Egle B — Lessenreeks Explosieven AGS
Opening of the document
3/10/2013
Brecht.egle@chem.kuleuven.be
Brecht@live.com
Lessenreeks explosieven, AGS
4 oktober 2013
Brecht Egle 1
Outline
1. Inleiding
2. Oorzaken
3. Effecten
2
1
3/10/2013
1. Explosies: Inleiding
Explosie:
Zeer snelle, plotse vrijstelling van energie met expansie van gas Meestal ook productie expanderende gassen Energievrijgave zo snel dat deze accumuleert Deze energie moet gedissipeerd worden naar de omgeving Schokgolf, versnelling materie (=fragmentie), kratervorming, warmte, enz.
Brecht.egle@chem.kuleuven.be
Brecht@live.com
Lessenreeks explosieven, AGS
4 oktober 2013
Brecht Egle 1
Outline
1. Inleiding
2. Oorzaken
3. Effecten
2
1
3/10/2013
1. Explosies: Inleiding
Explosie:
Zeer snelle, plotse vrijstelling van energie met expansie van gas Meestal ook productie expanderende gassen Energievrijgave zo snel dat deze accumuleert Deze energie moet gedissipeerd worden naar de omgeving Schokgolf, versnelling materie (=fragmentie), kratervorming, warmte, enz.
Full text, so the search can find this document · 23 kB of text
3
1. Explosies: Inleiding
Chemisch
Andere
Fysisch
Nucleair
4
2
3/10/2013
1. Explosies: Inleiding
Schademechanismen:
R
• Krater
• Hitte/brand
• Schokgolf
• Fragmentatie • Secundaire schade • (Penetratie) R
5
1. Explosies: Inleiding
Verdere opbouw lezingen:
OORZAAK
GEVOLG
Chemische explosies
Fysische explosies
Nucleaire explosies
Schokgolf
Fragmentatie
Hitte/brand
Krater
Secundaire schade
Modellen
Berekenen
Tabellen
Berekenen
TNT equivalent
6
3
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies ADR transportklassen Detonatie vs deflagratie Gecondenseerd: High explosives Gecondenseerd: Low explosives Volumetrisch: Gevoeligheid en initiatie Volumetrisch: Vapour Cloud Explosie (VCE) Volumetrisch: Stofexplosie 2.2 Fysische explosies Drukvat explosie Implosie BLEVE Thermische explosie 2.3 Nucleaire explosies 2.4 Geïmproviseerde explosieven 7
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies • Vrijgave energie door snelle chemische reactie • Meestal exotherme oxidatiereactie
Brandstof
Ontsteking
Ook binnen zelfde
molecule
Oxidants
8
4
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies • Explosieven: ADR klasse 1 • Ook pyrotechnische materialen vallen hieronder (vuurwerk) • Uitgezonderd:
Explosieven die gedesensitiseerd zijn met water/alcohol Stoffen die een explosief mengsel kunnen vormen (bv. met lucht) maar zelf niet explosief zijn Organische peroxiden: klasse 5.2 • UN nummer begint met 0.
9
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies Subklasse 1.1
Massa explosie gevaar
1.2
Fragmentatie gevaar, maar geen massa explosie
1.3
Gevaar voor brand, maar weinig massa explosie/fragmentatie gevaar
1.4
Klein risico op explosie
1.5
Ongevoelige explosieven (die wel massa explosie kunnen ondergaan)
1.6
Zeer ongevoelige explosieven die geen massa explosie kunnen ondergaan
Massa explosie: explosie waarbij gehele lading in zijn geheel kan exploderen Compatibiliteit A B C D E F G H J K L N S
Primair explosief
Primair explosief, in detonatoren Deflagrerend explosief Secundair explosief of buskruit of primair explosief met >2 veiligheidsmaatregelen Secundair explosief met aandrijflading Secundair explosief met eigen initiatiemogelijkheid Pyrotechnische stof Explosieve stof en witte fosfor Explosieve stof en brandbare vloeistof of gel Explosieve stof en toxische chemicaliën Explosieve stof die bijzondere incombabiliteit heeft (bv. Water) Enkel zeer ongevoelige explosieven Weinig gevaarlijke artikelen die bij brand geen significante hinder opleveren
10
5
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies Detonatie vs Deflagratie Deflagratie Reactiezone plant zich voort met snelheid < geluidssnelheid Schokgolf sneller dan reactiefront Druk ≈ 10 bar Insluiting nodig voor explosie
11
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies Detonatie vs Deflagratie Detonatie Reactiezone plant zich voort met snelheid (2000-9000 m/s)> geluidssnelheid Schokgolf en reactiefront gekoppeld Drukken ≈ 300.000 bar Veroorzaakt in elk geval een explosie Krachtiger als deflagratie
12
6
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies Deflagratie naar detonatie transfer (DDT) Deflagratie van een explosief Door vrijkomen gassen kan druk in materiaal stijgen Druk ↑ -> reactiesnelheid ↑ Kettingreactie tot drukken/reactiesnelheden hoog genoeg zijn voor detonatie • Brandende explosieven kunnen exploderen via dit mechanisme • Factoren die DDT waarschijnlijker maken:
Insluiting!! (eigen bulk is soms genoeg) Porositeit materiaal (hoe hoger, hoe makkelijker DDT) Zeer krachtige ontstekingsbron
13
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: explosieven High explosives
Primair: gevoelig
Detoneren
Secundair: matig gevoelig
Gecondenseerde
Explosieven
Chemische
Explosieven
Tertiair: ongevoelig
Low explosives
Pyrotechniek: Vuurwerk
Deflagreren
Aandrijfstoffen
Dampexplosie
Volumetrische
Explosieven
Stofexplosie 14
7
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: High explosives Primaire explosieven (ADR 1.1A, 1.1D) • Makkelijk detoneerbaar (DDT) • Gevaarlijk om te hanteren • Meestal in kleine hoeveelheden (≤ 1g) • Belangrijkste component in detonatoren • Meest voorkomende:
Lood azide (lead azide, LA, PbN3) DDNP (diazodinitrophenol, DINOL) Kwik fulminaat (mercury fulminate) HMTD (Hexamethylenetriperoxidediamine) Aceton peroxide (AP; TCAP, CTAP, TATP) 15
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: High explosives Primaire explosieven: Detonatoren (ADR 1.1B, 1.1F) • Initiatie explosieven: Explosive train • Gevoeliger explosief om hoofdlading te detoneren
1
2
3
1.
2.
3.
