가연성 한계

Flammability limit

공기 중에 분산된 가연성 물질(가스 또는 기화 연료, 일부 먼지 등)과 산소의 혼합물은 연료 농도가 가연성 한계 또는 폭발 한계로 실험적으로 결정된 명확한 하한 및 상한 내에 있을 경우에만 연소됩니다.연소는 화재에서 폭발까지 폭력에 이를 수 있다.

한계는 온도와 압력에 따라 다르지만 일반적으로 25°C에서의 체적 백분율과 대기압으로 표현된다.이러한 한계는 엔진에서처럼 폭발이나 연소를 생성 및 최적화하거나 가연성 가스나 분진의 축적된 제어되지 않은 폭발에서와 같이 이를 방지하는 데 모두 관련이 있습니다.가솔린 또는 디젤 엔진과 같은 내연기관에서는 연료와 공기의 최고 연소성 또는 폭발성 혼합물(화학적 비율)을 달성하는 것이 중요합니다.

표준 참조 작업은 여전히 미국 광산국이 개발한 장치를 사용하여 화재 안전 공학 전문가인 Michael George Zabetakis가 정교하게 기술하고 있다.

점화원(아크, 불꽃 또는 열)이 있는 경우 불꽃이 확산되지 않는 가스 또는 증기의 최고 농도(공기 중 부피 기준 백분율)UEL보다 높은 농도는 연소하기에는 "너무 농후하다".

연소의 폭력

연소는 폭력의 정도에 따라 다를 수 있다.디플레이션은 미반응 매체에서 음속보다 낮은 속도로 연소 구역을 전파하는 것입니다.폭발은 반응하지 않은 매체에서 음속보다 빠른 속도로 연소 구역을 전파하는 것이다.폭발은 NFPA 69에 정의된 대로 폭연 또는 폭발로 인한 내부 압력의 발달로 인해 인클로저 또는 컨테이너가 폭발하거나 파열되는 것입니다.

한계

가연성 하한

가연성 하한(LFL):발화원(아크, 화염, 열)이 존재하는 경우 불꽃을 일으킬 수 있는 공기 중 가스 또는 증기의 최저 농도(백분율)입니다.이 용어는 많은 안전 전문가들에 의해 저폭발 수준(LEL)과 동일한 것으로 간주됩니다.LFL보다 낮은 공기 농도에서는 가스 혼합물이 연소하기에는 "너무 희박"합니다.메탄 가스의 LFL은 4.4%[1][2]입니다.대기 중 메탄 함량이 4.4% 미만이면 발화원이 있어도 폭발이 일어날 수 없다.건강과 안전의 관점에서 LEL 농도는 인화성 [3]가스에 대한 보다 엄격한 노출 한도가 존재하지 않는 즉시 생명 또는 건강에 위험한 것으로 간주됩니다.

가연성 공기 모니터의 백분율 판독값을 LFL 농도와 혼동해서는 안 됩니다.특정 가스에 맞게 설계 및 보정된 폭발계는 LFL에 대한 대기의 상대적인 농도를 나타낼 수 있습니다. 즉, LFL은 100%입니다.예를 들어, 메탄에 대해 5%의 LFL 수치가 표시되면 5%에 4.4%를 곱한 값, 즉 20°C에서 약 0.22%의 메탄에 해당합니다.폭발 위험의 제어는 일반적으로 가연성 가스 또는 증기의 농도를 폭발 또는 가연성 하한의 최대 25%로 제한하기 위해 충분한 자연 또는 기계적 환기에 의해 달성된다.

가연성 상한

가연성 상한(UFL): 발화원(아크, 화염, 열)의 존재 하에서 불꽃을 일으킬 수 있는 공기 중의 가스 또는 증기의 최고 농도(백분율).UFL 또는 UEL보다 높은 농도는 연소하기에는 "너무 농후하다".공기가 누출되면 혼합물이 가연성 범위에 들어갈 수 있기 때문에 일반적으로 UFL 이상의 작동은 안전을 위해 피합니다.

