ขีดจำกัดการระเบิดของก๊าซที่ติดไฟได้

ในสภาวะการทดสอบมาตรฐาน, ขีดจำกัดความเข้มข้นที่ก๊าซหรือไอระเหยที่ติดไฟได้ผสมกับก๊าซออกซิไดซ์ทำให้เกิดการระเบิด เรียกว่า ขีดจำกัดการระเบิด. อย่างธรรมดา, คำว่า 'ขีด จำกัด การระเบิด'’ หมายถึงขีดจำกัดความเข้มข้นของก๊าซหรือไอระเหยที่ติดไฟได้ในอากาศ. ความเข้มข้นต่ำสุดของก๊าซที่ติดไฟได้ซึ่งสามารถทำให้เกิดการระเบิดได้เรียกว่าขีดจำกัดล่างของการระเบิด (แอลอีแอล), และความเข้มข้นสูงสุดเท่ากับขีดจำกัดบนของการระเบิด (UEL).

เมื่อก๊าซหรือไอของเหลวที่ติดไฟได้อยู่ภายในขีดจำกัดการระเบิดและพบกับแหล่งความร้อน (เช่นเปลวไฟหรือสูง อุณหภูมิ), เปลวไฟลุกลามอย่างรวดเร็วผ่านช่องก๊าซหรือฝุ่น. ปฏิกิริยาเคมีที่รวดเร็วนี้จะปล่อยความร้อนออกมาจำนวนมาก, ทำให้เกิดก๊าซที่ขยายตัวเนื่องจากความร้อน, สร้างอุณหภูมิและแรงกดดันสูงพร้อมศักยภาพในการทำลายล้างอันมหาศาล.

ขีดจำกัดการระเบิดเป็นตัวแปรสำคัญในการอธิบายอันตรายของ ไวไฟ ก๊าซ, ไอระเหย, และฝุ่นที่ติดไฟได้. โดยทั่วไป, ขีดจำกัดการระเบิดของก๊าซและไอระเหยไวไฟจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของก๊าซหรือไอระเหยในส่วนผสม.

ตัวอย่างเช่น, ที่อุณหภูมิ 20°C, สูตรการแปลงค่าเศษส่วนเชิงปริมาตรและความเข้มข้นของมวลของก๊าซไวไฟคือ:

ย = (ลิตร/100) × (1000เอ็ม/22.4) × (273/(273+20)) = ยาว × (เอ็ม/2.4)

ในสูตรนี้, L คือเศษส่วนเชิงปริมาตร (%), Y คือความเข้มข้นของมวล (กรัม/ลบ.ม), M คือมวลโมเลกุลสัมพัทธ์ของ ก๊าซที่ติดไฟได้ หรือไอ, และ 22.4 คือระดับเสียง (ลิตร) ครอบครองโดย 1 โมลของสารที่อยู่ในสถานะก๊าซภายใต้สภาวะมาตรฐาน (0องศาเซลเซียส, 1 ATM).

ตัวอย่างเช่น, ถ้าความเข้มข้นของก๊าซมีเทนในบรรยากาศเป็น 10%, มันแปลงเป็น:

ย = ล × (เอ็ม/2.4) - 10 × (16/2.4) = 66.67 ก./ลบ.ม

แนวคิดเรื่องขีดจำกัดการระเบิดสำหรับก๊าซไวไฟ, ไอระเหย, และฝุ่นสามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีการระเบิดด้วยความร้อน. หากความเข้มข้นของก๊าซไวไฟ, ไอ, หรือฝุ่นอยู่ต่ำกว่า LEL, เนื่องจากอากาศส่วนเกิน, ผลการทำความเย็นของอากาศ, และความเข้มข้นของสารที่ติดไฟได้ไม่เพียงพอ, ระบบสูญเสียความร้อนมากกว่าที่ได้รับ, และปฏิกิริยาไม่ดำเนินต่อไป. ในทำนองเดียวกัน, ถ้าความเข้มข้นสูงกว่า UEL, ความร้อนที่เกิดขึ้นจะน้อยกว่าความร้อนที่สูญเสียไป, ป้องกันการเกิดปฏิกิริยา. นอกจากนี้, ก๊าซหรือฝุ่นที่ติดไฟได้มากเกินไปไม่เพียงแต่ไม่สามารถตอบสนองและสร้างความร้อนเนื่องจากขาดเท่านั้น ออกซิเจน แต่ยังทำให้ส่วนผสมเย็นลงอีกด้วย, ป้องกันการแพร่กระจายของเปลวไฟ. นอกจากนี้, สำหรับสารบางชนิดเช่น เอทิลีน ออกไซด์, ไนโตรกลีเซอรีน, และฝุ่นที่ติดไฟได้เช่นดินปืน, UEL สามารถเข้าถึงได้ 100%. วัสดุเหล่านี้ให้ออกซิเจนระหว่างการสลายตัว, ปล่อยให้ปฏิกิริยาดำเนินต่อไป. ความดันและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นยังเอื้อต่อการสลายตัวและการระเบิดอีกด้วย.