Shenhai explosiebestendig
In standaard testomstandigheden wordt de concentratiegrens waarbij een brandbaar gas of damp gemengd met een oxiderend gas tot een explosie leidt, de explosiegrens genoemd. Gewoonlijk verwijst de term 'explosiegrens' naar de concentratiegrenzen van brandbare gassen of dampen in lucht. De laagste concentratie van een brandbaar gas die een explosie kan veroorzaken, staat bekend als de onderste explosiegrens (LEL) en de hoogste concentratie als de bovenste explosiegrens (UEL).
Wanneer brandbare gassen of vloeibare dampen zich binnen de explosiegrenzen bevinden en in aanraking komen met een hittebron (zoals een open vlam of hoge temperatuur), verspreidt de vlam zich snel door de gas- of stofruimte. Bij deze snelle chemische reactie komt een aanzienlijke hoeveelheid hitte vrij, waardoor gassen ontstaan die door de hitte uitzetten, waardoor hoge temperaturen en drukken ontstaan met een enorm destructief potentieel.
Explosiegrenzen zijn belangrijke parameters bij het beschrijven van de gevaren van brandbare gassen, dampen en brandbaar stof. Gewoonlijk worden de explosiegrenzen van brandbare gassen en dampen uitgedrukt als een percentage van het gas of de damp in het mengsel.
Bijvoorbeeld, bij 20°C is de conversieformule voor de volumetrische fractie en massaconcentratie van een brandbaar gas:
Y = (L/100) × (1000M/22,4) × (273/(273+20)) = L × (M/2,4)
In deze formule is L de volumetrische fractie (%), Y de massaconcentratie (g/m³), M de relatieve moleculaire massa van het brandbare gas of de brandbare damp en 22,4 het volume (liter) dat wordt ingenomen door 1 mol van een stof in gasvormige toestand onder standaardomstandigheden (0°C, 1 atm).
Als de concentratie methaangas in de atmosfeer bijvoorbeeld 10% is, dan wordt dit omgerekend naar:
Y = L × (M/2,4) = 10 × (16/2,4) = 66,67g/m³
Het concept van explosiegrenzen voor brandbare gassen, dampen en stof kan worden verklaard aan de hand van de theorie van thermische explosie. Als de concentratie van een brandbaar gas, damp of stof onder de grenswaarde voor explosiegevaar ligt, verliest het systeem door de overmaat aan lucht, het koelende effect van de lucht en de ontoereikende concentratie van de brandbare stof meer warmte dan het aanneemt en de reactie gaat niet door. Op dezelfde manier, als de concentratie boven de UEL is, is de opgewekte warmte minder dan de verloren warmte, waardoor de reactie niet doorgaat. Bovendien reageert een teveel aan brandbaar gas of stof niet alleen niet en genereert het geen warmte door zuurstofgebrek, maar koelt het mengsel ook af, waardoor de vlam zich niet kan verspreiden. Bovendien kan de UEL voor bepaalde stoffen zoals ethyleenoxide, nitroglycerine en brandbaar stof zoals buskruit 100% bereiken. Deze materialen leveren hun zuurstof tijdens de ontleding, waardoor de reactie kan doorgaan. Verhoogde druk en temperatuur vergemakkelijken de ontleding en explosie nog meer.