Vědecký pohled: Rysy exploze v Bejrútu

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 16:00

Tragická zpráva o obrovské explozi v Bejrútu, která zasáhla první řádky zpravodajských zdrojů, vyvolává přirozené otázky: jak se to mohlo stát, co tam explodovalo, kvůli jakým faktorům jsou takové incidenty možné? Abychom na to přišli, podívejme se blíže na vlastnosti dusičnanu amonného a na nebezpečí s ním spojená.

Co se stalo v Bejrútu

Situace ve zkratce vypadá takto: před šesti lety vplula loď Rhosus do námořního přístavu Bejrút k neplánované opravě. Patřil společnosti Igora Grečuškina, rodáka z Chabarovska. Přístavní úřady loď nepropustily kvůli nedostatkům v bezpečnostních systémech a nákladních dokumentech. Postupně tým Rhosus opustil a jeho náklad, který tvořilo 2750 tun dusičnanu amonného, byl převezen do skladiště v přístavu, kde byl uskladněn dalších šest let. Skladovací podmínky se ukázaly jako nedostatečně spolehlivé, proto za účelem omezení přístupu k tomuto nákladu byly ve skladu provedeny svářečské práce, při jejichž nesprávné organizaci bezpečnosti následně došlo ke vznícení pyrotechniky skladované ve stejném skladu.

Vznikl požár podpořený hořením a ohňostrojem. Po nějaké době explodoval uskladněný dusičnan amonný. Rázová vlna z této exploze měla velký škodlivý účinek na okolní oblasti Bejrútu: dnes je mrtvých více než 130 lidí a jejich počet stále narůstá, protože při rozebírání trosek budov a staveb je objevováno stále více těl. Více než pět tisíc lidí bylo zraněno.

Fotografie z vesmíru pořízené družicí Kanopus-V. Fotografie nahoře je datována 4. listopadu 2019 a fotografie níže je den po výbuchu. / © Roskosmos.ru

Obrovské množství domů bylo poškozeno v různé míře, destrukce zasáhla polovinu budov v Bejrútu, asi 300 tisíc obyvatel zůstalo bez domova. Podle guvernéra libanonského hlavního města Marwana Abbouda se škody způsobené výbuchem odhadují na tři až pět miliard dolarů. Snímky z vesmíru přístavu Bejrút, pořízené před a po tragédii, ukazují oblast neustálého ničení kolem celé oblasti přístavu. V Libanonu byl vyhlášen třídenní smutek.

Co je dusičnan amonný

Dusičnan amonný neboli dusičnan amonný je amonná sůl kyseliny dusičné, má chemický vzorec NH4NO3 a skládá se ze tří chemických prvků – dusíku, vodíku a kyslíku. Vysoký obsah dusíku (asi třetina hmotnosti) ve formě snadno vstřebatelné rostlinami umožňuje široké použití dusičnanu amonného jako účinného dusíkatého hnojiva v zemědělství.

Dusičnan amonný se jako takový používá jak v čisté formě, tak jako součást jiných komplexních hnojiv. Většina ledku vyrobeného ve světě se používá právě v této kapacitě. Fyzikálně je dusičnan amonný bílá krystalická látka, v průmyslové formě ve formě granulí různých velikostí.

Je hygroskopický, to znamená, že dobře absorbuje vlhkost z atmosféry; při skladování má sklon ke spékání, tvorbě velkých hustých hmot. Proto se skladuje a přepravuje nikoli ve formě pevné sypké hmoty, ale v hustých a odolných pytlích, které neumožňují tvorbu velkých připečených hmot, které se obtížně uvolňují.

Trhací práce v povrchových dolech s použitím dusičnanu amonného jako součásti průmyslových trhavin / ©Flickr.com.

Dusičnan amonný je silné oxidační činidlo. Tři atomy kyslíku, které tvoří jeho molekulu, tvoří 60 procent hmoty. Jinými slovy, dusičnan amonný je více než poloviční kyslík, který se při zahřívání snadno uvolňuje z jeho molekuly. K tepelnému rozkladu dusičnanů dochází ve dvou hlavních formách: při teplotách pod 200 stupňů se rozkládá na oxid dusíku a vodu a při teplotách kolem 350 stupňů a vyšších se současně s vodou tvoří volný dusík a volný kyslík. To vyčleňuje dusičnan amonný do kategorie silných oxidantů a předurčuje jeho použití při výrobě různých výbušnin, které vyžadují oxidační činidlo.