Detonator
Booster
Hoofdlading
• Detonator: primair explosief, onsteking via elektrische stroom of lont
16
8
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: High explosives Secundaire explosieven (ADR 1.1D,E,F) • Matig gevoelig (varieert) • Grootste groep explosieven • Grote variatie in sterkte + toepassingsgebied • Enkele veel voorkomende:
RDX (cyclotrimethylenetrinitramine) Nitroglycerine PETN (pentaerythritol tetranitraat, Pentriet) Nitroglycol HMX TNT (trinitrotolueen) Picrinezuur (TNP, picric acid) Tetryl
17
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: High explosives Tertiaire explosieven (ADR 1.4, 1.5, 1.6) • Zeer ongevoelig • Vooral ANFO, of bep. militaire munitie (FOX-7, NTO, TATB) • ANFO: Ammonium nitraat (poeder/korrels) + vloeibare brandstof (2-5%) • Zeer makkelijk te maken + erg goedkoop gebruikt in grote hoeveelheden • Geavanceerdere brandstoffen (nitromethaan, hydrazine,…) krachtiger • Zgn. “kunstmestbom”: ammonium nitraat verkrijgbaar als kunstmest (NPK 33-0-0) • Veel gebruikt in commerciële toepassingen • Ammonium nitraat kan exploderen indien grote hoeveelheden branden in ingesloten ruimte (zie Texas City explosie in 1947) 18
9
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: High explosives Explosiekracht • Uitgedrukt in %TNT of explosie efficiëntie (α) • Zet massa explosief om in equivalente massa TNT: α x Mex = Meq,TNT • 20% veiligheidsfactor : 1,2 x α x Mex = Meq,TNT • Eenvoudig model, snelle resultaten • Niet zo accuraat als complexere modellen (bv. CFD) •TNT is een gecondenseerd explosief <-> Volumetrische explosieven
Druk
Overschatting druk dichtbij centrum en onderschatting druk op over langere afstanden
19
Tijd
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: High explosives TNT equivalent enkele explosieven Explosief
TNT eq. (%)
Explosief
TNT eq. (%)
Lood azide
40
Picrinezuur
110
DDNP
105
Tetryl
130
Kwik fulminaat
51
ANFO
30-80*
TATP
80
Nitromethaan
101
RDX
150
C4
130
Nitroglycerine
140
PETN
145
HMX
150
AN
56
TNT
100
Dynamiet
105
*: Afhankelijk van hoeveelheid + type toegevoegde brandstof
Hangt wel af van welke vergelijkingsmethode gebruikt werd 20
10
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.2 Chemische explosies: Low explosives (LE) Pyrotechnisch materiaal (ADR 1.1, 1.3, 1.4 G) • Mengsels van brandstof en oxidator (niet lucht) • Compositie hangt af van gewenste effect (licht, geluid, rook, …) • Kunnen zeer gevoelig zijn aan ontbranding door vonken, vlammen, … • Bij insluiting/grote hoeveelheden kunnen deze zeer destructief zijn (vb.
Vuurwerkramp Enschede) Vuurwerk type Ontstekingsas (first fire) Vertragingscompositie Rook effect Licht effect Geluid effect
Bestanddelen
Buskruit, (per)chloraat
Chromaten/metaaloxiden + brandstof Sublimerende kleurstof, witte fosfor,… Mg of Al poeder + oxidants Sas + picraten
21
2. Explosies: Oorzaken
2.2 Chemische explosies: Low explosives (LE) Aandrijfstoffen • Geoptimaliseerd voor gasproductie • Munitie (nitrocellulose) • Raketbrandstoffen (perchloraten, ADN, …) • Airbags, gordelspanners (natrium azide of stikstofrijke moleculen) • Meestal vrij gevoelig, vooral voor vonken, vlammen
TNT Equivalent van LE: 40% (= buskruit in worst case scenario)
22
11
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: High explosives Hantering gecondenseerde explosieven Zo veel mogelijk afstand houden Beschermende kledij (vooral ogen, vitale delen, oren) Fragmentatie in rekening nemen! (glazen recipiënten,…) Contaminatie kan explosief extra onstabiel maken, vooral (sterke) zuren en metalen Opletten voor breken grote kristallen Wrijving/impact/hitte vermijden Statische elektriciteit!
Sublimatie op schroefdeksel Vermijd insluiting Vooral opletten bij: oude stalen, primaire explosieven, zelfgemaakte explosieven 23
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: High explosives Interventie bij grote hoeveelheden ADR klasse 1 Evacueren als lading in brand staat!
Overspoelen met water Ontstekingsbronnen verwijderen bij lek Niet opruimen zonder raad expert Perimeter: zie deel 2 of ERG:
ADR 1.1, 1.2, 1.3, 1.5: 800 m (lek) / 1600 m (brand) ADR 1.4, 1.6: 250 m (lek) / 500 m (brand) ADR 1.4S: 15 m
24
12
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.2 Chemische explosies: Volumetrische explosie Gevoeligheid • LEL (Lower Explosive Limit): Minimale concentratie in lucht voor een explosie • UEL (Upper Explosive Limit): Maximale concentratie in lucht voor een explosie • Flikkerpunt (flashpoint): minimale temperatuur waarboven vloeistof brandt bij onsteking (blijft branden = vlampunt) • Zelfonstekingstemperatuur: waarbij stof vanzelf ontbrandt • Minimale onstekingsenergie (MIE): Minimale energie om brandstof te onsteking bij optimale concentratie
25
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: Volumetrische explosie Gevoeligheid Parameter
LEL/UEL
Zelfonstekingstemp.
MIE
Temperatuur ↑
↓/↑
-
↓
Druk ↑
↓/↑
↓
↓
Ontstekingsenergie ↑
↓/↑
-
-
Vochtigheid ↑
↑/-
↑
↑
Zuurstofconc. ↑
-/↑
↓
↓
Partikelgrootte ↓
↓/-
-
↓
Turbulentie ↑
-
-
↑
26
13
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: Volumetrische explosie Vloeistof/Gas
LEL (%)
UEL (%)
Vlampunt (°C)
Zelfonsteking (°C)
MIE (mJ)
Aceton
2,6
12,8
-20
465
1,15
Acetyleen
2,5
100
-18
305
0,02
Ammoniak
15
28
11
651
680
CS2
1,3
50
-30
90
0,009
0,223
Cyclohexaan
1,3
8
-20
245
Diethyl ether
1,9
36
-45
180
0,19
Ethanol
3,3
19
13
363
0,65
Waterstof
4
75
-253
570
0,018
Methaan
5
15
-188
537
0,280
0,140
Methanol
6,7
36
11
464
Tolueen
1,27
6,75
4
480
0,24
Propaan
2,1
9,5
-104
450
0,250
CO
12,5
74
-191
609
<0,3
Ethyleenoxide
3
100
-55
429
0,062
Diesel
0,5
7,5
52-96
254-446
0,23
27
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: Volumetrische explosie Stof (med Ø)
LEL (g/m3)
Zelfonsteking (°C)
MIE (mJ)
Cellulose (51)
100
500
250
Koffiepoeder (<10)
60
470
-
Melkpoeder (165)
60
460
75
Bruin steenkool (41)
30
420
160
Tarwemeel (65)
60
410
>100
Polyethylene (150)
150
480
-
Aluminium (23)
60
560
10
Zink (15)
400
540
750
Zwavel (180)
-
260
100-300
28
14
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies Ontsteking 1.
