Wetenskaplike siening: Kenmerke van die ontploffing in Beiroet

2024 Outeur: Seth Attwood | [email protected]. Laas verander: 2023-12-16 15:56

Die tragiese nuus van 'n groot ontploffing in Beiroet, wat die eerste reëls van nuusbronne geneem het, laat natuurlike vrae ontstaan: hoe kon dit gebeur het, wat het daar ontplof, as gevolg van watter faktore is sulke voorvalle moontlik? Om dit uit te vind, kom ons kyk van naderby na die eienskappe van ammoniumnitraat en die gevare wat daarmee verband hou.

Wat het in Beiroet gebeur

Kortom, die situasie lyk so: ses jaar gelede het die skip Rhosus die seehawe van Beiroet binnegegaan vir 'n ongeskeduleerde herstel. Dit het behoort aan die geselskap van Igor Grechushkin, 'n boorling van Khabarovsk. Die hawe-owerhede het nie die skip vrygelaat nie weens tekortkominge in sekuriteitstelsels en vragdokumente. Geleidelik het die span Rhosus verlaat en sy vrag, wat uit 2 750 ton ammoniumnitraat bestaan het, is na 'n pakhuis in die hawe oorgeplaas, waar dit vir die volgende ses jaar gestoor is. Die bergingstoestande het onvoldoende betroubaar geblyk te wees, en daarom, om toegang tot hierdie vrag te beperk, is sweiswerke by die pakhuis uitgevoer, as gevolg van die onbehoorlike organisasie van veiligheid waarvan die vuurwerk wat in dieselfde pakhuis gestoor is, daarna aan die brand gesteek het.

’n Brand het ontstaan, ondersteun deur verbranding en vuurwerke. Na 'n ruk het die opgebergde ammoniumnitraat ontplof. Die skokgolf van hierdie ontploffing het 'n groot skadelike effek op die omliggende gebiede van Beiroet toegedien: vandag is daar meer as 130 mense dood, en hul getal neem steeds toe namate meer en meer liggame ontdek word terwyl die puin van geboue en strukture afgebreek word. Meer as vyfduisend mense is beseer.

Foto's uit die ruimte geneem deur die Kanopus-V-satelliet. Die foto hierbo is gedateer 4 November 2019, en die foto hieronder is die dag ná die ontploffing. / © Roskosmos.ru

'n Groot aantal huise is in verskillende mate beskadig, die vernietiging het die helfte van die geboue in Beiroet geraak, ongeveer 300 duisend inwoners is dakloos gelaat. Volgens die goewerneur van die Libanese hoofstad, Marwan Abboud, word die skade van die ontploffing op tussen drie en vyf miljard dollar geraam. Foto's uit die ruimte van die hawe van Beiroet, geneem voor en na die tragedie, toon 'n gebied van voortdurende vernietiging rondom die hele hawegebied. Drie dae van rou is in Libanon verklaar.

Wat is ammoniumnitraat

Ammoniumnitraat, of ammoniumnitraat, is 'n ammoniumsout van salpetersuur, het die chemiese formule NH₄NO₃ en bestaan uit drie chemiese elemente - stikstof, waterstof en suurstof. Die hoë stikstofinhoud (ongeveer 'n derde per gewig) in 'n vorm wat maklik deur plante assimileerbaar maak, maak dit moontlik om ammoniumnitraat wyd as 'n doeltreffende stikstofbemesting in die landbou te gebruik.

As sodanig word ammoniumnitraat beide in suiwer vorm en as deel van ander komplekse kunsmisstowwe gebruik. Die grootste deel van die salpeter wat in die wêreld geproduseer word, word juis in hierdie hoedanigheid gebruik. Fisies is ammoniumnitraat 'n wit kristallyne stof, in 'n industriële vorm in die vorm van korrels van verskillende groottes.

Dit is higroskopies, dit wil sê dit absorbeer vog goed uit die atmosfeer; tydens berging het 'n neiging om te koek, die vorming van groot digte massas. Daarom word dit nie in die vorm van 'n soliede grootmaatmassa gestoor en vervoer nie, maar in digte en duursame sakke wat nie die vorming van groot gekoekte massas toelaat wat moeilik is om los te maak nie.

