Ғылыми көзқарас: Бейруттағы жарылыс ерекшеліктері

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-16 16:10

Бейруттағы үлкен жарылыс туралы қайғылы жаңалық, жаңалықтар ресурстарының алғашқы жолдарын алған, табиғи сұрақтарды тудырады: бұл қалай болды, онда не жарылды, мұндай оқиғалар қандай факторларға байланысты болуы мүмкін? Оны анықтау үшін аммоний нитратының қасиеттерін және онымен байланысты қауіптерді егжей-тегжейлі қарастырайық.

Бейрутта не болды

Қысқасы, жағдай былайша көрінеді: осыдан алты жыл бұрын Rhosus кемесі Бейрут теңіз портына жоспардан тыс жөндеуге кірген. Ол Хабаровск қаласының тумасы Игорь Гречушкиннің компаниясына тиесілі болған. Порт басшылығы кемені қауіпсіздік жүйелері мен жүк құжаттарындағы кемшіліктерге байланысты жібермеді. Бірте-бірте топ Rhosus-тан шығып, оның 2750 тонна аммиак селитрасынан тұратын жүктері порттағы қоймаға ауыстырылды, ол келесі алты жыл бойы сақталады. Сақтау шарттары жеткіліксіз сенімді болып шықты, сондықтан осы жүкке қол жеткізуді шектеу мақсатында қоймада дәнекерлеу жұмыстары жүргізілді, оның қауіпсіздігін дұрыс ұйымдастырмау салдарынан сол қоймада сақталған пиротехникалық заттар кейін тұтанған.

Өрт басталды, оны жану және отшашулар қолдады. Біраз уақыттан кейін сақталған аммоний нитраты жарылды. Бұл жарылыстан болған соққы толқыны Бейруттың төңірегіндегі аудандарға үлкен зиян келтірді: бүгінде 130-дан астам адам қаза тапты және олардың саны өсуде, өйткені ғимараттар мен құрылыстардың қирандыларын бөлшектеу кезінде көбірек мәйіттер табылуда. Бес мыңнан астам адам жарақат алды.

Kanopus-V спутнигі түсірген ғарыштан фотосуреттер. Жоғарыдағы сурет 2019 жылдың 4 қарашасында, ал төмендегі сурет жарылыс болған күннен кейінгі күн. / © Roskosmos.ru

Көптеген үйлер әртүрлі дәрежеде зақымданды, қирау Бейруттағы ғимараттардың жартысына әсер етті, 300 мыңға жуық тұрғын баспанасыз қалды. Ливан астанасының губернаторы Марван Аббудтың айтуынша, жарылыстан келген шығын үш-бес миллиард долларға бағаланып отыр. Бейрут портының ғарыштан қайғылы оқиғаға дейін және одан кейін түсірілген суреттері бүкіл порт аймағының айналасында үздіксіз жойылу аймағын көрсетеді. Ливанда үш күндік қаралы күн жарияланды.

Аммоний нитраты дегеніміз не

Аммоний нитраты немесе аммоний нитраты – азот қышқылының аммоний тұзы, NH₄NO₃ химиялық формуласы бар және үш химиялық элементтен – азот, сутек және оттектен тұрады. Өсімдіктер оңай игеретін түрдегі азоттың жоғары мөлшері (салмағының шамамен үштен бірі) аммоний селитрасын ауыл шаруашылығында тиімді азот тыңайтқышы ретінде кеңінен қолдануға мүмкіндік береді.

Осылайша, аммоний нитраты таза түрде де, басқа да күрделі тыңайтқыштардың бір бөлігі ретінде қолданылады. Әлемде өндірілген селитраның негізгі бөлігі дәл осы қуатта пайдаланылады. Физикалық тұрғыдан аммиак селитрасы әртүрлі мөлшердегі түйіршіктер түріндегі өнеркәсіптік нысанда ақ кристалды зат болып табылады.

Ол гигроскопиялық, яғни атмосферадан ылғалды жақсы сіңіреді; сақтау кезінде тоқырауға, үлкен тығыз массалардың пайда болуына бейім. Сондықтан ол қатты көлемді масса түрінде емес, қопсыту қиын болатын ірі түйіршіктелген массалардың пайда болуына жол бермейтін тығыз және ұзақ қапшықтарда сақталады және тасымалданады.

Өнеркәсіптік жарылғыш заттардың бөлігі ретінде аммиак селитрасын пайдаланатын ашық шахталардағы жару жұмыстары / ©Flickr.com.

