可燃限界

可燃限界または爆発限界とは、空気中の酸素に対する燃料濃度の範囲です。燃焼の激しさは、爆燃からデトネーションまで様々です。

限界値は温度と圧力によって異なりますが、通常は25℃、大気圧における体積百分率で表されます。これらの限界値は、エンジンにおける爆発や燃焼の発生と最適化、そして可燃性ガスや粉塵の蓄積による制御不能な爆発の防止の両方に関係します。ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関では、燃料と空気の最適な可燃性または爆発性の混合気（ストイキオメトリー比）を達成することが重要です。

標準的な参考文献は、米国鉱山局が開発した装置を使用して、火災安全工学の専門家であるマイケル・ジョージ・ザベタキスが作成したものである。

燃焼の激しさ

燃焼の激しさは様々です。爆燃とは、未反応媒体中における音速未満の速度で燃焼帯が伝播することです。デトネーションとは、未反応媒体中における音速を超える速度で燃焼帯が伝播することです。爆発とは、 NFPA 69で定義されているように、爆燃またはデトネーションによる内圧の上昇により、囲い地または容器が破裂または破裂することです。

制限

可燃性物質の混合物には、それぞれ特定の下限および上限の可燃限界があります。これらの限界は、圧力、温度、および組成の関数です。これらの限界は、しばしば可燃性線図に示され、その例としては、BeeとBörnerの論文が挙げられます。[1]

可燃性下限

可燃性下限値（LFL）：空気中のガスまたは蒸気が、発火源（アーク、炎、熱）の存在下で閃光を発することができる最低濃度（パーセント）。多くの安全専門家は、この用語を爆発下限界（LEL）と同じものとみなしています。空気中の濃度がLFLよりも低い場合、混合ガスは「希薄」となり燃焼しません。メタンガスのLFLは4.4%です。 [2]大気中のメタン濃度が4.4%未満であれば、発火源が存在しても爆発は発生しません。健康と安全の観点から、LEL濃度は生命または健康に直ちに危険（IDLH）とみなされ、可燃性ガスに対してより厳しい暴露限界が存在しない場合に該当します。 [3]

可燃性空気モニターのパーセンテージ表示は、LFL濃度と混同しないでください。特定のガスに合わせて設計・校正された爆発計は、LFLを100%として、大気のLFLに対する相対濃度を表示する場合があります。例えば、メタンのLFL表示値が5%の場合、5%に4.4%を乗じた値、つまり20℃におけるメタン濃度は約0.22%（体積比）となります。爆発の危険性を制御するには、通常、十分な自然換気または機械換気を行い、可燃性ガスまたは蒸気の濃度を爆発下限界（LFL）の25%以下に抑える必要があります。

燃焼上限

燃焼上限（UFL）：空気中のガスまたは蒸気の最高濃度（パーセント）で、発火源（アーク、炎、熱）の存在下で閃光を発することができる濃度。UFLまたはUELを超える濃度は「濃すぎる」ため燃焼できない。UFLを超える濃度で運転することは、空気の漏れによって混合気が可燃性領域に達する可能性があるため、安全上通常は避けられる。

温度、圧力、組成の影響

複数の可燃性ガスの混合物の可燃限界は、可燃体積分率に関するルシャトリエの混合則を使用して計算できます。

UFL についても同様です。

温度、圧力、そして酸化剤の濃度も可燃限界に影響を与えます。温度や圧力が高く、酸化剤（主に空気中の酸素）の濃度が高いと、LFL（低燃焼性限界）は低下し、UFL（非燃焼性限界）は上昇するため、混合ガスは爆発しやすくなります。

通常、大気は燃焼に必要な酸素を供給し、限界値は空気中の通常の酸素濃度を前提としています。酸素濃度の高い雰囲気は燃焼を促進し、LFLを低下させ、UFLを上昇させます。逆もまた同様です。酸化剤が存在しない雰囲気は、いかなる燃料濃度においても可燃性も爆発性もありません（アセチレンのように、酸化剤がなくてもエネルギー的に分解できるガスを除く）。混合気中の不活性ガスの割合を酸素の消費量で大幅に増加させると、LFLは上昇し、UFLは低下します。

