Shenhai Explosion-Proof
Za standardních zkušebních podmínek se mezní koncentrace, při níž hořlavý plyn nebo pára ve směsi s oxidačním plynem vede k výbuchu, označuje jako mez výbušnosti. Běžně se pojem "mezní hodnota výbušnosti" vztahuje na mezní koncentrace hořlavých plynů nebo par ve vzduchu. Nejnižší koncentrace hořlavého plynu, která může způsobit výbuch, se označuje jako dolní mez výbušnosti (LEL) a nejvyšší koncentrace jako horní mez výbušnosti (UEL).
Pokud se hořlavé plyny nebo kapalné páry nacházejí v mezích výbušnosti a narazí na zdroj tepla (např. otevřený plamen nebo vysokou teplotu), plamen se rychle šíří prostorem plynu nebo prachu. Při této rychlé chemické reakci se uvolňuje značné množství tepla, vznikají plyny, které se vlivem tepla rozpínají a vytvářejí vysoké teploty a tlaky s obrovským destruktivním potenciálem.
Limity výbušnosti jsou klíčovými parametry při popisu nebezpečnosti hořlavých plynů, par a hořlavého prachu. Obvykle se meze výbušnosti hořlavých plynů a par vyjadřují v procentech plynu nebo páry ve směsi.
Například při 20 °C je převodní vzorec pro objemový zlomek a hmotnostní koncentraci hořlavého plynu následující:
Y = (L/100) × (1000M/22,4) × (273/(273+20)) = L × (M/2,4)
V tomto vzorci je L objemový zlomek (%), Y je hmotnostní koncentrace (g/m³), M je relativní molekulová hmotnost hořlavého plynu nebo páry a 22,4 je objem (v litrech), který zaujímá 1 mol látky v plynném stavu za standardních podmínek (0 °C, 1 atm).
Pokud je například koncentrace metanu v atmosféře 10%, převede se na:
Y = L × (M/2,4) = 10 × (16/2,4) = 66,67 g/m³
Koncept mezí výbušnosti hořlavých plynů, par a prachu lze vysvětlit pomocí teorie tepelného výbuchu. Pokud je koncentrace hořlavého plynu, par nebo prachu nižší než LEL, v důsledku přebytku vzduchu, chladicího účinku vzduchu a nedostatečné koncentrace hořlaviny systém ztrácí více tepla, než získává, a reakce neprobíhá. Podobně, pokud je koncentrace vyšší než UEL, vzniká méně tepla, než kolik se ho ztratí, a reakce tak neprobíhá. Navíc nadměrné množství hořlavého plynu nebo prachu nejenže neumožňuje reakci a generování tepla v důsledku nedostatku kyslíku, ale také ochlazuje směs, čímž zabraňuje šíření plamene. Navíc u některých látek, jako je ethylenoxid, nitroglycerin a hořlavý prach, například střelný prach, může UEL dosáhnout 100%. Tyto materiály poskytují při rozkladu svůj kyslík, což umožňuje pokračování reakce. Zvýšený tlak a teplota dále usnadňují jejich rozklad a výbuch.