Shenhai antidéflagrant
Dans des conditions d'essai normalisées, la limite de concentration à laquelle un gaz ou une vapeur combustible mélangé à un gaz oxydant provoque une explosion est appelée limite d'explosion. Communément, le terme "limite d'explosion" fait référence aux limites de concentration des gaz ou vapeurs combustibles dans l'air. La concentration la plus faible d'un gaz combustible pouvant provoquer une explosion est appelée limite inférieure d'explosivité (LIE), et la concentration la plus élevée est appelée limite supérieure d'explosivité (LSE).
Lorsque des gaz ou des vapeurs liquides combustibles se trouvent dans les limites d'explosion et rencontrent une source de chaleur (telle qu'une flamme nue ou une température élevée), la flamme se propage rapidement dans l'espace de gaz ou de poussière. Cette réaction chimique rapide libère une quantité importante de chaleur, générant des gaz qui se dilatent sous l'effet de la chaleur, créant des températures et des pressions élevées avec un immense potentiel de destruction.
Les limites d'explosivité sont des paramètres clés dans la description des risques liés aux gaz, aux vapeurs et aux poussières inflammables. Généralement, les limites d'explosion des gaz et des vapeurs inflammables sont exprimées en pourcentage du gaz ou de la vapeur dans le mélange.
Par exemple, à 20°C, la formule de conversion de la fraction volumétrique et de la concentration massique d'un gaz inflammable est la suivante :
Y = (L/100) × (1000M/22,4) × (273/(273+20)) = L × (M/2,4)
Dans cette formule, L est la fraction volumétrique (%), Y est la concentration massique (g/m³), M est la masse moléculaire relative du gaz ou de la vapeur combustible, et 22,4 est le volume (litres) occupé par 1 mole d'une substance à l'état gazeux dans des conditions standard (0°C, 1 atm).
Par exemple, si la concentration de méthane dans l'atmosphère est de 10%, elle se convertit en :
Y = L × (M/2,4) = 10 × (16/2,4) = 66,67g/m³
Le concept de limites d'explosion pour les gaz, les vapeurs et les poussières inflammables peut être expliqué par la théorie de l'explosion thermique. Si la concentration d'un gaz, d'une vapeur ou d'une poussière inflammable est inférieure à la LIE, en raison de l'excès d'air, de l'effet de refroidissement de l'air et de la concentration insuffisante du combustible, le système perd plus de chaleur qu'il n'en gagne et la réaction ne se produit pas. De même, si la concentration est supérieure à la LSE, la chaleur générée est inférieure à la chaleur perdue, ce qui empêche la réaction. En outre, un excès de gaz ou de poussières combustibles non seulement ne réagit pas et ne génère pas de chaleur en raison du manque d'oxygène, mais refroidit également le mélange, empêchant ainsi la propagation des flammes. En outre, pour certaines substances comme l'oxyde d'éthylène, la nitroglycérine et les poussières combustibles comme la poudre à canon, la LSEU peut atteindre 100%. Ces matériaux fournissent leur oxygène pendant la décomposition, ce qui permet à la réaction de se poursuivre. L'augmentation de la pression et de la température facilite encore leur décomposition et leur explosion.