历史上的硝酸铵大爆炸
dracula1429 2020-8-7原创 科创茶话

硝酸铵因天津大爆炸、贝鲁特大爆炸等事故逐渐进入了大众的视野,但是作为爆炸物的历史却相当悠久。1659年德国化学家Johann Rudolf Glauber描述了可通过将碳酸铵与硝酸反应制得硝酸铵;19世纪初GrindelRobin将硝酸铵作为硝酸钾的替代物加入到黑火药中,这是硝酸铵首次被当做爆炸物组份使用;1867年瑞典化学家OhlssonNorrbin申请了一种名为“Ammoniakrut”炸药的专利,这种炸药由硝酸铵和少量其他可燃成分组成;1870年诺贝尔购买了这项专利并加以改进,于1879年申请了硝铵代拿买特的专利。自此硝酸铵终于正式踏上了炸药舞台。


虽然硝酸铵已经被用作工业炸药的成分了,但是由于其过于安定的性质,长期以来却并未被当做危险的炸药来认真对待,时至今日硝酸铵在一些国家仍然被称为“爆破剂(blasting agent)”。这个世界上谁也不会把2000t硝化甘油随便堆在哪个地方,但是违规大规模储存硝酸铵却屡见不鲜。究其根本,则是硝酸铵实在是太“安全”了,小规模情况下烧不炸、砸不响、点不着、8#雷管都无法起爆。操控硝酸铵爆炸,是颇需要知识和能力的一件事。也正是小规模情况下无与伦比的安全性,导致了硝酸铵一旦发生意外爆炸,都是10吨起步的大事故,历史上成百千吨的硝酸铵大爆炸更是屡见不鲜。此次的贝鲁特大爆炸,有很多人在听我说完历史上的硝酸铵爆炸事故后都问我为什么,我无言以对,只能解释道“人类从历史中学到的唯一教训,就是人类无法从历史中学到任何教训”。


一、生产事故

1.1 Oppauer大爆炸

1921921日德国奥堡发生了一起惨痛的爆炸事故,工人们像以往两万多次那样对结块的硝酸铵与硫酸铵混合盐(ASN)进行爆破疏松。但与以往不同的是这次爆破仅仅使用了2~5卷的Perastralit炸药,却造成了高达300~400tASN发生爆轰,形成了一个长165m,宽96m,深18.5m的爆坑。经过后续的调查发现,此次事故是由于工艺问题造成了硝酸铵与硫酸铵局部比例达到了55:45。这一数值虽然偏离设定值50:50并不多,却引发了灾难性的后果。

Snap7.jpg

1-1 事故现场的爆坑

更悲哀的是,在两个月前的726日,一辆装载30t结块硝酸铵的火车抵达了Kriewald(现在属于波兰),为了方便卸货人们用矿用炸药破碎硝酸铵,于是发生了爆炸事故,造成19人死亡。


同样的方法,同样的事故。


1.2 得克萨斯城大爆炸

这可能是历史上最知名的爆炸事故,194746日,停泊在德克萨斯城港口的法籍船只“Grandcamp”号上载有2086吨的硝酸铵,当地时间早上八点左右人们看到船上冒烟,并开始灭火,但火情无法控制。早上912分船只上的硝酸铵发生爆炸,导致超过五千人受伤,至少581人丧生,德克萨斯城的消防人员只有一人幸存。

1414px-Txcitydisaster5storybuilding.jpg

1-2 德克萨斯大爆炸

Grandcamp”号的爆炸引燃了附近的“High Flyer”号,而这艘船上也装载有960t硝酸铵和1050t硫磺,现学的教训最深刻,这次人群被及时疏散,因此“High Flyer”号的爆炸并没有造成太大的人员伤亡。


1.3 法国布雷斯特港大爆炸

19477281230分装载有3,309吨硝酸铵和石蜡、汽油等易燃物品的挪威货船Ocean Liberty号发生起火。船长命令密封货舱,并向舱内泵入蒸汽。但这样做这并没有阻止火势,该船在14时被拖出港口,并在17时发生爆炸,造成29人死亡,并对布雷斯特港造成严重破坏。