Skietwerk in oopgroefmyne met ammoniumnitraat as deel van industriële plofstof / ©Flickr.com.

Ammoniumnitraat is 'n sterk oksideermiddel. Die drie suurstofatome waaruit sy molekule bestaan, maak 60 persent van die massa uit. Met ander woorde, ammoniumnitraat is meer as die helfte van suurstof, wat maklik uit sy molekule vrygestel word wanneer dit verhit word. Termiese ontbinding van nitraat vind in twee hoofvorme plaas: by temperature onder 200 grade ontbind dit in stikstofoksied en water, en by temperature van ongeveer 350 grade en hoër word vrye stikstof en vrye suurstof gelyktydig met water gevorm. Dit skei ammoniumnitraat in die kategorie van sterk oksidante en het vooraf bepaal die gebruik daarvan in die vervaardiging van verskeie plofstowwe, wat 'n oksideermiddel benodig.

Ammoniumnitraat - 'n komponent van industriële plofstof

Ammoniumnitraat word in baie soorte industriële plofstof ingesluit en word wyd hierin gebruik, hoofsaaklik in die mynbedryf. Die mens het nog niks meer effektief as 'n ontploffing uitgevind om rotse te vernietig nie. Daarom is byna enige werk met hulle op 'n ontploffing gebaseer: van mynbou in myne tot oop snitte en steengroewe.

Die mynbedryf verbruik 'n groot hoeveelheid plofstof, en elke mynonderneming of steenkoolmyn het altyd sy eie aanleg vir die vervaardiging van plofstof, wat in groot hoeveelhede verbruik word. Die relatiewe goedkoopheid van ammoniumnitraat maak dit moontlik om dit te gebruik vir die massaproduksie van verskeie industriële plofstof.

En hier kan ons let op die wonderlike breedte van die vorming van plofstofstelsels deur ammoniumnitraat. Deur nitraat met letterlik enige brandbare stof te meng, kan jy 'n plofbare stelsel kry. Mengsels van nitraat met gewone aluminiumpoeier vorm ammonale, wat dus AMMONIUMnitraat - ALUMINIUM genoem word. 80% van die massa ammonaal is ammoniumnitraat. Ammonale is baie effektief, hulle is goed om rotse te skiet, sekere variëteite word rotammonale genoem.

Massiewe ontploffing tydens mynboubedrywighede / © Flickr.com.

As jy nitraat met diesel bevrug, kry jy nog 'n klas industriële plofstof - igdaniete, vernoem na die Instituut vir Mynwese, die Instituut vir Mynbou van die Akademie vir Wetenskappe van die USSR. Salpeter is in staat om plofbare mengsels te vorm wanneer dit met feitlik enige vlambare vloeistof geïmpregneer word, van plantaardige olie tot brandstofolie. Ander klasse nitraat-gebaseerde plofstof gebruik bymiddels van verskeie plofstowwe: byvoorbeeld, ammoniete (dit is nie net fossiel koppotiges nie) bevat TNT of RDX. In sy suiwer vorm is ammoniumnitraat ook plofbaar en kan dit ontplof. Maar die ontploffing daarvan verskil van die ontploffing van industriële of militêre plofstof. Wat presies? Kom ons onthou kortliks wat ontploffing is en hoe dit van gewone ontbranding verskil.

Wat is ontploffing

Om verbrandingsreaksies in brandbare stowwe te laat begin, moet die atome van die brandstof en oksideermiddel vrygemaak en nader aan mekaar gebring word totdat chemiese bindings tussen hulle gevorm word. Om hulle vry te stel van die molekules waarin hulle vervat is, beteken om hierdie molekules te vernietig: dit verhit die molekules tot die temperatuur van hul ontbinding. En dieselfde verhitting bring die atome van die brandstof en die oksideermiddel saam tot die vorming van 'n chemiese binding tussen hulle - tot 'n chemiese reaksie.

