Eksplosionsgrænse for brændbar gas

Under standardtestbetingelser betegnes den koncentrationsgrænse, hvor en brændbar gas eller damp blandet med en oxiderende gas fører til en eksplosion, som eksplosionsgrænsen. Almindeligvis henviser udtrykket "eksplosionsgrænse" til koncentrationsgrænserne for brændbare gasser eller dampe i luft. Den laveste koncentration af en brændbar gas, der kan forårsage en eksplosion, kaldes den nedre eksplosionsgrænse (LEL), og den højeste koncentration kaldes den øvre eksplosionsgrænse (UEL).

Når brændbare gasser eller væskedampe befinder sig inden for eksplosionsgrænserne og møder en varmekilde (som f.eks. en åben flamme eller høj temperatur), spreder flammen sig hurtigt gennem gas- eller støvrummet. Denne hurtige kemiske reaktion frigiver en betydelig mængde varme og genererer gasser, der udvider sig på grund af varmen, hvilket skaber høje temperaturer og tryk med et enormt destruktivt potentiale.

Eksplosionsgrænser er nøgleparametre i beskrivelsen af farerne ved brandfarlige gasser, dampe og brændbart støv. Typisk udtrykkes eksplosionsgrænserne for brandfarlige gasser og dampe som en procentdel af gassen eller dampen i blandingen.

For eksempel er omregningsformlen for den volumetriske fraktion og massekoncentrationen af en brandfarlig gas ved 20 °C:

Y = (L/100) × (1000M/22,4) × (273/(273+20)) = L × (M/2,4)

I denne formel er L den volumetriske fraktion (%), Y er massekoncentrationen (g/m³), M er den relative molekylmasse af den brændbare gas eller damp, og 22,4 er det volumen (liter), der optages af 1 mol af et stof i gasform under standardbetingelser (0 °C, 1 atm).

Hvis metangaskoncentrationen i atmosfæren f.eks. er 10%, omregnes det til:

Y = L × (M/2,4) = 10 × (16/2,4) = 66,67g/m³

Begrebet eksplosionsgrænser for brandfarlige gasser, dampe og støv kan forklares med teorien om termisk eksplosion. Hvis koncentrationen af en brandfarlig gas, damp eller støv er under LEL, mister systemet mere varme, end det får, på grund af overskydende luft, luftens afkølende effekt og utilstrækkelig koncentration af det brændbare stof, og reaktionen fortsætter ikke. På samme måde, hvis koncentrationen er over UEL, er den genererede varme mindre end den tabte varme, hvilket forhindrer reaktionen. Derudover undlader for meget brændbar gas eller støv ikke kun at reagere og generere varme på grund af iltmangel, men afkøler også blandingen og forhindrer spredning af flammer. For visse stoffer som ethylenoxid, nitroglycerin og brændbart støv som krudt kan UEL desuden nå op på 100%. Disse materialer leverer deres egen ilt under nedbrydningen, så reaktionen kan fortsætte. Øget tryk og temperatur letter yderligere deres nedbrydning og eksplosion.