这是四个月内的第三艘载有硝酸铵船只发生爆炸。


1.4 德克萨斯韦斯特爆炸

2013417日,韦斯特镇的一家化肥厂发生火灾,在报告火灾20min后发生了爆炸,经查此次爆炸是由超量储存的240t硝酸铵引起,地震局测算的地震TNT当量约7.5~10t,起火原因至今未完全查明。


1.5 天津港大爆炸

2015812日的天津港大爆炸是由硝化棉自燃起火引发了约800t硝酸铵发生爆炸造成的。因智能手机的普及与网络的发达,爆炸视频在全球大范围传播,夜空中巨大的火球给人一种末日降临的恐慌感,使得天津港大爆炸成为近年来最为著名的一次爆炸事故。

TIANJINAP09e1e893.jpg

1-3 天津港大爆炸

二、可控爆炸

2.1 索姆河战役

191671日索姆河战役开始的第一天,英军引爆了由隧道作业单位埋设在德军阵地旁的19个巨型地雷,其中最大的一个在La Boisselle以南,27tAmmonal(硝酸铵和铝粉的混合物)被分为16t11t装填于两个硐室中。引爆后形成了一个90m30m深的爆坑,时至今日,这个坑演变成了一个景点。

Lochnagar_Crater 索姆河 1916-2005.JPG

2-1 2005年的爆坑

2.2 梅森战役

191767日,英军对德军故技重施。同样的配方,同样的味道,只不过这次英军准备了26个巨型地雷总计装药量为508tAmmonal,由于各种原因引爆了其中的20个,总计424.8t装药。其中最大的一个装药量为43.4t,这些地雷杀死了约10000名德军,创造了原子弹爆炸前最大的人工爆炸和人造非核爆炸杀伤人数最多两个第一。

St-Eloi-craters 1917 .jpg

2-2 两次地雷作战形成的爆坑残存至今日

2.3 白沙导弹试验场

在上个世纪70年代到90年代美国的Defense Nuclear AgencyDNA)主导了一系列的仿核武器测试计划,其目的是为了评估核武器威力以及常规武器与核武器的杀伤力区别。这些测试使用的铵油炸药(ANFO),TNT当量系数约为0.9Minor ScaleMisty Picture的均是装填于半径13.4m的玻璃纤维半球中,爆炸产生的空气冲击波相当于8000t当量的小型核武器。其中Minor Scale是人类所创造的单次最大规模非核爆炸,曾计划展开当量核武器当量为16000tMisty Picture行动,并已经做好了前期的理论计算与准备工作,但是在198512月该项目被削减到与Minor Scale相同的装药水平。

1-1 白沙导弹试验场仿核测试

代号

测试药量(t)

测试日期

Dice Throw

560

1976.10.6

Distant Runner

2*110

1981

Mill Race

560

1981.09.16

Direct Course

552

1983.10.26

Minor Scale

4304

1985.06.27

Misty Picture

4250

1987.05.14

Misers Gold

2218

1989.06.01

Distant Image

2210

1991.06.20

Minor Uncle

2472

1993.06.10

WSMR2.jpg

2-3 几次测试几乎都集中在了同一个位置

1.jpg

2-4 谷歌地图上的爆炸试验场

Minor_Scale_test_explosion 1985 .jpg

2-5 Minor Scale的爆炸火球

mmexport1596802553617.jpg

2-6 建造玻璃钢药室

mmexport1596803778441.jpg

2-7 Misty Picture的爆炸火球


2.4 我国历史上的三次万吨级硐室爆破

2.4.1 白银厂露天矿万吨硐室爆破

19563-10月,苏联派遣了以M.道库采耶夫为首的专家组,与中方人员合作,共同完成了白银厂硐室爆破技术方案设计与施工。实际上15573.29t炸药并不是在一次爆破中使用的,而是在三个日期分成了三次,总计481个药包,而最大的一次爆破也未超过万吨规模,称之为万吨大爆破其实是不准确的。当时新中国工业能力薄弱,性能较好的2#岩石炸药价格昂贵,最终使用了9462t粉状硝酸铵,以大幅缩减成本。

