Tudományos nézet: A bejrúti robbanás jellemzői

2024 Szerző: Seth Attwood | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-16 16:07

A bejrúti hatalmas robbanás tragikus híre, amely a hírforrások első sorait vette fel, természetes kérdéseket vet fel: hogyan történhetett ez, mi robbant ott, milyen tényezők miatt lehetségesek az ilyen események? Hogy kitaláljuk, nézzük meg közelebbről az ammónium-nitrát tulajdonságait és a vele kapcsolatos veszélyeket.

Mi történt Bejrútban

Röviden a helyzet így néz ki: hat évvel ezelőtt a Rhosus hajó előre nem tervezett javításra lépett be a bejrúti kikötőbe. A habarovszki származású Igor Grechuskin cégéhez tartozott. A kikötői hatóságok a biztonsági rendszerek és a rakománydokumentumok hiányosságai miatt nem engedték el a hajót. Fokozatosan a csapat elhagyta Rhosust, és rakományát, amely 2750 tonna ammónium-nitrátból állt, a kikötőben lévő raktárba szállították, ahol a következő hat évben tárolták. A tárolás körülményei nem bizonyultak kellően megbízhatónak, ezért a raktárhoz való hozzáférés korlátozása érdekében hegesztési munkálatokat végeztek a raktárban, melynek biztonságának nem megfelelő megszervezése miatt az ugyanabban a raktárban tárolt pirotechnikai eszközök utólag kigyulladtak.

Tűz keletkezett, amelyet égés és tűzijáték segített. Egy idő után a tárolt ammónium-nitrát felrobbant. A robbanás okozta lökéshullám nagy károkat okozott Bejrút környező területein: ma már több mint 130 ember halt meg, és számuk folyamatosan nő, ahogy egyre több holttestet fedeznek fel az épületek és építmények romjainak lebontása közben. Több mint ötezer ember megsérült.

A Kanopus-V műhold által készített fényképek az űrből. A fenti fotó 2019. november 4-i, az alábbi fotó pedig a robbanás másnapján készült. / © Roskosmos.ru

Rengeteg ház sérült meg különböző mértékben, a pusztulás a bejrúti épületek felét érintette, mintegy 300 ezer lakos maradt hajléktalan. A libanoni főváros kormányzója, Marwan Abboud szerint a robbanás okozta kárt három-öt milliárd dollárra becsülik. A bejrúti kikötő űrből készült, a tragédia előtt és után készült képei a kikötő egész területe körül folyamatos pusztulást mutatnak be. Háromnapos gyászt hirdettek Libanonban.

Mi az ammónium-nitrát

Az ammónium-nitrát vagy az ammónium-nitrát a salétromsav ammóniumsója, kémiai képlete NH4NO3, és három kémiai elemből áll - nitrogénből, hidrogénből és oxigénből. A magas nitrogéntartalom (körülbelül egyharmada tömegnek) a növények által könnyen asszimilálható formában lehetővé teszi az ammónium-nitrát széles körben történő alkalmazását hatékony nitrogénműtrágyaként a mezőgazdaságban.

Mint ilyen, az ammónium-nitrátot tiszta formában és más komplex műtrágyák részeként is használják. A világon előállított salétrom nagy részét pontosan ebben a minőségben használják fel. Fizikailag az ammónium-nitrát fehér kristályos anyag, ipari formában, különböző méretű granulátumok formájában.

Higroszkópos, azaz jól felszívja a nedvességet a légkörből; tárolás során hajlamos a csomósodásra, nagy sűrű tömegek kialakulására. Ezért nem szilárd ömlesztett massza formájában tárolják és szállítják, hanem sűrű és tartós zacskókban, amelyek nem teszik lehetővé nagy, nehezen lazítható, ragadt tömegek kialakulását.

Robbantási műveletek külszíni bányákban ipari robbanóanyag részeként ammónium-nitrátot használva / ©Flickr.com.