온도, 압력 및 조성의 영향

여러 가연성 가스의 혼합물의 가연성 한계는 가연성 부피 i에 대한 르 샤틀리에의 혼합 규칙을 사용하여 계산할 수 있습니다.

UFL도 비슷합니다.

온도, 압력 및 산화제의 농도도 가연성 한계에 영향을 미칩니다.높은 온도 또는 압력과 높은 농도의 산화제(주로 공기 중의 산소)는 낮은 LFL과 높은 UFL을 초래하므로 가스 혼합물이 쉽게 폭발할 수 있습니다.

일반적으로 대기 중의 공기는 연소를 위해 산소를 공급하며, 한계는 공기 중의 산소의 정상 농도를 가정합니다.산소가 풍부한 대기는 연소를 촉진하여 LFL을 낮추고 UFL을 증가시킵니다. 산화제가 없는 대기는 연료 농도에 대해 인화성도 폭발성도 없습니다(아세틸렌과 같은 산화제가 없는 경우에도 에너지 분해가 가능한 가스는 제외).산소를 희생하면서 공기 혼합물에서 불활성 가스의 비율을 크게 증가시키면 LFL이 증가하고 UFL이 감소합니다.

폭발성 대기 제어

가스 및 증기

가연성 한계를 벗어난 가스 및 증기 농도를 제어하는 것은 산업 안전보건에서 중요한 고려 사항입니다.잠재적 폭발성 가스 또는 증기의 농도를 제어하기 위해 사용되는 방법에는 공기와 접촉하기 전에 폭발성 가스를 희석하기 위해 질소 또는 아르곤과 같은 비반응성 가스를 사용하는 것이 포함된다.방출 전에 폭발성 가스를 제거하기 위해 스크러버 또는 흡착 수지를 사용하는 것도 일반적입니다.가스는 또한 UEL 이상의 농도로 안전하게 유지될 수 있지만, 저장 용기에 균열이 생기면 폭발 상태나 강한 화재가 발생할 수 있습니다.

먼지

먼지에는 폭발 상한과 하한도 있지만, 상한은 측정하기 어렵고 실질적인 중요성은 거의 없다.많은 유기 물질에 대한 낮은 가연성 한계는 10–50g/m† 범위이며, 이는 많은 가스와 증기의 LEL의 경우와 마찬가지로 건강상의 이유로 설정된 한계보다 훨씬 높은 것이다.이 농도의 먼지 구름은 단거리 이상 투과하기 어렵고 일반적으로 공정 장비 내부에만 존재합니다.

가연성 한계는 또한 관련된 먼지의 입자 크기에 따라 달라지며 재료의 고유 특성이 아닙니다.또한 침전된 먼지 축적으로 인해 LEL 이상의 농도가 갑자기 생성될 수 있으므로 가스 및 증기와 마찬가지로 일상적인 모니터링에 의한 관리는 아무런 가치가 없다.가연성 먼지를 관리하기 위해 선호하는 방법은 프로세스 인클로저, 환기 및 표면 청소를 통해 침전된 먼지의 축적을 방지하는 것입니다.단, 낮은 가연성 한계는 발전소 설계와 관련이 있을 수 있다.

휘발성 액체

가연성 액체가 용기의 공기 주입 보이드 부피로 증발하여 발생하는 상황은 유연한 용기의 부피 또는 불용성 유체를 사용하여 보이드 부피를 채움으로써 제한될 수 있습니다.유압 유조선은 탱크를 [4]석유로 채울 때 물의 치환을 사용한다.

일부 가스 및 증기의 인화성/폭발성 한계는 다음과 같습니다.농도는 공기의 부피에 따라 백분율로 표시된다.