2-1 爆破参数表

次数

药包数

最大药室(t)

总装药量(t)

爆破日期

1

24

290

1640.41

1956.07.18

2

209

782.5

4685.92

1956.10.15

3

248

1167.21

9249.26

1956.12.31

白银厂.jpg

2-8 在互联网上少有的白银厂硐室爆破影像资料


2.4.2 攀枝花狮子山万吨硐室爆破

1971521日,我国进行了世界上第一次万吨级硐室爆破,药室在山体内分3层,总用药量10162.2t,其中上层装药3784t,下层装药6354t。爆破总量达1140万立方米,测定的地方性震级ML4.5


指挥部组织1000多名职工和家属,成立了36个加工连,使用人力加工铵油炸药。轮碾机不够,就用破碎机、混凝土搅拌机代替;没有破碎机,就用压路机代替,甚至用木锤、棍棒敲,用铁锹拌,14天加工炸药9173吨。

攀枝花狮子山.jpg


2-9 同样少有的历史影像资料

2.4.3 珠海炮台山万吨硐室爆破

19921228日,我国历史上最大的也是世界上最大的硐室爆破成功起爆。虽然此次装填的炸药达到了11169.5t,但却分别设置在141个药室中,以降低爆破振动,提高石方抛掷率。

炮台山2.jpg

2-10 药包布置断面图

炮台山.jpg

2-11 炮台山硐室爆破

历史一再提醒人们,高温加热大量硝酸铵会导致爆炸事故的发生,但是关键的决策者总是不在意;历史也一再提醒人们,不要围观火灾或者有害物质泄露,人们也总是不在意。那么历史将继续默默的提醒着人们,默默的看着人们一次又一次的反思,一次又一次的经历着灾难的循环。

[修改于 2 个月前 - 2020-08-07 21:48:34]

来自:生活广场 / 科创茶话
 
15
2020-08-07 22:45:21
1楼

请教一下D版,不知道PLA是否进行过类似的仿核武器测试试验,还那三次万吨级实爆其实就是最好的试验


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2020-08-07 23:05:02
dracula1429(作者)
2楼
引用刺刀尖发表于1楼的内容
请教一下D版,不知道PLA是否进行过类似的仿核武器测试试验,还那三次万吨级实爆其实就是最好的试验

TG隐藏的深,没见啥解密报告。不像在外网,解密报告一艘一大堆,偶尔还有视频也释放出来。据说炮台山的那次是有核机构来做检测分析的,没看到相关文件证实这一点。

那三次硐室大爆破对于核武器设计可能没那么大的参考意义,毕竟核爆炸与大爆破的地震波区别较大,且硐室大爆破是多段间隔起爆,冲击波与地震波的叠加、抵消很复杂,不像美帝那样纯粹的一次起爆更容易获得参数。

下图摘自《地震工作手册》

7185848.jpg

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1
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3楼
引用dracula1429发表于2楼的内容
TG隐藏的深,没见啥解密报告。不像在外网,解密报告一艘一大堆,偶尔还有视频也释放出来。据说炮台山的那...

谢谢解惑,受教了

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2020-08-08 15:42:57
4楼

我记得。。。好像。。。印度也发生过港口化肥爆炸。好像炸飞了一堆金条,有一个老爷爷捡到归还了一条。当时记得特别清楚

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1
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2020-08-09 09:36:28
5楼

压路机碾硝酸铵……没问题吗?

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dracula1429(作者)
6楼
引用特乌德劳斯基发表于4楼的内容
我记得。。。好像。。。印度也发生过港口化肥爆炸。好像炸飞了一堆金条,有一个老爷爷捡到归还了一条。当时...

