“「爆発の極限」徹底調査

Thread Content

この投稿は、2015年11月23日08:51にyinkuilin6868によって最終的に編集されました。
爆発の限界とは、可燃性物質（可燃性ガス、蒸気、粉塵）が空気（または酸素）と一定の濃度範囲内で均一に混合し、予混合気を形成したときに、火源に触れることで爆発が起こります。この濃度範囲を爆発の限界、または爆発濃度限界と呼びます。 　　例えば、一酸化炭素と空気が混ざった場合の爆発限界は12.5％～74％です。可燃性混合物が爆発を起こすことのできる最低濃度と最高濃度は、それぞれ爆発下限および爆発上限と呼ばれ、これら二つは時に着火下限および着火上限とも呼ばれる。爆発の下限値未満では、爆発も発火もしない；爆発の上限を超えても爆発は起こらず、燃焼するだけです。これは、前者の可燃物濃度が不十分であり、過剰な空気による冷却作用が炎の拡大を妨げたためです；一方、後者は空気が不足しているため、炎が広がれないのである。可燃物の濃度が反応の当量濃度にほぼ等しいとき、最大の爆発力を持つ（すなわち、完全燃焼反応式に基づいて計算される濃度比）。ガス濃度の管理は、職業安全において欠かせない要素です。不活性ガスや他の難燃性ガスを加えて濃度を下げる。排出ガスの前に、洗浄装置や吸着法を用いて爆発性のあるガスを除去することができる。 2 影響因子　混合系の成分が異なると、爆発限界も異なる。同一の混合系においても、初期温度、系内圧力、不活性媒体の含有量、混合系が存在する空間や容器壁の材質、そして点火エネルギーの大きさなどによって、爆発限界は変化する。 　　一般的な法則としては、混合系の初期温度が上昇すると、爆発の限界範囲が広がり、つまり下限は低下し、上限は上昇する。システムの温度が上昇すると分子の内部エネルギーが増加し、元々は燃えない混合物が可燃性・爆発性のあるシステムになる。システムの圧力が上昇すると、爆発が起こり得る範囲も広がります。これは、圧力が高まることで分子同士の距離が縮まり、衝突の確率が高まるため、燃焼反応がより容易に進行するからです。圧力が下がると、爆発の限界範囲が狭まる；圧力がある一定値に低下すると、その上限と下限が一致し、このときの圧力を混合系の臨界圧力と呼ぶ。圧力が臨界圧力以下に下がると、システムは爆発システムではなくなる（一部のガスでは異常現象が見られる）。混合系に含まれる不活性ガスの量が増えると、爆発の限界範囲は狭くなり、不活性ガスの濃度がある一定値に達すると、その混合系では爆発しなくなる。容器や管の直径が小さいほど、爆発範囲は狭くなる。管径（炎の通路）がある程度小さくなると、単位体積あたりの炎が放出する熱量が、固体冷却面から放散される熱量を上回り、炎は途切れて消えてしまう。炎が伝播できない最大の管径を、その混合系の臨界直径と呼ぶ。点火エネルギーの強度が高いこと、熱表面の面積が大きいこと、点火源と混合気の接触時間が不均一であることは、すべて爆発限界を広げる要因となる。 　　上記の要因に加えて、混合系が接触する密閉筐体の材質、機械的な不純物、光、界面活性剤なども、爆発限界範囲に影響を与える可能性がある。 3 危険性　可燃性混合物の爆発限界範囲が広く、爆発下限が低く、爆発上限が高いほど、その爆発の危険性は大きくなる。これは、爆発の閾値が広ければ広いほど、爆発条件が成立する機会が多くなるからです；爆発の閾値が低ければ、わずかな可燃性物質の漏れだけで爆発が起こる条件が整う；爆発の閾値が高ければ、少量の空気が容器内に侵入し、そこにある可燃性物質と混ざり合って爆発が起きる条件が整う。指摘しておくべきは、可燃性混合物の濃度が爆発の上限を超えている場合、火災や爆発は起こらないものの、容器や配管から漏れ出て再び空気に触れると燃焼するため、依然として火災の危険があるということです。 4 表示方法　空気中でガスに火をつけると、ガスが爆発するか、あるいはすぐに消えてしまうことがある。どのような状況かは、空気中のガス濃度によって決まります。ガスの濃度が低すぎると、爆発を維持するのに十分な燃料がない；ガス濃度が高すぎると、燃焼に十分な酸素がない。ガスが爆発するのは、2つの濃度の間でのみであり、これら2つの濃度はパーセンテージで表される爆発下限（LEL）と爆発上限（UEL）と呼ばれます。それらはガスの爆発限界（別名、爆発境界）です。ガスや蒸気の爆発限界は、可燃性物質が混合物中で占める体積の割合（％）によって表されます。例えば、水素と空気の混合物の場合、その爆発限界は4％から75％です。可燃性粉塵の爆発限界は、混合物中に含まれる可燃性物質の体積と質量の比率、つまりg/m³で表されます。