Михаил Яхкинд. Что “рвануло” в Бейруте. Технический аспект
Всвязи со взрывом аммиачной селитры в Бейруте 04.08.2020 возникают два технических вопроса: 1) соответствует ли оценка энергии взрыва (1,3-2,2 килотонны в тротиловом эквиваленте) заявленному количеству аммиачной селитры (2750 тонн); 2) могла ли аммиачная селитра при обычных условиях (температуры и давления окружающей среды) взорваться самопроизвольно. На первый вопрос можно ответить положительно, хотя оценка энергии взрыва выглядит завышенной, на второй – отрицательно. Условия, необходимые для взрыва аммиачной селитры – нахождение в замкнутом пространстве и источник подрыва или нагрева.
Оценка энергии взрыва в Бейруте и ее теоретический расчет по заявленному количеству аммиачной селитры
Начнем с того, что сама возможность взрыва аммиачной селитры (нитрата аммония) в больших количествах не подвергается сомнению, поскольку подобные случаи не раз наблюдались в истории (например, в Оппау, Германия, 1921 г., Техас-сити, США, 1947 г., Тяньцзинь, КНР, 2015 г.).
Информацию о взрыве в Бейруте можно найти в русскоязычной Википедии, ниже в качестве исходной информации приведена часть этого текста.
Взрывы в бейрутском порту 4 августа 2020 года – катастрофа, произошедшая в порту Бейрута, столицы Ливана, вечером 4 августа 2020 года.
Всего прогремело два взрыва; во время второго, более мощного, взорвалось 2750 тонн аммиачной селитры, в 2013 году конфискованной с судна «Rhosus» и хранившейся в портовой зоне. Погибли 158 и получили ранения около 6 тысяч человек, в городе произошли серьёзные повреждения зданий, остались без жилья примерно 300 тысяч жителей…
Груз
В 2014 году опасный груз был конфискован, в дальнейшем по решению суда помещён в склад № 12 на причале бейрутского порта, где хранился в последующем до момента взрыва. Об опасности хранения в порту этого груза заявляли властям должностные лица порта…
Незадолго до взрывов инспекция потребовала устранить свободный доступ на склад. Предположительно, взрывы произошли из-за сварочных работ при ликвидации неконтролируемых проходов. От искр загорелись петарды, также хранившиеся на складе, а следом сдетонировала селитра.
Взрывы
Первый, меньший взрыв породил облако дыма над пламенем и мерцающие огни, похожие на фейерверк. Второй взрыв сотряс центральный Бейрут и поднял грибовидное облако пыли в воздух; произошёл примерно в 18:08:18 по местному времени и породил сейсмическую волну магнитудой 3,3. Свидетели говорят, что дома на расстоянии 10 км получили повреждения от взрыва. Мощность второго взрыва оценивается в 2,2 килотонны. По сообщениям, взрывы были слышны на расстоянии 240 км – на Кипре. От взрыва на месте хранилища на причале образовался кратер диаметром около 70 метров заполненный водой, что отчётливо было видно даже на спутниковых снимках. 2750 тонн селитры равнозначны 926 т тротила, но только в очень свежем состоянии – со временем соль деградирует, и через 6 лет во влажном климате ориентировочная мощность может составлять примерно 175 т тротила. По другим данным, мощность взрыва составила около десятой части мощности взрыва атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму, то есть, ~1,3-1,8 килотонн в тротиловом эквиваленте…
(доступ к странице 10.08.2020, опущены ссылки на первоисточники)
Мои комментарии
Есть несоответствия между этим текстом на русскоязычной странице и соответствующим текстом на англоязычной странице.
На русскоязычной странице указано «Погибли 158 и получили ранения около 6 тысяч человек», на англоязычной странице – соответственно погибли 220 и получили ранения 7000», по всей видимости, это обновленные данные, возможно, что они еще возрастут.
На русскоязычной странице отмечено, что «От взрыва на месте хранилища на причале образовался кратер диаметром около 70 метров». Однако на англоязычной странице указан диаметр кратера около 124 м и глубина около 43 м.
На русскоязычной странице утверждается, что «2750 тонн селитры равнозначны 926 т тротила». Однако 1 тонна нитрата аммония по энергии взрыва соответствует 0,42 тонны тротила (Инженерный справочник DPVA, таблица Скорость детонации (взрывной волны), тротиловый эквивалент – энергия взрыва, плотность различных взрывчатых веществ), согласно этому справочному значению 2750 тонн аммиачной селитры соответствует 1155 тонн тротила. На англоязычной странице приведено это, правильное значение.
Нельзя согласиться с утверждением на русскоязычной странице, что «со временем соль деградирует, и через 6 лет во влажном климате ориентировочная мощность может составлять примерно 175 т тротила» (причем на англоязычной странице такого утверждения нет). Для разложения нитрата аммония необходима температура заметно более высокая, чем 30-40°C, характерные для Бейрута. Без нагрева химическое разложение нитрата аммония идет достаточно медленно.
Однако, учитывая высокую гигроскопичность нитрата аммония и высокую влажность воздуха в порту, за годы хранения он должен был спечься, превратиться в комки и глыбы, что создало подходящие условия для взрыва (см. следующий раздел).
