가연성 가스 폭발 한계

표준 테스트 조건에서 가연성 가스 또는 증기가 산화성 가스와 혼합되어 폭발로 이어지는 농도 한계를 폭발 한계라고 합니다. 일반적으로 '폭발 한계'라는 용어는 공기 중 가연성 가스 또는 증기의 농도 한계를 의미합니다. 폭발을 일으킬 수 있는 가연성 가스의 최저 농도를 폭발 하한(LEL)이라고 하고, 최고 농도를 폭발 상한(UEL)이라고 합니다.

가연성 가스 또는 액체 증기가 폭발 한계 내에 있고 열원(예: 화염 또는 고온)을 만나면 화염이 가스 또는 먼지 공간을 통해 빠르게 퍼집니다. 이 빠른 화학 반응은 상당한 양의 열을 방출하고 열로 인해 팽창하는 가스를 생성하여 엄청난 파괴력을 지닌 고온과 압력을 발생시킵니다.

폭발 한계는 인화성 가스, 증기 및 가연성 먼지의 위험성을 설명하는 핵심 매개변수입니다. 일반적으로 인화성 가스 및 증기의 폭발 한계는 혼합물에 포함된 가스 또는 증기의 백분율로 표시됩니다.

예를 들어, 20°C에서 가연성 가스의 부피 비율과 질량 농도에 대한 변환 공식은 다음과 같습니다:

y = (l/100) × (1000m/22.4) × (273/(273+20)) = l × (m/2.4)

이 공식에서 L은 부피 분율(%), Y는 질량 농도(g/m³), M은 가연성 가스 또는 증기의 상대 분자량, 22.4는 표준 조건(0°C, 1기압)에서 기체 상태의 물질 1몰이 차지하는 부피(리터)를 나타냅니다.

예를 들어 대기 중 메탄가스 농도가 10%인 경우 다음과 같이 변환됩니다:

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

가연성 가스, 증기 및 먼지에 대한 폭발 한계 개념은 열 폭발 이론으로 설명할 수 있습니다. 가연성 가스, 증기 또는 먼지의 농도가 LEL 이하인 경우 과도한 공기, 공기의 냉각 효과, 가연물의 농도 부족으로 인해 시스템은 얻는 것보다 잃는 열이 더 많아져 반응이 진행되지 않습니다. 마찬가지로 농도가 UEL보다 높으면 생성되는 열이 손실되는 열보다 적어 반응이 진행되지 않습니다. 또한 과도한 가연성 가스나 먼지는 산소 부족으로 인해 반응이 일어나지 않아 열을 발생시키지 못할 뿐만 아니라 혼합물을 냉각시켜 화염 확산을 방지합니다. 또한 에틸렌옥사이드, 니트로글리세린, 화약과 같은 가연성 먼지와 같은 특정 물질의 경우 UEL은 100%에 도달할 수 있습니다. 이러한 물질은 분해되는 동안 산소를 공급하여 반응이 계속될 수 있도록 합니다. 압력과 온도가 높아지면 분해와 폭발이 더욱 촉진됩니다.