منظور از LEL و UEL چیست؟

در صنایعی که با گازهای قابل اشتعال سروکار دارند، دو اصطلاح بسیار مهم به نام‌های LEL و UEL استفاده می‌شوند. این دو مفهوم به ترتیب مخفف Lower Explosive Limit و Upper Explosive Limit هستند که نقش سرنوشت‌سازی در ایمنی صنعتی و پیشگیری از حوادث انفجار دارند. در واقع، آگاهی از این مفاهیم به ما کمک می‌کند تا بدانیم چه زمانی غلظت گاز در محیط به سطحی خطرناک نزدیک می‌شود و نیاز به اقدامات ایمنی و فوری دارد. در ادامه این موضوع را به صورت جامع و کامل بررسی می‌کنیم.

گاز قابل احتراق چیست؟

پیش از اینکه دو اصطلاح LEL و UEL را معرفی و راجع‌به آن‌ها صحبت کنیم، شما باید با مفهوم گازهای قابل احتراق آشنایی کافی داشته باشید. در واقع گاز قابل احتراق به گازی گفته می‌شود که می‌تواند در حضور یک منبع اشتعال، مشتعل شود. منابع اشتعال گازها می‌توانند هوا یا اکسیژن باشند؛ از نمونه‌های معروف آن می‌توان به هیدروژن، متان، ایزو بوتان، پروپان و … اشاره کرد.

تفاوت گاز قابل اشتعال با گاز قابل احتراق

برخی افراد گمان می‌کنند گازهای قابل اشتعال و قابل احتراق دو مفهوم یکسان هستند، اما این تصور درست نیست. اصلی‌ترین تفاوت میان آن‌ها، دمایی‌ست که در آن آتش می‌گیرند. گازهایی با نقطه اشتعال زیر 100 درجه سانتی‌گراد در دسته مواد قابل اشتعال قرار می‌گیرند؛ درحالی که گازهای با نقطه اشتعال بالاتر، در گروه قابل احتراق طبقه‌بندی می‌شوند.

LEL یا حد پایین انفجار

برای جلوگیری از انفجار گازهای قابل احتراق، آشنایی با تعاریف LEL و UEL ضروری‌ست. این دو واحد اندازه‌گیری به‌عنوان مرزهای ایمنی در صنایعی که با مواد قابل اشتعال کار می‌کنند، بسیار مهم هستند.

LEL یا همان Lower Explosive Limit اصطلاحی‌ست که به کوچک‌ترین نسبت حجمی ماده قابل اشتعال به هوا گفته می‌شود. به‌عبارت دیگر LEL حد پایین انفجار گازهای قابل احتراق است. درصورتی‌ که غلظت گاز یا بخارات قابل اشتعال در یک محیط، کمتر از LEL  تعیین شده باشد، حتی در حضور منابع اشتعال مانند جرقه و گرما هم امکان احتراق و اشتعال گاز وجود ندارد. به عنوان مثال، اگر غلظت متان در هوا را کمتر از ۵٪ درنظر بگیریم، حتی با وجود شعله یا حرارت اتفاقی نخواهد افتاد.

UEL  یا حد بالای انفجار

در کنار اصطلاح LEL ، اصطلاح دیگری را به نام UEL یا همان Upper Explosive Limit داریم. این کلمه به معنای حد بالای انفجار گازهاست. در واقع وقتی از UEL صحبت می‌کنیم، منظورمان بیشترین غلظت یک گاز یا بخار قابل احتراق بوده که ممکن است مشتعل شود. مقادیر بالاتر از UEL آن‌قدر غلیظ (غنی از سوخت) هستند که به دلیل کمبود اکسیژن دیگر نمی‌سوزند.

بیشتر بخوانید: بهترین روش اطفای حریق گازها

اهمیت شناخت LEL و UEL

دلیل اهمیت شناخت این دو مفهوم، ایمنی محیط‌های کاری پرخطر مانند پالایشگاه‌ها، صنایع نفت، گاز و پتروشیمی‌ست. سیستم‌های هشداردهنده گاز مانند سیستم F&G، بر اساس درصدی از LEL کار می‌کنند. مثلا هشدار ممکن است در %20 از LEL فعال شود تا قبل از رسیدن به شرایط انفجاری، فرصت تخلیه یا تهویه فراهم باشد؛ بنابراین آگاهی از این حدود باعث می‌شود حوادث ناشی از انفجار گازها کمتر رخ دهند و خسارات ناشی از آن نیز کاهش یابند.

نحوه اندازه‌گیری LEL و UEL

برای اندازه‌گیری مفاهیم LEL و UEL باید آزمایش‌ها را در  فضایی مخصوص، به اسم اتاقک انفجار (Explosion Chamber) انجام دهیم. این اتاقک، یک مخزن بسته با دمای ۲۵ درجه سانتی‌گراد و فشار یک اتمسفر بوده که مجهز به سنسور فشار و جرقه‌زنی‌ست.