爆発性雰囲気の制御

ガスと蒸気

可燃性限界を超えるガスおよび蒸気の濃度を制御することは、労働安全衛生において重要な考慮事項です。爆発の可能性のあるガスまたは蒸気の濃度を制御する方法には、スウィープガス（窒素やアルゴンなどの非反応性ガス）の使用が含まれます。これは、爆発性ガスが空気と接触する前に希釈するものです。また、放出前にスクラバーや吸着樹脂を用いて爆発性ガスを除去する方法も一般的です。ガスはUELを超える濃度でも安全に維持できますが、貯蔵容器に破損が生じると爆発状態や激しい火災につながる可能性があります。

ほこり

粉塵にも爆発限界の上限と下限がありますが、上限の測定は困難であり、実用上はあまり重要ではありません。多くの有機物質の可燃性下限は10～50 g/m 3の範囲で、これは健康上の理由から設定された限界値（多くのガスや蒸気のLELの場合も同様）よりもはるかに高い値です。この濃度の粉塵雲は近距離以外では見通すことが難しく、通常はプロセス装置内にしか存在しません。

可燃性粉塵の限界は、粉塵の粒子サイズにも依存し、物質固有の特性ではありません。さらに、沈降粉塵の堆積によってLELを超える濃度が突発的に発生する可能性があるため、ガスや蒸気の場合のように日常的なモニタリングによる管理は意味がありません。可燃性粉塵を管理する好ましい方法は、プロセスの密閉、換気、および表面清掃によって沈降粉塵の堆積を防ぐことです。しかしながら、より低い可燃性限界は、プラントの設計において重要な意味を持つ場合があります。

揮発性液体

可燃性液体が容器内の空気で満たされた空間に蒸発することによって生じる状況は、フレキシブルコンテナの容積、または非混和性流体を使用して空間を充填することで制限される場合があります。油圧タンカーは、タンクに石油を充填する際に水の置換を利用します。[4]