Аммоний нитраты – күшті тотықтырғыш. Оның молекуласын құрайтын үш оттегі атомы массаның 60 пайызын құрайды. Басқаша айтқанда, аммоний нитраты оттегінің жартысынан астамы болып табылады, ол қыздырылған кезде молекуласынан оңай бөлінеді. Нитраттың термиялық ыдырауы екі негізгі түрде жүреді: 200 градустан төмен температурада ол азот оксиді мен суға ыдырайды, ал шамамен 350 градус және одан жоғары температурада бос азот пен бос оттегі сумен бір мезгілде түзіледі. Бұл аммиак селитрасын күшті тотықтырғыштар санатына бөледі және оны тотықтырғышты қажет ететін әртүрлі жарылғыш заттарды өндіруде пайдалануды алдын ала анықтайды.

Аммоний нитраты – өнеркәсіптік жарылғыш заттардың құрамдас бөлігі

Аммоний селитрасы өнеркәсіптік жарылғыш заттардың көптеген түрлеріне кіреді және бұл жерде, негізінен тау-кен өнеркәсібінде кеңінен қолданылады. Адам әлі жартастарды жою үшін жарылыстан тиімдірек ештеңе ойлап тапқан жоқ. Сондықтан, олармен кез келген жұмыс дерлік жарылысқа негізделген: шахталарда тау-кен өндіруден ашық кесу мен карьерге дейін.

Тау-кен өнеркәсібі жарылғыш заттардың орасан зор мөлшерін тұтынады, ал әрбір тау-кен кәсіпорнында немесе көмір шахтасында әрқашан көп мөлшерде тұтынылатын жарылғыш заттарды өндіретін жеке зауыты болады. Аммоний селитрасының салыстырмалы арзандығы оны әртүрлі өнеркәсіптік жарылғыш заттарды жаппай өндіру үшін пайдалануға мүмкіндік береді.

Бұл жерде аммиак селитрасының жарылғыш жүйелерінің пайда болуының таңғажайып кеңдігін атап өтуге болады. Нитратты кез келген жанғыш затпен араластыру арқылы сіз жарылғыш жүйені ала аласыз. Нитраттың кәдімгі алюминий ұнтағымен қоспалары аммоналдар түзеді, сондықтан олар АММОний нитраты – АЛЮМИНИЙ деп аталады. Аммонал массасының 80%-ын аммоний нитраты құрайды. Аммоналдар өте тиімді, олар тау жыныстарын жару кезінде жақсы, кейбір сорттары тау аммоналдары деп аталады.

Тау-кен жұмыстары кезіндегі жаппай жарылыс / © Flickr.com.

Егер сіз нитратты дизель отынымен сіңдірсеңіз, сіз КСРО ҒА Тау-кен институтының тау-кен ісі институтының атымен аталатын өнеркәсіптік жарылғыш заттардың басқа класын - игданиттерді аласыз. Селитра өсімдік майынан бастап мазутқа дейін іс жүзінде кез келген жанғыш сұйықтықпен сіңдірілгенде жарылғыш қоспалар түзуге қабілетті. Нитрат негізіндегі жарылғыш заттардың басқа кластары әртүрлі жарылғыш заттардың қоспаларын пайдаланады: мысалы, аммониттер (бұл тек қазба цефалоподтар ғана емес) құрамында TNT немесе RDX бар. Таза түрінде аммоний нитраты да жарылғыш болып табылады және жарылуы мүмкін. Бірақ оның жарылуы өнеркәсіптік немесе әскери жарылғыш заттардың жарылуынан ерекшеленеді. Нақты не? Детонацияның не екенін және оның қарапайым жанудан айырмашылығын қысқаша еске түсірейік.

Детонация дегеніміз не

Жанғыш заттарда жану реакциялары басталуы үшін жанармай мен тотықтырғыштың атомдарын босатып, олардың арасында химиялық байланыстар пайда болғанша бір-біріне жақындату керек. Оларды құрамындағы молекулалардан босату бұл молекулаларды жоюды білдіреді: бұл молекулалардың ыдырау температурасына дейін қызуын білдіреді. Ал сол қыздыру отын мен тотықтырғыштың атомдарын біріктіріп, олардың арасында химиялық байланыс түзеді – химиялық реакцияға.

