsetter.

Dessverre forblir ammoniumnitrat, med alle de enorme fordelene det gir en person, et farlig objekt som krever overholdelse av en rekke sikkerhetskrav ved håndtering. Og skjødesløshet eller uaktsomhet kan forårsake nye tragedier, hvis forebygging krever både skjerping av reglene for håndtering av nitrat og økt ansvar for overholdelse og implementering.