In normale verbranding - genoem deflagrasie - word die reaktante verhit deur normale hitte-oordrag vanaf die vlamfront. Die vlam verhit die lae van die brandbare stof, en onder die invloed van hierdie verhitting ontbind die stowwe voor die aanvang van chemiese verbrandingsreaksies. Die ontploffingsmeganisme is anders. Daarin word die stof verhit voor die aanvang van chemiese reaksies as gevolg van meganiese kompressie van 'n hoë graad - soos jy weet, onder sterk kompressie, word 'n stof warm.

Sodanige kompressie gee 'n skokgolf wat deur die ontplofbare stuk plofstof gaan (of bloot die volume, as 'n vloeistof, gasmengsel of meerfasestelsel ontplof: byvoorbeeld 'n suspensie van steenkool in lug). Die skokgolf druk die stof saam en verhit dit, veroorsaak chemiese reaksies daarin met die vrystelling van 'n groot hoeveelheid hitte en word self gevoed deur hierdie reaksie-energie wat direk daarin vrygestel word.

En hier is die ontploffingspoed baie belangrik - dit wil sê die spoed van die skokgolf wat deur die stof gaan. Hoe groter dit is, hoe kragtiger is die plofstof, die plofbare aksie. Vir industriële en militêre plofstof is die ontploffingsspoed etlike kilometers per sekonde – van ongeveer 5 km/sek vir ammonale en ammoniete en 6-7 km/sek vir TNT tot 8 km/sek vir RDX en 9 km/sek vir HMX. Hoe vinniger die ontploffing, hoe hoër die energiedigtheid in die skokgolf, hoe sterker is die vernietigende effek daarvan wanneer dit die grense van die stuk plofstof verlaat.

As die skokgolf die spoed van klank in die materiaal oorskry, verpletter dit dit in stukke – dit word skietaksie genoem. Dit is dit wat die liggaam van 'n granaat, 'n projektiel en 'n bom in fragmente breek, rotse rondom 'n boorgat of boorgat gevul met plofstof vergruis.

Met afstand van 'n stuk plofstof neem die krag en spoed van die skokgolf af, en vanaf 'n sekere kort afstand kan dit nie meer die omringende stof verpletter nie, maar kan daarop inwerk met sy druk, stoot, verfrommel, versprei, gooi, gooi. Sulke druk-, druk- en gooiaksie word hoog-plofbaar genoem.

Kenmerke van ontploffing van nitraat

Industriële ammoniumnitraat sonder enige bymiddels wat plofstof vorm, soos ons hierbo opgemerk het, kan ook ontplof. Sy ontploffingsspoed, in teenstelling met industriële plofstof, is relatief laag: ongeveer 1,5-2,5 km / sek. Die verspreiding van die ontploffingsspoed hang van baie faktore af: in die vorm van watter korrels die salpeter is, hoe styf dit saamgepers word, wat is die huidige voginhoud van die salpeter en vele ander.

Daarom vorm salpeter nie 'n skietaksie nie - dit vergruis nie omliggende materiale nie. Maar die hoë-plofbare effek van die ontploffing van nitraat produseer redelik tasbaar. En die krag van 'n bepaalde ontploffing hang af van die hoeveelheid daarvan. Met groot plofbare massas kan die hoë-plofbare effek van die ontploffing vernietigendheid van enige vlak bereik.

Nasleep van die ontploffing in Beiroet / © "Lenta.ru"

As ons oor ontploffing praat, let ons op nog 'n belangrike punt - hoe dit begin. Inderdaad, om 'n skokgolf van kompressie deur die plofstof te laat gaan, moet dit op een of ander manier gelanseer word, geskep met iets. Om bloot 'n stuk plofstof aan die brand te steek, verskaf nie die meganiese kompressie wat nodig is om ontploffing te begin nie.

Dus, op klein stukkies TNT, wat met 'n vuurhoutjie aan die brand gesteek is, is dit heel moontlik om tee in 'n beker te kook - hulle brand met 'n kenmerkende gesis, soms rook, maar brand stil en sonder 'n ontploffing. (Die beskrywing is nie 'n aanbeveling vir die maak van tee nie! Dit is steeds gevaarlik as die stukke groot of besmet is.) Om die ontploffing te aktiveer, benodig jy 'n ontsteker - 'n klein toestel met 'n spesiale plofstoflading wat in die hoofliggaam van plofstof geplaas is. Die ontploffing van 'n ontsteker, styf in die hooflading geplaas, loods 'n skokgolf en ontploffing daarin.