  • 섬광점이 73°F(23°C) 미만이고 비등점이 100°F(38°C) 미만인 등급 IA 액체는 NFPA 704 가연성 등급이 4이다.
  • 섬광점이 73°F(23°C) 미만이고 비등점이 100°F(38°C) 이상인 등급 IB 액체와 섬광점이 73°F(23°C) 이상인 등급 IC 액체는 NFPA 704 가연성이 3이다.
  • 섬광점이 100°F(38°C) 이상이지만 140°F(60°C) 미만인 클래스 II 액체와 섬광점이 140°F(60°C) 이상이지만 200°F(93°C) 미만인 클래스 IIIA 액체는 정격 2의 NFPA 704 가연성을 가집니다.
  • 인화점이 200°F(93°C) 이상인 클래스 IIIB 액체는 NFPA 704 가연성 등급이 1이다.
물질. 가연성 한계(%vol) NFPA
학급
플래시
포인트
최소 점화 에너지(mJ)
@ 가 달성한[a][5] 공기 중 비율
자동 점화
온도
더 낮게 위쪽의
아세트알데히드 4.0 57.0 IA −39 °C 0.37 175 °C
아세트산(빙산) 4 19.9 II 39~43 °C 463 °C
아세트산 무수물 II 54 °C
아세톤 2.6–3 12.8–13 IB −17 °C 1.15 @ 4.5% 465 °C, 485 °C[6]
아세토니트릴 IB 2 °C 524 °C
염화아세틸 7.3 19 IB 5 °C 390 °C
아세틸렌 2.5 [7] IA 가연성 가스 0.017 @ 8.5%, 0.0002 @ 40%, 순수 산소 305 °C
아크로레인 2.8 31 IB −26 °C 0.13
아크릴로니트릴 3.0 17.0 IB 0°C 0.16 @ 9.0%
염화알릴 2.9 11.1 IB −32 °C 0.77
암모니아 15 28 IIIB 11 °C 680 651 °C
아르신 4.5~5[8].1 78 IA 가연성 가스
벤젠 1.2 7.8 IB −11 °C 0.2 @ 4.7% 560 °C
1,3-부타디엔 2.0 12 IA −85 °C 0.13 @ 5.2%
부탄, n-부탄 1.6 8.4 IA −60 °C 0.25 @ 4.7% 420 ~ 500 °C
n-아세테이트 부틸, 아세트산 부틸 1 ~ 1[6].7 8–15 IB 24 °C 370 °C
2-부탄올 1.7 9.8 29 °C 405 °C
이소부탄올 1.7 10.9 22 ~ 27 °C 415 °C
n-부탄올 1.4[6] 11.2 IC 35 °C 340 °C
n-염화부틸, 1-클로로부탄 1.8 10.1 IB −6 °C 1.24
n-부틸메르캅탄 1.4[9] 10.2 IB 2 °C 225 °C
부틸메틸케톤, 2-헥사논 1개[10] 8 IC 25 °C 423 °C
부틸렌, 1-부틸렌, 1-부텐 1.98[8] 9.65 IA −80 °C
이황화탄소 1.0 50.0 IB −30 °C 0.009 @ 7.8% 90°C
일산화탄소 12개[8] 75 IA -191 °C 인화성 가스 609 °C
일산화염소 IA 가연성 가스
1-클로로-1, 1-디플루오로에탄 6.2 17.9 IA -65 °C 인화성 가스
시안 6.0~6[11].6 32–42.6 IA 가연성 가스
사이클로부탄 1.8 11.1 IA -63.9°C[12] 426.7 °C
사이클로헥산 1.3 7.8–8 IB -18 ~ -20 °C[13] 0.22 @ 3.8% 245 °C
시클로헥산올 1 9 IIIA 68 °C 300 °C
사이클로헥사논 1–1.1 9–9.4 II 43.9~44 °C 420 °C[14]
사이클로펜타디엔[15] IB 0°C 0.67 640 °C
