چرا انفجار رخ می دهد؟

به لحاظ نظری ایجاد انفجار و یا برپا کردن آتش اتفاقی نیست که به سادگی رخ دهد. سوختن تبدیل سریع انرژی شیمیایی به انرژی حرارتی است. اکسایش، سوختن و انفجار واکنش‌های شیمیایی اکسوترمیک هستند و تنها در سرعت رخ دادن با یکدیگر متفاوت هستند. برای ایجاد هر کدام، سه مؤلفه اساسی باید به طور همزمان حضور داشته باشند:

ماده سوختنی: به صورت گاز، بخار یا ذرات گرد و غبار

عامل سوختنی: اکسیژن در هوا

انرژی اشتعال: چه از نظر الکتریکی و چه از نظر حرارتی

این سه مؤلفه، آنچه را که به آن مثلث آتش گفته می‌شود (شکل ۱)، تشکیل می‌دهند. هنگامی که واکنش رخ داد، با توجه به اینکه انرژی اکسوترمیک چگونه آزاد می‌شود، نتیجه می‌تواند سوختن کُند، یک شعله قوی یا یک انفجار باشد. یک انفجار فقط زمانی می‌تواند به دلیل علت‌های کارخانه‌ای (الکتریکی و غیر الکتریکی) ایجاد شود که ماده سوختنی، عامل سوختنی و انرژی اشتعال به طور همزمان در محیط حضور داشته باشند.

حداقل انرژی اشتعال

با این حال، وجود این سه مؤلفه از مثلث آتش به تنهایی برای ایجاد آتش و یا انفجار کافی نیست. در وهله اول، مخلوط متشکل از ماده سوختنی و اکسیژن باید نسبت ترکیبی مشخصی داشته باشد. ثانیاً، انرژی اشتعال، که به واحد ژول اندازه‌گیری می‌شود، نیز باید مقدار مشخصی باشد که برای هر ماده متفاوت است. در عمل، انرژی اشتعال یک جرقه است که به وسیله برخی پدیده‌های الکتریکی ایجاد می‌شود. برای هر ماده قابل سوختن می‌توان نموداری رسم کرد (شکل ۲) که حداقل انرژی لازم برای ایجاد اشتعال را ( M.I.E ) مشخص می‌کند.

حدود انفجاری

شکل ۲، نشان می‌دهد که دو حد در غلظت مخلوط وجود دارد که فراتر از آن، انفجار امکان‌پذیر نیست:

• با کاهش غلظت ماده سوختنی در مخلوط، انرژی مورد نیاز برای اشتعال به تدریج افزایش می‌یابد تا به نقطه‌ای برسد که به دلیل کمبود ماده سوختنی اشتعال امکان‌پذیر نیست. این غلظت حد پایینی انفجاری (L.E.L) نامیده می‌شود و غلظت ماده سوختنی در اتمسفر را نشان می‌دهد که زیر آن، اتمسفر انفجاری نیست.

• غلظت خیلی بالای ماده سوختنی در اتمسفر نیز مانع ایجاد اشتعال حتی با جرقه های بزرگ می شود که این غلظت برای هر ماده متفاوت است. این غلظت حد بالایی انفجاری (U.E.L) نامیده می‌شود و غلظت ماده سوختنی در اتمسفر را نشان می‌دهد که فرای آن، اتمسفر انفجاری نیست.

منابع اشتعال

رایج‌ترین منابع اشتعال، قوس‌ها و جرقه‌هایی است که به دلیل باز و بسته شدن کنتاکت ها ایجاد می‌شوند، به عنوان مثال، سوئیچ‌ها، ریموت کنترل و غیره. گاهی نیز اشتعال به دلیل وجود الکتریسیته ساکن در قطعات پلاستیکی تجهیزات ایجاد می‌شوند. انرژی مورد نیاز برای اشتعال یک مخلوط منفجره بسیار کم است. جالب است بدانید برای ایجاد اشتعال در یک مخلوط هوا و هیدروژن، ۲۰ میکروژول کافی است، که این انرژی تنها توسط جریان ۲۰ میلی‌آمپر با ولتاژ ۱۰ ولت و برای مدت ۰.۱ میلی‌ثانیه قابل ایجاد است.