Қалыпты жану кезінде - дефлаграция деп аталады - әрекеттесуші заттар жалын фронтынан қалыпты жылу беру арқылы қызады. Жалын жанғыш заттың қабаттарын қыздырады және осы қыздырудың әсерінен заттар химиялық жану реакциялары басталғанға дейін ыдырайды. Детонация механизмі әртүрлі. Онда зат химиялық реакциялардың басталуына дейін жоғары дәрежедегі механикалық қысылуына байланысты қызады - сіз білетіндей, күшті қысу кезінде зат қызады.

Мұндай қысу жарылғыш заттың жарылғыш бөлігі арқылы өтетін соққы толқынын береді (немесе жай ғана көлемі, егер сұйықтық, газ қоспасы немесе көпфазалы жүйе жарылса: мысалы, ауадағы көмір суспензиясы). Соққы толқыны затты қысады және қыздырады, көп мөлшерде жылудың бөлінуімен онда химиялық реакциялар тудырады және өзі оған тікелей бөлінетін осы реакция энергиясымен қоректенеді.

Ал бұл жерде детонация жылдамдығы өте маңызды – яғни зат арқылы өтетін соққы толқынының жылдамдығы. Ол неғұрлым үлкен болса, соғұрлым күшті жарылғыш, жарылғыш әрекет. Өнеркәсіптік және әскери жарылғыш заттар үшін жарылу жылдамдығы секундына бірнеше километрді құрайды - аммоналдар мен аммониттер үшін шамамен 5 км/сек және тротил үшін 6-7 км/сек-тен RDX үшін 8 км/сек және HMX үшін 9 км/сек. Детонация неғұрлым жылдам болса, соққы толқынындағы энергия тығыздығы соғұрлым жоғары болса, жарылғыш зат бөлігінің шекарасынан шыққанда оның жойғыш әсері күшейеді.

Егер соққы толқыны материалдағы дыбыс жылдамдығынан асып кетсе, оны бөліктерге бөледі - бұл жарылыс әрекеті деп аталады. Дәл гранатаның, снарядтың және бомбаның корпусын сынықтарға бөледі, жарылғыш заттармен толтырылған ұңғыманың немесе ұңғыманың айналасындағы тастарды ұсақтайды.

Жарылғыш заттың бір бөлігінен қашық болған сайын соққы толқынының күші мен жылдамдығы төмендейді, ал белгілі бір қысқа қашықтықтан ол қоршаған затты бұдан былай ұсақтай алмайды, бірақ оған қысыммен әсер етеді, итереді, мыжылады, таралады, лақтырады, лақтыру. Мұндай престеу, жаншу және лақтыру әрекеті жоғары жарылғыш деп аталады.

Нитраттардың детонациясының ерекшеліктері

Жоғарыда атап өткеніміздей, жарылғыш заттарды құрайтын қоспалары жоқ өнеркәсіптік аммоний селитрасы да жарылуы мүмкін. Оның жарылу жылдамдығы өнеркәсіптік жарылғыш заттардан айырмашылығы салыстырмалы түрде төмен: шамамен 1,5-2,5 км/сек. Детонация жылдамдығының таралуы көптеген факторларға байланысты: селитра қандай түйіршіктер түрінде болады, олар қаншалықты тығыз қысылған, селитраның қазіргі ылғалдылығы қандай және басқалар.

Сондықтан селитра жарылу әрекетін қалыптастырмайды - ол айналадағы материалдарды ұсақтамайды. Бірақ нитраттың жарылуының жоғары жарылғыш әсері айтарлықтай айқын. Ал белгілі бір детонацияның күші оның санына байланысты. Үлкен жарылғыш массалар кезінде жарылыстың жоғары жарылғыш әсері кез келген деңгейдегі деструктивтілікке жетуі мүмкін.

Бейруттағы жарылыс салдары / © «Lenta.ru»

Детонация туралы айтатын болсақ, біз тағы бір маңызды нәрсені атап өтеміз - оның қалай басталатыны. Шынында да, жарылғыш зат арқылы қысудың соққы толқыны өтуі үшін оны қандай да бір жолмен іске қосу керек, бір нәрсемен жасалуы керек. Жарылғыш заттың бір бөлігін жай тұтату детонацияны бастау үшін қажетті механикалық қысуды қамтамасыз етпейді.