有的,是孟买码头大爆炸(港口再一次中枪),只不过是军火爆炸。1944年4月14日装载有1395t的炸药、地雷、炮弹等军火的SS Fort Stikine号在港口发生起火爆炸。有些与众不同的是这艘船上装载有31箱,价值89万英镑的金条。爆炸造成了800~1300人死亡,80000人游离失所。其中最近一次发现金条是在2011年2月,同年10月还发现了一枚45kg仍具有爆炸能力的弹药。


https://en.wikipedia.org/wiki/1944_Bombay_explosion

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dracula1429(作者)
7楼
引用nkh0472发表于5楼的内容
压路机碾硝酸铵……没问题吗?

以前的常规操作吧,生产工业炸药时粉碎硝酸铵也用过轮碾机,运行起来和压路机基本一个样。还听过某厂生产的粉状乳化质量不好,容易结块,储存一段时间后还要取出来放到厂区水泥地上人工敲打再次破碎。


当然以上方法现在都被淘汰和禁止了,只能说这些方法历史上曾经普遍用过,而且并未发生重大事故,不过仍然是具有安全隐患的操作方式。


[修改于 2 个月前 - 2020-08-09 19:05:42]

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2020-08-11 21:45:29
8楼

d版有Minor Scale的视频不,因为代号是音乐名词,不太好搜索,在油管上搜半天只搜到个排名PPT有点相关

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9楼
引用TNAE发表于8楼的内容
d版有Minor Scale的视频不,因为代号是音乐名词,不太好搜索,在油管上搜半天只搜到个排名PP...

这个和d版讨论过,我在优酷上曾见过这个实验的视频,关键词是ANFO,但是奇怪的是,在优酷和谐该视频后,本应能找到的外网竟然找不到

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2020-08-13 03:23:05
10楼

视频补充:代号Distant Image解密视频,测试药量2210t




代号Direct Course解密视频,测试药量552t



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11楼

发现一个现象,同样是炸药爆炸,如果是TNT之类的猛炸药,爆炸后会是巨大的火球,并且能维持相当长的时间,网上有个500吨TNT爆炸的视频就是这样,但是换成硝酸铵,我看过的无论是100吨,还是几千吨,爆炸之后都直接是一团烟雾,火球只是一瞬就没了,这是不是跟它们的爆热有关呢?

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2
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12楼
引用pk10101100发表于11楼的内容
发现一个现象,同样是炸药爆炸,如果是TNT之类的猛炸药,爆炸后会是巨大的火球,并且能维持相当长的时间...

这明显是氧平衡的问题,TNT氧平衡很负,爆轰后会仍会留下大量可燃产物,如果爆轰的高温不会立即散去,在激波扩散开后,这些可燃产物会接触空气发生补燃,装药量越大,这部分可燃产物与空气的混合程度就越低,直径也大,产生持续很久的火球。而硝酸铵是余氧较多的榨药,爆轰后不会留下任何可燃产物,开始的火球其实是爆轰闪光,转瞬即逝,整个过程不会发生燃烧。

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2020-08-14 00:04:19
dracula1429(作者)
13楼
引用pk10101100发表于11楼的内容
发现一个现象,同样是炸药爆炸,如果是TNT之类的猛炸药,爆炸后会是巨大的火球,并且能维持相当长的时间...

就像如楼上所说的,其实TNT和ANFO的爆热差距并不大,TNT是4200kJ/kg多一点,ANFO是3800kJ/kg左右,火球的出现还是取决于氧平衡。

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14楼

视频怎么没字幕?看不懂

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15楼
引用新黑火药发表于14楼的内容
视频怎么没字幕?看不懂

很尖锐的问题

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2020-08-16 10:25:37
16楼

那当量最大的那一次实验有没有解密?

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dracula1429(作者)
17楼
引用pk10101100发表于16楼的内容
那当量最大的那一次实验有没有解密?

Misty Picture和Minor Scale都已经有解密报告了,只是至今未在网络上见到视频流出。

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2020-08-24 19:09:15
18楼

用炸药炸硝酸铵,真是惊人的操作…… sticker

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2020-09-24 14:24:20
19楼
引用哈哈哈哈哈士奇发表于10楼的内容
视频补充:代号Distant Image解密视频,测试药量2210t‎‎‎代号Direct Cour...

老哥有无水印版本的视频吗? 油管上面的不知道为什么一直无法下载

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dracula1429
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