Граница запаљивости

Смеше диспергованих запаљивих материјала (као што су гасовита или испарена горива и неке прашине) и кисеоника у ваздуху сагоревају само ако концентрација горива лежи унутар добро дефинисаних доњих и горњих граница одређених експериментално, које се називају границе запаљивости или границе експлозивности. Сагоревање може варирати у насиљу од дефлаграције до детонације.

Границе варирају у зависности од температуре и притиска, али се обично изражавају у процентима запремине на 25 °Ц и атмосферском притиску. Ова ограничења су релевантна за стварање и оптимизацију експлозије или сагоревања, као у мотору, или за њихово спречавање, као код неконтролисаних експлозија накупина запаљивог гаса или прашине. Постизање најбоље запаљиве или експлозивне мешавине горива и ваздуха (стехиометријска пропорција) је важно у моторима са унутрашњим сагоревањем као што су бензински или дизел мотори.

Стандардни референтни рад је и даље онај који је разрадио Мајкл Џорџ Забетакис, специјалиста за пожарну безбедност, користећи апарат који је развио Биро за рударство Сједињених Држава.

Лимити

Доња граница запаљивости

Доња граница запаљивости (ЛФЛ): Најнижа концентрација (проценат) гаса или паре у ваздуху која може да произведе бљесак ватре у присуству извора паљења (лук, пламен, топлота). Многи стручњаци за безбедност сматрају да је термин исти као нижи ниво експлозивности (ЛЕЛ). При концентрацији у ваздуху нижој од ЛФЛ, мешавине гасова су „превише мршаве“ да би сагореле. Гас метан има ЛФЛ од 4,4%. Ако атмосфера има мање од 4,4% метана, не може доћи до експлозије чак ни ако је присутан извор паљења. Из перспективе здравља и безбедности, концентрација ЛЕЛ се сматра непосредно опасном по живот или здравље (ИДЛХ), где не постоји строжа граница изложености запаљивом гасу.

Очитавање процента на мониторима запаљивог ваздуха не треба мешати са ЛФЛ концентрацијама. Експлозиметри пројектовани и калибрисани за одређени гас могу показати релативну концентрацију атмосфере у односу на ЛФЛ – ЛФЛ је 100%. Очитавање ЛФЛ од 5% за метан, на пример, било би еквивалентно 5% помноженом са 4,4%, или приближно 0,22% запремине метана на 20 степени Ц°. Контрола опасности од експлозије се обично постиже довољном природном или механичком вентилацијом, да ограничи концентрацију запаљивих гасова или пара на максимални ниво од 25% њихове доње границе експлозивности или запаљивости.

Горња граница запаљивости

Горња граница запаљивости (УФЛ): Највиша концентрација (проценат) гаса или паре у ваздуху која може да произведе бљесак ватре у присуству извора паљења (лук, пламен, топлота). Концентрације веће од УФЛ или УЕЛ су „пребогате” за сагоревање. Рад изнад УФЛ се обично избегава због безбедности, јер цурење ваздуха може довести смешу у опсег запаљивости.

Утицај температуре, притиска и састава

Границе запаљивости смеша неколико запаљивих гасова могу се израчунати коришћењем Ле Шатељеовог правила мешања за запаљиве запреминске фракције $x_{i}$:

$LFL_{\text{mix}}={\frac {1}{\sum _{i}{\frac {x_{i}}{LFL_{i}}}}}$

и слично за УФЛ.

Температура, притисак и концентрација оксидатора такође утичу на границе запаљивости. Виша температура или притисак, као и већа концентрација оксидатора (првенствено кисеоника у ваздуху), резултирају нижим ЛФЛ и већим УФЛ, те ће гасна смеша лакше експлодирати.

Обично атмосферски ваздух снабдева кисеоник за сагоревање, а границе претпостављају нормалну концентрацију кисеоника у ваздуху. Атмосфере обогаћене кисеоником побољшавају сагоревање, смањујући ЛФЛ и повећавајући УФЛ, и обрнуто; атмосфера без оксидатора није ни запаљива ни експлозивна за било коју концентрацију горива (осим за гасове који се могу енергетски разложити чак и у одсуству оксидатора, као што је ацетилен). Значајно повећање удела инертних гасова у смеши ваздуха, на рачун кисеоника, повећава ЛФЛ и смањује УФЛ.

Литература

• Давид Р. Лиде, Едитор-ин-Цхиеф; ЦРЦ Хандбоок оф Цхемистрy анд Пхyсицс, 72нд едитион; ЦРЦ Пресс; Боца Ратон, Флорида; 1991; ISBN 0-8493-0565-9