Сонымен, сіріңкемен отқа қойылған тротилдің кішкене бөліктерінде шайды шыныаяқта қайнатуға болады - олар тән ысқырықпен күйеді, кейде түтіндейді, бірақ тыныш және жарылыссыз күйеді. (Сипаттамасы шай қайнату бойынша ұсыныс емес! Бөлшектері үлкен немесе ластанған болса, ол әлі де қауіпті.) Жарылғышты іске қосу үшін сізге детонатор қажет - жарылғыш заттардың негізгі корпусына арнайы жарылғыш заряд салынған шағын құрылғы. Негізгі зарядқа мықтап енгізілген детонатордың жарылуы соққы толқынын және ондағы детонацияны тудырады.

Жарылысқа не себеп болуы мүмкін

Детонация өздігінен пайда болуы мүмкін бе? Мүмкін: қарапайым жану бұл жанудың қарқындылығының жоғарылауымен жеделдету кезінде детонацияға айналуға қабілетті. Егер сіз оттегінің сутегімен қоспасын - жарылғыш газды тұтандырсаңыз, ол тыныш жанып кете бастайды, бірақ жалынның фронты жылдамдағанда, жану детонацияға айналады.

Көлемді жарылыс үшін оқ-дәрілерде қолданылатын суспензиялар мен аэрозольдердің барлық түрлері сияқты көп фазалы газ жүйелерінің жануы тез жарылысқа айналады. Қозғалтқыштағы қысым дизайннан тыс түрде тез көтеріле бастаса, отынның жануы детонацияға айналуы мүмкін. Қысымның жоғарылауы, жануды жеделдету - бұл қарапайым жанудан детонацияға өтудің алғы шарттары.

Сондай-ақ, жану катализаторлары әртүрлі қоспалар, ластаушы заттар, қоспалар болуы мүмкін - дәлірек айтқанда, олар немесе олардың құрамдас бөліктері детонацияға жергілікті көшуге ықпал етеді. Тотыққан, тот басқан оқ-дәрілердің жарылу ықтималдығы жоғары, егер жарылғыш зат корпустың тотыққан бөлігіне жақын орналасса. Детонацияны бастауда біз ұмытып кететін көптеген нюанстар мен нүктелер бар, сондықтан сұраққа қайта оралайық: селитра қоймада қалай жарылуы мүмкін?

Бұл жерде пиротехниканың детонатор рөлін тамаша атқара алатыны анық. Жоқ, ысқырған ұнтақ ракеткасы ұшқынмен түтіннің күшімен селитраның жарылуына әрең әкелді. Бірақ бейнеде селитра жарылысынан бұрын өрт түтінінде жарқыраған көптеген жаппай ошақтар түсірілген. Бұл отшашу пиротехникалық компоненттерінің шашыраңқы шағын жарылыстары. Олар айқын жарылғыш бастама болды. Жоқ, олар өнеркәсіптік детонаторлар емес еді.

Бірақ өрт, селитраның үлкен беттерін жалынмен қыздыру және мыңдаған пиротехникалық операциялардың массасы жағдайында бұл пиротехникалық зымырандар селитраның қыздырылған бетіне одан әрі ыстық селитрадағы жарылыстармен енгізілген болуы мүмкін. Бір сәтте оның осындай әсерден жарылуы орын алды және сақталған селитраның бүкіл массивіне тарады.

Жарылыс орнын егжей-тегжейлі ақпаратсыз және зерттемейінше, одан әрі оқиғаларды егжей-тегжейлі талдау қиын. 2750 тоннаның барлығы қаншалықты толық жарылғаны белгісіз. Детонация әрқашан қағазда жазылғандай болатын абсолютті бастама емес. Біріктірілген тротил брикеттері барлығы бірдей жарылып кетпейді: егер олардың арасында жарылысты беру үшін сенімді шаралар қабылданбаса, олардың кейбіреулері жай ғана екі жаққа шашырап кетеді.

Тау жыныстарының жаппай жарылуынан кейін, жарылғыш заттармен толтырылған жүздеген және мыңдаған ұңғымалар жарылғанда (оларды бір ай бойы жарылғыш заттармен жабдықтауға болады), шаң бұлты қонғаннан кейін әрқашан жарылыс аймағына тек мамандар ғана кіреді және ненің жарылғанын тексереді. және не жарылмады. Олар жарылмаған жарылғыш заттарды да жинайды. Бейрут портындағы қоймадағы селитрамен де солай: нитраттың бүкіл массасының жарылысының толықтығын анықтау қиын, бірақ оның айтарлықтай үлкен болғаны анық.

