حد انفجار الغاز القابل للاحتراق

في ظروف الاختبار القياسية، يُطلق على حد التركيز الذي يؤدي عنده الغاز أو البخار القابل للاحتراق الممزوج بغاز مؤكسد إلى حدوث انفجار حد الانفجار. عادةً ما يشير مصطلح "حد الانفجار" إلى حدود تركيز الغازات أو الأبخرة القابلة للاحتراق في الهواء. ويعرف أقل تركيز للغاز القابل للاحتراق الذي يمكن أن يسبب انفجارًا باسم الحد الأدنى للانفجار (LEL)، وأعلى تركيز باسم الحد الأعلى للانفجار (UEL).

عندما تكون الغازات القابلة للاحتراق أو الأبخرة السائلة ضمن حدود الانفجار وتواجه مصدر حرارة (مثل اللهب المكشوف أو درجة حرارة عالية)، ينتشر اللهب بسرعة عبر حيز الغاز أو الغبار. ويطلق هذا التفاعل الكيميائي السريع كمية كبيرة من الحرارة، مما يولد غازات تتمدد بسبب الحرارة، مما يخلق درجات حرارة وضغوطًا عالية ذات قدرة تدميرية هائلة.

حدود الانفجار هي معايير رئيسية في وصف مخاطر الغازات القابلة للاشتعال والأبخرة والغبار القابل للاشتعال. وعادةً ما يتم التعبير عن حدود انفجار الغازات والأبخرة القابلة للاشتعال كنسبة مئوية من الغاز أو البخار في المخلوط.

على سبيل المثال، عند درجة حرارة 20 درجة مئوية، تكون معادلة التحويل للجزء الحجمي والتركيز الكتلي للغاز القابل للاشتعال هي

ص = (ل/100) × (1000 م/22.4) × (273/(273+20)) = ل × (م/2.4)

في هذه المعادلة، L هو الكسر الحجمي (%)، Y هو التركيز الكتلي (جم/م³)، M هو الكتلة الجزيئية النسبية للغاز أو البخار القابل للاحتراق، و22.4 هو الحجم (لتر) الذي يشغله 1 مول من المادة في الحالة الغازية في الظروف القياسية (0 درجة مئوية، 1 ضغط جوي).

على سبيل المثال، إذا كان تركيز غاز الميثان في الغلاف الجوي 10%، فإنه يتحول إلى

Y = الطول × (م/2.4) = 10 × (16/2.4) = 66.67 جم/م³

يمكن تفسير مفهوم حدود الانفجار للغازات والأبخرة والغبار القابلة للاشتعال بنظرية الانفجار الحراري. إذا كان تركيز الغاز أو البخار أو الغبار القابل للاشتعال أقل من مستوى LEL، بسبب الهواء الزائد، وتأثير التبريد للهواء، وعدم كفاية تركيز المادة القابلة للاحتراق، يفقد النظام حرارة أكثر مما يكتسب، ولا يستمر التفاعل. وبالمثل، إذا كان التركيز أعلى من مستوى UEL، تكون الحرارة المتولدة أقل من الحرارة المفقودة، مما يمنع التفاعل. بالإضافة إلى ذلك، لا يفشل الغاز أو الغبار القابل للاحتراق الزائد في التفاعل وتوليد الحرارة بسبب نقص الأكسجين فحسب، بل يبرد الخليط أيضًا، مما يمنع انتشار اللهب. علاوة على ذلك، بالنسبة لمواد معينة مثل أكسيد الإيثيلين والنيتروجليسرين والغبار القابل للاحتراق مثل البارود، يمكن أن يصل مستوى الأكسجين القابل للاحتراق إلى 100%. توفر هذه المواد الأكسجين الخاص بها أثناء التحلل، مما يسمح باستمرار التفاعل. كما أن زيادة الضغط ودرجة الحرارة تسهل تحللها وانفجارها.