Dusičnan amonný – složka průmyslových trhavin

Dusičnan amonný je obsažen v mnoha typech průmyslových trhavin a je zde široce používán, zejména v těžebním průmyslu. Člověk dosud nevynalezl nic účinnějšího, než je výbuch, který by zničil kameny. Téměř každá práce s nimi je proto založena na výbuchu: od těžby v dolech až po otevřené zářezy a lomy.

Těžební průmysl spotřebuje obrovské množství výbušnin a každý důlní podnik nebo uhelný důl má vždy svůj závod na výrobu výbušnin, kterých se spotřebuje velké množství. Relativní levnost dusičnanu amonného umožňuje jeho použití pro hromadnou výrobu různých průmyslových trhavin.

A zde si můžeme všimnout úžasné šíře tvorby výbušných systémů dusičnanem amonným. Smícháním dusičnanu s doslova jakoukoli hořlavou látkou můžete získat výbušný systém. Směsi dusičnanu s běžným hliníkovým práškem tvoří amonaly, které se proto nazývají dusičnan AMONNÝ - ALUMINIUM. 80 % hmotnosti amoniaku je dusičnan amonný. Amonáky jsou velmi účinné, jsou dobré v odstřelování kamenů, určité odrůdy se nazývají skalní amoni.

Masivní výbuch během těžby / © Flickr.com.

Pokud impregnujete dusičnan motorovou naftou, získáte další třídu průmyslových trhavin - igdanity, pojmenované po Hornickém ústavu, Hornickém ústavu Akademie věd SSSR. Ledek je schopen vytvářet výbušné směsi, když je napuštěn prakticky jakoukoli hořlavou kapalinou, od rostlinného oleje po topný olej. Jiné třídy trhavin na bázi dusičnanů používají přísady různých trhavin: např. amoniti (nejsou to jen fosilní hlavonožci) obsahují TNT nebo RDX. Ve své čisté formě je dusičnan amonný také výbušný a může vybuchnout. Jeho detonace se ale liší od detonace průmyslových nebo vojenských výbušnin. Co přesně? Připomeňme si krátce, co je detonace a jak se liší od běžného spalování.

Co je detonace

Aby mohly spalovací reakce v hořlavých látkách začít, je třeba uvolnit atomy paliva a okysličovadla a přiblížit je k sobě, dokud se mezi nimi nevytvoří chemické vazby. Uvolnit je z molekul, ve kterých jsou obsaženy, znamená zničit tyto molekuly: tím dojde k zahřátí molekul na teplotu jejich rozkladu. A stejný ohřev přivede dohromady atomy paliva a okysličovadla k vytvoření chemické vazby mezi nimi – k chemické reakci.

Při normálním spalování – nazývaném deflagrace – se reaktanty ohřívají normálním přenosem tepla z čela plamene. Plamen ohřívá vrstvy hořlavé látky a vlivem tohoto ohřevu se látky rozkládají ještě před zahájením chemických spalovacích reakcí. Mechanismus detonace je jiný. V něm se látka zahřívá před začátkem chemických reakcí v důsledku mechanického stlačení vysokého stupně - jak víte, při silném stlačení se látka zahřívá.

Taková komprese dává rázovou vlnu procházející detonujícím kusem výbušniny (nebo jednoduše objemem, pokud detonuje kapalina, směs plynu nebo vícefázový systém: například suspenze uhlí ve vzduchu). Rázová vlna látku stlačuje a zahřívá, vyvolává v ní chemické reakce s uvolněním velkého množství tepla a sama je touto reakční energií uvolněnou přímo do ní napájena.

A zde je velmi důležitá detonační rychlost – tedy rychlost průchodu rázové vlny látkou. Čím větší je, tím silnější je výbušnina, výbušná akce. U průmyslových a vojenských výbušnin je detonační rychlost několik kilometrů za sekundu – od asi 5 km/s pro amonity a amonity a 6–7 km/s pro TNT do 8 km/s pro RDX a 9 km/s pro HMX. Čím rychlejší je detonace, čím vyšší je hustota energie v rázové vlně, tím silnější je její ničivý účinek, když opustí hranice výbušniny.

Pokud rázová vlna překročí rychlost zvuku v materiálu, rozdrtí jej na kusy – tomu se říká trhací akce. Právě ona rozbíjí tělo granátu, projektilu a bomby na úlomky, drtí kameny kolem vrtu nebo vrtu naplněného výbušninami.

