مفهوم حد بالا و پایین اشتعال به معنای محدوده‌ای از غلظت یا تراکم یک مخلوط هوا و سوخت است که در آن اشتعال به طور خودکار و پایدار اتفاق می‌افتد. این مفاهیم به معنای نسبت غلظت سوخت به غلظت هوا در یک مخلوط خوراک (مخلوط سوخت و هوا) است که به اندازه کافی غلظت سوخت داشته باشد تا در صورت وجود منبع اشتعال (مثل جرقه یا حرارت)، فرآیند اشتعال آغاز شود و با حداقل تلاش و انرژی حفظ شود.
حد بالا اشتعال (Upper Flammability Limit)
این مفهوم به حدی اشاره دارد که اگر غلظت سوخت در مخلوط خوراک به حدی افزایش یابد که از حد بالا اشتعال بیشتر شود، اشتعال اتفاق نمی‌افتد. به عبارت دیگر، در غلظت بالایی از سوخت، اشتعال نمی‌تواند حفظ شود و پدیده اشتعال کمیاب میشود.
حد پایین اشتعال (Lower Flammability Limit)
این مفهوم به حدی اشاره دارد که اگر غلظت سوخت در مخلوط خوراک به حدی کم شود که از حد پایین اشتعال کمتر شود، اشتعال اتفاق نمی‌افتد. به عبارت دیگر، در غلظت کمتری از سوخت، اشتعال نمی‌تواند شروع شود و پدیده اشتعال کمیاب میشود.
در نتیجه، برای وقوع و حفظ اشتعال در یک مخلوط سوخت و هوا، غلظت سوخت باید در محدوده‌ای بین حد پایین اشتعال و حد بالا اشتعال قرار داشته باشد. این محدوده به عنوان "محدوده اشتعال" یا "محدوده سوخت‌هوای قابل اشتعال" شناخته میشود. این مفاهیم در کنترل و مدیریت ایمنی در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت، گاز، شیمیایی و سایر موارد، اهمیت دارند.
تعریف حد پایین انفجار (LEL)
حد پایین انفجار (Lower Explosive Limit) کوچکترین نسبت حجمی ماده قابل اشتعال به هوا می باشد که قابلیت انفجار دارد. به بیان دیگر، به کمترین درصد غلظت یک گاز یا بخار گفته می شود که با قرار گیری در نزدیکی جرقه، شعله یا گرما می تواند منفجر شود. در صورتی که این غلظت کمتر از LEL تعیین شده باشد، حتی در حضور جرقه و گرما نیز امکان اشتعال گاز وجود ندارد.
تعریف حد بالای اشتعال (UEL)
برای تعریف حد بالای اشتعال (Upper Explosive Limit) و حد بالای انفجار گازها می توان از تعریف حد پایین آن ها استفاده نمود. به این ترتیب می توان حد بالای انفجار را به عنوان بزرگترین نسبت حجمی ماده قابل اشتعال به هوا که قابلیت انفجار دارد، تعریف کرد. به بیان دیگر، بیشترین درصد غلظت یک گاز یا بخار که با قرار گیری در نزدیکی جرقه، شعله یا گرما می تواند منفجر شود، UEL می باشد. در صورتی که این غلظت بیشتر از UEL تعیین شده باشد، حتی در حضور جرقه و گرما نیز امکان اشتعال یا انفجار گاز وجود ندارد.
نقطه اشتعال
نقطه اشتعال (Flash Point) کمترین دمایی است که بخار قابل احتراق از ماده ساطع می شود. برای اندازه گیری این نقطه اشتعال به یک منبع احتراق نیاز است؛ در صوری که به هر دلیلی این منبع موجود نبوده و یا از محل خارج شود، امکان احتراق و اشتعال گاز وجود ندارد.
نقطه احتراق
نقطه احتراق به کمترین دمایی گفته می شود که در آن بخار قابل احتراق از ماده ساطع شده و برای حداقل 5 ثانیه می تواند بسوزد.
جدول نقطه اشتعال
برای پیدا کردن نقطه اشتعال گازها نیازی به انجام آزمایش و پیدا کردن تجربی آن برای همگان نیست. متخصصان این حوزه پیش تر چنین آزمایشاتی را انجام داده و نتیجه را در قالب جدول نقطه اشتعال برای استفاده سایرین ارائه داده اند.
تفاوت خود آتش گیری و نقطه اشتعال
بسیاری از افراد به اشتباه این دو مفهوم را یکسان می دانند. نکته قابل توجه این است که در دمای خود آتش گیری، بدون نیاز به منبع احتراق، امکان اشتعال و سوختن گاز وجود دارد. این در حالی است که نقطه احتراق به دمای بالاتری گفته می شود که در آن بخار مشتعل شده و حتی پس از احتراق نیز به سوختن ادامه می دهد.