사이클로펜탄 1.5–2 9.4 IB -37 ~ -38.9 °C[16][17] 0.54 361 °C
사이클로프로판 2.4 10.4 IA -94.4°C[18] 0.17 @ 6.3% 498 °C
데칸 0.8 5.4 II 46.1 °C 210 °C
디보란 0.8 88 IA -90 °C 가연성[19] 가스 38 °C
o-디클로로벤젠, 1,2-디클로로벤젠 2개[20] 9 IIIA 65 °C 648 °C
1,1-디클로로에탄 6 11 IB 14 °C
1,2-디클로로에탄 6 16 IB 13 °C 413 °C
1,1-디클로로에텐 6.5 15.5 IA - 10 °C 가연성 가스
디클로로플루오로메탄 54.7 비인화성,[21] -36.1°C[22] 552 °C
디클로로메탄, 염화메틸렌 16 66 비인화성
디클로로실란 4–4.7 96 IA −28 °C 0.015
디젤 연료 0.6 7.5 IIIA 62°C 이상 210 °C
디에탄올아민 2 13 IB 169 °C
디에틸아민 1.8 10.1 IB -23 ~ -26 °C 312 °C
디에틸이황화물 1.2 II 38.9 °C[23]
디에틸에테르 1.9–2 36–48 IA −45 °C 0.19 @ 5.1% 160~170 °C
황화 디에틸 IB −10 °C[24]
1,1-디플루오로에탄 3.7 18 IA −81.1 °C[25]
1,1-디플루오로에틸렌 5.5 21.3 −126.1 °C[26]
디플루오로메탄 14.4[27]
디이소부틸케톤 1 6 49 °C
디이소프로필 에테르 1 21 IB −28 °C
디메틸아민 2.8 14.4 IA 가연성 가스
1,1-디메틸히드라진 IB
황화 디메틸 IA −49 °C
디메틸술폭시드 2.6–3 42 IIIB 88~95 °C 215 °C
1,4-다이옥산 2 22 IB 12 °C
에피클로로히드린 4 21 31 °C
에탄 3개[8] 12–12.4 IA 가연성 가스, -135°C 515 °C
에탄올, 에틸알코올 3–3.3 19 IB 12.8 °C 365°C
2-에톡시에탄올 3 18 43 °C
2-에톡시에틸아세테이트 2 8 56 °C
아세트산에틸 2 12 IA −4 °C 460 °C
에틸아민 3.5 14 IA −17 °C
에틸벤젠 1.0 7.1 15 ~ 20 °C
에틸렌 2.7 36 IA 0.07 490 °C
에틸렌 글리콜 3 22 111 °C
산화 에틸렌 3 100 IA −20 °C
염화 에틸 3.8[8] 15.4 IA −50 °C
에틸메르캅탄 IA
연료유 No.1 0.7[8] 5
푸란 2 14 IA −36 °C
가솔린(100옥탄) 1.4 7.6 IB -40 °C 미만 246 ~ 280 °C
글리세롤 3 19 199 °C
헵탄, 엔헵탄 1.05 6.7 −4 °C 0.24 @ 3.4% 204 ~ 215 °C
헥산, n-헥산 1.1 7.5 −22 °C 0.24 @ 3.8% 225°C, 233°C[6]
수소 4/18.3[28] 75/59 IA 가연성 가스 0.016 @ 28%, 0.0012 (순수 산소) 500 ~ 571 °C
황화수소 4.3 46 IA 가연성 가스 0.068
이소부타네 1.8[8] 9.6 IA 가연성 가스 462 °C
이소부틸 알코올 2 11 28 °C
이소포론 1 4 84 °C
이소프로필 알코올, 이소프로판올 2개[8] 12 IB 12 °C 398~399 °C, 425 °C[6]
염화 이소프로필 IA
등유 제트 A-1 0.6–0.7 4.9–5 II > 38 °C (제트 연료로) 210 °C
수소화 리튬 IA
2-메르캅토에탄올 IIIA
메탄(천연가스) ISO10156 5.0 14.3 IA 가연성 가스 0.21 @ 8.5% 580 °C
