Põlevate gaaside plahvatuspiir

Standardsetel katsetingimustel nimetatakse plahvatuspiiriks kontsentratsioonipiiri, mille juures põlev gaas või aur segunedes oksüdeeriva gaasiga põhjustab plahvatuse. Üldiselt viitab termin "plahvatuspiir" põlevate gaaside või aurude kontsentratsioonipiirile õhus. Põleva gaasi madalaimat kontsentratsiooni, mis võib põhjustada plahvatuse, nimetatakse alumiseks plahvatuspiiriks (LEL) ja kõrgeimat kontsentratsiooni ülemiseks plahvatuspiiriks (UEL).

Kui põlevad gaasid või vedelad aurud on plahvatuspiirides ja puutuvad kokku soojusallikaga (näiteks lahtine leek või kõrge temperatuur), levib leek kiiresti läbi gaasi- või tolmuruumi. See kiire keemiline reaktsioon vabastab märkimisväärse hulga soojust, tekitades gaase, mis soojuse tõttu laienevad, tekitades kõrge temperatuuri ja rõhu, millel on tohutu hävituspotentsiaal.

Plahvatuspiirid on peamised parameetrid tuleohtlike gaaside, aurude ja põleva tolmu ohtude kirjeldamisel. Tavaliselt väljendatakse tuleohtlike gaaside ja aurude plahvatuspiirid gaasi või auru protsendina segus.

Näiteks 20 °C juures on tuleohtliku gaasi mahuosa ja massikontsentratsiooni ümberarvestusvalem järgmine:

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

Selles valemis on L mahuosa (%), Y on massikontsentratsioon (g/m³), M on põleva gaasi või auru suhteline molekulmass ja 22,4 on maht (liitrites), mille 1 mol ainet gaasilises olekus standardtingimustes (0°C, 1 atm) võtab.

Näiteks kui metaani kontsentratsioon atmosfääris on 10%, siis teisendab see:

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

Süttivate gaaside, aurude ja tolmu plahvatuspiiride kontseptsiooni saab selgitada termilise plahvatuse teooria abil. Kui tuleohtliku gaasi, auru või tolmu kontsentratsioon on alla LEL-piiri, kaotab süsteem üleliigse õhu, õhu jahutava mõju ja põleva aine ebapiisava kontsentratsiooni tõttu rohkem soojust kui võidab ja reaktsioon ei toimu. Samamoodi, kui kontsentratsioon on üle UELi, on tekkinud soojus väiksem kui kaotatud soojus, mis takistab reaktsiooni toimumist. Lisaks sellele ei suuda liigne põlevgaas või tolm hapniku puudumise tõttu mitte ainult mitte reageerida ja soojust tekitada, vaid jahutab segu, takistades leegi levikut. Lisaks sellele võib UEL teatavate ainete, nagu etüleenoksiidi, nitroglütseriini ja põleva tolmu, näiteks püssirohu puhul ulatuda 100%-ni. Need ained annavad lagunemisel oma hapniku, mis võimaldab reaktsiooni jätkata. Suurenenud rõhk ja temperatuur soodustavad veelgi nende lagunemist ja plahvatust.