2.
Mechanisch:
•
Impact: productie vonken. Vooral Mg,Al,Ti
legeringen met roestig metaal -> Thermietreactie Wrijving: wekt warmte op
•
•
•
•
Hete oppervlakten/deeltjes
Open vlam
Verbrandingsmotoren Schokgolven (adiabatische compressie)
•
Thermisch:
29
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies Ontsteking 3.
4.
Elektrisch:
Chemisch:
•
•
Statische ontlading: vonk
Bliksem
Hoogfrequente EM straling: hoge intesiteit, antenne en elektrisch contact nodig voor vonk Elektrische schakelaars Gefocust licht
•
•
•
Exotherme reacties
Decompositie
Polymerisatie
•
•
•
30
15
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: Volumetrische explosie VCE (Vapour Cloud Explosion) • Deflagreren/detoneren van brandstofwolk waarbij overdruk (tot 10 bar) gegenereerd wordt • Bv. na lek of in pijpleidingen/reactorvaten • Insluiting nodig, bv. Afgesloten ruimte, omringende gebouwen,…
31
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: Volumetrische explosie VCE (Vapour Cloud Explosion) • Gas verspreidt zich gemakkelijk, concentratie kan traag opbouwen • Veel lagere MIE als stofexplosies (uitz. metaalstof, ammoniak) • Meestal onzichtbaar (tenzij nevel) • Meer turbulentie (obstakels, etc.)→ hevigere explosie • Drukstijging is relatief t.o.v. de begindruk!! Pressure Piling
P0 P1
P’0 P’1
P’0 > P0
P’1 > P1
32
16
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: Volumetrische explosie VCE (Vapour Cloud Explosion) • Explosieve kracht inschatten: TNT equivalentiemodel (Harris-Wickens) • Op basis van verbrandingsenergie van brandstof :
WTNT = α
∆H c M
ETNT
Met α = explosie efficiëntie, ΔHc = verbrandingswarmte, W = massa brandstof, ETNT = 4,6 MJ/kg, WTNT = equivalente massa TNT
• Enkel massa van ingesloten brandstof: α = 0,2 • Komt overeen met worst-case scenario van geavanceerdere modellen (multienergiemethode) • Overdruk in de brandstofwolk wordt gelijk aan 1 bar gesteld • Overschat wel zwakke explosies (overdruk < 1 bar) 33
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: Volumetrische explosie Verbrandingsenthalpieën Stof
∆Hc [kJ/kg]
Waterstof
142900
Ammoniak
22518
Hydrazine
20847
Methaan
55675
Acetyleen
50042
Propane
50436
Ethanol
29713
Diethyl ether
36809
Aceton
30860
Azijnzuur
14570
34
17
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: Volumetrische explosie Stofexplosies • Deflagreren van stofwolk (Ø< 0.5 mm) van brandbare vaste stof waarbij overdruk (tot 10 bar) gegenereerd wordt • Door grote specifieke oppervlakte: snelle ontbranding • Insluiting en dispersie is noodzakelijk • Stofexplosie pentagon:
Brandstof Zuurstof Dispersie
Insluiting
Ontsteking
35
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: Volumetrische explosie Stofexplosies • Meestal minder hevig dan gasexplosies (tragere verbranding) • Stofwolken hebben zeer breed explosiedomein 20-60 g/m3 tot 2-3 kg/m3 • Concentratie stof in wolk niet homogeen • LEL stofexplosie >> schadelijke concentratie stof • Belemmert zicht • Stofwolk slaat neer zonder turbulentie • Stoflagen kunnen onopgemerkt blijven • Metaalstof (Al, Mg): zeer hevige explosies, lage MIE • Aanwezigheid brandbaar gas: makkelijkere ontsteking (LEL↓ , MIE↓, overdruk ↑) 36
18
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: Volumetrische explosie Stofexplosies • Meestal eerst kleinere primaire explosie: opdwarrelen opgehoopt stof en ontsteking Veel krachtigere secundaire explosie • Stofophoping gevaarlijk van zodra men erin kan schrijven of voetstappen zien • Gevaarlijke concentratie in lucht: 25W lamp niet meer goed zichtbaar vanaf 2 m afstand of eigen uitgestrekte arm niet meer zichtbaar
37
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: Volumetrische explosie Stofexplosies • Meestal minder hevig dan gasexplosies (tragere verbranding) • Maar voor zelfde volume: meer stof kan exploderen i.v.m. VCE • Vaak deel onverbrand stof naar buiten geslingerd: ontbrand daar • Explosiekracht ook uit te drukken met TNT equivalentie (zie VCE): α = 0,1
WTNT = α
∆H c M
ETNT
Stof
∆Hc [kJ/kg]
Hout
21700
Steenkool
32500
Zwavel
9163
Aluminium
31000
38
19
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.2 Fysische explosies
Drukvat explosie • Falen recipiënt van (vloeibaar) gas onder (hoge) druk • Door overvullen, exotherme reactie, verwering vat • Plotse drukstijging door expansie schokgolf • Ideaal gas: vgl. van Baker γ −1
PV
P
E = 1 1 (1 − ( 0 ) γ )
γ −1
P1
Met P1 = Druk in vat, V1 = volume vat,
P0 = atmosferische druk, γ1 = warmte capaciteit ratio Gas γ
• Niet-ideaal gas: via verschil inwendige energieën
E = M (u1 − u 2 )
Met u1 = interne energie van het gas, u2 = intene energie van de vloeistof, M = massa
Waterstof
1,41
Argon
1,67
Helium
1,66
Lucht
1,4
CO2
1,3
Zuurstof
1,4
Stikstof
1,4
Ammoniak
1,31
39
2. Explosies: Oorzaken
2.2 Fysische explosies
Implosie • Falen recipiënt met zeer lage onderdruk (<< 1 bar) • Atmosferische lucht stroomt zeer snel inwaarts • Weinig energie vrijgave wegens klein drukverschil (<1 bar) • Voor zeer lage drukken:
E = VP0
Met V = volume recipiënt , P0 = atmosferische druk
• Na implosie worden fragmenten van recipiënt wel terug uitwaarts geslingerd
40
20
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.2 Fysische explosies
BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion) • Vloeistof boven kookpunt in drukvat dat plots openbarst met explosieve verdamping (flashing) tot gevolg • Meestal door externe brand:
Brand doet vloeistof verdampen: P stijgt Veiligheidsklep opent: uitdampen vloeistof Tot brand boven vloeistofniveau: Twand ↑ tot deze scheurt Explosieve flashing van deel resterende vloeistof • Vloeistof hoeft niet brandbaar te zijn (vuurbal indien wel) • Tijd van begin brand tot BLEVE: 5-30 min, isolatie van tank: langere tijd
41
2. Explosies: Oorzaken
2.2 Fysische explosies
BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion)
42
21
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.2 Fysische explosies
BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion) • Veiligheidsklep kan indicatie gevaar zijn (continu open = veel verdamping) • BLEVE onder controle houden: tank koelen! (10 L/min per m2) • Druk ontlasten indien mogelijk • Extern vuur blussen • Hoger risico op BLEVE:
Tank volledig verzwolgen door vuur Steekvlam op tank Contact vuur hoog op tank • Mogelijke vrijgave toxische producten!
