Výbuchové a požárně-technické charakteristiky látek
Každá výbušná atmosféra je charakteristická svými vlastnostmi ve vztahu k výbuchu či požáru. Tyto charakteristiky jsou pro každou látku specifické, ovšem mohou se měnit na základě skutečných podmínek, ve kterých výbušná atmosféra existuje. Výbuchové charakteristiky jsou obsahem kapitoly č. 9 bezpečnostního listu látky (pokud jsou známy či mají relevantní význam pro danou látku). Tyto charakteristiky jsou stanoveny laboratorním rozborem a jsou vždy vztaženy k normálním atmosférickým podmínkám (teplota 20°C, tlak 1013 hPa, nulová vlhkost, extrémně nízká zrnitost (u prachů), čistota přes 99% atd.). Praxi se však mohou výbuchové charakteristiky měnit, a to jak k horšímu, tak k lepšímu, v závislosti na skutečných podmínkách v daném provozu (viz níže).
Pokud je výbušná atmosféra tvořena směsí prachů, resp. směsí plynů nebo par, je jako rozhodný použit ten, který má horší výbuchové charakteristiky. Pokud jsou např. u směsi dvou prachů parametry rozdílné tak, že prach A má horší některé výbuchové parametry a prach B ty ostatní, použijí se vždy ty horší parametry toho z prachů, které jsou pro dané zkoumání relevantní (např. pro stanovení požadavků na maximální povrchovou teplotu elektrických zařízení se použije nižší hodnota vznícení, kterou má prach A a pro stanovení tlakové odolnosti zařízení zase vyšší hodnota maximálního výbuchového tlaku, kterou má prach B).
Seznam výbuchových, resp. požárně-technických charakteristik prachů
U prachů nás zajímají zejména tyto údaje:
Minimální výbušná koncentrace - CMIN
Minimální výbušná koncentrace (též označovaná jako spodní mez výbušnosti) je hmotnost látky v gramech na metr krychlový, při jejímž dosažení se látka stává v rozvířeném stavu vznětlivou dostatečně silným iniciačním zdrojem. Pokud je koncentrace nižší, látku není možné přivést k výbuchu žádným zdrojem energie, protože ve směsi není dost látky k šíření hoření.Běžné hodnoty minimální výbušné koncentrace jsou v desítkách, výjimečně ve stovkách gramů na metr krychlový. Ve vnějších prostorách technologie se této hodnoty dosahuje jen výjimečně (takováto koncentrace je prakticky nedýchatelná) a opticky se jeví jako extrémně hustá mlha. Naproti tomu uvnitř technologie lze snadno této hodnoty dosáhnout.
Kromě minimální výbušné koncentrace (spodní meze výbušnosti) se u látek často uvádí i maximální výbušná koncentrace (horní mez výbušnosti), která je definována jako maximální koncentrace látky se vzduchem, při jejímž dosažení už není ve směsi dostatek vzduchu k hoření. Horní mez výbušnosti nabývá hodnot řádově kilogramů na metr krychlový. Mezi horní a dolní mezí se nachází tzv. pásmo výbušnosti. Zhruba ve středu pásma výbušnosti se nachází bod tzv. optimální koncentrace, kdy pro zažehnutí směsi postačí nejméně energie (minimální iniciační energie je totiž závislá na koncentraci - s rostoucí koncentrací klesá energie nutná k jejímu zažehnutí, kdy minima dosáhne právě v bodě optimální koncentrace, kde začne znova růstaž do bodu horní meze výbušnosti). V praxi nemá údaj o horní mezi výbušnosti význam, protože před jeho dosažením je nutné projít právě pásmem výbušnosti.
Minimální iniciační energie - EMIN
Minimální iniciační energie je nejmenší možná energie iniciačního zdroje nutná k zažehnutí látky v optimální koncentraci. Pokud je energie iniciačního zdroje nižší, nestačí k zažehnutí dané látky.Běžné hodnoty minimální iniciační energie jsou u prachů velmi rozmanité od jednotek mJ až po desítky J. Z toho vyplývá že některé prachy (z těch běžných např. cukr nebo plasty) mohou být iniciovatelné i silným výbojem statické elektřiny a všemi druhy mechanických jisker, naproti tomu jiné prachy (saze) je obtížné vznítit i relativně silnými iniciačními zdroji. Parametr minimální iniciační energie úzce souvisí s koncentrací dané látky (viz výše a obr. níže) a je nutné jej brát pouze jako orientační údaj vzhledem k tomu, že v technologii se mohou vyskytnout i velmi silné iniciační zdroje, které zažehnou jakoukoliv výbušnou atmosféru (plameny, elektrické jiskry, horké povrchy) a nelze se tedy spolehnout na to, že látka v technologii má vysokou minimální iniciační energii.