Az ammónium-nitrát erős oxidálószer. A molekuláját alkotó három oxigénatom a tömeg 60 százalékát teszi ki. Más szóval, az ammónium-nitrát több mint fele oxigén, amely hevítés hatására könnyen felszabadul a molekulájából. A nitrát hőbomlása két fő formában megy végbe: 200 fok alatti hőmérsékleten nitrogén-oxiddá és vízzé bomlik, 350 fok körüli és afeletti hőmérsékleten pedig a vízzel egyidejűleg szabad nitrogén és szabad oxigén képződik. Ez az ammónium-nitrátot az erős oxidálószerek kategóriájába sorolja, és előre meghatározza annak felhasználását különféle robbanóanyagok előállításához, amelyekhez oxidálószerre van szükség.

Ammónium-nitrát - az ipari robbanóanyagok összetevője

Az ammónium-nitrát számos ipari robbanóanyagban megtalálható, és széles körben használják, főleg a bányászatban. Az ember még nem talált fel hatékonyabbat, mint egy robbanás a sziklák elpusztítására. Ezért szinte minden velük végzett munka egy robbanáson alapul: a bányákban végzett bányászattól a nyílt kivágásokig és a kőfejtésig.

A bányászat hatalmas mennyiségű robbanóanyagot fogyaszt, és minden bányászati vállalkozásnak vagy szénbányának mindig van saját üzeme a robbanóanyagok előállítására, amelyeket nagy mennyiségben fogyasztanak el. Az ammónium-nitrát viszonylagos olcsósága lehetővé teszi különféle ipari robbanóanyagok tömeggyártására való felhasználását.

És itt megjegyezhetjük az ammónium-nitrát robbanórendszerek képződésének elképesztő szélességét. Ha a nitrátot szó szerint bármilyen éghető anyaggal összekeverjük, robbanórendszert kaphatunk. A nitrát és a közönséges alumíniumpor keverékei ammonálokat képeznek, amelyeket ezért AMMONIUM-nitrátnak – ALUMÍNIUM-nak neveznek. Az ammónium tömegének 80%-a ammónium-nitrát. Az ammonálok nagyon hatékonyak, jók a kőzetrobbantásban, bizonyos fajtáit kőzetammonáloknak nevezik.

Hatalmas robbanás a bányászati műveletek során / © Flickr.com.

Ha nitrátot impregnál dízelüzemanyaggal, akkor egy másik osztályú ipari robbanóanyagot kap - igdanitokat, amelyek a Bányászati Intézet, a Szovjetunió Tudományos Akadémia Bányászati Intézete után kaptak nevet. A salétrom gyakorlatilag bármilyen gyúlékony folyadékkal impregnálva robbanásveszélyes keverékeket képes képezni, a növényi olajtól a fűtőolajig. A nitrát alapú robbanóanyagok más osztályaiban különféle robbanóanyagok adalékait használják: például az ammonitok (ezek nem csak fosszilis lábasfejűek) tartalmaznak TNT-t vagy RDX-et. Az ammónium-nitrát tiszta formájában szintén robbanásveszélyes és robbanásveszélyes. De detonációja különbözik az ipari vagy katonai robbanóanyagok robbantásától. Pontosan mit? Emlékezzünk vissza röviden, mi az a detonáció, és miben különbözik a szokásos égéstől.

Mi a detonáció

Ahhoz, hogy az éghető anyagokban az égési reakciók beinduljanak, a tüzelőanyag és az oxidálószer atomjait fel kell szabadítani és közelebb kell hozni egymáshoz, amíg kémiai kötések nem jönnek létre közöttük. A molekulákból való felszabadítás azt jelenti, hogy elpusztítjuk ezeket a molekulákat: ez felmelegíti a molekulákat a bomlási hőmérsékletre. És ugyanaz a fűtés hozza össze az üzemanyag és az oxidálószer atomjait, hogy kémiai kötést hozzon létre közöttük - egy kémiai reakcióhoz.