例

いくつかのガスおよび蒸気の可燃性／爆発性限界は以下の通りです。濃度は空気の体積に対するパーセントで示されています。

  • 引火点が73°F（23°C）未満、沸点が100°F（38°C）未満のクラスIA液体は、NFPA 704の可燃性評価が4です。
  • 引火点が73°F（23°C）未満で沸点が100°F（38°C）以上のクラスIB液体、および引火点が73°F（23°C）以上100°F（38°C）未満のクラスIC液体は、NFPA 704の可燃性評価が3です。
  • 引火点が100°F（38°C）以上140°F（60°C）未満のクラスII液体、および引火点が140°F（60°C）以上200°F（93°C）未満のクラスIIIA液体は、NFPA 704の可燃性評価が2です。
  • 引火点が200°F（93°C）以上のクラスIIIB液体は、NFPA 704の可燃性評価が1です。
物質可燃性限界（%vol.）NFPA
クラス		引火
点		最小着火エネルギー（mJ）
@空気中の割合[a] [5]		自然発火
温度
より低いアッパー
アセトアルデヒド4.057.0IA−39℃0.37175℃
酢酸（氷酢酸）419.9II39～43℃463℃
無水酢酸II54℃
アセトン2.6～312.8–13IB−17℃1.15 @ 4.5%465℃、485℃ [6]
アセトニトリルIB2℃524℃
塩化アセチル7.319IB5℃390℃
アセチレン2.5100 [7]IA可燃性ガス0.017 @ 8.5%; 0.0002 @ 40%、純酸素中305℃
アクロレイン2.831IB−26℃0.13
アクリロニトリル3.017.0IB0℃0.16 @ 9.0%
塩化アリル2.911.1IB−32℃0.77
アンモニア1528IIIB11℃680651℃
アルシン4.5～5.1 [8]78IA可燃性ガス
ベンゼン1.27.8IB−11℃0.2 @ 4.7%560℃
1,3-ブタジエン2.012IA−85℃0.13 @ 5.2%
ブタン、n-ブタン1.68.4IA−60℃0.25 @ 4.7%420～500℃
n-ブチルアセテート、ブチルアセテート1～1.7 [6]8～15歳IB24℃370℃
2-ブタノール1.79.829℃405℃
イソブタノール1.710.922～27℃415℃
n-ブタノール1.4 [6]11.2IC35℃340℃
n-ブチルクロリド、1-クロロブタン1.810.1IB−6℃1.24
n-ブチルメルカプタン1.4 [9]10.2IB2℃225℃
ブチルメチルケトン、2-ヘキサノン1 [10]8IC25℃423℃
ブチレン、1-ブチレン、1-ブテン1.98 [8]9.65IA−80℃
二硫化炭素1.050.0IB−30℃0.009 @ 7.8%90℃
一酸化炭素12 [8]75IA−191 °C 可燃性ガス609℃
一酸化塩素IA可燃性ガス
1-クロロ-1,1-ジフルオロエタン6.217.9IA−65℃ 可燃性ガス
シアン6.0～6.6 [11]32～42.6IA可燃性ガス
シクロブタン1.811.1IA−63.9℃ [12]426.7℃
シクロヘキサン1.37.8～8IB−18～−20℃ [13]0.22 @ 3.8%245℃
シクロヘキサノール19IIIA68℃300℃
シクロヘキサノン1～1.19～9.4II43.9～44℃420℃ [14]
シクロペンタジエン[15]IB0℃0.67640℃
シクロペンタン1.5～29.4IB−37～−38.9℃ [16] [17]0.54361℃
シクロプロパン2.410.4IA−94.4℃ [18]0.17 @ 6.3%498℃
デカン0.85.4II46.1℃210℃
ジボラン0.888IA−90℃ 可燃性ガス[19]38℃
o-ジクロロベンゼン、1,2-ジクロロベンゼン2 [20]9IIIA65℃648℃
1,1-ジクロロエタン611IB14℃
1,2-ジクロロエタン616IB13℃413℃
1,1-ジクロロエテン6.515.5IA−10℃ 可燃性ガス
ジクロロフルオロメタン54.7不燃性、[21] -36.1 °C [22]552℃
ジクロロメタン、塩化メチレン1666不燃性
ジクロロシラン4～4.796IA−28℃0.015
ディーゼル燃料0.67.5IIIA>62℃210℃
ジエタノールアミン213IB169℃
ジエチルアミン1.810.1IB−23～−26℃312℃
ジエチルジスルフィド1.2II38.9℃ [23]
ジエチルエーテル1.9～236～48IA−45℃0.19 @ 5.1%160～170℃
ジエチルスルフィドIB−10℃ [24]
