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北溪管道在海底缺氧環境下被炸燬的技術分析

北溪管道不管是1號、還是2號管線,都處於海底深近100米處,海底海水中的溶解氧很少,而甲烷燃燒爆炸需要消耗大量氧氣。一顆常規炮彈的威力很小,如何能讓其演變為地震級爆炸?管道內有大量高壓殘留氣體,在爆炸發生後,為何又沒有連鎖反應,將長達數千公里的管道連鎖引爆?

北溪管道在海底缺氧環境下被炸燬的技術分析

北溪管道送氣壓力是家用天然氣壓力的1。5萬倍

先以我們最熟悉的家用天然氣、液化天然氣為例。

天然氣在管道內或鋼瓶內時,它是非常安靜的,沒有危險。但是,一旦出現小洩漏,並遇到空氣中的氧氣,這時就非常危險了。在一定濃度下,被引燃,則會引發第一次在空氣中的爆炸。更重要的是第一次空氣中的小爆炸後,可能會引發管道大面積洩漏破損,迅速產生第二次大的爆炸。天然氣洩漏的危險,眾所周知,必須提高警惕和注意養成日常檢查習慣。

我們家用天然氣入戶的壓力一般在2Kpa(0。002mpa),液化石油氣的壓力在2。8kpa。根據《城鎮燃氣設計規範》GB50156-2006規定分為四類,高壓燃氣為1。6-4。0MPa,次高壓燃氣0。4-1。6MPa,中壓燃氣0。01-0。4MPa,低壓燃氣小於0。01MPa,一般燃氣的工作壓力都在低壓條件下工作。高壓一般用於遠距離輸送,一般特殊的工業使用者的燃氣供氣壓力最多0。8Mpa,商業使用者的供氣壓力為0。4mpa,居民小區的官網一般為0。2Mpa,到達居民家庭使用者末端已降到0。01Mpa以下了。

而北溪管道的送氣壓力高達30Mpa,是家用天然氣壓力的15000倍。

北溪管道在海底缺氧環境下被炸燬的技術分析

無氧環境下的爆炸如何發生?

天然氣的主要成分是甲烷(CH4),甲烷氣體可以作為燃料、化工原料等多種用途,同時也是比二氧化碳更厲害的溫室氣體。

甲烷是無色、無味、無臭氣體,微溶於水。我們平常聞到的家用天然氣的異味,是因為燃氣公司特別加了臭味劑,用以提醒我們危險發生。從理論上講,燃氣公司可以調製出各類香型,加點香奈兒的味道也行。

甲烷的爆炸極限為在空氣中的含量達到5%-16%(體積比),自燃溫度為537℃,最小點火能0。28mJ,最大爆炸壓力為0。7Mpa。

甲烷氣體極易燃,與空氣混合能形成爆炸性混合物,遇熱源或明火會迅速燃燒致爆。甲烷燃燒要分為完全燃燒和不完全燃燒兩種情況。CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O(完全燃燒生成CO₂和水);2CH₄+3O₂=2CO+4H₂O(不完全燃燒時生成CO和水)。歸根結底,甲烷燃燒需要氧氣才行。

但是,北溪管道在深海底,屬於無氧氣環境,燃燒爆炸如何發生。一顆普通炮彈的衝擊,只能讓其中一段損壞,造成天然氣洩漏,無法制造出地震級爆炸。

但是,甲烷氣體不僅僅是與氧氣接觸才可以發生燃燒和爆炸危險,與強氧化劑類物質相遇也會等同於與氧氣接觸,諸如如下物質:五氧化溴、氯氣、次氯酸、二氟化氧、三氟化氮、液氧、其它氧化劑。

對於北溪管道被毀並引發地震級爆炸來說,用普通炸藥炮彈破壞管道壁造成天然氣洩漏只是第一步,關鍵性的第二步是將大量氧化劑同步送到洩漏點附近。不管如何,要引爆海底天然氣地震級的爆炸,必須有大量的強氧化劑才行。

北溪管道在海底缺氧環境下被炸燬的技術分析

三、海水中溶解氧濃度無法引發北溪管道高壓甲烷氣體發生爆炸

溶解氧濃度指的是海水中以氧分子狀態存在的氧氣。一般來說,表層海水與大氣接觸,溶解氧接近飽和,表層以下某個深度溶解氧濃度略有增加,出現氧的最大值;再往下,光合作用逐漸減弱,有機物氧化加強,溶解氧濃度隨深度增加而降低,出現氧最小層;氧最小層以下隨深度增加溶解氧含量反而升高,因為大洋底層水為高緯度下沉的高氧水。

不同地域不同厚度的海水的氧濃度很複雜。一般而言,表層海水溶解氧含量大致為4-9毫克/升。底層海水溶解氧含量為4-8毫克/升。而這個濃度與大量的高壓甲烷氣體觸發爆炸需要的氧氣濃度還相差甚遠。即使北溪管道因腐蝕或自損造成洩露,也不會發生水底劇烈爆炸。

因此,海水中的溶解氧與北溪管道爆炸事件幾乎無關聯。

北溪管道在海底缺氧環境下被炸燬的技術分析

四、魚雷、炸藥型武器的爆炸不一定需要外界氧氣

炸藥是能在極短時間內劇烈燃燒(即爆炸)的物質,一般情況下,炸藥的化學及物理性質穩定,但不論是否密封,藥量多少,甚至在外界零供氧的情況下,只要有較強的能量(起爆藥提供)激發,炸藥就會對外界進行穩定的爆轟式做功。炸藥爆炸時,能釋放出大量的熱能併產生高溫高壓氣體,對周圍物質起破壞、拋擲、壓縮等作用。炸藥大都是含氧的化合物或可燃物與氧化劑的混合。所以,炸藥不一定需要外部氧氣才會爆炸。

魚雷在水下爆炸時會產生大量高溫高壓氣體,氣體迅速膨脹,當膨脹到球內氣壓等於周圍的水壓(靜壓)時,氣體球並不會停止膨脹,因為它有慣性,直到過度膨脹後,周圍的水壓才會再次將其壓回 “原形”,當氣體球被壓縮到最小時,球內的氣壓再次達到另一個高峰。

一枚炸彈在水下爆炸的威力比在空氣中要大很多倍,原因在於衝擊波在壓縮和膨脹傳播介質(空氣、海水)中會逐漸失去能量,空氣是可以壓縮的,而水基本是不可壓縮的,而海水就是一種優良的介質,它的密度大約是空氣的835倍,對沖擊波的傳導能力比空氣強多了,這意味著衝擊波在水中傳播的話,基本不會因此而失去能量,可以傳很遠。所以水下魚雷對航母和軍艦等構成重大威脅,一顆魚雷就會致命。

炸藥爆炸,並不是炸藥裡蘊藏的能量巨大無比,一公斤炸藥爆炸時所放出的能量和一公斤煤炭燃燒時放出的能量差不多,炸藥之所以具有威力,是因為在極短的時間內可以產生大量的氣體,來不及擴散,會在爆炸中心形成強大壓力和衝擊波,同時產生幾千度的高溫。瞬間爆炸、瞬間釋放,才形成了強大的破壞性。

對於北溪管道被毀事件,如果不用激發甲烷天然氣的爆炸,而只依靠魚雷等炸藥武器本身的能量,也是可以對北溪管道形成較大面積、較長距離的摧毀作用的,但無法讓幾千公里的管線內的甲烷氣體產生連鎖爆炸。

文/大隊長

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