Explosionsgräns för brännbar gas

Under normala testförhållanden kallas den koncentrationsgräns vid vilken en brännbar gas eller ånga blandad med en oxiderande gas leder till en explosion för explosionsgräns. Vanligtvis avser termen "explosionsgräns" koncentrationsgränserna för brännbara gaser eller ångor i luft. Den lägsta koncentrationen av en brännbar gas som kan orsaka en explosion kallas den nedre explosionsgränsen (LEL) och den högsta koncentrationen kallas den övre explosionsgränsen (UEL).

När brännbara gaser eller vätskeångor befinner sig inom explosionsgränserna och stöter på en värmekälla (t.ex. en öppen låga eller hög temperatur) sprider sig lågan snabbt genom gas- eller dammutrymmet. Denna snabba kemiska reaktion frigör en betydande mängd värme, vilket genererar gaser som expanderar på grund av värmen, vilket skapar höga temperaturer och tryck med enorm destruktiv potential.

Explosionsgränser är nyckelparametrar för att beskriva farorna med brandfarliga gaser, ångor och brännbart damm. Vanligtvis uttrycks explosionsgränserna för brandfarliga gaser och ångor som en procentandel av gasen eller ångan i blandningen.

Vid 20°C är t.ex. omvandlingsformeln för volymetrisk fraktion och masskoncentration av en brandfarlig gas följande:

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

I denna formel är L den volymetriska fraktionen (%), Y är masskoncentrationen (g/m³), M är den relativa molekylmassan för den brännbara gasen eller ångan och 22,4 är den volym (liter) som upptas av 1 mol av ett ämne i gasform under standardförhållanden (0°C, 1 atm).

Om t.ex. metangaskoncentrationen i atmosfären är 10%, omvandlas detta till

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

Begreppet explosionsgränser för brandfarliga gaser, ångor och damm kan förklaras med teorin om termisk explosion. Om koncentrationen av en brandfarlig gas, ånga eller damm är under LEL, på grund av överflödig luft, luftens kylningseffekt och otillräcklig koncentration av det brännbara, förlorar systemet mer värme än det vinner, och reaktionen fortsätter inte. Om koncentrationen är högre än UEL är på samma sätt den genererade värmen mindre än den förlorade värmen, vilket förhindrar reaktionen. En för hög koncentration av brännbar gas eller brännbart damm leder inte bara till att reaktionen uteblir och värme inte alstras på grund av syrebrist, utan kyler också blandningen, vilket förhindrar flamspridning. För vissa ämnen, t.ex. etylenoxid, nitroglycerin och brännbart damm som krut, kan UEL dessutom uppgå till 100%. Dessa material tillhandahåller sitt syre under nedbrytningen, vilket gör att reaktionen kan fortsätta. Ökat tryck och temperatur underlättar ytterligare nedbrytningen och explosionen.