Mtazamo wa kisayansi: Vipengele vya mlipuko huko Beirut

2024 Mwandishi: Seth Attwood | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-16 16:17

Habari za kusikitisha za mlipuko mkubwa huko Beirut, ambao ulichukua safu za kwanza za rasilimali za habari, huibua maswali ya asili: hii inawezaje kutokea, ni nini kililipuka huko, kwa sababu ya mambo gani matukio kama haya yanawezekana? Ili kuifanya, hebu tuchunguze kwa undani mali ya nitrati ya amonia na hatari zinazohusiana nayo.

Kilichotokea Beirut

Kwa kifupi, hali inaonekana kama hii: miaka sita iliyopita, meli ya Rhosus iliingia kwenye bandari ya Beirut kwa ukarabati usiopangwa. Ilikuwa ya kampuni ya Igor Grechushkin, mzaliwa wa Khabarovsk. Mamlaka ya bandari haikutoa meli hiyo kutokana na mapungufu ya mifumo ya usalama na nyaraka za mizigo. Hatua kwa hatua, timu hiyo iliondoka Rhosus, na mizigo yake, ambayo ilikuwa na tani 2,750 za nitrati ya ammoniamu, ilihamishiwa kwenye ghala katika bandari, ambako ilihifadhiwa kwa miaka sita iliyofuata. Hali ya uhifadhi iligeuka kuwa ya kutosha ya kuaminika, kwa hiyo, ili kuzuia upatikanaji wa mizigo hii, kazi za kulehemu zilifanyika kwenye ghala, kwa sababu ya shirika lisilofaa la usalama ambalo, pyrotechnics iliyohifadhiwa kwenye ghala moja baadaye iliwashwa.

Moto ulianza, ukiungwa mkono na mwako na fataki. Baada ya muda, nitrati ya ammoniamu iliyohifadhiwa ililipuka. Wimbi la mshtuko kutoka kwa mlipuko huu lilileta athari kubwa ya uharibifu katika maeneo ya karibu ya Beirut: leo kuna zaidi ya watu 130 waliokufa, na idadi yao inaendelea kukua huku miili zaidi ikigunduliwa wakati wa kubomoa vifusi vya majengo na miundo. Zaidi ya watu elfu tano walijeruhiwa.

Picha kutoka angani zilizochukuliwa na setilaiti ya Kanopus-V. Picha iliyo hapo juu ni ya tarehe 4 Novemba 2019, na picha iliyo hapa chini ni siku iliyofuata baada ya mlipuko huo. / © Roskosmos.ru

Idadi kubwa ya nyumba ziliharibiwa kwa viwango tofauti, uharibifu uliathiri nusu ya majengo huko Beirut, karibu wakaazi elfu 300 waliachwa bila makazi. Kwa mujibu wa gavana wa mji mkuu wa Lebanon, Marwan Abboud, uharibifu uliotokana na mlipuko huo unakadiriwa kuwa kati ya dola bilioni tatu na tano. Picha kutoka angani ya bandari ya Beirut, zilizopigwa kabla na baada ya mkasa huo, zinaonyesha eneo la uharibifu unaoendelea kuzunguka eneo lote la bandari. Siku tatu za maombolezo zimetangazwa nchini Lebanon.

Nitrati ya amonia ni nini

Nitrati ya ammoniamu, au nitrati ya amonia, ni chumvi ya amonia ya asidi ya nitriki, ina fomula ya kemikali NH₄NO₃ na inajumuisha vipengele vitatu vya kemikali - nitrojeni, hidrojeni na oksijeni. Kiwango cha juu cha nitrojeni (karibu theluthi moja kwa uzani) katika umbo linaloweza kufananishwa na mimea hurahisisha matumizi mengi ya nitrati ya ammoniamu kama mbolea ya nitrojeni inayofaa katika kilimo.

