גבול פיצוץ גז דליק

בתנאי בדיקה סטנדרטיים, ריכוז הגבול שבו גז או אדים דליקים המעורבבים עם גז מחמצן מובילים לפיצוץ מכונה ‘גבול הפיצוץ’. בדרך כלל, המונח "גבול הפיצוץ" מתייחס לריכוזים המרביים של גזים או אדים דליקים באוויר. הריכוז הנמוך ביותר של גז דליק העלול לגרום לפיצוץ מכונה "גבול הפיצוץ התחתון" (LEL), והריכוז הגבוה ביותר מכונה "גבול הפיצוץ העליון" (UEL).

כאשר גזים דליקים או אדי נוזלים נמצאים בתוך גבולות הפיצוץ ונחשפים למקור חום (כגון להבה פתוחה או טמפרטורה גבוהה), הלהבה מתפשטת במהירות דרך חלל הגז או האבק. תגובה כימית מהירה זו משחררת כמות משמעותית של חום, מייצרת גזים שמתפשטים עקב החום, ויוצרת טמפרטורות ולחצים גבוהים בעלי פוטנציאל הרסני עצום.

גבולות הפיצוץ הם פרמטרים מרכזיים בתיאור הסכנות של גזים דליקים, אדים ואבק דליק. בדרך כלל, גבולות הפיצוץ של גזים ואדים דליקים מבוטאים כאחוז מהגז או האדים בתערובת.

לדוגמה, בטמפרטורה של 20°C, הנוסחה להמרת החלק הנפחי וריכוז המסה של גז דליק היא:

Y = (L/100) × (1000M/22.4) × (273/(273+20)) = L × (M/2.4)

בנוסחה זו, L הוא השבר הנפחי (%), Y הוא ריכוז המסה (g/m³), M הוא המסה המולקולרית היחסית של הגז או האדים הדליקים, ו-22.4 הוא הנפח (ליטרים) שתופס 1 מול של חומר במצב גזי בתנאים סטנדרטיים (0°C, 1 אטמוספירה).

לדוגמה, אם ריכוז גז המתאן באטמוספירה הוא 10%, הוא מומר ל:

Y = L × (M/2.4) = 10 × (16/2.4) = 66.67g/m³

המושג "גבולות פיצוץ" עבור גזים, אדים ואבק דליקים ניתן להסביר באמצעות תיאוריית הפיצוץ התרמי. אם ריכוז הגז, האדים או האבק הדליקים נמוך מ-LEL, עקב עודף האוויר, אפקט הקירור של האוויר וריכוז לא מספיק של החומר הדליק, המערכת מאבדת יותר חום ממה שהיא צוברת, והתגובה אינה מתרחשת. באופן דומה, אם הריכוז גבוה מה-UEL, החום שנוצר נמוך מהחום שאובד, מה שמונע את התגובה. בנוסף, עודף גז דליק או אבק לא רק שאינו מגיב ומייצר חום בשל מחסור בחמצן, אלא גם מקרר את התערובת, ומונע את התפשטות הלהבה. יתר על כן, עבור חומרים מסוימים כמו תחמוצת אתילן, ניטרוגליצרין ואבק דליק כמו אבק שריפה, ה-UEL יכול להגיע ל-100%. חומרים אלה מספקים חמצן במהלך הפירוק, ומאפשרים לתגובה להמשיך. עלייה בלחץ ובטמפרטורה מקלה עוד יותר על פירוקם והתפוצצותם.