43
2. Explosies: Oorzaken
2.2 Fysische explosies
BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion) • Belangrijke factor: Ts = Superheat limit voor explosieve flashing • Ts = 0.895 Tc , met Tc = kritische temperatuur • T< Ts : “koude” BLEVE • T≥ Ts : “warme” BLEVE • Schokgolf: Door drukexplosie (T< T ): Vgl. van Baker, zie eerder s Door explosieve flashing (T≥Ts): Vgl. Niet-ideaal gas, zie eerder LPG: MTNT = 0.013 MLPG • Vuurbal + Fragmenten: zie deel 3
Stof
Tc (°C)
Propaan
97
Ts (°C)
87
Ammoniak
132
118
Methaan
-82
-73
Zuurstof
-119
-107
Lucht
-141
-126
Water
374
335
44
22
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.2 Fysische explosies
Thermische explosie • Zeer plotse opwarming van vloeistof/vaste stof • Zeer snelle faseovergang vloeistof/vaste stof gas • Expansie veroorzaakt schokgolf • Bv.: gesmolten staal + water, Hete olie + water,…
45
2. Explosies: Oorzaken
2.3 Nucleaire explosie
• Energie door fissie of fusie atoomkernen • Zeer grote kracht (kiloton – megaton TNT equivalent) • Effecten: Schokgolf (±50%), Thermische straling (±35%), Nucleaire straling (±5%), Residuele straling (±10%) • T ≈ 10 miljoen °C • Basisprincipe kernbom: Kritische massa bereiken (kettingreactie) • Basisprincipe thermonucleair wapen: via fissie hoge temperaturen voor kernfusie bereiken
46
23
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.5 Geïmproviseerde explosieven • Basisschema:
Onstekingsmechanisme
Ontsteker
Hoofdlading
Omhulsel
Exterieur
• Exterieur: Deel van contraptie die zichtbaar is (open, gesloten of deels open) Kan eender wat zijn (buis, rugzak, auto, …)
47
2. Explosies: Oorzaken
2.5 Geïmproviseerde explosieven
• Omhulsel: bevat explosieve lading
Kan uit vele materialen gemaakt zijn (ijzer, karton, hout,…) Bepaalde configuratie (bv. holle lading) Vaak geoptimaliseerd voor maximale fragmentatie Houd vaak ook de andere componenten samen Voor LE is een goede insluiting nodig, dus ook goede afsluiting omhulsel LE veroorzaken grotere fragmenten dan HE
48
24
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.5 Geïmproviseerde explosieven • Ontstekingsmechanisme: actueert lading Actief, passief of op commando Elektrisch, mechanisch, chemisch of combinatie Goed design: scherpstellingsmechanisme Soms meerdere mechanismen als failsafe/anti-tamper
• Hoofdlading: HE of LE (soms ook combinatie)
Kleine IED: meestal LE (makkelijker te fabriceren) Grote IED: meestal ANFO (+booster) Extra materialen, bv. butaanfles Zelfgemaakt, gestolen of van munitie 49
2. Explosies: Oorzaken
2.5 Geïmproviseerde explosieven • Ontsteker: ontsteekt lading, moelijkst te improviseren Voor LE (vlam) of HE (DDT) Als geïmproviseerd, meest onbetrouwbare deel Klein Elektrisch, mechanisch (impact) of via lont Vaak gebruikte stoffen: buskruit, gemalen luciferkoppen, nitrocellulose, geïmproviseerde primaire explosieven,… Hantering geeïmproviseerde detonatoren is zeer gevaarlijk
50
25
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.5 Geïmproviseerde explosieven • Buskruit: KNO3 / NH4NO3 / NaNO3 + C /suiker (+S) kunstmest • Chloraten: KClO3 / NaClO3 + brandstof (C/suiker) Javel • Gemalen luciferkoppen • Metalen + oxidants: Al/Mg + oxidants (KMnO4,…) • Nitrocellulose: uit munitie,… • ANFO: NH4NO3 + brandstof (diesel, …) grote schaal, goedkoop • Chloraten: KClO3 / NaClO3 (+ plasticizer (vaseline,…)) niet sterk • Dynamieten: nitro-ester + drager (NH4NO3 , …) gevaarlijke synthese • ANAP: NH4NO3 + TCAP gevaarlijk (!!!) • KINEPAK: NH4NO3 + nitromethaan veel krachtiger dan ANFO • Ureum nitraat: Ureum + salpeterzuur (verdund) • Picrinezuur: uit aspirine + zwavelzuur + K/Na/NH4 NO3 51
2. Explosies: Oorzaken
2.5 Geïmproviseerde explosieven • CTAP (TATP, AP, aceton peroxide):
Vaak voorkomend Eenvoudige synthese Zeer gevaarlijk (zeker bij slechte synthese) Uit aceton, waterstofperoxide (verdund) + mineraal zuur Synthese zeer tolerant tegen onzuiverheden / verdunning • DDNP: uit picrinezuur, S, NaOH en NaNO2 veiliger + krachtiger, moeilijkere synthese • Loodazide: uit NaN3 uit airbags
52
26
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.5 Geïmproviseerde explosieven • Chemische bewerkingen Reactie (vaten, geleipotten,…), vaak gekoeld (ijsbad) Filtratie (koffiefilters, …) Drogen (op krantenpapier, verwarming, …) Fijnmalen (koffiemaler, mortier/stamper) • Gevaren:
Chemicaliën (ook afvalfracties) Grote hoeveelheden gevoelige, drogende peroxiden Onstabiele explosieven in fragmenterende recipiënten • Explosieven <-> drugs: aanwezigheid andere componenten voor IED, literatuur, (minder complexe opstellingen) 53
27
