نمودار اشتعال‌پذیری قابلیت اشتعال مخلوط سوخت، اکسیژن و گاز بی‌اثری که به طور معمول ازت هست را در ترکیب درصدهای متفاوت نشان می‌دهد. مخلوط این سه گاز عموما در نمودار مثلثی نمایش داده می‌شود. اطلاعات بدست آمده را می‌توان در نمودار عمود بر هم معمولی که در آن تنها دو ماده بررسی شده‌اند، نیز نشان داد. باید در نظر داشت که در نمودارهای عمود بر هم به طور ضمنی مجموع هر سه عنصر 100 درصد است.
نمودارهای اشتعال‌پذیری را می‌توان به مخلوط سوخت‌ها نیز تعمیم داد.
درک نمودارهای مثلثی:
نمودارهای مثلثی پیچدگی‌های مختص خود را دارند. ساده‌ترین روش برای فهم آن‌ها پیروی از سه مرحله ابتدایی ساختار آن‌هاست:
- به عنوان نمونه نمودار مثلثی زیر را در نظر بگیرید که در آن مخلوط فرضی متان، اکسیژن و نیتروژن نشان داده شده است. «هوا» مخلوطی از 21 درصد اکسیژن و 79 درصد گازهای خنثی (نیتروژن) است. در نمودار مثلثی مخلوط متان و هوا بر روی خط صافی که بین محدوده متان خالص و هوای خالص کشیده شده است قرار دارد. همانطور که مشخص است، حدود بالا و پایین اشتعال‌پذیری متان و هوا نیز بر روی این خط قرار دارند.
- واکنش استوکیومتری اشتعال متان به این صورت است: CH4+ 2O2→ CO2 + 2H2O طبق این واکنش غلظت استوکیومتری متان در اکسیژن 1 به (1+2) است که معادل 33 درصد می‌باشد. هر ترکیب استوکیومتری متان و اکسیژن بر روی این خط مستقیم و بین محدوده نیتروژن خالص (که در آن درصد متان صفر است) و 33 درصد متان (67 درصد اکسیژن) قرار دارد.
- مطلوب‌ترین درصد اشتعال‌پذیری تنها به کمک آزمون و خطا مشخص می‌شود. همانطور که مشخص است مثلث اشتعال پذیری که در حقیقت محدوده اشتعال‌پذیری را نشان می‌دهد از حد قابل اشتعال بالا و پایین متان در اکسیژن و هوا عبور می‌کند. نوک این مثلث «غلظت اکسیژن محدود کننده (LOC)» را نشان می‌دهد.
 |
نمودار مثلثی تمام مخلوط‌های ممکن برای متان، اکسیژن و نیتروژن را نشان می‌دهد. هر ترکیب ممکن از متان و هوا بر روی خط آبی‌رنگ قرار دارد.
هر ترکیب استوکیومتری از متان و اکسیژن بر روی خط استوکیومتری قرمز رنگ قرار دارد.
مثلث اشتعال‌پذیری واقعی ترکیب قابل اشتعال متان را نشان می‌دهد.
در صورتیکه غلظت اکسید کننده کاهش یابد، بازه اشتعال‌پذیری نیز کوچکتر خواهد شد. به بیان دیگر تفاوت بین حد بالای انفجار (UEL) و حد پایین انفجار (LEL) کم می‌شود.
نمودارهای اشتعال‌پذیری در انجام فرآیند حمل و نقل به ایمن‌ترین شیوه ممکن بسیار کاربرد دارند. به عنوان نمونه طبق نمودار حد پایین اشتعال‌پذیری و حد بالای اشتعال‌پذیری به ترتیب 1% و 10% هستند.
در این نمودار خط AB مخلوط اکسیژن (هوا) است.
مخلوط گازی که با خط AC نشان داده شده ضعیف‌تر از آن است که آتش بگیرد و در عوض خط DB آنقدر غنی از ماده سوختنی است که باز هم آتش نمی‌گیرد.
طبق نمودار زمانیکه به سمت چپ خط AB حرکت می‌کنیم (یا گازهای خنثی با مخزن اضافه می‌کنیم) به طور ناگهانی هوای مخزن تغییر می‌کند.
حد بالا و پایین اشتعال‌پذیری نیز با اضافه کردن هر چه بیشتر گازهای خنثی تغییر می‌کند. نهایتا، حد بالای اشتعال‌پذیری (بیشترین مقدار هیدروکربنی که با مخلوط هوا واکنش داده و آتش بگیرد) و حد پایین اشتعال‌پذیری (کمترین مقدار هیدروکربنی که با مخلوط هوا واکنش داده و آتش می‌گیرد) در یک نقطه که در نمودار با حرف E نمایش داده شده است به هم می‌رسند.
منظور از مخلوط ضعیف (Lean) یا مخلوط به شدت قوی (Rich) چیست؟
در مخلوط هیدروکربن با هوا، زمانیکه ماده سوختنی بیش از حد وجود داشته باشد (Rich) مخلوط به شدت قوی نامیده می‌شود. در این حالت به خاطر نبود اکسیژن کافی حریق اتفاق نمی‌افتد. بنابراین در صورتیکه سوخت بیشتر از میزان حد اشتعال خود در مخازن ذخیره شود حریقی رخ نخواهد داد.
از طرفی اگر میزان سوخت خیلی کمتر از میزان مورد نیاز برای حریق باشد (Lean) نیز حریقی رخ نخواهد داد.
نمودار اشتعال‌پذیری به حمل و نقل چه کمکی می‌کند:
گازهای خنثی را می‌توان در حین و بعد از عملیات حمل و نقل به مخازن تزریق کرد. در نمودار اشتعال‌پذیری می‌توان مشاهده کرد که با تزریق گاز خنثی به مخزن فاصله بین UFL و LFL کاهش پیدا کرده تا جاییکه به نقطه E و بعد از آن نقطه F برسند.
در حین عملیات تخلیه اگر هوای داخل مخزن با هوا (اکسیژن) رقیق شود؛ روی مسیر خطرناک FA حرکت خواهد کرد. با توجه به نمودار مشخص است که مسیر FA از بازه اشتعال‌پذیری عبور می‌کند و می‌تواند خطرناک باشد. بنابراین برای جلوگیری از وقوع همچین سناریویی، لازم است گازهای خنثی در حین و بعد از عملیات سوختگیری (تخلیه) به مخازن تزریق شوند.
با تزریق گازهای خنثی به مخزن مخلوط هیدروکربن - اکسیژن از نقطه F به نقطه H می‌رود. حالا همانطور که مطابق نمودار خط HA از بازه اشتعال‌پذیری عبور نمی‌کند این مخلوط هر چقدر هم با هوا رقیق شود مشتعل نخواهد شد.
با توجه به نمودار اشتعال‌پذیری خط GA با بازه اشتعال‌پذیری مماس است. این پدیده critical dilution (رقیق‌سازی حساس) نامیده می‌شود و به کمک آن می‌توان کمترین حد از گازهای خنثی که در آن مخلوط هیدروکربنی آتش نمی‌گیرد را تعیین کرد.
نمودارهای اشتعال‌پذیری در تعیین میزان اشتعال‌پذیری یک ترکیب و انجام اقدامات کنترلی لازم برای جلوگیری از تشکیل بخارات قابل اشتعال (انفجاری) موثرند.