Normál égéskor - deflagrációnak nevezett - a reagenseket a lángfrontról érkező normál hőátadással melegítik fel. A láng felmelegíti az éghető anyag rétegeit, és e melegítés hatására az anyagok a kémiai égési reakciók megindulása előtt lebomlanak. A detonációs mechanizmus más. Ebben az anyagot a kémiai reakciók megkezdése előtt felmelegítik a nagyfokú mechanikai összenyomás miatt - mint tudod, erős tömörítés hatására az anyag felmelegszik.

Az ilyen összenyomás lökéshullámot ad, amely áthalad a robbanóanyag felrobbanó darabján (vagy egyszerűen a térfogaton, ha egy folyadék, gázkeverék vagy többfázisú rendszer robban: például szén szuszpenziója levegőben). A lökéshullám összenyomja és felmelegíti az anyagot, kémiai reakciókat vált ki benne nagy mennyiségű hő felszabadulásával, és magát is ez a közvetlenül a benne felszabaduló reakcióenergia táplálja.

És itt nagyon fontos a detonációs sebesség - vagyis az anyagon áthaladó lökéshullám sebessége. Minél nagyobb, annál erősebb a robbanóanyag, annál nagyobb a robbanó hatás. Ipari és katonai robbanóanyagok esetében a detonációs sebesség másodpercenként több kilométer – körülbelül 5 km/s-tól ammonálok és ammonitok esetében és 6-7 km/s TNT esetében 8 km/s-ig RDX és 9 km/s HMX esetében. Minél gyorsabb a detonáció, annál nagyobb az energiasűrűség a lökéshullámban, annál erősebb a pusztító hatása, amikor elhagyja a robbanóanyag határait.

Ha a lökéshullám meghaladja a hangsebességet az anyagban, akkor azt darabokra zúzza - ezt robbantási akciónak nevezik. Ez töri darabokra egy gránát, egy lövedék és egy bomba testét, zúzza össze a köveket egy robbanóanyaggal megtöltött furat vagy furat körül.

A robbanóanyag-darabtól való távolsággal a lökéshullám ereje és sebessége csökken, és bizonyos kis távolságtól már nem tudja összetörni a környező anyagot, hanem nyomásával rá tud hatni, lökdösni, összegyűrni, szétszórni, dobni, dobás. Az ilyen préselési, zúzási és dobási műveleteket robbanásveszélyesnek nevezik.

A nitrát detonációjának jellemzői

Az ipari ammónium-nitrát robbanóanyagot képező adalékanyagok nélkül, amint azt fentebb megjegyeztük, szintén robbanhat. Robbanási sebessége az ipari robbanóanyagokkal ellentétben viszonylag alacsony: körülbelül 1,5-2,5 km/mp. A detonációs sebesség terjedése számos tényezőtől függ: milyen granulátum formájú a salétrom, milyen szorosan vannak összenyomva, mekkora a salétrom pillanatnyi nedvességtartalma és sok egyéb.

Ezért a salétrom nem okoz robbantást – nem töri össze a környező anyagokat. De a nitrát robbanásveszélyes hatása meglehetősen kézzelfogható. És egy adott detonáció ereje a mennyiségétől függ. Nagy robbanásveszélyes tömegeknél a robbanás erős robbanásveszélyes hatása bármilyen szintű romboló hatást elérhet.

A bejrúti robbanás következményei / © "Lenta.ru"

A detonációról szólva megjegyezzünk még egy fontos pontot - hogyan kezdődik. Valóban, ahhoz, hogy a kompresszió lökéshulláma áthaladjon a robbanóanyagon, azt valahogy elindítani kell, valamivel létre kell hozni. Egy robbanóanyag egyszerű meggyújtása nem biztosítja a detonáció elindításához szükséges mechanikai összenyomást.