Maximální výbuchový tlak - pMAX
Maximální výbuchový tlak je nejvyšší hodnota tlaku, kterou dosáhne zažehnutá směs při výbuchu.Běžné hodnoty výbuchového tlaku jsou v rozmezí od 3 do 10 bar, výjimečně do 12 bar. Výbuchový tlak je závislý na objemu výbušné atmosféry a její koncentraci. Nejvyššího výbuchového tlaku dosahuje látka při optimální koncentraci, kdy je k jejímu zažehnutí zároveň zapotřebí minimální energie.
Maximální výbuchový tlak má přímý vliv na konstrukční vlastnosti zařízení, protože pokud je zařízení konstruováno jako odolné maximálnímu výbuchovému tlaku (např. mlýny v uhelných elektrárnách), není u většinou nutné jej dodatečně chránit, samozřejmě s uvážením rizika přenosu výbuchu. Redukovaný tlak (pred, resp. pred max), tedy maximální výbuchový tlak, jakého výbušná atmosféra dosáhne při použití ochranného systému, bývá řádově nižší (cca 0,3 až 1 bar) a jeho výpočet je kritický pro návrh parametrů ochranného systému.
Graf závislosti koncentrace na iniciační energii a maximálním výbuchovém tlaku
LEGENDA:
červená - maximální výbuchový tlak
žlutá - minimální iniciační energie
Graf nezačíná v nule, ale na minimální výbušné koncentraci (A), dále s rostoucí koncentrací roste maximální výbuchový tlak a klesá energie nutná k iniciaci dané výbušné atmosféry. V bodě optimální koncentrace (B) dosahuje látka nejmenší energie a nejvyššího tlaku. S dále rostoucí koncentrací opět klesá maximální výbuchový tlak a roste iniciační energie, až za bodem (C) není látka výbušná, protože její koncentrace je nad horní mezí výbušnosti.
Konstanta rychlosti nárůstu tlaku v objemu 1 m3 - KST
Vzhledem k tomu, že maximální výbuchový tlak je veličina závislá na objemu a koncentraci, byla stanovena pro každou látku konstanta, která rychlost nárůstu tlaku (též brizance - termín používaný zejména u výbušnin) popisuje za konstantních podmínek, tedy v objemu 1 m3.Parametr KST je velmi důležitý pro určení razance výbuchu a bývá často důležitější než samotný maximální výbuchový tlak, protože dává informaci především o předpokládaném průběhu výbuchu, což je kritický údaj pro konstrukci všech ochranných systémů. Jinak řečeno, není až tak podstatné, jakého maximálního tlaku může látka dosáhnout, ale jak rychle jej dosáhne. Podle KST se tedy výbušné prachy dělí do tříd prachu (jakási obdoba tříd nebezpečnosti u hořlavých kapalin) - St 1, St 2, St 3 (z německého Staub - Prach), a to následovně:
St 1 - KST 0 - 199 bar*m/s
St 2 - KST 200 - 299 bar*m/s
St 3 - KST více než 300 bar*m/s
Třída prachu (nebo maximální hodnota KST), pro který je určen, je základní informace o ochranném systému. Ne každý ochranný systém tedy lze použít pro všechny třídy prachů a tento fakt musí být uvážen při jeho návrhu. Vzhledem k tomu, že třída prachu St 3 nemá horní hranici (a v praxi se vyskytují prachy, např. hliník, který za určitých okolností může nabývat hodnot i přes 800 bar*m/s), neexistuje ani ochranný systém pro celou třídu prachu St 3, protože by musel mít neomezenou účinnost. Přesto může být ochranný systém určen i pro prachy s KST nad 300 bar*m/s, ovšem jeho limitní hodnota musí být udána nikoliv jako třída prachu, ale maximální možná hodnota KST.
Teplota vznícení rozvířeného prachu - Troz
Jedná se o teplotu, jaké musí dosáhnout horký povrch, aby inicioval rozvířený prach. Tato teplota je důležitá pro stanovení maximální povrchové teploty elektrických zařízení, které zasahují do vnitřních částí technologie, ve které se vyskytuje výbušná prachovzdušná atmosféra. Vzhledem k tomu, že prachovzdušné směsi nejsou časově ani místně homogenní, používá se u prachů bezpečnostní koeficient 1/3. Tedy maximální povolená teplota horkého povrchu uvnitř technologie jsou 2/3 hodnoty teploty vznícení rozvířeného prachu, který se v technologii vyskytuje.Teploty vznícení většiny prachů se pohybují v rozmezí od 350°C do 700°C, výjimečně však mohou být i nižší než 300°C.
Teplota žhnutí usazeného prachu - Tvrs
Teplota žhnutí usazeného prachu je nejmenší teplota horkého povrchu, který způsobí žhnutí látky ve vrstvě 5 mm. Po dosažení této teploty začne prach samostatně žhnout a jeho teplota se bude dále zvyšovat i bez dalšího působení iniciačního zdroje. Tato teplota je kritická pro stanovení požadavků na elektrická zařízení použitá do prostředí s nebezpečím výbuchu vně technologie, tedy pro naprostou většinu zařízení. Vzhledem k tomu, že okolní počáteční teplota může být jiná než laboratorní, při které byla zkouška provedena (20°C), používá se bezpečnostní koeficient 75 K. Maximální povolená povrchová teplota horkého povrchu tedy musí být alespoň o 75 K nižší, než je teplota žhnutí usazeného prachu.Teploty žhnutí většiny prachů se pohybují v rozmezí od 150°C do 600°C.
