Концентрация кислорода и величина НКПР
Нижний предел взрываемости (НПВ) – это минимальная концентрация горючих веществ, необходимых для получения воспламеняющейся смеси в воздухе.
При концентрации НПВ у нас недостаток горючих веществ и избыток воздуха/кислорода. Молекулы кислорода стремятся найти партнера для химической реакции, но их недостаточно!
| Горючее вещество | Кислород | |
| НПВ, НКПР | Дефицит | Избыток |
| ВПВ, ВКПР | Избыток | Дефицит |
Если мы заменим азот в воздухе чистым кислородом, то в действительности с НПВ ничего не произойдет. Поскольку горючих веществ все еще не достаточно для того, чтобы молекулы кислорода нашли партнера для реакции.
При увеличении концентрации кислорода НПВ не изменится. Это подтверждают и многочисленные эксперименты.
При концентрации на уровне верхнего предела взрываемости (ВПВ) - противоположные условия: у нас избыток горючих веществ и недостаток кислорода. Молекулы горючих веществ не могут найти молекулы кислорода, чтобы вступить в реакцию! Однако если мы заменим азот в воздухе кислородом, то молекулы горючих веществ найдут партнера по реакции.
Результат: с увеличением концентрации кислорода ВПВ значительно возрастает:
| Вещество | ВКПР в воздухе об.% | ВКПР в О2 об.% |
| Ацетилен | 83 | 93 |
| Аммиак | 33,6 | 79 |
| n-Бутан | 9,3 | 49 |
| Оксид углерода | 76 | 94 |
| Дихлорметан | 22 | 66 |
| Диэтиловый эфир | 36 | 82 |
| Диметиловый эфир | 32 | 61 |
| Этан | 14,7 | 66 |
| Этилен (Этен) | 32,4 | 80 |
| Водород | 77 | 94 |
| Метан | 15 | 61 |
| Пропан | 10,9 | 55 |
| Пропилен | 11,1 | 53 |
| Винилхлорид | 31 | 70 |
Можно представить, что замена (инертного и только создающего помехи) азота в воздухе высокоактивным кислородом даже при концентрации НПВ означает, что возможность получения партнера по химической реакции здесь значительно выше, чем в воздухе.
Это оказывает влияние на воспламеняемость: минимальная энергия искры для воспламенения горючих веществ в смеси с кислородом на несколько порядков меньше, чем для смеси горючих веществ в воздухе: Известно ли вам, что ацетилен с кислородом могут воспламеняться при крайне низкой энергии искр, которая может просто возникнуть в момент электростатического разряда на указательном пальце человека (“человеческая емкость” составляет около 200 пФ, разрядное напряжение – 2 кВ)?
Минимальная энергия воспламенения
| Вещество | Смесь с воздухом, мДж | Смесь с кислородом, мДж |
| Ацетилен | 0,019 | 0,0002 |
| Водород | 0,019 | 0,0012 |
| Этилен | 0,07 | 0,0009 |
| Диэтиловый эфир | 0,19 | 0,0012 |
| Этан | 0,25 | 0,0019 |
| Пропан | 0,25 | 0,0021 |
| Метан | 0,28 | 0,0027 |
Температура воспламенения также значительно уменьшается с увеличением концентрации кислорода. Вы, вероятно, знаете, что некоторые материалы даже самопроизвольно возгораются в присутствии кислорода. Можно представить себе, что это сильно повлияло бы, прежде всего, на искробезопасные (“i”) и жароустойчивые (“d”) корпуса. Вот почему взрывозащита определяется лишь как защита при атмосферных условиях. Атмосферные условия предполагают наличие 21 об. % кислорода, температуру окружающей среды -20 … +40 °C (если в документации не указано иное) и давление в диапазоне 800 - 1200 мбар.
