АВАРИЯ 27 ИЮЛЯ 1943 г. В ЛЮДВИГСХАФЕНЕ (ГЕРМАНИЯ)

13.13. АВАРИЯ 28 ИЮЛЯ 1948 г. В ЛЮДВИГСХАФЕНЕ (ГЕРМАНИЯ) 13.13.1. ОБЩАЯ КАРТИНА АВАРИИ

В отличие от предыдущего случая по данной аварии имеется доступная информация: отчет [Stahl,1949], публикация [BASF.1948], работа [Giesbrecht,1981], материалы компании BASF, включая фотографии.

Исходные данные следующие: взрыв железнодорожной цистерны произошел 28 июля 1948 г. на предприятии компании BASF в Людвигсхафене. Цистерна находилась на Анилинфабрикштрассе в точке, расположенной между зданиями, позже обозначенными Lu21 и Lu47. Цистерна получила крупные повреждения, в результате чего произошла полная потеря ее содержимого - 30,4 т (66,9 тыс. фунтов) диметилового эфира. В результате взрыва парового облака погибли 207 чел. и 3 808 получили ранения, из них 500 - серьезные. Возраст погибших - от 15 до 65 лет, в основном мужчины. Жертвы за территорией предприятия отсутствуют. Схема распространения разрушения показана на рис. 13.5, сравнение зон разрушений при авариях 1943 и 1948 г. сделано на рис 13.6, где обе зоны представлены на современном плане города, подготовленном компанией BASF. Размер зон разрушений двух взрывов не дает необходимой информации, однако большее разрушение при аварии 1948 г. соответствует большему количеству жертв.
13.13.2. ОТЧЕТ ОБ АВАРИИ

Отчет [Stahl,1949] подготовлен группой из трех исследователей и, по всей видимости, служит цели - скрыть истину. По окончании второй мировой войны рассматриваемая территория была оккупирована. Группу, проводившую расследование, возглавлял инженер горного дела Сталь из Вашингтона. Другими членами группы являлись: профессор химии университета г. Майнц Штрассман, профессор фармацевтической химии университета г. Нанси Ришар. Автор этой книги смог ознакомиться только с материалами самого отчета, но не с его приложениями. Однако можно предполагать, что если какая-либо информация решающего значения отсутствует в отчете, то ее нет и в приложениях.

На основе анализов обычных проб, взятых из цистерны, позже обнаруженной среди обломков аварии, в отчете сделан вывод о том, что цистерна была заполнена чистым диметиловым эфиром, следы пероксидов не обнаружены. На основе проведенных анализов также исключается наличие заметного количества несконденсированного газа, имевшегося в паровом облаке. Таким образом, возможны два варианта объяснения причин повреждения цистерны : а) цистерна была переполнена, и при ее нагреве под действием солнечной энергии произошел гидравлический разрыв; б) разрыв произошел под действием давления пара внутри цистерны, что объясняется дефектом ее конструкции. В итоге исследователи остановились на первом варианте, который в настоящее время считается официальной причиной аварии.

Для обоснования первого вывода реальный объем цистерны из-за неправильного ее изготовления полагался равным 48 145 л (10,6 тыс. галл.), что на 4% меньше номинального объема- 50200л (11,1 тыс. галл.). В отчете не приведены какие-либо доказательства данного предположения. (Указанная мера жидких и сыпучих веществ - галлон - английская, не американская.) Данное допущение было сделано после проведения ряда неудовлетворительных подсчетов, в результате чего комиссия была вынуждена заключить следующее: если объем цистерны действительно равнялся 50,2 м3, то температура содержимого должна была составлять 55°С при условии, что резервуар полностью заполнен жидкостью. По мнению исследователей, эта температура оказалась слишком высокой, вместо этого авторы отчета предположили более реальную величину 40°С. Поэтому резервуар, полностью заполненный жидкостью при этой температуре, должен иметь объем на 4% меньше номинала.