1. Explosies: Inleiding
Chemisch
Andere
Fysisch
Nucleair
4
2
3/10/2013
1. Explosies: Inleiding
Schademechanismen:
R
• Krater
• Hitte/brand
• Schokgolf
• Fragmentatie • Secundaire schade • (Penetratie) R
5
1. Explosies: Inleiding
Verdere opbouw lezingen:
OORZAAK
GEVOLG
Chemische explosies
Fysische explosies
Nucleaire explosies
Schokgolf
Fragmentatie
Hitte/brand
Krater
Secundaire schade
Modellen
Berekenen
Tabellen
Berekenen
TNT equivalent
6
3
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies ADR transportklassen Detonatie vs deflagratie Gecondenseerd: High explosives Gecondenseerd: Low explosives Volumetrisch: Gevoeligheid en initiatie Volumetrisch: Vapour Cloud Explosie (VCE) Volumetrisch: Stofexplosie 2.2 Fysische explosies Drukvat explosie Implosie BLEVE Thermische explosie 2.3 Nucleaire explosies 2.4 Geïmproviseerde explosieven 7
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies • Vrijgave energie door snelle chemische reactie • Meestal exotherme oxidatiereactie
Brandstof
Ontsteking
Ook binnen zelfde
molecule
Oxidants
8
4
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies • Explosieven: ADR klasse 1 • Ook pyrotechnische materialen vallen hieronder (vuurwerk) • Uitgezonderd:
Explosieven die gedesensitiseerd zijn met water/alcohol Stoffen die een explosief mengsel kunnen vormen (bv. met lucht) maar zelf niet explosief zijn Organische peroxiden: klasse 5.2 • UN nummer begint met 0.
9
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies Subklasse 1.1
Massa explosie gevaar
1.2
Fragmentatie gevaar, maar geen massa explosie
1.3
Gevaar voor brand, maar weinig massa explosie/fragmentatie gevaar
1.4
Klein risico op explosie
1.5
Ongevoelige explosieven (die wel massa explosie kunnen ondergaan)
1.6
Zeer ongevoelige explosieven die geen massa explosie kunnen ondergaan
Massa explosie: explosie waarbij gehele lading in zijn geheel kan exploderen Compatibiliteit A B C D E F G H J K L N S
Primair explosief
Primair explosief, in detonatoren Deflagrerend explosief Secundair explosief of buskruit of primair explosief met >2 veiligheidsmaatregelen Secundair explosief met aandrijflading Secundair explosief met eigen initiatiemogelijkheid Pyrotechnische stof Explosieve stof en witte fosfor Explosieve stof en brandbare vloeistof of gel Explosieve stof en toxische chemicaliën Explosieve stof die bijzondere incombabiliteit heeft (bv. Water) Enkel zeer ongevoelige explosieven Weinig gevaarlijke artikelen die bij brand geen significante hinder opleveren
10
5
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies Detonatie vs Deflagratie Deflagratie Reactiezone plant zich voort met snelheid < geluidssnelheid Schokgolf sneller dan reactiefront Druk ≈ 10 bar Insluiting nodig voor explosie
11
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies Detonatie vs Deflagratie Detonatie Reactiezone plant zich voort met snelheid (2000-9000 m/s)> geluidssnelheid Schokgolf en reactiefront gekoppeld Drukken ≈ 300.000 bar Veroorzaakt in elk geval een explosie Krachtiger als deflagratie
12
6
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies Deflagratie naar detonatie transfer (DDT) Deflagratie van een explosief Door vrijkomen gassen kan druk in materiaal stijgen Druk ↑ -> reactiesnelheid ↑ Kettingreactie tot drukken/reactiesnelheden hoog genoeg zijn voor detonatie • Brandende explosieven kunnen exploderen via dit mechanisme • Factoren die DDT waarschijnlijker maken:
Insluiting!! (eigen bulk is soms genoeg) Porositeit materiaal (hoe hoger, hoe makkelijker DDT) Zeer krachtige ontstekingsbron
13
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: explosieven High explosives
Primair: gevoelig
Detoneren
Secundair: matig gevoelig
Gecondenseerde
Explosieven
Chemische
Explosieven
Tertiair: ongevoelig
Low explosives
Pyrotechniek: Vuurwerk
Deflagreren
Aandrijfstoffen
Dampexplosie
Volumetrische
Explosieven
Stofexplosie 14
7
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: High explosives Primaire explosieven (ADR 1.1A, 1.1D) • Makkelijk detoneerbaar (DDT) • Gevaarlijk om te hanteren • Meestal in kleine hoeveelheden (≤ 1g) • Belangrijkste component in detonatoren • Meest voorkomende:
Lood azide (lead azide, LA, PbN3) DDNP (diazodinitrophenol, DINOL) Kwik fulminaat (mercury fulminate) HMTD (Hexamethylenetriperoxidediamine) Aceton peroxide (AP; TCAP, CTAP, TATP) 15
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: High explosives Primaire explosieven: Detonatoren (ADR 1.1B, 1.1F) • Initiatie explosieven: Explosive train • Gevoeliger explosief om hoofdlading te detoneren
1
2
3
1.
2.
3.
