Shenhai otporan na eksploziju
U standardnim uslovima ispitivanja, granica koncentracije na kojoj zapaljivi plin ili para pomiješan s oksidirajućim plinom dovode do eksplozije naziva se granica eksplozije. Uobičajeno, izraz „granica eksplozije“.’ odnosi se na granične koncentracije zapaljivih plinova ili para u zraku. Najniža koncentracija zapaljivog plina koja može izazvati eksploziju poznata je kao donja granica eksplozije (LEL), a najveća koncentracija kao gornja granica eksplozije (UEL).
Kada su zapaljivi plinovi ili tečne pare unutar granica eksplozije i naiđu na izvor topline (kao što je otvoreni plamen ili visoka temperaturu), plamen se brzo širi kroz prostor za gas ili prašinu. Ova brza hemijska reakcija oslobađa značajnu količinu toplote, stvaraju plinove koji se šire zbog topline, stvaranje visokih temperatura i pritisaka sa ogromnim destruktivnim potencijalom.
Granice eksplozije su ključni parametri u opisivanju opasnosti od zapaljivo gasovi, isparenja, i zapaljive prašine. Tipično, granice eksplozije zapaljivih plinova i para izražene su kao postotak plina ili pare u smjesi.
Na primjer, na 20°C, formula za konverziju zapreminske frakcije i masene koncentracije zapaljivog gasa je:
Y = (L/100) × (1000M/22.4) × (273/(273+20)) = L × (M/2.4)
U ovoj formuli, L je volumetrijski udio (%), Y je masena koncentracija (g/m³), M je relativna molekulska masa zapaljivim gasom ili para, i 22.4 je volumen (litara) okupirano od 1 mol supstance u gasovitom stanju pod standardnim uslovima (0°C, 1 atm).
Na primjer, ako je koncentracija gasa metana u atmosferi 10%, pretvara se u:
Y = L × (M/2.4) = 10 × (16/2.4) = 66,67 g/m³
Koncept granica eksplozije zapaljivih gasova, isparenja, a prašina se može objasniti teorijom termalne eksplozije. Ako je koncentracija zapaljivog plina, para, ili je prašina ispod LEL, zbog viška vazduha, efekat hlađenja vazduha, i nedovoljna koncentracija zapaljivog, sistem gubi više toplote nego što dobija, a reakcija se ne odvija. Slično, ako je koncentracija iznad UEL, proizvedena toplota je manja od izgubljene toplote, sprečavanje reakcije. Dodatno, prekomjerni zapaljivi plin ili prašina ne samo da ne reagiraju i stvaraju toplinu zbog nedostatka kiseonik ali i hladi smjesu, sprečavanje širenja plamena. Štaviše, za određene supstance kao što su etilen oksid, nitroglicerin, i zapaljiva prašina poput baruta, UEL može doseći 100%. Ovi materijali daju kiseonik tokom raspadanja, dozvoljavajući da se reakcija nastavi. Povećani pritisak i temperatura dodatno olakšavaju njihovu razgradnju i eksploziju.