Детальный анализ отчета наводит на мысль о наличии слабых мест в аргументации. Важную роль для понимания всего происшествия играет плотность жидкого диметилового эфира при температуре 20 - 55 °С. Это значение отсутствует даже в современных справочных изданиях. Авторы отчета в этом случае полагаются на данные, полученные лабораториями компании BASF применительно к целям расследования. Результаты вычислений в виде плотностно-температурной зависимости представлены на рис. 13.9. На основе указанной зависимости в отчете определяется процентное отношение незаполненного объема к общему объему цистерны при температуре 40 °С. Оно оказалось равным 4,3%. Сравнение полученной величины со значением, регламентированным правилами German Pressurised Gas Regulations и равным при той же температуре 5%, позволило сделать вывод о переполнении цистерны.

Рис. 13.9. График зависимости плотности диметилового эфира от температуры.

Однако остается вопрос, насколько справедлива примененная для расчетов зависимость плотности от температуры вещества. На рис. 13.9 для сравнения приведен график зависимости плотности жидкой фазы диметилового эфира от температуры, заимствованный из публикации [PPDS.1984], данные которой считаются наиболее точными. Если подставить их в вычисления, проведенные в отчете [Stahl,1949], получится значение более 5%, другими словами, резервуар недогружен. По всей вероятности, оба критерия представляли альтернативные способы выражения одного и того же закона и основаны на плотности диметилового эфира, равной 0,636 т/м3 при температуре 40°С, что соответствует данным [PPDS.1984]. Необходимо также отметить, что в ходе настоящего анализа использовались усредненные значения. Авторы отчета достаточно осторожны при оценке пределов погрешностей используемых величин, однако они сделали вывод о том, что даже суммирование погрешностей существенно не повлияет на полученный вывод.

13.13.4. ТЕМПЕРАТУРА РАЗРЫВА ЦИСТЕРНЫ

Для определения температуры, при которой происходит разрыв цистерны, в цитируемом отчете на основании графической зависимости плотности от температуры проведен расчет, согласно которому при полном заполнении цистерны жидкостью при температуре 55°С ее плотность составит 0,605 т/м3.

Согласно публикации [PPDS.1984], такая плотность соответствует температуре 58°С. Необходимо также учесть, что перед разрывом происходило расширение стенок цистерны, что увеличивает оценку температуры еще на 3°С. Авторы отчета полагают нереальным нагрев всей массы содержимого цистерны до такого уровня температуры и считают возможным достижение температуры лишь порядка 40°С. Однако разрыв цистерны при соответствующем уровне давления возможен только в случае частичного ее заполнения, хотя фактические данные, подтверждающие эту гипотезу, отсутствуют. Авторы отчета высказывают предположение, что разрыв цистерны при температуре 40°С мог произойти в том случае, если ее вместимость составляла 48 824 л. Однако при этом она должна быть полностью заполнена жидкостью при температуре 37°С. По данным работы [PPDS.1984] при температуре 37°С плотность жидкости составляет 0,642 т/м3, что отвечает объему 47 300 л.

Тем не менее маловероятно, чтобы в июньский день в Людвигсхафене температура всего количества содержимого цистерны достигла 40°С. Цистерна была защищена от прямых солнечных лучей деревянным экраном, поэтому более вероятно предположить, что температура вещества равнялась максимальной температуре воздушного пространства, т. е. максимальной температуре в тени. Необходимо также помнить, что цистерна была ориентирована с севера на юг, что соответствует минимальной площади нагрева под действием солнечной энергии в середине дня.

Авторы отчета указали на необходимость проведения экспериментов по определению скорости нагрева аналогичного резервуара, однако их не выполнили. Если бы они осуществили предполагаемые эксперименты, то убедились бы в том, что температура всего объема меньше максимальной температуры в тени, поскольку для переноса тепловой энергии необходим градиент температуры.