Detonator
Booster
Hoofdlading
• Detonator: primair explosief, onsteking via elektrische stroom of lont
16
8
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: High explosives Secundaire explosieven (ADR 1.1D,E,F) • Matig gevoelig (varieert) • Grootste groep explosieven • Grote variatie in sterkte + toepassingsgebied • Enkele veel voorkomende:
RDX (cyclotrimethylenetrinitramine) Nitroglycerine PETN (pentaerythritol tetranitraat, Pentriet) Nitroglycol HMX TNT (trinitrotolueen) Picrinezuur (TNP, picric acid) Tetryl
17
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: High explosives Tertiaire explosieven (ADR 1.4, 1.5, 1.6) • Zeer ongevoelig • Vooral ANFO, of bep. militaire munitie (FOX-7, NTO, TATB) • ANFO: Ammonium nitraat (poeder/korrels) + vloeibare brandstof (2-5%) • Zeer makkelijk te maken + erg goedkoop gebruikt in grote hoeveelheden • Geavanceerdere brandstoffen (nitromethaan, hydrazine,…) krachtiger • Zgn. “kunstmestbom”: ammonium nitraat verkrijgbaar als kunstmest (NPK 33-0-0) • Veel gebruikt in commerciële toepassingen • Ammonium nitraat kan exploderen indien grote hoeveelheden branden in ingesloten ruimte (zie Texas City explosie in 1947) 18
9
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: High explosives Explosiekracht • Uitgedrukt in %TNT of explosie efficiëntie (α) • Zet massa explosief om in equivalente massa TNT: α x Mex = Meq,TNT • 20% veiligheidsfactor : 1,2 x α x Mex = Meq,TNT • Eenvoudig model, snelle resultaten • Niet zo accuraat als complexere modellen (bv. CFD) •TNT is een gecondenseerd explosief <-> Volumetrische explosieven
Druk
Overschatting druk dichtbij centrum en onderschatting druk op over langere afstanden
19
Tijd
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: High explosives TNT equivalent enkele explosieven Explosief
TNT eq. (%)
Explosief
TNT eq. (%)
Lood azide
40
Picrinezuur
110
DDNP
105
Tetryl
130
Kwik fulminaat
51
ANFO
30-80*
TATP
80
Nitromethaan
101
RDX
150
C4
130
Nitroglycerine
140
PETN
145
HMX
150
AN
56
TNT
100
Dynamiet
105
*: Afhankelijk van hoeveelheid + type toegevoegde brandstof
Hangt wel af van welke vergelijkingsmethode gebruikt werd 20
10
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.2 Chemische explosies: Low explosives (LE) Pyrotechnisch materiaal (ADR 1.1, 1.3, 1.4 G) • Mengsels van brandstof en oxidator (niet lucht) • Compositie hangt af van gewenste effect (licht, geluid, rook, …) • Kunnen zeer gevoelig zijn aan ontbranding door vonken, vlammen, … • Bij insluiting/grote hoeveelheden kunnen deze zeer destructief zijn (vb.
Vuurwerkramp Enschede) Vuurwerk type Ontstekingsas (first fire) Vertragingscompositie Rook effect Licht effect Geluid effect
Bestanddelen
Buskruit, (per)chloraat
Chromaten/metaaloxiden + brandstof Sublimerende kleurstof, witte fosfor,… Mg of Al poeder + oxidants Sas + picraten
21
2. Explosies: Oorzaken
2.2 Chemische explosies: Low explosives (LE) Aandrijfstoffen • Geoptimaliseerd voor gasproductie • Munitie (nitrocellulose) • Raketbrandstoffen (perchloraten, ADN, …) • Airbags, gordelspanners (natrium azide of stikstofrijke moleculen) • Meestal vrij gevoelig, vooral voor vonken, vlammen
TNT Equivalent van LE: 40% (= buskruit in worst case scenario)
22
11
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: High explosives Hantering gecondenseerde explosieven Zo veel mogelijk afstand houden Beschermende kledij (vooral ogen, vitale delen, oren) Fragmentatie in rekening nemen! (glazen recipiënten,…) Contaminatie kan explosief extra onstabiel maken, vooral (sterke) zuren en metalen Opletten voor breken grote kristallen Wrijving/impact/hitte vermijden Statische elektriciteit!
Sublimatie op schroefdeksel Vermijd insluiting Vooral opletten bij: oude stalen, primaire explosieven, zelfgemaakte explosieven 23
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: High explosives Interventie bij grote hoeveelheden ADR klasse 1 Evacueren als lading in brand staat!
Overspoelen met water Ontstekingsbronnen verwijderen bij lek Niet opruimen zonder raad expert Perimeter: zie deel 2 of ERG:
ADR 1.1, 1.2, 1.3, 1.5: 800 m (lek) / 1600 m (brand) ADR 1.4, 1.6: 250 m (lek) / 500 m (brand) ADR 1.4S: 15 m
24
12
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.2 Chemische explosies: Volumetrische explosie Gevoeligheid • LEL (Lower Explosive Limit): Minimale concentratie in lucht voor een explosie • UEL (Upper Explosive Limit): Maximale concentratie in lucht voor een explosie • Flikkerpunt (flashpoint): minimale temperatuur waarboven vloeistof brandt bij onsteking (blijft branden = vlampunt) • Zelfonstekingstemperatuur: waarbij stof vanzelf ontbrandt • Minimale onstekingsenergie (MIE): Minimale energie om brandstof te onsteking bij optimale concentratie
25
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: Volumetrische explosie Gevoeligheid Parameter
LEL/UEL
Zelfonstekingstemp.
MIE
Temperatuur ↑
↓/↑
-
↓
Druk ↑
↓/↑
↓
↓
Ontstekingsenergie ↑
↓/↑
-
-
Vochtigheid ↑
↑/-
↑
↑
Zuurstofconc. ↑
-/↑
↓
↓
Partikelgrootte ↓
↓/-
-
↓
Turbulentie ↑
-
-
↑
26
13
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: Volumetrische explosie Vloeistof/Gas
LEL (%)
UEL (%)
Vlampunt (°C)
Zelfonsteking (°C)
MIE (mJ)
Aceton
2,6
12,8
-20
465
1,15
Acetyleen
2,5
100
-18
305
0,02
Ammoniak
15
28
11
651
680
CS2
1,3
50
-30
90
0,009
0,223
Cyclohexaan
1,3
8
-20
245
Diethyl ether
1,9
36
-45
180
0,19
Ethanol
3,3
19
13
363
0,65
Waterstof
4
75
-253
570
0,018
Methaan
5
15
-188
537
0,280
0,140
Methanol
6,7
36
11
464
Tolueen
1,27
6,75
4
480
0,24
Propaan
2,1
9,5
-104
450
0,250
CO
12,5
74
-191
609
<0,3
Ethyleenoxide
3
100
-55
429
0,062
Diesel
0,5
7,5
52-96
254-446
0,23
27
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: Volumetrische explosie Stof (med Ø)
LEL (g/m3)
Zelfonsteking (°C)
MIE (mJ)
Cellulose (51)
100
500
250
Koffiepoeder (<10)
60
470
-
Melkpoeder (165)
60
460
75
Bruin steenkool (41)
30
420
160
Tarwemeel (65)
60
410
>100
Polyethylene (150)
150
480
-
Aluminium (23)
60
560
10
Zink (15)
400
540
750
Zwavel (180)
-
260
100-300
28
14
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies Ontsteking 1.