Se vzdáleností od kusu trhaviny se síla a rychlost rázové vlny zmenšuje a od určité malé vzdálenosti již nemůže drtit okolní látku, ale může na ni svým tlakem působit, tlačit, mačkat, rozptýlit, házet, házet, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit, rozdrtit. házet. Takové lisování, drcení a házení se nazývá vysoce výbušné.

Vlastnosti detonace dusičnanů

Průmyslový dusičnan amonný bez jakýchkoli přísad, které tvoří výbušniny, jak jsme uvedli výše, může také vybuchnout. Jeho detonační rychlost je na rozdíl od průmyslových výbušnin relativně nízká: asi 1,5-2,5 km/s. Šíření detonační rychlosti závisí na mnoha faktorech: v jaké formě je ledek, jak pevně jsou slisovány, jaká je aktuální vlhkost ledku a mnoho dalších.

Proto ledek netvoří tryskací akci - nedrtí okolní materiály. Ale vysoce výbušný účinek detonace dusičnanů je docela hmatatelný. A síla konkrétní detonace závisí na jejím množství. U velkých výbušných mas může vysoce výbušný účinek výbuchu dosáhnout destruktivity jakékoli úrovně.

Následky výbuchu v Bejrútu / © "Lenta.ru"

Když už mluvíme o detonaci, všimneme si ještě jednoho důležitého bodu - jak to začíná. Ve skutečnosti, aby rázová vlna stlačení prošla výbušninou, musí být nějak spuštěna, něčím vytvořena. Pouhé zapálení kusu výbušniny neposkytuje mechanické stlačení potřebné k zahájení detonace.

Takže na malých kouscích TNT zapálených zápalkou je docela možné vařit čaj v hrnku - hoří charakteristickým syčením, někdy kouří, ale hoří tiše a bez výbuchu. (Popis není doporučením pro přípravu čaje! Stále je nebezpečné, pokud jsou kusy velké nebo kontaminované.) Pro spuštění detonace potřebujete rozbušku - malé zařízení se speciální výbušnou náplní vloženou do hlavního tělesa výbušniny. Výbuch rozbušky, těsně zasunuté do hlavní nálože, spustí rázovou vlnu a detonaci v ní.

Co mohlo způsobit detonaci

Může k detonaci dojít spontánně? Možná: běžné spalování se při zrychlení může změnit v detonaci se zvýšením intenzity tohoto spalování. Pokud zapálíte směs kyslíku s vodíkem – výbušný plyn – začne tiše hořet, ale jak se čelo plamene zrychlí, hoření přejde v detonaci.

Spalování vícefázových plynových systémů, jako jsou nejrůznější suspenze a aerosoly, které se používají v munici k objemovému výbuchu, rychle přechází v detonaci. Spalování pohonné látky se může také změnit v detonaci, pokud tlak v motoru začne rychle stoupat, a to způsobem mimo konstrukci. Zvýšení tlaku, zrychlení spalování - to jsou předpoklady pro přechod od běžného spalování k detonaci.

Také katalyzátory spalování mohou být různé přísady, kontaminanty, nečistoty - přesněji oni nebo jejich složky, které přispějí k místnímu přechodu k detonaci. Oxidovaná, rezavá munice pravděpodobněji exploduje, pokud výbušnina sousedí s oxidovanou částí trupu. V iniciaci detonace je mnoho nuancí a bodů, které pomineme, takže se vraťme k otázce: jak mohl ledek ve skladu vybuchnout?

A zde je zřejmé, že pyrotechnici by mohli dokonale zastávat roli rozbušky. Ne, jen syčící prachová raketa stěží způsobila detonaci ledku svou silou kouře s jiskrami. Ale video zachycuje četná masivní ohniska jiskřící v kouři ohně před explozí ledku. Jde o malé výbuchy rozptylu pyrotechnických komponentů ohňostrojů. Sloužily jako zjevný detonační start. Ne, nebyly to průmyslové rozbušky.

Ale v podmínkách požáru, zahřívání velkých ploch ledku plamenem a masivnosti tisíců probíhajících pyrotechnických operací byly tyto pyrotechnické rakety pravděpodobně zavlečeny do zahřátého povrchu ledku s dalšími explozemi horkého ledku. V určitém okamžiku došlo při takovém nárazu k jeho detonaci - a rozšířila se na celou řadu uskladněného ledku.