Несмотря на то что для обоснования предлагаемой гипотезы необходимо в первую очередь рассмотреть реальные метеорологические условия во время аварии, в отчете не указано значение температуры в тот день, хотя подобная информация вполне доступна. Автор настоящей книги получил информацию о температуре в тени 28 июля 1948 г. для Маннгейма, который расположен на другой стороне реки. Согласно публикации [GDWR.1948], она составила 31°С в 12 ч дня и 30°С в 18 ч вечера, максимальное значение температуры 32°С.

Следовательно, предложенное в докладе значение температуры всей массы содержимого цистерны, равное 40°С, является завышенным. Более вероятная величина - около 29°С, что обеспечивает градиент температур между воздушной средой в тени и жидким содержимым цистерны. Однако по рассмотренным ранее причинам цистерна должна быть полностью заполнена при температуре на 3°С меньше, чем температура, при которой происходит ее разрыв. Таким образом, она должна быть заполнена при 26°С. Основываясь на значениях плотности, приведенных в публикации [PPDS.1984], можно сказать, что объем, занимаемый веществом, при полном заполнении цистерны составит 46 170 л, что соответствует только 91,9% от общей вместимости цистерны.
13.13.5. МЕТАЛЛОВЕДЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА

Авторы доклада представили материалы об аварии на металловедческую экспертизу профессору Штуттгартского технологического университета Зибелю. Он отметил, что цистерна была изготовлена с применением водно-газовой сварки, впоследствии вышедшей из употребления; повреждение цистерны образовалось вдоль продольного сварного шва (около 80% всей его длины). И хотя прочность сварного шва обычно составляет не менее 90% прочности металла, не затронутого сваркой, имелись отдельные участки сварного шва, прочность которых была меньше указанной величины. Далее процитируем профессора Зибеля: "Наличие таких слабых мест может служить объяснением разрыва стенок резервуара". В отчете [Stahl,1949] следующим образом подытожены представленные заключения металловедческой экспертизы: "Разрыв резервуара, очевидно, можно объяснить трещиной, образовавшейся в одной из точек на верхней части продольного шва. Это могло произойти в результате воздействия давления, которое находилось в нормальных пределах; разрыв мог продолжаться вдоль шва, поскольку прочность его немного слабее, чем прочность самого материала. Механические испытания на прочность... не позволили точно определить, что произошло на самом деле".

Хотя абсолютной определенности в данном вопросе нет, гипотеза профессора Зибеля более реальна, чем предположение о том, что цистерна имела размеры меньше номинальной величины.

Определенное внимание в отчете привлек вопрос, связанный с историей данного резервуара. Между прочим упоминался тот факт, что она пострадала в результате аварии, происшедшей за год до этого во Франции, в ходе которой вышли из строя вентили цистерны. Никаких расследований аварии не проводилось. Впоследствии цистерна принадлежала предприятию, выпускающему аммиак, и в надписи на цистерне по-прежнему значилось: "Наибольшая масса при заполнении жидким аммиаком - 26,8 т" [Stahl,1949]. Данная информация свидетельствует о том, что цистерна могла использоваться для транспортировки не только диметилового эфира, но и других веществ, каким, например, был безводный аммиак. В настоящее время стало известно, что это вещество способно воздействовать на хрупкостные свойства некоторых сталей [CIA.1975].

По нашему мнению, выводы отчета не были логично обоснованы. Вероятно, исследователи смогли убедить самих себя в том, что авария цистерны не могла произойти в результате обычных условий ее эксплуатации, хотя она и пострадала ранее в ходе другого происшествия. Имелась возможность проверить гипотезу о разности между реальными размерами цистерны и их номинальным значением путем соответствующего измерения обломков, однако таких попыток, по-видимому, не было. К тому же трудно поверить в то, что в течение 19 лет эксплуатации цистерны никто не подозревал о наличии подобного несоответствия. В лучшем случае такую точку зрения о 8%-ном отличии ее размеров от номинала можно считать лишь гипотезой, в доказательство которой не было предоставлено фактических данных.