Kwa hivyo, nitrati ya amonia hutumiwa kwa fomu safi na kama sehemu ya mbolea zingine tata. Wingi wa chumvi zinazozalishwa ulimwenguni hutumiwa kwa usahihi katika uwezo huu. Kimwili, nitrati ya amonia ni dutu nyeupe ya fuwele, katika fomu ya viwanda kwa namna ya granules ya ukubwa mbalimbali.

Ni hygroscopic, yaani, inachukua unyevu vizuri kutoka anga; wakati wa kuhifadhi ina tabia ya kuoka, malezi ya misa kubwa mnene. Kwa hiyo, huhifadhiwa na kusafirishwa si kwa namna ya wingi wa wingi imara, lakini katika mifuko mnene na ya kudumu ambayo hairuhusu kuundwa kwa molekuli kubwa ya keki ambayo ni vigumu kuifungua.

Operesheni za ulipuaji katika migodi ya wazi kwa kutumia nitrati ya ammoniamu kama sehemu ya vilipuzi vya viwandani / ©Flickr.com.

Nitrati ya ammoniamu ni wakala wa oksidi kali. Atomu tatu za oksijeni zinazofanyiza molekuli yake hufanyiza asilimia 60 ya uzito. Kwa maneno mengine, nitrati ya amonia ni zaidi ya nusu ya oksijeni, ambayo hutolewa kwa urahisi kutoka kwa molekuli yake inapokanzwa. Mtengano wa joto wa nitrati hutokea kwa aina mbili kuu: kwa joto chini ya digrii 200, hutengana katika oksidi ya nitrojeni na maji, na kwa joto la digrii 350 na hapo juu, nitrojeni ya bure na oksijeni ya bure huundwa wakati huo huo na maji. Hii hutenganisha nitrati ya amonia katika kategoria ya vioksidishaji vikali na kuainisha matumizi yake katika utengenezaji wa vilipuzi mbalimbali, ambavyo vinahitaji wakala wa vioksidishaji.

Nitrati ya ammoniamu - sehemu ya vilipuzi vya viwandani

Nitrati ya ammoniamu imejumuishwa katika aina nyingi za vilipuzi vya viwandani na hutumiwa sana katika hili, haswa katika tasnia ya madini. Mwanadamu bado hajavumbua chochote chenye ufanisi zaidi kuliko mlipuko wa kuharibu miamba. Kwa hiyo, karibu kazi yoyote pamoja nao inategemea mlipuko: kutoka kwa madini kwenye migodi hadi kufungua kupunguzwa na kuchimba mawe.

Sekta ya madini hutumia kiasi kikubwa cha vilipuzi, na kila biashara ya madini au mgodi wa makaa ya mawe daima huwa na mmea wake wa uzalishaji wa vilipuzi, ambavyo hutumiwa kwa kiasi kikubwa. Bei nafuu ya nitrati ya amonia hufanya iwezekanavyo kuitumia kwa ajili ya uzalishaji wa wingi wa milipuko mbalimbali ya viwanda.

Na hapa tunaweza kutambua upana wa ajabu wa malezi ya mifumo ya kulipuka na nitrati ya ammoniamu. Kwa kuchanganya nitrati na dutu yoyote inayoweza kuwaka, unaweza kupata mfumo wa kulipuka. Mchanganyiko wa nitrate na poda ya kawaida ya alumini huunda amonia, ambayo kwa hiyo huitwa nitrati ya AMMONIUM - ALUMINIUM. 80% ya wingi wa amonia ni nitrati ya ammoniamu. Amonia ni nzuri sana, ni nzuri katika kulipua miamba, aina fulani huitwa amonia ya mwamba.

Mlipuko Mkubwa Wakati wa Uchimbaji Madini / © Flickr.com.

