При стандартни условия на изпитване границата на концентрация, при която горим газ или пара, смесени с окислителен газ, водят до експлозия, се нарича граница на експлозия. Обикновено терминът "граница на взривоопасност" се отнася до граничните стойности на концентрацията на запалими газове или пари във въздуха. Най-ниската концентрация на горим газ, която може да предизвика експлозия, е известна като долна граница на експлозия (LEL), а най-високата концентрация - като горна граница на експлозия (UEL).
Когато горими газове или течни пари се намират в границите на експлозия и попаднат на източник на топлина (например открит пламък или висока температура), пламъкът бързо се разпространява в газовото или праховото пространство. Тази бърза химическа реакция освобождава значително количество топлина, генерирайки газове, които се разширяват вследствие на топлината, създавайки високи температури и налягания с огромен разрушителен потенциал.
Границите на експлозия са ключови параметри при описанието на опасностите от запалими газове, пари и горими прахове. Обикновено границите на експлозия на запалими газове и пари се изразяват като процент от газа или парата в сместа.
Например, при 20°C формулата за преобразуване на обемната част и масовата концентрация на запалим газ е:
Y = (L/100) × (1000M/22,4) × (273/(273+20)) = L × (M/2,4)
В тази формула L е обемната фракция (%), Y е масовата концентрация (g/m³), M е относителната молекулна маса на горимия газ или пара, а 22,4 е обемът (в литри), заеман от 1 mol от веществото в газообразно състояние при стандартни условия (0°C, 1 atm).
Например, ако концентрацията на метан в атмосферата е 10%, тя се превръща в:
Y = L × (M/2,4) = 10 × (16/2,4) = 66,67 g/m³
Концепцията за граничните стойности на експлозия за запалими газове, пари и прах може да се обясни с теорията за термичната експлозия. Ако концентрацията на запалим газ, пара или прах е под LEL, поради излишъка на въздух, охлаждащия ефект на въздуха и недостатъчната концентрация на горимото вещество, системата губи повече топлина, отколкото получава, и реакцията не протича. По същия начин, ако концентрацията е над UEL, генерираната топлина е по-малка от загубената, което не позволява протичането на реакцията. Освен това прекомерното количество горим газ или прах не само не успява да реагира и да генерира топлина поради липсата на кислород, но и охлажда сместа, предотвратявайки разпространението на пламъка. Освен това за някои вещества, като етиленов оксид, нитроглицерин и горим прах, например пушек, UEL може да достигне 100%. Тези материали осигуряват своя кислород по време на разлагането, което позволява реакцията да продължи. Повишеното налягане и температура допълнително улесняват разлагането и експлозията им.