Tehát a gyufával meggyújtott kis TNT-darabokon teljesen fel lehet főzni a teát egy bögrében - jellegzetes sziszegéssel égnek, néha füstölnek, de csendesen és robbanás nélkül égnek. (A leírás nem teafőzési ajánlás! Továbbra is veszélyes, ha a darabok nagyok vagy szennyezettek.) A detonáció kiváltásához szükség van egy detonátorra - egy speciális robbanótöltettel rendelkező kis eszközre, amelyet a robbanóanyagok fő testébe helyeznek. A főtöltetbe szorosan behelyezett detonátor robbanása lökéshullámot és detonációt indít el benne.

Mi okozhatta a detonációt

Előfordulhat-e spontán detonáció? Talán: a közönséges égés képes detonációvá alakulni, ha felgyorsítják, az égés intenzitásának növekedésével. Ha az oxigén keverékét hidrogénnel - robbanásveszélyes gázzal - meggyújtja, az csendesen kezd égni, de ahogy a lángfront felgyorsul, az égés detonációba megy át.

A többfázisú gázrendszerek, például mindenféle szuszpenzió és aeroszol égése, amelyeket térfogati robbanáshoz használnak lőszerként, gyorsan detonációvá alakul. A hajtóanyag égése detonációvá is válhat, ha a nyomás a motorban gyorsan, nem tervezett módon emelkedni kezd. A nyomás növekedése, az égés felgyorsulása - ezek a normál égésről a detonációra való átmenet előfeltételei.

Ezenkívül az égési katalizátorok lehetnek különféle adalékok, szennyeződések, szennyeződések - pontosabban ezek vagy azok összetevői, amelyek hozzájárulnak a detonációba való helyi átmenethez. Az oxidált, rozsdás lőszer nagyobb valószínűséggel robban, ha a robbanóanyag a hajótest oxidált részével szomszédos. A detonáció megindításában sok olyan árnyalat és pont van, amit kihagyunk, ezért térjünk vissza a kérdéshez: hogyan robbanhatott fel a salétrom a raktárban?

És itt nyilvánvaló, hogy a pirotechnika tökéletesen betöltheti a detonátor szerepét. Nem, csak egy sziszegő porütő aligha okozta a salétrom felrobbantását a szikrás füst erejével. A videó azonban számos hatalmas járványt rögzít, amelyek a tűz füstjében szikráznak a salétrom robbanása előtt. Ezek a tűzijáték pirotechnikai alkatrészeinek szétszórt kis robbanásai. Nyilvánvaló robbanó indításként szolgáltak. Nem, nem ipari detonátorok voltak.

De tűz körülményei között, nagy felületű salétrom lánggal hevítése és pirotechnikai műveletek ezreinek tömege miatt ezek a pirotechnikai rakéták valószínűleg a salétrom felforrósított felületébe kerültek, a forró salétrom további robbanásaival. Valamikor az ilyen becsapódás hatására felrobbant – és átterjedt a tárolt salétrom teljes készletére.

A további eseményeket nehéz részletesen elemezni részletes információk és a robbanás helyének tanulmányozása nélkül. Nem ismert, hogy a 2750 tonnát milyen mértékben robbantották fel. A detonáció nem valami abszolút kezdet, ami mindig úgy történik, ahogy az a papírra van írva. Előfordul, hogy az egymásra rakott TNT-brikettek nem mindegyiket robbantják fel: némelyik egyszerűen oldalra szóródik, ha nem tesznek megbízható intézkedéseket a detonáció átvitelére közöttük.

Hatalmas kőrobbanások után, amikor több száz és ezer robbanóanyaggal megtöltött kutat felrobbantanak (egész hónapig lehet robbanóanyaggal felszerelni), egy porfelhő leülepedése után először mindig csak a szakemberek lépnek be a robbanási zónába, és vizsgálják meg, mi robbant fel. és ami nem robbant fel. Fel nem robbant robbanóanyagokat is gyűjtenek. Így van ez a bejrúti kikötőben lévő raktárban lévő salétrom esetében is: nehéz meghatározni a teljes nitráttömeg robbanásának teljességét, de egyértelmű, hogy elég nagy volt.