Ikiwa unaweka nitrati na mafuta ya dizeli, unapata darasa lingine la milipuko ya viwanda - igdanites, iliyopewa jina la Taasisi ya Madini, Taasisi ya Madini ya Chuo cha Sayansi cha USSR. Saltpeter ina uwezo wa kutengeneza michanganyiko inayolipuka inapowekwa ndani na kioevu chochote kinachoweza kuwaka, kutoka mafuta ya mboga hadi mafuta ya mafuta. Madarasa mengine ya vilipuzi vinavyotokana na nitrate hutumia viambajengo vya vilipuzi mbalimbali: kwa mfano, amoniti (hizi sio tu sefalopodi za kisukuku) zina TNT au RDX. Katika hali yake safi, nitrati ya ammoniamu pia hulipuka na inaweza kulipuka. Lakini ulipuaji wake ni tofauti na ulipuaji wa vilipuzi vya viwandani au vya kijeshi. Nini hasa? Hebu tukumbuke kwa ufupi nini detonation ni na jinsi inatofautiana na mwako wa kawaida.

Ulipuaji ni nini

Ili athari za mwako kuanza katika vitu vinavyoweza kuwaka, atomi za mafuta na kioksidishaji lazima ziwe huru na ziletwe karibu hadi vifungo vya kemikali vitengenezwe kati yao. Kuzitoa kutoka kwa molekuli ambazo zimo ndani yake inamaanisha kuharibu molekuli hizi: hii hufanya joto la molekuli kwa joto la mtengano wao. Na inapokanzwa sawa huleta pamoja atomi za mafuta na oxidizer kwa malezi ya dhamana ya kemikali kati yao - kwa mmenyuko wa kemikali.

Katika mwako wa kawaida - unaoitwa deflagration - reactants huwashwa na uhamisho wa kawaida wa joto kutoka mbele ya moto. Moto huwaka tabaka za dutu inayowaka, na chini ya ushawishi wa joto hili, vitu hutengana kabla ya kuanza kwa athari za mwako wa kemikali. Utaratibu wa mlipuko ni tofauti. Ndani yake, dutu hii huwashwa kabla ya kuanza kwa athari za kemikali kwa sababu ya ukandamizaji wa mitambo ya kiwango cha juu - kama unavyojua, chini ya ukandamizaji mkali, dutu hii huwaka.

Ukandamizaji kama huo hutoa wimbi la mshtuko linalopita kwenye kipande cha mlipuko (au tu kiasi, ikiwa kioevu, mchanganyiko wa gesi au mfumo wa awamu nyingi hupasuka: kwa mfano, kusimamishwa kwa makaa ya mawe hewani). Wimbi la mshtuko linasisitiza na joto la dutu hii, husababisha athari za kemikali ndani yake na kutolewa kwa kiasi kikubwa cha joto na yenyewe inalishwa na nishati hii ya majibu iliyotolewa moja kwa moja ndani yake.

Na hapa kasi ya detonation ni muhimu sana - yaani, kasi ya wimbi la mshtuko linalopitia dutu. Kadiri inavyokuwa kubwa, ndivyo mlipuko unavyokuwa na nguvu zaidi, hatua ya kulipuka. Kwa milipuko ya viwandani na kijeshi, kasi ya kulipuka ni kilomita kadhaa kwa sekunde - kutoka kama 5 km / sec kwa amonia na amonia na 6-7 km / sec kwa TNT hadi 8 km / sec kwa RDX na 9 km / sec kwa HMX. Kadiri mlipuko unavyoongezeka, ndivyo msongamano wa nishati katika wimbi la mshtuko unavyoongezeka, ndivyo athari yake ya uharibifu inapoacha mipaka ya kipande cha mlipuko.

Ikiwa wimbi la mshtuko linazidi kasi ya sauti katika nyenzo, huivunja vipande vipande - hii inaitwa hatua ya ulipuaji. Ni kwamba huvunja mwili wa grenade, projectile na bomu ndani ya vipande, huvunja miamba karibu na kisima au kisima kilichojaa milipuko.