IEC60079-20-1 4.4 17
아세트산메틸 3 16 −10 °C
메틸알코올, 메탄올 6~6[8].7 36 IB 11 °C 385°C, 455°C[6]
메틸아민 IA 8 °C
염화메틸 10.7[8] 17.4 IA −46 °C
메틸에테르 IA −41 °C
메틸에틸에테르 IA
메틸에틸케톤 1.8[8] 10 IB −6 °C 505 ~ 515 °C[6]
포름산메틸 IA
메틸메르캅탄 3.9 21.8 IA −53 °C
미네랄 스피릿 0.7[6] 6.5 38~43 °C 258 °C
모르포린 1.8 10.8 IC 31 ~ 37.7 °C 310 °C
나프탈렌 0.9[8] 5.9 IIIA 79 ~ 87 °C 540 °C
네오헥산 1.19[8] 7.58 −29 °C 425 °C
니켈 테트라카르보닐 2 34 4 °C 60 °C
니트로벤젠 2 9 IIIA 88 °C
니트로메탄 7.3 22.2 35 °C 379 °C
옥탄 1 7 13 °C
이소옥탄 0.79 5.94
펜탄 1.5 7.8 IA -40 ~ -49 °C 0.18 @ 4.4% (2 펜탄) 260 °C
n펜탄 1.4 7.8 IA 0.28 @ 3.3%
이소펜탄 1.32[8] 9.16 IA 420 °C
포스핀 IA
프로판 2.1 9.5–10.1 IA 가연성 가스 0.25 @ 5.2%, 0.0021 (순수 산소) 480 °C
아세트산프로필 2 8 13 °C
프로필렌 2.0 11.1 IA −108 °C 0.28 458 °C
프로필렌옥사이드 2.9 36 IA
피리딘 2 12 20 °C
실란 1.5[8] 98 IA 21 °C 미만
스티렌 1.1 6.1 IB 31 ~ 32.2 °C 490 °C
테트라플루오로에틸렌 IA
테트라히드로프랑 2 12 IB −14 °C 321 °C
톨루엔 1.2–1.27 6.75–7.1 IB 4.4 °C 0.24 @ 4.1% 480°C, 535°C[6]
트리에틸보란 −20 °C −20 °C
트리메틸아민 IA 가연성 가스
트리니트로벤젠 IA
테레빈유 0.8[29] IC 35 °C
식물성 기름 IIIB 327 °C
초산비닐 2.6 13.4 −8 °C
염화비닐 3.6 33
자일렌스 0.9–1.0 6.7–7.0 IC 27 ~ 32 °C 0.2
m-자일렌 1.1[6] 7 IC 25 °C 525 °C
o-자일렌 IC 17 °C
p-자일렌 1.0 6.0 IC 27.2 °C 530 °C
  1. ^ 많은 화학물질의 경우 LEL과 UEL 사이의 중간에서 최소한의 점화 에너지를 소모합니다.

ASTM E681

12 L ASTM E-681 [27]장치의 LFL 부근에 있는 R-32의 불꽃 이미지.

미국에서 LFL과 UFL을 측정하는 가장 일반적인 방법은 ASTM E681입니다.[27] 표준 시험은 HAZMAT 클래스 2 기체와 냉매 가연성 분류를 결정하기 위해 필요하다.이 표준은 가연성 한계를 측정하기 위해 5 L 또는 12 L 구형 유리 용기의 불꽃 전파를 육안으로 관찰합니다.가연성 조건은 불꽃이 90° 원추각 밖으로 퍼지는 조건으로 정의된다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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추가 정보

  • 데이비드 R.Lide 편집장; CRC Handbook of Chemistry and Physics, 제72판; CRC Press; Boca Raton, 플로리다; 1991; ISBN 0-8493-0565-9