2.
Mechanisch:
•
Impact: productie vonken. Vooral Mg,Al,Ti
legeringen met roestig metaal -> Thermietreactie Wrijving: wekt warmte op
•
•
•
•
Hete oppervlakten/deeltjes
Open vlam
Verbrandingsmotoren Schokgolven (adiabatische compressie)
•
Thermisch:
29
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies Ontsteking 3.
4.
Elektrisch:
Chemisch:
•
•
Statische ontlading: vonk
Bliksem
Hoogfrequente EM straling: hoge intesiteit, antenne en elektrisch contact nodig voor vonk Elektrische schakelaars Gefocust licht
•
•
•
Exotherme reacties
Decompositie
Polymerisatie
•
•
•
30
15
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: Volumetrische explosie VCE (Vapour Cloud Explosion) • Deflagreren/detoneren van brandstofwolk waarbij overdruk (tot 10 bar) gegenereerd wordt • Bv. na lek of in pijpleidingen/reactorvaten • Insluiting nodig, bv. Afgesloten ruimte, omringende gebouwen,…
31
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: Volumetrische explosie VCE (Vapour Cloud Explosion) • Gas verspreidt zich gemakkelijk, concentratie kan traag opbouwen • Veel lagere MIE als stofexplosies (uitz. metaalstof, ammoniak) • Meestal onzichtbaar (tenzij nevel) • Meer turbulentie (obstakels, etc.)→ hevigere explosie • Drukstijging is relatief t.o.v. de begindruk!! Pressure Piling
P0 P1
P’0 P’1
P’0 > P0
P’1 > P1
32
16
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: Volumetrische explosie VCE (Vapour Cloud Explosion) • Explosieve kracht inschatten: TNT equivalentiemodel (Harris-Wickens) • Op basis van verbrandingsenergie van brandstof :
WTNT = α
∆H c M
ETNT
Met α = explosie efficiëntie, ΔHc = verbrandingswarmte, W = massa brandstof, ETNT = 4,6 MJ/kg, WTNT = equivalente massa TNT
• Enkel massa van ingesloten brandstof: α = 0,2 • Komt overeen met worst-case scenario van geavanceerdere modellen (multienergiemethode) • Overdruk in de brandstofwolk wordt gelijk aan 1 bar gesteld • Overschat wel zwakke explosies (overdruk < 1 bar) 33
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: Volumetrische explosie Verbrandingsenthalpieën Stof
∆Hc [kJ/kg]
Waterstof
142900
Ammoniak
22518
Hydrazine
20847
Methaan
55675
Acetyleen
50042
Propane
50436
Ethanol
29713
Diethyl ether
36809
Aceton
30860
Azijnzuur
14570
34
17
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: Volumetrische explosie Stofexplosies • Deflagreren van stofwolk (Ø< 0.5 mm) van brandbare vaste stof waarbij overdruk (tot 10 bar) gegenereerd wordt • Door grote specifieke oppervlakte: snelle ontbranding • Insluiting en dispersie is noodzakelijk • Stofexplosie pentagon:
Brandstof Zuurstof Dispersie
Insluiting
Ontsteking
35
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: Volumetrische explosie Stofexplosies • Meestal minder hevig dan gasexplosies (tragere verbranding) • Stofwolken hebben zeer breed explosiedomein 20-60 g/m3 tot 2-3 kg/m3 • Concentratie stof in wolk niet homogeen • LEL stofexplosie >> schadelijke concentratie stof • Belemmert zicht • Stofwolk slaat neer zonder turbulentie • Stoflagen kunnen onopgemerkt blijven • Metaalstof (Al, Mg): zeer hevige explosies, lage MIE • Aanwezigheid brandbaar gas: makkelijkere ontsteking (LEL↓ , MIE↓, overdruk ↑) 36
18
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: Volumetrische explosie Stofexplosies • Meestal eerst kleinere primaire explosie: opdwarrelen opgehoopt stof en ontsteking Veel krachtigere secundaire explosie • Stofophoping gevaarlijk van zodra men erin kan schrijven of voetstappen zien • Gevaarlijke concentratie in lucht: 25W lamp niet meer goed zichtbaar vanaf 2 m afstand of eigen uitgestrekte arm niet meer zichtbaar
37
2. Explosies: Oorzaken
2.1 Chemische explosies: Volumetrische explosie Stofexplosies • Meestal minder hevig dan gasexplosies (tragere verbranding) • Maar voor zelfde volume: meer stof kan exploderen i.v.m. VCE • Vaak deel onverbrand stof naar buiten geslingerd: ontbrand daar • Explosiekracht ook uit te drukken met TNT equivalentie (zie VCE): α = 0,1
WTNT = α
∆H c M
ETNT
Stof
∆Hc [kJ/kg]
Hout
21700
Steenkool
32500
Zwavel
9163
Aluminium
31000
38
19
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.2 Fysische explosies
Drukvat explosie • Falen recipiënt van (vloeibaar) gas onder (hoge) druk • Door overvullen, exotherme reactie, verwering vat • Plotse drukstijging door expansie schokgolf • Ideaal gas: vgl. van Baker γ −1
PV
P
E = 1 1 (1 − ( 0 ) γ )
γ −1
P1
Met P1 = Druk in vat, V1 = volume vat,
P0 = atmosferische druk, γ1 = warmte capaciteit ratio Gas γ
• Niet-ideaal gas: via verschil inwendige energieën
E = M (u1 − u 2 )
Met u1 = interne energie van het gas, u2 = intene energie van de vloeistof, M = massa
Waterstof
1,41
Argon
1,67
Helium
1,66
Lucht
1,4
CO2
1,3
Zuurstof
1,4
Stikstof
1,4
Ammoniak
1,31
39
2. Explosies: Oorzaken
2.2 Fysische explosies
Implosie • Falen recipiënt met zeer lage onderdruk (<< 1 bar) • Atmosferische lucht stroomt zeer snel inwaarts • Weinig energie vrijgave wegens klein drukverschil (<1 bar) • Voor zeer lage drukken:
E = VP0
Met V = volume recipiënt , P0 = atmosferische druk
• Na implosie worden fragmenten van recipiënt wel terug uitwaarts geslingerd
40
20
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.2 Fysische explosies
BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion) • Vloeistof boven kookpunt in drukvat dat plots openbarst met explosieve verdamping (flashing) tot gevolg • Meestal door externe brand:
Brand doet vloeistof verdampen: P stijgt Veiligheidsklep opent: uitdampen vloeistof Tot brand boven vloeistofniveau: Twand ↑ tot deze scheurt Explosieve flashing van deel resterende vloeistof • Vloeistof hoeft niet brandbaar te zijn (vuurbal indien wel) • Tijd van begin brand tot BLEVE: 5-30 min, isolatie van tank: langere tijd
41
2. Explosies: Oorzaken
2.2 Fysische explosies
BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion)
42
21
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.2 Fysische explosies
BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion) • Veiligheidsklep kan indicatie gevaar zijn (continu open = veel verdamping) • BLEVE onder controle houden: tank koelen! (10 L/min per m2) • Druk ontlasten indien mogelijk • Extern vuur blussen • Hoger risico op BLEVE:
Tank volledig verzwolgen door vuur Steekvlam op tank Contact vuur hoog op tank • Mogelijke vrijgave toxische producten!