1,1-ジフルオロエタン3.718IA−81.1℃ [25]
1,1-ジフルオロエチレン5.521.3−126.1℃ [26]
ジフルオロメタン14.4 [27]
ジイソブチルケトン1649℃
ジイソプロピルエーテル121IB−28℃
ジメチルアミン2.814.4IA可燃性ガス
1,1-ジメチルヒドラジンIB
ジメチルスルフィドIA−49℃
ジメチルスルホキシド2.6～342IIIB88～95℃215℃
1,4-ジオキサン222IB12℃
エピクロロヒドリン42131℃
エタン3 [8]12～12.4IA可燃性ガス、-135℃515℃
エタノール、エチルアルコール3～3.319IB12.8℃365℃
2-エトキシエタノール31843℃
2-エトキシエチルアセテート2856℃
酢酸エチル212IA−4℃460℃
エチルアミン3.514IA−17℃
エチルベンゼン1.07.115～20℃
エチレン2.736IA0.07490℃
エチレングリコール322111℃
エチレンオキシド3100IA−20℃
塩化エチル3.8 [8]15.4IA−50℃
エチルメルカプタンIA
燃料油1号0.7 [8]5
フラン214IA−36℃
ガソリン（100オクタン）1.47.6IB< -40 °C246～280℃
グリセロール319199℃
ヘプタン、n-ヘプタン1.056.7−4℃0.24 @ 3.4%204～215℃
ヘキサン、n-ヘキサン1.27.5−22℃0.24 @ 3.8%225℃、233℃ [6]
水素4/18.3 [28]75/59IA可燃性ガス0.016 @ 28%; 0.0012（純酸素）500～571℃
硫化水素4.346IA可燃性ガス0.068
イソブタン1.8 [8]9.6IA可燃性ガス462℃
イソブチルアルコール21128℃
イソホロン1484℃
イソプロピルアルコール、イソプロパノール2 [8]12IB12℃398～399℃; 425℃ [6]
塩化イソプロピルIA
ケロシン ジェットA-10.6～0.74.9～5II38℃以上、ジェット燃料として210℃
水素化リチウムIA
2-メルカプトエタノールIIIA
メタン（天然ガス）ISO101565.014.3IA可燃性ガス0.21 @ 8.5%580℃
IEC60079-20-14.417
酢酸メチル316−10℃
メチルアルコール、メタノール6–6.7 [8]36IB11℃385℃; 455℃ [6]
メチルアミンIA8℃
塩化メチル10.7 [8]17.4IA−46℃
メチルエーテルIA−41℃
メチルエチルエーテルIA
メチルエチルケトン1.8 [8]10IB−6℃505～515℃ [6]
ギ酸メチルIA
メチルメルカプタン3.921.8IA−53℃
ミネラルスピリット0.7 [6]6.538～43℃258℃
モルホリン1.810.8IC31～37.7℃310℃
ナフタレン0.9 [8]5.9IIIA79～87℃540℃
ネオヘキサン1.19 [8]7.58−29℃425℃
テトラカルボニルニッケル2344℃60℃
ニトロベンゼン29IIIA88℃
ニトロメタン7.322.235℃379℃
オクタン1713℃
イソオクタン0.795.94
ペンタン1.57.8IA−40～−49℃0.18 @ 4.4%、2-ペンタンとして260℃
n-ペンタン1.47.8IA0.28 @ 3.3%
イソペンタン1.32 [8]9.16IA420℃
ホスフィンIA
プロパン2.19.5～10.1IA可燃性ガス0.25 @ 5.2%; 0.0021（純酸素中）480℃
酢酸プロピル2813℃
プロピレン2.011.1IA−108℃0.28458℃
プロピレンオキシド2.936IA
ピリジン21220℃
シラン1.5 [8]98IA21℃未満
スチレン1.16.1IB31～32.2℃490℃
テトラフルオロエチレンIA
テトラヒドロフラン212IB−14℃321℃
トルエン1.2～1.276.75～7.1IB4.4℃0.24 @ 4.1%480℃; 535℃ [6]
トリエチルボラン−20℃−20℃
トリメチルアミンIA可燃性ガス
トリニトロベンゼンIA
テレピン油0.8 [29]IC35℃
植物油IIIB327℃
酢酸ビニル2.613.4−8℃
塩化ビニル3.633
キシレン0.9～1.06.7～7.0IC27～32℃0.2
m-キシレン1.1 [6]7IC25℃525℃
o-キシレンIC17℃
p-キシレン1.06.0IC27.2℃530℃
  1. ^ 多くの化学物質の場合、LEL と UEL の中間で点火エネルギーが最も少なくなることに注意してください。