A bejrúti robbanás jellemzői

Maga a robbanás képe jól megfelel a nitrát robbanásának. A robbanás után nagy vörösesbarna füstoszlop a felhő jellegzetes színe vörös nitrogén-oxidokkal, amelyek a robbanás során a nitrát bomlása során nagy mennyiségben szabadulnak fel. A nitrát alacsony robbanási sebessége miatt nem történt masszív zúzás.

Ezért a robbanás helyén nem alakult ki nagyméretű kráter: a stégek anyagait és a raktárak beton talajtakaróját nem részletezték, ezért nem is dobták ki. Emiatt nem történt a város bombázása a robbanás területéről kirepülő darabokkal, és a robbanáskor keletkezett repülő darabok és töredékek magas szultánja sem emelkedett a robbanás helye fölé.

Füstoszlop, amelyet az ammónium-nitrát bomlása során kibocsátott nitrogén-oxidok színeznek / © dnpr.com.ua.

Ugyanakkor a gáznemű égéstermékek - vízgőz, nitrogén-oxidok - bőséges kibocsátása a robbanás képét a térfogati robbanás jellemzőit adta. A gyorsan áthaladó lökéshullámon kívül, amely elég erős és gyorsan ködös falként is jól látható, a felvételen egy táguló, porral keveredő robbanógázok közeledő fala látható, amelyek gyors közeledéskor felszállnak a föld felszínéről. Ez jellemző a nagy térfogatú, kis robbanási sebességű robbanásokra.

Az épületek károsodásának jellege nagy valószínűséggel azt fogja mutatni, hogy nem csak maga a lökéshullám - erős, de rövid távú -, hanem a robbanási területről szóródott táguló gáz-levegő áram hosszabb kitettsége is.

Nitrátrobbanások Bejrútban

Salétromsav-só alapú műtrágyák robbanása már korábban is előfordult, köztudott, nagyon sok ilyen eset van a történelemben. Így 2001. szeptember 1-jén Toulouse-ban, a Grande Paroisse cég műtrágyagyárában felrobbant egy hangár, amelyben 300 tonna ammónium-nitrátot robbantottak fel. Mintegy 30 ember meghalt, több ezren megsérültek. Toulouse-ban sok épület megsérült.

Korábban, 1947. április 16-án 2100 tonna ammónium-nitrát robbanás történt a "Grancan" hajó fedélzetén az Egyesült Államok Texas City kikötőjében. Előtte tűz keletkezett a hajón – hasonló helyzet és eseménysor. A robbanás tüzet és robbanást okozott a hajókon és a közeli olajtárolókban. Mintegy 600 ember meghalt, több százan eltűntek, több mint ötezren megsérültek.

1921. szeptember 21-én 12 ezer tonna ammónium-szulfát és ammónium-nitrát keverék robbant fel a BASF vegyi üzemében, a bajorországi Oppau város közelében. Egy ilyen erejű robbanás hatalmas krátert alakított ki, két legközelebbi falut eltüntettek a föld színéről, Oppau városa pedig elpusztult.

2004-ben az észak-koreai Ryongcheon városában katasztrofális ammónium-nitrát-robbanások történtek nagy pusztítással és számos áldozattal; 2013-ban az USA-beli texasi West városában; 2015-ben a kínai Tiencsin kikötővárosban. És a lista folytatódik.

Sajnos az ammónium-nitrát minden hatalmas előnnyel együtt, amelyet az ember számára jelent, továbbra is veszélyes tárgy marad, amelynek kezelése során számos biztonsági követelménynek kell megfelelni. A figyelmetlenség vagy hanyagság pedig újabb tragédiákat okozhat, amelyek megelőzése megköveteli a nitrátkezelési szabályok szigorítását és a betartásuk és végrehajtásuk felelősségének növelését.