Бейруттағы жарылыстың ерекшеліктері

Жарылыс суретінің өзі нитраттың детонациясына жақсы сәйкес келеді. Жарылыстан кейінгі қызыл-қоңыр түтіннің үлкен бағанасы - бұл жарылыс кезінде нитраттың ыдырауы кезінде көп мөлшерде бөлінетін қызыл азот оксидтері бар бұлттың әдеттегі түсі. Нитраттың жарылу жылдамдығы төмен болғандықтан, жаппай ұсақтау әрекеті болмады.

Сондықтан жарылыс орнында үлкен кратер пайда болған жоқ: пирстердің материалдары мен қоймалардың бетон төсемі егжей-тегжейлі көрсетілмеген, сондықтан олар лақтырылған жоқ. Осыған байланысты жарылыс аймағынан ұшқан бөлшектермен қаланы бомбалау болған жоқ, ал жарылыстан пайда болған ұшатын бөліктер мен фрагменттердің жоғары сұлтаны жарылыс орнынан көтерілмеді.

Аммоний нитратының ыдырауы кезінде азот оксидтерінің шығарындыларымен боялған түтін бағанасы / © dnpr.com.ua.

Сонымен қатар газ тәріздес жану өнімдерінің - су буының, азот оксидтерінің көп бөлінуі жарылыс бейнесіне көлемді жарылыс ерекшеліктерін берді. Жеткілікті күшті және жылдам тұманды қабырға ретінде көрінетін жылдам өтетін соққы толқынынан басқа, түсірілімде шаң араласқан және жылдам жақындаған кезде жер бетінен көтеріліп жатқан кеңейтілген жарылыс газдарының жақындап келе жатқан қабырғасы көрінеді. Бұл детонация жылдамдығы төмен үлкен көлемдегі жарылыстарға тән.

Жоғары ықтималдықтағы ғимараттардың зақымдану сипаты оларға соққы толқынының өзі ғана емес - күшті, бірақ қысқа мерзімді - сонымен қатар жарылыс аймағынан шашыраңқы кеңейетін газ-ауа ағынының ұзақ әсер еткенін көрсетеді.

Бейруттағы нитраттардың жарылыстары

Азот қышқылының тұздарына негізделген тыңайтқыштардың жарылуы бұрын да болған, олар жақсы белгілі, тарихта мұндай жағдайлар өте көп. Осылайша, 2001 жылдың 1 қыркүйегінде Тулузада Grande Paroisse компаниясының тыңайтқыш зауытында 300 тонна аммиак селитрасы жарылған ангар жарылды.30-ға жуық адам қаза тауып, мыңдаған адам жарақат алды. Тулузадағы көптеген ғимараттар зардап шекті.

Бұған дейін, 1947 жылы 16 сәуірде АҚШ-тың Техас-Сити портында «Гранкан» кемесінің бортында 2100 тонна аммиак селитрасының жарылысы болды. Оның алдында кемедегі өрт болды - ұқсас жағдай мен оқиғалар тізбегі. Жарылыс өртке және жақын маңдағы кемелер мен мұнай қоймаларында жарылыстарға себеп болды. 600-ге жуық адам қаза тапты, жүздеген адам із-түзсіз жоғалды, бес мыңнан астам адам жарақат алды.

1921 жылы 21 қыркүйекте Бавариядағы Оппа қаласының маңындағы BASF химиялық зауытында аммоний сульфаты мен аммоний селитрасының 12 мың тонна қоспасы жарылды. Мұндай қуаттың жарылысы үлкен кратерді қалыптастырды, ең жақын екі ауыл жер бетінен жойылып, Оппа қаласы жойылды.

2004 жылы Солтүстік Кореяның Рёнчхон қаласында аммиак селитрасының жойқын жарылыстары және көптеген құрбандары болды; 2013 жылы Техас штатындағы Батыс қаласында, АҚШ; 2015 жылы Қытайдың Тяньцзинь портында. Ал тізім жалғасуда.

Өкінішке орай, аммиак селитрасы адамға әкелетін барлық орасан зор артықшылықтармен бірге өңдеу кезінде бірқатар қауіпсіздік талаптарын сақтауды талап ететін қауіпті нысан болып қала береді. Ал немқұрайлылық немесе немқұрайлылық жаңа қайғылы оқиғаларды тудыруы мүмкін, олардың алдын алу үшін нитраттармен жұмыс істеу ережелерін қатайтуды және олардың сақталуы мен орындалуына жауапкершілікті арттыруды талап етеді.