Kwa umbali kutoka kwa kipande cha milipuko, nguvu na kasi ya wimbi la mshtuko hupungua, na kutoka kwa umbali fulani mfupi hauwezi tena kuponda dutu inayozunguka, lakini inaweza kuchukua hatua juu yake kwa shinikizo, kushinikiza, kuponda, kutawanya, kutupa; kutupa. Kitendo kama hicho cha kushinikiza, kuponda na kurusha kinaitwa kulipuka kwa hali ya juu.

Vipengele vya kupasuka kwa nitrati

Nitrati ya ammoniamu ya viwandani bila nyongeza yoyote ambayo huunda vilipuzi, kama tulivyoona hapo juu, inaweza pia kulipuka. Kasi yake ya mlipuko, tofauti na vilipuzi vya viwandani, ni ya chini: karibu 1.5-2.5 km / s. Kuenea kwa kasi ya detonation inategemea mambo mengi: kwa namna ambayo granules saltpeter ni, jinsi tightly wao ni compressed, ni nini unyevu wa sasa wa saltpeter na wengine wengi.

Kwa hiyo, saltpeter haifanyi hatua ya kulipuka - haina kuponda vifaa vya jirani. Lakini athari ya mlipuko wa juu ya mlipuko wa nitrati hutoa inayoonekana kabisa. Na nguvu ya mlipuko fulani inategemea wingi wake. Kwa wingi mkubwa wa milipuko, athari ya mlipuko wa juu inaweza kufikia uharibifu wa kiwango chochote.

Matokeo ya mlipuko huko Beirut / © "Lenta.ru"

Kuzungumza juu ya mlipuko, tunaona jambo moja muhimu zaidi - jinsi inavyoanza. Hakika, ili wimbi la mshtuko la ukandamizaji lipite kwa kulipuka, lazima lizinduliwe kwa namna fulani, iliyoundwa na kitu. Kuwasha tu kipande cha kilipuzi hakutoi mgandamizo wa kiufundi unaohitajika ili kuanzisha mlipuko.

Kwa hiyo, juu ya vipande vidogo vya TNT, vilivyowekwa moto na mechi, inawezekana kabisa kuchemsha chai katika mug - huwaka kwa sauti ya tabia, wakati mwingine huvuta moshi, lakini huwaka kimya kimya na bila mlipuko. (Maelezo sio pendekezo la kutengeneza chai! Bado ni hatari ikiwa vipande ni vikubwa au vimechafuliwa.) Ili kuanzisha mlipuko, unahitaji detonator - kifaa kidogo na malipo maalum ya kulipuka yaliyoingizwa kwenye mwili mkuu wa milipuko. Mlipuko wa detonator, iliyoingizwa kwa nguvu kwenye chaji kuu, huzindua wimbi la mshtuko na mlipuko ndani yake.

Ni nini kingeweza kusababisha mlipuko huo

Je, mlipuko unaweza kutokea peke yake? Labda: mwako wa kawaida una uwezo wa kugeuka kuwa mlipuko wakati unaharakishwa, na ongezeko la ukubwa wa mwako huu. Ikiwa unawasha mchanganyiko wa oksijeni na hidrojeni - gesi inayolipuka - itaanza kuwaka kimya kimya, lakini kadiri mwako wa moto unavyoongezeka kasi, mwako utageuka kuwa ulipuaji.

Mwako wa mifumo ya gesi ya awamu nyingi, kama vile kila aina ya kusimamishwa na erosoli, ambayo hutumiwa kwa risasi kwa mlipuko wa volumetric, hugeuka haraka kuwa mlipuko. Mwako wa propellant pia unaweza kugeuka kuwa mlipuko ikiwa shinikizo katika injini huanza kupanda kwa kasi, kwa namna isiyo ya kubuni. Kuongezeka kwa shinikizo, kuongeza kasi ya mwako - haya ni masharti ya mpito kutoka mwako wa kawaida hadi detonation.