43
2. Explosies: Oorzaken
2.2 Fysische explosies
BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion) • Belangrijke factor: Ts = Superheat limit voor explosieve flashing • Ts = 0.895 Tc , met Tc = kritische temperatuur • T< Ts : “koude” BLEVE • T≥ Ts : “warme” BLEVE • Schokgolf: Door drukexplosie (T< T ): Vgl. van Baker, zie eerder s Door explosieve flashing (T≥Ts): Vgl. Niet-ideaal gas, zie eerder LPG: MTNT = 0.013 MLPG • Vuurbal + Fragmenten: zie deel 3
Stof
Tc (°C)
Propaan
97
Ts (°C)
87
Ammoniak
132
118
Methaan
-82
-73
Zuurstof
-119
-107
Lucht
-141
-126
Water
374
335
44
22
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.2 Fysische explosies
Thermische explosie • Zeer plotse opwarming van vloeistof/vaste stof • Zeer snelle faseovergang vloeistof/vaste stof gas • Expansie veroorzaakt schokgolf • Bv.: gesmolten staal + water, Hete olie + water,…
45
2. Explosies: Oorzaken
2.3 Nucleaire explosie
• Energie door fissie of fusie atoomkernen • Zeer grote kracht (kiloton – megaton TNT equivalent) • Effecten: Schokgolf (±50%), Thermische straling (±35%), Nucleaire straling (±5%), Residuele straling (±10%) • T ≈ 10 miljoen °C • Basisprincipe kernbom: Kritische massa bereiken (kettingreactie) • Basisprincipe thermonucleair wapen: via fissie hoge temperaturen voor kernfusie bereiken
46
23
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.5 Geïmproviseerde explosieven • Basisschema:
Onstekingsmechanisme
Ontsteker
Hoofdlading
Omhulsel
Exterieur
• Exterieur: Deel van contraptie die zichtbaar is (open, gesloten of deels open) Kan eender wat zijn (buis, rugzak, auto, …)
47
2. Explosies: Oorzaken
2.5 Geïmproviseerde explosieven
• Omhulsel: bevat explosieve lading
Kan uit vele materialen gemaakt zijn (ijzer, karton, hout,…) Bepaalde configuratie (bv. holle lading) Vaak geoptimaliseerd voor maximale fragmentatie Houd vaak ook de andere componenten samen Voor LE is een goede insluiting nodig, dus ook goede afsluiting omhulsel LE veroorzaken grotere fragmenten dan HE
48
24
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.5 Geïmproviseerde explosieven • Ontstekingsmechanisme: actueert lading Actief, passief of op commando Elektrisch, mechanisch, chemisch of combinatie Goed design: scherpstellingsmechanisme Soms meerdere mechanismen als failsafe/anti-tamper
• Hoofdlading: HE of LE (soms ook combinatie)
Kleine IED: meestal LE (makkelijker te fabriceren) Grote IED: meestal ANFO (+booster) Extra materialen, bv. butaanfles Zelfgemaakt, gestolen of van munitie 49
2. Explosies: Oorzaken
2.5 Geïmproviseerde explosieven • Ontsteker: ontsteekt lading, moelijkst te improviseren Voor LE (vlam) of HE (DDT) Als geïmproviseerd, meest onbetrouwbare deel Klein Elektrisch, mechanisch (impact) of via lont Vaak gebruikte stoffen: buskruit, gemalen luciferkoppen, nitrocellulose, geïmproviseerde primaire explosieven,… Hantering geeïmproviseerde detonatoren is zeer gevaarlijk
50
25
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.5 Geïmproviseerde explosieven • Buskruit: KNO3 / NH4NO3 / NaNO3 + C /suiker (+S) kunstmest • Chloraten: KClO3 / NaClO3 + brandstof (C/suiker) Javel • Gemalen luciferkoppen • Metalen + oxidants: Al/Mg + oxidants (KMnO4,…) • Nitrocellulose: uit munitie,… • ANFO: NH4NO3 + brandstof (diesel, …) grote schaal, goedkoop • Chloraten: KClO3 / NaClO3 (+ plasticizer (vaseline,…)) niet sterk • Dynamieten: nitro-ester + drager (NH4NO3 , …) gevaarlijke synthese • ANAP: NH4NO3 + TCAP gevaarlijk (!!!) • KINEPAK: NH4NO3 + nitromethaan veel krachtiger dan ANFO • Ureum nitraat: Ureum + salpeterzuur (verdund) • Picrinezuur: uit aspirine + zwavelzuur + K/Na/NH4 NO3 51
2. Explosies: Oorzaken
2.5 Geïmproviseerde explosieven • CTAP (TATP, AP, aceton peroxide):
Vaak voorkomend Eenvoudige synthese Zeer gevaarlijk (zeker bij slechte synthese) Uit aceton, waterstofperoxide (verdund) + mineraal zuur Synthese zeer tolerant tegen onzuiverheden / verdunning • DDNP: uit picrinezuur, S, NaOH en NaNO2 veiliger + krachtiger, moeilijkere synthese • Loodazide: uit NaN3 uit airbags
52
26
3/10/2013
2. Explosies: Oorzaken
2.5 Geïmproviseerde explosieven • Chemische bewerkingen Reactie (vaten, geleipotten,…), vaak gekoeld (ijsbad) Filtratie (koffiefilters, …) Drogen (op krantenpapier, verwarming, …) Fijnmalen (koffiemaler, mortier/stamper) • Gevaren:
Chemicaliën (ook afvalfracties) Grote hoeveelheden gevoelige, drogende peroxiden Onstabiele explosieven in fragmenterende recipiënten • Explosieven <-> drugs: aanwezigheid andere componenten voor IED, literatuur, (minder complexe opstellingen) 53
27