例えば、アルミニウム粉の爆発限界は40g/m³です。 1 爆発限界　可燃性物質（可燃性ガス、蒸気、粉塵）と空気（または酸素）は、一定の濃度範囲内で均一に混合され、予混合気を形成しなければならない。この予混合気が火源に触れたときに初めて爆発が起こる。この濃度範囲を爆発限界、または爆発濃度限界と呼ぶ。 　　例えば、一酸化炭素と空気が混ざった場合の爆発限界は12.5％～74％です。可燃性混合物が爆発を起こすことのできる最低濃度と最高濃度は、それぞれ爆発下限および爆発上限と呼ばれ、これら二つは時に着火下限および着火上限とも呼ばれる。爆発の下限値未満では、爆発も発火もしない；爆発の上限を超えても爆発は起こらず、燃焼するだけです。これは、前者の可燃物濃度が不十分であり、過剰な空気による冷却作用が炎の拡大を妨げたためです；一方、後者は空気が不足しているため、炎が広がれないのである。可燃物の濃度が反応の当量濃度にほぼ等しいとき、最大の爆発力を持つ（すなわち、完全燃焼反応式に基づいて計算される濃度比）。ガス濃度の管理は、職業安全において欠かせない要素です。不活性ガスや他の難燃性ガスを加えて濃度を下げる。排出ガスの前に、洗浄装置や吸着法を用いて爆発性のあるガスを除去することができる。 2 影響因子　混合系の成分が異なると、爆発限界も異なる。同一の混合系においても、初期温度、系内圧力、不活性媒体の含有量、混合系が存在する空間や容器壁の材質、そして点火エネルギーの大きさなどによって、爆発限界は変化する。 　　一般的な法則としては、混合系の初期温度が上昇すると、爆発の限界範囲が広がり、つまり下限は低下し、上限は上昇する。システムの温度が上昇すると分子の内部エネルギーが増加し、元々は燃えない混合物が可燃性・爆発性のあるシステムになる。システムの圧力が上昇すると、爆発が起こり得る範囲も広がります。これは、圧力が高まることで分子同士の距離が縮まり、衝突の確率が高まるため、燃焼反応がより容易に進行するからです。圧力が下がると、爆発の限界範囲が狭まる；圧力がある一定値に低下すると、その上限と下限が一致し、このときの圧力を混合系の臨界圧力と呼ぶ。圧力が臨界圧力以下に下がると、システムは爆発システムではなくなる（一部のガスでは異常現象が見られる）。混合系に含まれる不活性ガスの量が増えると、爆発の限界範囲は狭くなり、不活性ガスの濃度がある一定値に達すると、その混合系では爆発しなくなる。容器や管の直径が小さいほど、爆発範囲は狭くなる。管径（炎の通路）がある程度小さくなると、単位体積あたりの炎が放出する熱量が、固体冷却面から放散される熱量を上回り、炎は途切れて消えてしまう。炎が伝播できない最大の管径を、その混合系の臨界直径と呼ぶ。点火エネルギーの強度が高いこと、熱表面の面積が大きいこと、点火源と混合気の接触時間が不均一であることは、すべて爆発限界を広げる要因となる。 　　上記の要因に加えて、混合系が接触する密閉筐体の材質、機械的な不純物、光、界面活性剤なども、爆発限界範囲に影響を与える可能性がある。 3 危険性　可燃性混合物の爆発限界範囲が広く、爆発下限が低く、爆発上限が高いほど、その爆発の危険性は大きくなる。これは、爆発の閾値が広ければ広いほど、爆発条件が成立する機会が多くなるからです；爆発の閾値が低ければ、わずかな可燃性物質の漏れだけで爆発が起こる条件が整う；爆発の閾値が高ければ、少量の空気が容器内に侵入し、そこにある可燃性物質と混ざり合って爆発が起きる条件が整う。指摘しておくべきは、可燃性混合物の濃度が爆発の上限を超えている場合、火災や爆発は起こらないものの、容器や配管から漏れ出て再び空気に触れると燃焼するため、依然として火災の危険があるということです。 4 表示方法　空気中でガスに火をつけると、ガスが爆発するか、あるいはすぐに消えてしまうことがある。どのような状況かは、空気中のガス濃度によって決まります。ガスの濃度が低すぎると、爆発を維持するのに十分な燃料がない；ガス濃度が高すぎると、燃焼に十分な酸素がない。ガスが爆発するのは、2つの濃度の間でのみであり、これら2つの濃度はパーセンテージで表される爆発下限（LEL）と爆発上限（UEL）と呼ばれます。それらはガスの爆発限界（別名、爆発境界）です。ガスや蒸気の爆発限界は、可燃性物質が混合物中で占める体積の割合（％）によって表されます。例えば、水素と空気の混合物の場合、その爆発限界は4％から75％です。可燃性粉塵の爆発限界は、混合物中に含まれる可燃性物質の体積と質量の比率、つまりg/m³で表されます。例えば、アルミニウム粉の爆発限界は40g/m³です。