Pia, vichocheo vya mwako vinaweza kuwa viongeza mbalimbali, uchafuzi, uchafu - kwa usahihi, wao au vipengele vyao, ambavyo vitachangia mpito wa ndani kwa detonation. Risasi zilizooksidishwa na zenye kutu zina uwezekano mkubwa wa kulipuka ikiwa kilipuzi kiko karibu na sehemu iliyooksidishwa ya mwili. Kuna nuances nyingi na vidokezo katika kuanzishwa kwa mlipuko ambao tutaacha, kwa hivyo wacha turudi kwa swali: je!

Na hapa ni dhahiri kwamba pyrotechnics inaweza kucheza kikamilifu nafasi ya detonator. Hapana, raketi tu ya unga wa kuzomea haikuweza kusababisha mlipuko wa kipeperushi kwa nguvu yake ya moshi na cheche. Lakini video hiyo inanasa milipuko mingi mikubwa inayong'aa kwenye moshi wa moto kabla ya mlipuko wa maji ya chumvi. Hii ni milipuko midogo ya kutawanya kwa vipengele vya pyrotechnic vya fataki. Zilitumika kama mwanzo dhahiri wa kulipua. Hapana, hazikuwa vilipuzi vya viwandani.

Lakini katika hali ya moto, inapokanzwa kwa nyuso kubwa za saltpeter na moto na ukubwa wa maelfu ya shughuli za pyrotechnic zinazotokea, roketi hizi za pyrotechnic labda zililetwa kwenye uso wa joto wa saltpeter na milipuko zaidi katika saltpeter ya moto. Wakati fulani, mpasuko wake chini ya athari kama hiyo ulitokea - na kuenea kwa safu nzima ya chumvi iliyohifadhiwa.

Ni vigumu kuchambua matukio zaidi kwa undani bila maelezo ya kina na utafiti wa tovuti ya mlipuko. Haijulikani jinsi tani zote 2750 zililipuliwa kikamilifu. Mlipuko sio mwanzo kabisa ambao hufanyika kila wakati kama ilivyoandikwa kwenye karatasi. Inatokea kwamba briquettes za TNT zilizowekwa pamoja hupunguza sio zote: baadhi yao hutawanyika tu kwa pande, ikiwa hatua za kuaminika hazitachukuliwa ili kuhamisha detonation kati yao.

Baada ya milipuko mikubwa ya miamba, wakati mamia na maelfu ya visima vilivyojaa vilipuzi vinalipuliwa (vinaweza kuwa na vilipuzi kwa mwezi mzima), baada ya wingu la vumbi kutua, wataalam pekee ndio huingia kwanza kwenye eneo la mlipuko na kukagua kile kilicholipuka. na kile ambacho hakikulipuka. Pia hukusanya vilipuzi visivyolipuka. Ndivyo ilivyo kwa saltpeter katika ghala katika bandari ya Beirut: ukamilifu wa mlipuko wa mlipuko wa wingi mzima wa nitrati ni vigumu kuamua, lakini ni wazi kwamba ilikuwa kubwa kabisa.

Vipengele vya mlipuko huko Beirut

Picha yenyewe ya mlipuko inalingana vizuri na mlipuko wa nitrati. Safu kubwa ya moshi nyekundu-kahawia baada ya mlipuko ni rangi ya kawaida ya wingu yenye oksidi nyekundu za nitrojeni, ambazo hutolewa kwa kiasi kikubwa wakati wa mtengano wa nitrati katika mlipuko. Kwa sababu ya kasi ya chini ya mlipuko wa nitrati, hakuna hatua kubwa ya kusagwa iliyotokea.

Kwa hiyo, crater kubwa haikuunda kwenye tovuti ya mlipuko: vifaa vya piers na kifuniko cha ardhi cha saruji cha maghala havikuwa na maelezo, kwa hiyo hawakutupwa mbali. Kwa sababu ya hili, hakukuwa na mlipuko wa mabomu ya jiji na vipande vikiruka kutoka eneo la mlipuko, na sultani wa juu wa vipande vya kuruka na vipande vilivyoundwa na mlipuko haukupanda juu ya mahali pa mlipuko.