Из вышеприведенной информации следует, что оценка энергии взрыва в Бейруте (1,3-2,2 килотонны в тротиловом эквиваленте) достаточно близка к расчетной для 2750 тонн нитрата аммония (1155 тонн в тротиловом эквиваленте), однако завышена относительно расчетной.
Условия для взрыва аммиачной селитры
В качестве исходной информации – выдержка из справочника Пожарная опасность веществ и материалов:
Нитрат аммония, аммиачная селитра, NH4NO3, горючее взрывоопасное вещество в виде порошка или гранул. Молекулярная масса 80,04. Плотность 1725 кг/м3 при 25°C; температура плавления 169,6°C, выше этой температуры разл. с выделением оксидов азота; в воде растворяется. Температура самовоспламенения 350°C; нижний концентрационный предел воспламенения аэровзвеси 175 г/м3;…
При нагревании в замкнутом пространстве, когда продукты терморазложения свободно не удаляются, аммиачная селитра может взрываться, а также может взрываться под воздействием сильных ударов (например, при инициировании взрывчатыми веществами). Аммиачная селитра, содержащая 0,3% хлор-иона, разлагается со взрывом при 230°C. Кислородный коэффициент 150%; температура детонации 1240 К, скорость детонации 2550-3000 м/с. Смеси нитрата аммония с горючими веществами широко применяются в качестве бризантных ВВ…
А также перевод части раздела из статьи англоязычной Википедии:
Ammonium nitrate (Нитрат аммония)
Безопасность, обращение и хранение
Чистый нитрат аммония не горит, но, как сильный окислитель, поддерживает и ускоряет горение органических (и некоторых неорганических) материалов. Его нельзя хранить рядом с горючими веществами.
Хотя нитрат аммония стабилен при температуре и давлении окружающей среды во многих условиях, он может взорваться от сильного инициирующего заряда. Его нельзя хранить рядом со взрывчатыми веществами.
Расплавленный нитрат аммония очень чувствителен к ударам и детонации, особенно если он загрязнен несовместимыми материалами, такими как горючие вещества, легковоспламеняющиеся жидкости, кислоты, хлораты, хлориды, сера, металлы, древесный уголь и опилки.
Контакт с некоторыми веществами, такими как хлораты, минеральные кислоты и сульфиды металлов, может привести к интенсивному или даже бурному разложению, способному воспламенить близлежащий горючий материал или вызвать взрыв.
Нитрат аммония начинает разлагаться после плавления с выделением NOx, HNO3, NH3 и H2O. Его нельзя нагревать в замкнутом пространстве. Возникающие при разложении тепло и давление повышают чувствительность к детонации и увеличивают скорость разложения. Детонация может происходить при 80 атмосферах, загрязнение может снизить это давление до 20 атмосфер.
Нитрат аммония имеет критическую относительную влажность воздуха 59,4%, выше которой он будет поглощать влагу из атмосферы. Поэтому важно хранить нитрат аммония в герметичной таре. В противном случае он может спечься в большую твердую массу. Нитрат аммония может абсорбировать достаточно влаги из воздуха, чтобы стать жидким.
(доступ к странице 10.08.2020, перевод мой, опущены ссылки на первоисточники)
Мои комментарии
Итак, однозначно, аммиачная селитра при обычных условиях (температуры и давления окружающей среды) сама не взрывается. Ее нужно либо подорвать при помощи инициирующего взрывчатого вещества, либо нагреть любым способом до температуры несколько выше температуры начала разложения 170°C. При этом для взрыва необходимо, чтобы аммиачная селитра находилась в замкнутом пространстве.
В обычных условиях (в открытом пространстве) кристаллическую или гранулированную аммиачную селитру можно аккуратно нагреть до температуры плавления и начала разложения, и даже выше, вплоть до температуры самовоспламенения. Однако если эту аммиачную селитру поместить в замкнутое пространство, нагрев или подрыв приведут к взрыву.
Как уже было указано, за долгие годы хранения в условиях высокой влажности порта Бейрута гигроскопичная аммиачная селитра должна была спечься в комки и глыбы. Однако спекшиеся комки и глыбы представляют собой один из случаев указанного выше замкнутого пространства и создают подходящие условия для взрыва нитрата аммония.
Предполагаемая картина взрыва в Бейруте – сначала загорелись/взорвались петарды, потом произошел вызванный этим взрыв аммиачной селитры, по всей видимости, находившейся в виде комков и глыб – соответствует обоим условиям для взрыва нитрата аммония, приведенным выше (замкнутое пространство, источник подрыва). Впрочем, вместо взрыва петард мог быть любой другой источник подрыва или нагрева, причем этот источник мог быть небольшим.
При этом к взрыву могло привести как грубое нарушение правил пожарной безопасности (разгильдяйство возможно в любой стране), так и диверсия, однако обсуждать, что именно произошло, по имеющейся информации не имеет смысла.
Михаил Яхкинд, канд. техн. наук
http://alter-pnz.ru/chto-rvanulo-v-beyrute-tehnicheskiy-aspekt/