Иное объяснение причины аварии, связанное с трещиной в ее конструкции, вполне согласуется со сведениями о жаркой погоде в день аварии, в результате чего давление внутри цистерны превышало обычный уровень, что могло привести к ее разрушению.

Полученные выводы обусловлены недостаточностью необходимой информации. Возможно, существуют и другие материалы помимо отчета [Stahl,1949], в которых независимо от данной публикации сделаны аналогичные выводы. Результаты отчета, вероятно, могли послужить толчком для проверки размеров существующих цистерн, в ходе проверки могли быть выявлены несоответствия, что в свою очередь стало бы лишним свидетельством справедливости выводов отчета. Если такие свидетельства и существуют, они не стали достоянием автора.

В отчете [Stahl,1949] представлено описание последовательности событий, составленное на основе свидетельских показаний, в которых отмечались свистящий звук, характерный для пара, выпускаемого локомотивом, и появление коричнево-белого облака перед основным взрывом. Авторы отчета считают, что имели место два химических взрыва. Первый - незначительный - произошел снаружи и перевернул цистерну, вызвав ее разрушение, после чего последовал основной взрыв. Имеющийся опыт показывает, что цистерна не обязательно должна быть перевернута в результате химического взрыва. Свистящий звук может объясняться начальным образованием трещины, а разрушение цистерны обусловлено последующим ее разрывом под действием давления. Однако необходимо отметить, что, хотя в отчете проведен детальный анализ по многим аспектам, в нем отсутствуют какие-либо попытки проанализировать само явление взрыва. Это явление сравнивают со взрывом фугасного снаряда, несмотря на то, что при этом не образуется воронки. Как отмечалось выше, в работе [Giesbrecht,1981] проведен анализ модели разрушения для данного случая аварии (в [Stahl,1949] приводится большой объем информации по данному вопросу), представленной на рис. 4.7 цитируемой работы; согласно модели, тепловая энергия в процессе горения составила 854 ГДж. Сделан вывод о том, что максимальный уровень избыточного давления в ходе аварии не превышал 0,05 МПа.

Согласно Давенпорту [Davenport, 1984], материальный ущерб составил около 25 млн. долл. (по курсу 1983 г.), что в два раза меньше, чем при аварии 1943 г., хотя площадь зоны разрушения была такова, что число жертв на ней могло быть в 4 раза больше. ТНТ-эквивалент по расчетам равен 20 - 60 т. Площадь зоны полного разрушения составила около 40 тыс. м2 (в 1943 г. - 35 тыс. м2), а с учетом площади зоны серьезных разрушений - 300 тыс. м2.
13.13.8. ГИПОТЕЗА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА

Из всего предшествующего анализа можно сделать такой главный вывод: гипотеза гидравлического разрыва более реальна по сравнению с предположением, что при определенных обстоятельствах авария резервуара, находящегося под давлением, может произойти при обычных условиях его эксплуатации (пусть даже и в конце гарантируемого периода работы). Ввиду большей убедительности первой гипотезы ее следует подвергнуть серьезному обоснованию. По нашему мнению, доказательств в случае аварии в Людвигсхафене в 1948 г. явно недостаточно.

Наиболее серьезные последствия аварий связаны с общепринятой в настоящее время точкой зрения, что значительные разрушения, вызванные действием избыточного давления после возгорания парового облака, происходят в случае наличия зданий и иных препятствий, что приводит к возникновению турбулентности и появлению условий ограничения пространства. Промышленный ландшафт в Людвигсхафене во многом подтверждает эту точку зрения. Без сомнения, очень большие людские потери связаны с высокой плотностью людей в окрестностях места происшествия. В настоящее время такая высокая плотность людей не допускается.