Safu ya moshi, iliyotiwa rangi na oksidi za nitrojeni wakati wa mtengano wa nitrati ya amonia / © dnpr.com.ua.

Wakati huo huo, kutolewa kwa wingi kwa bidhaa za mwako wa gesi - mvuke wa maji, oksidi za nitrojeni - zilitoa picha ya mlipuko sifa za mlipuko wa volumetric. Mbali na wimbi la mshtuko linalopita kwa kasi, lenye nguvu ya kutosha na linaloonekana kama ukuta wa ukungu haraka, upigaji risasi unaonyesha ukuta unaokaribia wa gesi za mlipuko, zilizochanganywa na vumbi na kuruka kutoka kwa uso wa dunia kwa mkabala wa haraka. Hii ni kawaida kwa milipuko ya kiasi kikubwa na kasi ya chini ya mlipuko.

Hali ya uharibifu wa majengo yenye uwezekano mkubwa itaonyesha kuwa hawakuathiriwa tu na wimbi la mshtuko lenyewe - lenye nguvu, lakini la muda mfupi - lakini pia mfiduo mrefu wa mkondo wa gesi-hewa unaotawanyika kutoka eneo la mlipuko.

Milipuko ya nitrati hadi Beirut

Mlipuko wa mbolea kulingana na chumvi ya asidi ya nitriki imetokea hapo awali, wanajulikana sana, kuna matukio mengi kama hayo katika historia. Kwa hiyo, mnamo Septemba 1, 2001, huko Toulouse, kwenye kiwanda cha mbolea cha kampuni ya Grande Paroisse, hangar ililipuka, ambapo tani 300 za nitrati ya ammoniamu zilipigwa. Takriban watu 30 walikufa, maelfu walijeruhiwa. Majengo mengi huko Toulouse yaliharibiwa.

Mapema, Aprili 16, 1947, kulitokea mlipuko wa tani 2,100 za nitrati ya ammoniamu ndani ya meli "Grancan" katika bandari ya Texas City, Marekani. Ilitanguliwa na moto kwenye meli - hali sawa na mlolongo wa matukio. Mlipuko huo ulisababisha moto na milipuko kwenye meli na vituo vya kuhifadhi mafuta vilivyo karibu. Takriban watu 600 waliuawa, mamia walipotea, zaidi ya elfu tano walijeruhiwa.

Mnamo Septemba 21, 1921, tani elfu 12 za mchanganyiko wa salfati ya ammoniamu na nitrati ya amonia zililipuka kwenye kiwanda cha kemikali cha BASF karibu na mji wa Oppau huko Bavaria. Mlipuko wa nguvu kama hiyo uliunda shimo kubwa, vijiji viwili vya karibu vilifutwa kutoka kwa uso wa dunia, na jiji la Oppau likaharibiwa.

Milipuko ya janga la nitrati ya ammoniamu na uharibifu mkubwa na wahasiriwa wengi ilitokea mnamo 2004 katika jiji la Korea Kaskazini la Ryongcheon; mnamo 2013 katika jiji la Magharibi huko Texas, USA; mwaka 2015 katika mji wa bandari wa Tianjin nchini China. Na orodha inaendelea.

Kwa bahati mbaya, nitrati ya amonia, pamoja na faida zote kubwa ambayo huleta kwa mtu, inabakia kuwa kitu hatari ambacho kinahitaji kufuata idadi ya mahitaji ya usalama katika utunzaji. Na uzembe au uzembe unaweza kusababisha majanga mapya, kuzuia ambayo inahitaji ugumu wa sheria za kushughulikia nitrati na kuongeza jukumu la uzingativu na utekelezaji wao.