Bez podrobných informací a studia místa výbuchu je obtížné podrobně analyzovat další události. Není známo, do jaké míry bylo všech 2750 tun odpáleno. Detonace není nějaký absolutní začátek, který se vždy stane tak, jak je napsán na papíře. Stává se, že brikety TNT naskládané dohromady nevybuchnou všechny: některé z nich se jednoduše rozptýlí do stran, pokud nejsou přijata spolehlivá opatření k přenosu detonace mezi nimi.

Po mohutných explozích hornin, kdy jsou vyhozeny do povětří stovky a tisíce vrtů naplněných trhavinou (lze je vybavit trhavinou na celý měsíc), po usazení oblaku prachu vždy nejprve do zóny výbuchu vstoupí pouze specialisté a prohlédnou si, co explodovalo. a co nevybuchlo. Sbírají také nevybuchlé výbušniny. Tak je to s ledkem ve skladišti v přístavu Bejrút: úplnost detonace výbuchu celé masy dusičnanů je těžké určit, ale je jasné, že byla poměrně velká.

Rysy exploze v Bejrútu

Samotný obrázek výbuchu dobře odpovídá detonaci dusičnanu. Velký sloup červenohnědého kouře po výbuchu je typickou barvou oblaku s červenými oxidy dusíku, které se ve velkém množství uvolňují při rozkladu dusičnanů při výbuchu. Vzhledem k nízké detonační rychlosti dusičnanů nedošlo k žádné masivní drtivé akci.

V místě exploze se proto nevytvořil velký kráter: materiály mol a betonový půdní kryt skladů nebyly podrobně popsány, proto nebyly vyhozeny. Díky tomu nedocházelo k bombardování města kusy létajícími z oblasti výbuchu a vysoký sultán létajících kusů a úlomků vzniklých výbuchem se nevznesl nad místo výbuchu.

Sloup kouře zbarvený emisemi oxidů dusíku při rozkladu dusičnanu amonného / © dnpr.com.ua.

Zároveň hojné uvolňování plynných produktů spalování - vodní páry, oxidů dusíku - dávalo obrazu výbuchu rysy objemového výbuchu. Kromě rychle procházející rázové vlny, dostatečně silné a viditelné jako rychlá mlžná stěna, záběr ukazuje přibližující se stěnu explozivních plynů, smíchaných s prachem a vznášejících se z povrchu země při rychlém přiblížení. To je typické pro exploze velkých objemů s nízkou detonační rychlostí.

Charakter poškození budov s vysokou pravděpodobností ukáže, že byly ovlivněny nejen samotnou rázovou vlnou - silnou, ale krátkodobou -, ale i delším vystavením expandujícímu proudu plynu a vzduchu rozptýlenému z prostoru výbuchu.

Výbuchy dusičnanů do Bejrútu

K výbuchům hnojiv na bázi solí kyseliny dusičné docházelo již dříve, jsou známé, takových případů je v historii hodně. A tak 1. září 2001 v Toulouse v továrně na hnojiva společnosti Grande Paroisse explodoval hangár, ve kterém bylo odpáleno 300 tun dusičnanu amonného. Zemřelo asi 30 lidí, tisíce byly zraněny. Mnoho budov v Toulouse bylo poškozeno.

Již dříve, 16. dubna 1947, došlo na palubě lodi „Grancan“v přístavu Texas City v USA k explozi 2100 tun dusičnanu amonného. Předcházel tomu požár na lodi – podobná situace a sled událostí. Exploze způsobila požáry a výbuchy na lodích a skladech ropy v okolí. Zemřelo asi 600 lidí, stovky se pohřešovaly, více než pět tisíc bylo zraněno.

21. září 1921 vybuchlo v chemičce BASF u města Oppau v Bavorsku 12 tisíc tun směsi síranu amonného a dusičnanu amonného. Výbuch takové síly vytvořil obrovský kráter, dvě nejbližší vesnice byly vymazány z povrchu země a město Oppau bylo zničeno.

Ke katastrofálním výbuchům dusičnanu amonného s velkým ničením a četnými oběťmi došlo v roce 2004 v severokorejském městě Ryongcheon; v roce 2013 ve městě West v Texasu, USA; v roce 2015 v přístavním městě Tianjin v Číně. A seznam pokračuje.

Bohužel dusičnan amonný se všemi obrovskými výhodami, které člověku přináší, zůstává nebezpečným předmětem, který vyžaduje dodržování řady bezpečnostních požadavků při manipulaci. A neopatrnost či nedbalost mohou způsobit nové tragédie, jejichž prevence vyžaduje jak zpřísnění pravidel pro nakládání s dusičnany, tak zvýšení odpovědnosti za jejich dodržování a provádění.