جهت تعیین LEL، ابتدا مخلوط‌هایی با غلظت‌های پایین، از گاز مورد نظر در هوا تهیه می‌کنیم (مثلاً از 0.5٪ تا 5٪). این مخلوط‌ها به ترتیب وارد اتاقک احتراق می‌شوند و تحت شرایط کنترل‌شده دما، فشار و رطوبت، در معرض جرقه الکتریکی استاندارد قرار می‌گیرند. اولین غلظتی که در آن احتراق یا انفجار رخ می‌دهد، به عنوان LEL ثبت می‌شود.

گازهای قابل احتراق دارای یک LEL  معین و مشخص هستند که به صورت حجم و با درصد نمایش داده می‌شود. با افزایش پیدا کردن گاز قابل احتراق در یک محیط، یک سنسور LED، عددی را از صفر تا صد درصد LEL نشان می‌دهد. برای مثال می‌توانیم به گاز متان اشاره کنیم. گاز متان یکی از گازهای قابل اشتعال و احتراق بوده که LEL آن 5.0% Vol است؛ درصورتی‌که حجم متان در هوای یک محیط به میزان دو و نیم درصد برسد، به 50 درصد LEL می‌رسد. اگر بازهم این میزان افزایش حجم گاز متان در محیط ادامه داشته باشد، نمایشگر گاز مقدار 100% LEL را نشان می‌دهد. زمانی که به این عدد برسیم، یعنی شرایط برای وقوع انفجار فراهم شده است.

 برای اندازه‌گیری UEL هم، غلظت بالایی از گاز مورد نظرمان را وارد اتاقک می‌کنیم و تا زمانی که گاز منفجر شود، غلظت را کم می‌کنیم؛ سپس به غلظتی که در آن انفجار رخ می‌دهد، UEL می‌گوییم. مقادیر بین LEL و UEL، بازه‌ی قابل انفجار (Explosive Range) را تشکیل می‌دهند.

جدول نقطه اشتعال

اگر در شغل خود به نقاط اشتعال و احتراق گازهای مختلف نیاز دارید، نیازی نیست که این گازها را تک‌به‌تک آزمایش کرده و نقطه اشتعال آن‌ها را پیدا کنید. متخصصان این زمینه قبلاً این آزمایش‌ها را انجام دادند و ما نتایج آن را برای شما در قالب جدولی به نام جدول نقطه اشتعال آورده‌ایم.

محدوده اشتعال پذیری گازها

اشتعال‌پذیری گازها، بخارات و کلیه مخلوط‌های منفجره هوا و مواد سوختنی باتوجه به نوع سوخت تغییر می‌کند. برای مثال اشتعال‌پذیری گاز پروپان 10 الی 21 درصد است. درصورتی‌که یک محیط، 50 درصد هوا و 50 درصد گاز پروپان داشته باشیم، با کبریت زدن در این اتاق، گازی مشتعل نخواهد شد. علت این موضوع این است که مقدار اکسیژنی که در هوا وجود دارد کافی نیست تا تمام این حجم از پروپان را بسوزاند. یعنی مخلوط بیش از حد غنی از سوخت شده و به دلیل کمبود اکسیژن، حتی باوجود جرقه یا شعله کبریت، احتراق یا انفجار رخ نمی‌دهد.

سایر مفاهیم مهم در این زمینه

در ادامه دوتا از مفاهیمی را که به درک بهتر LEL و UEL کمک می‌کنند، برای شما آورده‌ایم.

نقطه احتراق

نقطه احتراق به پایین‌ترین دمایی گفته می‌شود که در آن بخار قابل احتراق از یک ماده پخش شده و می‌تواند حداقل 5 ثانیه بسوزد.

نقطه اشتعال

فلش پوینت یا نقطه اشتعال به معنای کمترین دمایی‌ست که بخارهای قابل اشتعال از یک ماده پخش می‌شود. برای اندازه‌گیری این نقطه به یک منبع احتراق نیاز دارید. درصورتی‌که این منبع احتراق وجود نداشته باشد و یا از محیطی که قصد اندازه‌گیری در آن را دارید، خارج شود دیگر امکان اشتعال گاز وجود ندارد.

سخن پایانی

درک مفاهیمی مانند LEL و UEL برای حفظ ایمنی در محیط‌های صنعتی یک ضرورت است. این دو شاخص مشخص می‌کنند که چه زمانی غلظت گاز در هوا می‌تواند باعث انفجار شود؛ بنابراین آشنایی با نقطه احتراق، نقطه اشتعال و محدوده اشتعال‌پذیری گازها به ما کمک می‌کند تا با دیدی جامع‌تر، ریسک‌های احتمالی را شناسایی کرده و با تدابیر پیشگیرانه، ایمنی را افزایش دهیم.