Wat kon die ontploffing veroorsaak het

Kan ontploffing spontaan plaasvind? Miskien: gewone verbranding is in staat om in ontploffing te verander wanneer dit versnel word, met 'n toename in die intensiteit van hierdie verbranding. As jy’n mengsel van suurstof met waterstof aan die brand steek –’n plofbare gas – sal dit stil begin brand, maar soos die vlamfront versnel, sal die ontbranding in ontploffing verander.

Verbranding van meerfase-gasstelsels, soos allerlei suspensies en aërosols, wat in ammunisie vir 'n volumetriese ontploffing gebruik word, verander vinnig in ontploffing. Verbranding van dryfmiddel kan ook in ontploffing verander as die druk in die enjin vinnig begin styg, op 'n nie-ontwerp wyse. 'n Toename in druk, versnelling van verbranding - dit is die voorvereistes vir die oorgang van gewone verbranding na ontploffing.

Ook, verbrandingskatalisators kan verskeie bymiddels, kontaminante, onsuiwerhede wees - meer presies, hulle of hul komponente, wat sal bydra tot die plaaslike oorgang na ontploffing. Geoksideerde, geroeste ammunisie is meer geneig om te ontplof as die plofstof langs die geoksideerde gedeelte van die romp is. Daar is baie nuanses en punte in die aanvang van ontploffing wat ons sal weglaat, so kom ons keer terug na die vraag: hoe kon die salpeter in die pakhuis ontplof?

En hier is dit duidelik dat vuurwerk perfek die rol van 'n ontsteker kan speel. Nee, net 'n sissende poeierraket het skaars die ontploffing van salpeter met sy rookkrag met vonke veroorsaak. Maar die video vang talle massiewe uitbrake vas wat in die rook van die vuur skitter voor die salpeter-ontploffing. Dit is klein ontploffings van 'n strooisel vuurwerk-pirotegniese komponente. Hulle het gedien as 'n duidelike ontploffing. Nee, hulle was nie industriële ontstekers nie.

Maar in toestande van vuur, verhitting van groot oppervlaktes van salpeter met 'n vlam en die massiwiteit van duisende vuurpyrotegniese bedrywighede wat plaasvind, is hierdie vuurpyrotegniese vuurpyle waarskynlik in die verhitte oppervlak van salpeter ingebring met verdere ontploffings in warm salpeter. Op 'n stadium het sy ontploffing onder so 'n impak plaasgevind - en versprei na die hele reeks gestoor salpeter.

Dit is moeilik om verdere gebeure in detail te ontleed sonder gedetailleerde inligting en studie van die ontploffingsterrein. Dit is nie bekend hoe volledig al 2750 ton ontplof is nie. Ontploffing is nie een of ander absolute begin wat altyd gebeur soos dit op papier geskryf is nie. Dit gebeur dat die TNT-brikette wat saam gestapel is, nie almal ontplof nie: sommige van hulle versprei eenvoudig na die kante, as betroubare maatreëls nie getref word om die ontploffing tussen hulle oor te dra nie.

Na massiewe ontploffings van rotse, wanneer honderde en duisende putte gevul met plofstof opgeblaas word (hulle kan vir 'n hele maand met plofstof toegerus word), nadat 'n stofwolk gaan lê het, gaan slegs spesialiste altyd eers die ontploffingsone in en inspekteer wat ontplof het en wat nie ontplof het nie. Hulle versamel ook onontplofde plofstof. So is dit met salpeter in 'n pakhuis in die hawe van Beiroet: die volledigheid van die ontploffing van die ontploffing van die hele massa nitraat is moeilik om te bepaal, maar dit is duidelik dat dit redelik groot was.

