北溪管道在海底缺氧环境下被炸毁的技术分析

北溪管道在海底缺氧环境下被炸毁的技术分析

首页休闲益智海洋爆炸更新时间:2024-05-03

北溪管道不管是1号、还是2号管线,都处于海底深近100米处,海底海水中的溶解氧很少,而甲烷燃烧爆炸需要消耗大量氧气。一颗常规炮弹的威力很小,如何能让其演变为地震级爆炸?管道内有大量高压残留气体,在爆炸发生后,为何又没有连锁反应,将长达数千公里的管道连锁引爆?

北溪管道送气压力是家用天然气压力的1.5万倍

先以我们最熟悉的家用天然气、液化天然气为例。

天然气在管道内或钢瓶内时,它是非常安静的,没有危险。但是,一旦出现小泄漏,并遇到空气中的氧气,这时就非常危险了。在一定浓度下,被引燃,则会引发第一次在空气中的爆炸。更重要的是第一次空气中的小爆炸后,可能会引发管道大面积泄漏破损,迅速产生第二次大的爆炸。天然气泄漏的危险,众所周知,必须提高警惕和注意养成日常检查习惯。

我们家用天然气入户的压力一般在2Kpa(0.002mpa),液化石油气的压力在2.8kpa。根据《城镇燃气设计规范》GB50156-2006规定分为四类,高压燃气为1.6-4.0MPa,次高压燃气0.4-1.6MPa,中压燃气0.01-0.4MPa,低压燃气小于0.01MPa,一般燃气的工作压力都在低压条件下工作。高压一般用于远距离输送,一般特殊的工业用户的燃气供气压力最多0.8Mpa,商业用户的供气压力为0.4mpa,居民小区的官网一般为0.2Mpa,到达居民家庭用户末端已降到0.01Mpa以下了。

而北溪管道的送气压力高达30Mpa,是家用天然气压力的15000倍。

无氧环境下的爆炸如何发生?

天然气的主要成分是甲烷(CH4),甲烷气体可以作为燃料、化工原料等多种用途,同时也是比二氧化碳更厉害的温室气体。

甲烷是无色、无味、无臭气体,微溶于水。我们平常闻到的家用天然气的异味,是因为燃气公司特别加了臭味剂,用以提醒我们危险发生。从理论上讲,燃气公司可以调制出各类香型,加点香奈儿的味道也行。

甲烷的爆炸极限为在空气中的含量达到5%-16%(体积比),自燃温度为537℃,最小点火能0.28mJ,最大爆炸压力为0.7Mpa。

甲烷气体极易燃,与空气混合能形成爆炸性混合物,遇热源或明火会迅速燃烧致爆。甲烷燃烧要分为完全燃烧和不完全燃烧两种情况。CH₄ 2O₂=CO₂ 2H₂O(完全燃烧生成CO₂和水);2CH₄ 3O₂=2CO 4H₂O(不完全燃烧时生成CO和水)。归根结底,甲烷燃烧需要氧气才行。

但是,北溪管道在深海底,属于无氧气环境,燃烧爆炸如何发生。一颗普通炮弹的冲击,只能让其中一段损坏,造成天然气泄漏,无法制造出地震级爆炸。

但是,甲烷气体不仅仅是与氧气接触才可以发生燃烧和爆炸危险,与强氧化剂类物质相遇也会等同于与氧气接触,诸如如下物质:五氧化溴、氯气、次氯酸、二氟化氧、三氟化氮、液氧、其它氧化剂。

对于北溪管道被毁并引发地震级爆炸来说,用普通炸药炮弹破坏管道壁造成天然气泄漏只是第一步,关键性的第二步是将大量氧化剂同步送到泄漏点附近。不管如何,要引爆海底天然气地震级的爆炸,必须有大量的强氧化剂才行。

三、海水中溶解氧浓度无法引发北溪管道高压甲烷气体发生爆炸

溶解氧浓度指的是海水中以氧分子状态存在的氧气。一般来说,表层海水与大气接触,溶解氧接近饱和,表层以下某个深度溶解氧浓度略有增加,出现氧的最大值;再往下,光合作用逐渐减弱,有机物氧化加强,溶解氧浓度随深度增加而降低,出现氧最小层;氧最小层以下随深度增加溶解氧含量反而升高,因为大洋底层水为高纬度下沉的高氧水。

不同地域不同厚度的海水的氧浓度很复杂。一般而言,表层海水溶解氧含量大致为4-9毫克/升。底层海水溶解氧含量为4-8毫克/升。而这个浓度与大量的高压甲烷气体触发爆炸需要的氧气浓度还相差甚远。即使北溪管道因腐蚀或自损造成泄露,也不会发生水底剧烈爆炸。

因此,海水中的溶解氧与北溪管道爆炸事件几乎无关联。

四、鱼雷、炸药型武器的爆炸不一定需要外界氧气

炸药是能在极短时间内剧烈燃烧(即爆炸)的物质,一般情况下,炸药的化学及物理性质稳定,但不论是否密封,药量多少,甚至在外界零供氧的情况下,只要有较强的能量(起爆药提供)激发,炸药就会对外界进行稳定的爆轰式做功。炸药爆炸时,能释放出大量的热能并产生高温高压气体,对周围物质起破坏、抛掷、压缩等作用。炸药大都是含氧的化合物或可燃物与氧化剂的混合。所以,炸药不一定需要外部氧气才会爆炸。

鱼雷在水下爆炸时会产生大量高温高压气体,气体迅速膨胀,当膨胀到球内气压等于周围的水压(静压)时,气体球并不会停止膨胀,因为它有惯性,直到过度膨胀后,周围的水压才会再次将其压回 "原形",当气体球被压缩到最小时,球内的气压再次达到另一个高峰。

一枚炸弹在水下爆炸的威力比在空气中要大很多倍,原因在于冲击波在压缩和膨胀传播介质(空气、海水)中会逐渐失去能量,空气是可以压缩的,而水基本是不可压缩的,而海水就是一种优良的介质,它的密度大约是空气的835倍,对冲击波的传导能力比空气强多了,这意味着冲击波在水中传播的话,基本不会因此而失去能量,可以传很远。所以水下鱼雷对航母和军舰等构成重大威胁,一颗鱼雷就会致命。

炸药爆炸,并不是炸药里蕴藏的能量巨大无比,一公斤炸药爆炸时所放出的能量和一公斤煤炭燃烧时放出的能量差不多,炸药之所以具有威力,是因为在极短的时间内可以产生大量的气体,来不及扩散,会在爆炸中心形成强大压力和冲击波,同时产生几千度的高温。瞬间爆炸、瞬间释放,才形成了强大的破坏性。

对于北溪管道被毁事件,如果不用激发甲烷天然气的爆炸,而只依靠鱼雷等炸药武器本身的能量,也是可以对北溪管道形成较大面积、较长距离的摧毁作用的,但无法让几千公里的管线内的甲烷气体产生连锁爆炸。

文/大队长

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