ASTM E681

12L ASTM E-681装置内のLFL付近のR-32（ジフルオロメタン）の炎の画像。 [27]

米国では、LFLとUFLの測定方法としてASTM E681が最も一般的です。[27]この標準試験は、 HAZMATクラス2ガスおよび冷媒の可燃性分類の決定に必須です。この規格では、5リットルまたは12リットルの球形ガラス容器内の火炎伝播の目視観察を用いて可燃限界を測定します。可燃性状態とは、火炎が90°の円錐角を超えて伝播する状態と定義されます。

参照

参考文献

  1. ^ Bee, A.; Börner, M. (2023). 「大気下における窒素希釈度を変化させたCH4/O2混合物の層流燃焼速度と可燃限界」(PDF) .燃焼科学技術. 195 (8). Taylor & Francis: 1910– 1929. doi :10.1080/00102202.2021.2006191.
  2. ^ 「ガス - 爆発および可燃性濃度限界」。
  3. ^ 「Current Intelligence Bulletin #66: Derivation of Immediately Dangerous to Life or Health (IDLH) Values」（PDF）国立労働安全衛生研究所（NIOSH） 2013年11月. 2018年2月11日閲覧。
  4. ^ モレル、ロバート・W. (1931). 『石油タンカー』（第2版）. ニューヨーク：シモンズ・ボードマン出版社. pp. 305&306.
  5. ^ Britton, L. G「静的ハザード評価における材料データの使用」 NFPA 77 - 2007付録Bに掲載
  6. ^ abcdefghij 現代の炭化水素および酸素化溶媒の取り扱い：可燃性ガイド Archived June 1, 2009, at the Wayback Machine American Chemistry Council Solvents Industry Group, pg. 7, January 2008
  7. ^ マセソンガス製品. マセソンガスデータブック(PDF) . p. 443. 2019年9月30日時点のオリジナル(PDF)からのアーカイブ。 2013年10月30日閲覧。
  8. ^ abcdefghijklmno 「ガス - 爆発性および可燃性濃度限界」 。 2013年9月9日閲覧。
  9. ^ 「ICSC 0018 - n-ブチルメルカプタン」www.inchem.org . 2018年3月18日閲覧。
  10. ^ "2-ヘキサノン ICSC:0489". oit.org . 2018年3月18日閲覧。
  11. ^ 「IPCS INTOXサイト閉鎖」www.intox.org . 2018年3月18日閲覧。
  12. ^ Yaws, Carl L.; Braker, William; Matheson Gas Data Book発行：McGraw-Hill Professional、2001年、211ページ
  13. ^ Yaws, Carl L.; Braker, William; Matheson Gas Data Book発行：McGraw-Hill Professional、2001年、216ページ
  14. ^ 「ICSC 0425 - シクロヘキサノン」www.inchem.org . 2018年3月18日閲覧。
  15. ^ “MSDS シクロペンタジエン”. ox.ac.uk . 2010年12月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年3月18日閲覧。
  16. ^ Yaws, Carl L.; Braker, William; Matheson Gas Data Book発行：McGraw-Hill Professional、2001年、221ページ
  17. ^ 「ICSC 0353 - シクロペンタン」www.inchem.org . 2018年3月18日閲覧。
  18. ^ Yaws, Carl L.; Braker, William; Matheson Gas Data Book発行：McGraw-Hill Professional、2001年、226ページ
  19. ^ Yaws, Carl L.; Braker, William; Matheson Gas Data Book発行：McGraw-Hill Professional、2001年、244ページ
  20. ^ Walsh (1989) 化学物質安全データシート、Roy. Soc. Chem.、ケンブリッジ。
  21. ^ “Encyclopedia.airliquide.com” (PDF) . 2020年5月26日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2023年6月25日閲覧。
  22. ^ Yaws, Carl L.; Braker, William; Matheson Gas Data Book発行：McGraw-Hill Professional、2001年、266ページ
  23. ^ Yaws, Carl L.; Braker, William; Matheson Gas Data Book発行：McGraw-Hill Professional、2001年、281ページ
  24. ^ Yaws, Carl L.; Braker, William; Matheson Gas Data Book発行：McGraw-Hill Professional、2001年、286ページ
  25. ^ Yaws, Carl L.; Braker, William; Matheson Gas Data Book発行：McGraw-Hill Professional、2001年、296ページ
  26. ^ Yaws, Carl L.; Braker, William; Matheson Gas Data Book発行：McGraw-Hill Professional、2001年、301ページ
  27. ^ abc Kim, Dennis K.; Klieger, Alexandra E.; Lomax, Peter Q.; Mccoy, Conor G.; Reymann, Jonathan Y.; Sunderland, Peter B. (2018年9月14日). 「12L容器における冷媒の可燃性限界の改良試験方法」 . 『建築環境のための科学技術』 . 24 (8): 861– 866. Bibcode :2018STBE...24..861K. doi :10.1080/23744731.2018.1434381. ISSN  2374-4731. S2CID  139489210.
  28. ^ 「元素周期表：水素 - H（EnvironmentalChemistry.com）」environmentalchemistry.com . 2018年3月18日閲覧。
  29. ^ 「可燃物」（PDF） . afcintl.com . 2016年3月3日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2018年3月18日閲覧。

さらに読む

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