Вибухозахищений Шеньхай
У стандартних умовах випробувань межа концентрації, за якої горючий газ або пара, змішана з окислювальним газом, призводить до вибуху, називається межею вибуху. Зазвичай термін "межа вибуху" відноситься до меж концентрації горючих газів або парів у повітрі. Найнижча концентрація горючого газу, яка може спричинити вибух, називається нижньою межею вибуху (НМВ), а найвища концентрація - верхньою межею вибуху (ВМВ).
Коли горючі гази або пари рідини знаходяться в межах вибухонебезпечної концентрації і стикаються з джерелом тепла (наприклад, відкритим полум'ям або високою температурою), полум'я швидко поширюється через газовий або пиловий простір. Ця швидка хімічна реакція вивільняє значну кількість тепла, утворюючи гази, які розширюються від тепла, створюючи високі температури і тиск з величезним руйнівним потенціалом.
Межі вибуху є ключовими параметрами для опису небезпеки горючих газів, парів і горючого пилу. Зазвичай межі вибуху горючих газів і парів виражаються у відсотках від вмісту газу або пари в суміші.
Наприклад, при 20°C формула перерахунку об'ємної частки та масової концентрації горючого газу має вигляд:
Y = (L/100) × (1000М/22.4) × (273/(273+20)) = L × (M/2.4)
У цій формулі L - об'ємна частка (%), Y - масова концентрація (г/м³), M - відносна молекулярна маса горючого газу або пари, а 22,4 - об'єм (літри), який займає 1 моль речовини в газоподібному стані за стандартних умов (0°C, 1 атм).
Наприклад, якщо концентрація метану в атмосфері становить 10%, вона перетворюється на:
Y = L × (M/2,4) = 10 × (16/2,4) = 66,67 г/м³.
Поняття межі вибуху для горючих газів, парів і пилу можна пояснити за допомогою теорії теплового вибуху. Якщо концентрація горючого газу, пари або пилу нижче ГДК, через надлишок повітря, охолоджувальний ефект повітря і недостатню концентрацію горючої речовини система втрачає більше тепла, ніж отримує, і реакція не відбувається. Аналогічно, якщо концентрація перевищує ГДК, тепло, що генерується, менше, ніж втрачається, що перешкоджає реакції. Крім того, надлишок горючого газу або пилу не тільки не вступає в реакцію і не генерує тепло через нестачу кисню, але й охолоджує суміш, запобігаючи поширенню полум'я. Більше того, для деяких речовин, таких як оксид етилену, нітрогліцерин та горючий пил, наприклад, порох, UEL може досягати 100%. Ці матеріали забезпечують себе киснем під час розкладання, дозволяючи реакції продовжуватися. Підвищений тиск і температура ще більше сприяють їхньому розкладанню і вибуху.