Kenmerke van die ontploffing in Beiroet

Die prentjie van die ontploffing stem goed ooreen met die ontploffing van nitraat.’n Groot kolom rooibruin rook ná die ontploffing is’n tipiese kleur van die wolk met rooi stikstofoksiede, wat in groot hoeveelhede vrygestel word tydens die ontbinding van nitraat in die ontploffing. As gevolg van die lae ontploffingssnelheid van nitraat, het geen massiewe drukaksie plaasgevind nie.

Daarom het 'n groot krater nie op die plek van die ontploffing gevorm nie: die materiaal van die piere en die betongrondbedekking van die pakhuise was nie gedetailleerd nie, daarom is dit nie weggegooi nie. As gevolg hiervan was daar geen bombardement van die stad met stukke wat uit die gebied van die ontploffing vlieg nie, en die hoë sultan van vlieënde stukke en fragmente wat deur die ontploffing gevorm is, het nie bo die plek van die ontploffing gestyg nie.

'n Rookkolom, gekleur deur die vrystelling van stikstofoksiede tydens die ontbinding van ammoniumnitraat / © dnpr.com.ua.

Terselfdertyd het die oorvloedige vrystelling van gasvormige verbrandingsprodukte - waterdamp, stikstofoksiede - die prentjie van die ontploffing die kenmerke van 'n volumetriese ontploffing gegee. Benewens 'n vinnig verbygaande skokgolf, kragtig genoeg en sigbaar as 'n vinnige mistige muur, toon die skietery 'n naderende muur van uitdyende ontploffingsgasse, gemeng met stof en wat met 'n vinnige nadering van die oppervlak van die aarde af opwaai. Dit is tipies vir ontploffings van groot volumes met 'n lae detonasiesnelheid.

Die aard van die skade aan geboue met 'n hoë waarskynlikheid sal wys dat hulle nie net deur die skokgolf self geraak is nie - kragtig, maar korttermyn - maar ook 'n langer blootstelling aan die groeiende gas-lugstroom wat uit die ontploffingsgebied gestrooi is.

Nitraat ontploffings na Beiroet

Ontploffings van kunsmis gebaseer op salpetersuursoute het al voorheen voorgekom, dit is welbekend, daar is baie sulke gevalle in die geskiedenis. Dus, op 1 September 2001, in Toulouse, by die kunsmisaanleg van die Grande Paroisse-maatskappy, het 'n hangar ontplof waarin 300 ton ammoniumnitraat ontplof is. Sowat 30 mense is dood, duisende is beseer. Baie geboue in Toulouse is beskadig.

Vroeër, op 16 April 1947, was daar 'n ontploffing van 2 100 ton ammoniumnitraat aan boord van die skip "Grancan" in die hawe van Texas City, VSA. Dit is voorafgegaan deur 'n brand op die skip - 'n soortgelyke situasie en volgorde van gebeure. Die ontploffing het brande en ontploffings op skepe en oliebergingsfasiliteite daar naby veroorsaak. Sowat 600 mense is dood, honderde is vermis, meer as vyfduisend is beseer.

Op 21 September 1921 het 12 duisend ton van 'n mengsel van ammoniumsulfaat en ammoniumnitraat by die BASF chemiese aanleg naby die dorp Oppau in Beiere ontplof. 'n Ontploffing van sulke krag het 'n groot krater gevorm, twee naaste dorpies is van die aarde afgevee, en die stad Oppau is vernietig.

Katastrofiese ontploffings van ammoniumnitraat met groot vernietiging en talle slagoffers het in 2004 in die Noord-Koreaanse stad Ryongcheon plaasgevind; in 2013 in die stad West in Texas, VSA; in 2015 in die hawestad Tianjin in China. En die lys gaan aan.

Ongelukkig bly ammoniumnitraat, met al die groot voordele wat dit vir 'n mens inhou, 'n gevaarlike voorwerp wat voldoening aan 'n aantal veiligheidsvereistes in hantering vereis. En sorgeloosheid of nalatigheid kan nuwe tragedies veroorsaak, die voorkoming daarvan vereis dat die reëls vir die hantering van nitraat verskerp word en die verantwoordelikheid vir die nakoming en implementering daarvan verhoog.