توجه داشته باشید که هر دو نقطه احتراق و اشتعال، هیچ گونه وابستگی به دمای منبع احتراق ندارند.
تعریف حد پایین انفجار یا LFL چیست؟
حد پایین انفجار و حد پایین اشتعال دو مفهوم بسیار نزدیک به یکدیگر هستند. اصلی ترین تفاوت این دو، میزان انرژی آزاد شده و مدت زمان انجام واکنش می باشد.
آستانه اشتعال پذیری گازها (LEL) چیست؟
مخلوط های گازی قابل اشتعال و هوا فقط با نسبت های مشخص مشتعل می شوند. وجود هوا یا گاز سوختنی بیش از حد در این مخلوط به عدم اشتعال منجر می گردد. گستره یا محدوده اشتعال یا انفجار پذیری همیشه نسبت به هوا تعیین می گردد، زیرا درصد اکسیژن موجود در هوا میزانی مشخص است. در اکسیژن خالص گستره این محدوده افزایش می یابد.
محدوده اشتعال پذیری گازها
اشتعال پذیری مخلوط های منفجره هوا و مواد سوختنی بر حسب نوع سوخت تغییر می کند. محدوده اشتعال پذیری گاز استیلن 2 تا 82 درصد و پروپان 10 تا 21 درصد می باشد. اساساً با وجود 2 درصد استیلن (98 درصد هوا) تا 82 درصد استیلن (18 درصد هوا) در فضای یک اتاق، یک مخلوط قابل اشتعال خواهیم داشت.
مثلث آتش
در تئوری، در صورت وجود 50 درصد هوا و 50 درصد پروپان در یک اتاق و زدن کبریت، مخلوط گازی مشتعل نخواهد شد. علت این امر، قرار نگرفتن مخلوط هوا و سوخت در محدوده اشتعال پذیری آن می باشد. در عوض با توجه به این که پروپان از هوا بسیار سنگین تر است، پروپان زیر هوا قرار گرفته و مخلوطی قابل اشتعال در ارتفاع مشخصی در اتاق وجود خواهد داشت.
هشدار: این اصل را آزمایش نکنید، بلکه سعی کنید تمام خواص گازهایی را که با آن ها سروکار دارید را بشناسید.
سرعت اشتعال (UEL) چیست؟
تمام سوخت ها با میزان یا سرعت اشتعال مشخصی می سوزند. همان طور که شعله در امتداد یک کبریت می سوزد و پیش می رود، شعله در امتداد مخلوط هوا سوخت نیز با سرعت معینی می سوزد.
تناسب میان میزان هوا و سوخت موجود در سرعت اشتعال آن مؤثر است. در صورت جایگزینی اکسیژن خالص با هوا، سرعت اشتعال به شدت افزایش خواهد یافت.
سرعت جریان مخلوط اکسیژن-سوخت باید به گونه ای تنظیم شود که شعله به نازل (سر لوله) نزدیک باشد. در صورتی که سرعت جریان مخلوط بیش از حد باشد، بیشتر از سرعت اشتعال، شعله از نازل دور می شود که اصطلاحا (Blow off) نامیده می شود.
در صورت کم بودن سرعت جریان مخلوط، ممکن است شعله وارد مشعل شده و باعث پس زنش شعله شود. بسته به سرعت حرکت مخلوط ممکن است شعله درون مشعل نگاه داشته شود و منجر به «پس زنش مداوم» شود. با کمتر شدن سرعت مخلوط از این میزان، «برگشت شعله» رخ می دهد. به عبارت دیگر شعله یا به سمت سیلندر سوخت حرکت خواهد کرد و به منظور ادامه اشتعال، اکسیژن مورد نیاز خود را به دنبال خواهد کشید و یا به سمت سیلندر اکسیژن حرکت خواهد کرد و سوخت را به دنبال خود خواهد کشید.
حدود اشتعال و انفجار گازهای شهری چند درصد است؟
گاز طبیعی (Natural gas) یا همان گاز متان، یکی از انواع سوخت های گازی است که به طور روزمره و برای انجام امور مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. این گاز برای سوختن نیاز به نسبت دو برابر خود، گاز اکسیژن دارد. با توجه به این که تقریبا یک پنجم هوا از اکسیژن تشکیل شده است، می توان گفت که برای سوختن گاز شهری در هوا باید از نسبت 1 به 5 متان و هوا استفاده کنیم. توجه داشته باشید که برای سوختن کامل متان باید 20 تا 30 درصد هوای بیشتری در اختیار داشته باشیم. هر چه درصد هوا به 10 نزدیکتر باشد، انرژی آزاد شده حاصل از انفجار نیز بیشتر خواهد بود.