Doplňkové výbuchové, resp. požárně-technické charakteristiky prachů
Kromě výše uvedených základních parametrů nás u některých prachů dále zajímají další hodnoty, které jsou důležité pro technickou praxi.
Limitní obsah kyslíku - LOC
Tento údaj se určuje zejména u fosilních paliv, která jsou spalována v elektrárnách a teplárnách (uhlí, rašelina, biomasa) a určuje, jakým způsobem se snižují výbuchové charakteristiky s klesajícím množstvím kyslíku v okolní atmosféře. Důvodem je to, že v mnoha teplárnách je palivo sušeno horkými spalinami, které samy o sobě mohou mít teplotu vysoko nad teplotou vznícení daného prachu, uvšem obsahují pouze malé množství kyslíku, takže výsledná atmosféra může být za normálních okolností nevýbušná, přestože je trvale přítomen prach i iniciační zdroj.Limitní obsah kyslíku určuje minimální možné procentuální množství kyslíku ve výbušné atmosféře, při kterém je daný prach při jinak optimálních podmínkách výbušný. Normální obsah kyslíku v atmosféře je necelých 21%. U většiny organických prachů je limitní obsah kyslíku kolem 10%, ale může být i nižší, v extrémních případech i kolem 7%. Limitní obsah kyslíku se dále snižuje s rostoucí teplotou.
Teplota samovznícení
Tato teplota se týká látek, které mohou mít sklon k samovznícení, tedy postupného zahřívání mikroorganismy do stavu, kdy látka začně žhnout samostatně. Tento efekt se týká zejména organických prachů a z nich v praxi nejčastěji obilovin a uhlí. Některá uhlí mohou mít teplotu samovznícení za určitých podmínek (vlhkost, zrnitost, přístup vzduchu, zhutněnost) i 50°C. Jejich správné skladování, popř. ochlazování je tedy důležité.Seznam výbuchových, resp. požárně-technických charakteristik plynů a par hořlavých kapalin
U plynů a par hořlavých kapalin nás zajímají zejména tyto údaje:
Spodní mez výbušnosti - LEL (lower explosion limit), nebo CMIN
Jedná se o minimální koncentraci (procentuální zastoupení) plynu nebo par hořlavých kapalin ve vzduchu, při jejímž dosažení se stává směs výbušnou. Pod touto hranicí není směs výbušná ani při výskytu jakkoliv silného iniciačního zdroje.Spodní meze výbušnosti se u běžných látek pohybují od 2% (ve výjimečných případech i méně) po 20%.
Horní mez výbušnosti - UEL (upper explosion limit), nebo CMAX
Jedná se o maximální koncentraci (procentuální zastoupení) plynu nebo par hořlavých kapalin ve vzduchu, při jejímž dosažení se stává směs nevýbušnou z důvodů nedostatku kyslíku. Zatímco u prachů je tato veličina spíše podružná, u plynů se určuje, protože má v praxi význam, a to zejména proto, že celá řada technologií pracuje s vyloučením kyslíku (např. technologie dopravy a regulace zemního plynu) a pokles koncentrace pod horní mez výbušnosti je tedy kritický parametr. Zatímco u prachů je horní mez výbušnosti většinou o dva řády vyšší než spodní, u plynů je pásmo výbušnosti výrazně menší a pohybuje se v rozsahu pouhých jednotek procent (např. zemní plyn má pásmo výbušnosti zhruba 5-15%).Teplota (bod) vzplanutí
Jedná se o teplotu, které musí dosáhnout hořlavá kapalina, aby se z její hladiny odpařovalo za normálního tlaku právě tolik par, aby vytvořily atmosféru na hranici spodní meze výbušnosti. Pod touto hodnotou se látka odpařuje pomaleji, tedy koncentrace par nad hladinou neumožňuje její vznícení. Teplota vzplanutí tedy nemá nic společného s teplotou iniciačního zdroje! Podle bodu vzplanutí (těkavosti), se hořlavé kapaliny rozdělují do tříd nebezpečnosti, a to následovně:
| třída nebezpečnosti | teplota vzplanutí |
| I. | < 21°C |
| II. | 21°C - 55°C |
| III. | 55°C - 100°C |
| IV. | >100°C |
Teplota (bod) vznícení
Teplota vznícení je nejnižší teplota, při které vzplanou plyn nebo páry o optimální koncentraci. Jedná se tedy o teplotu iniciačního zdroje.Podle teploty vznícení se rozdělují látky do teplotních tříd. Tato teplota (resp. teplotní třída) má přímý vliv na požadavky na zařízení určených do prostředí s nebezpečím výbuchu.
Rozdělení do teplotních tříd:
| teplotní třída | teplota vznícení |
| T1 | > 450°C |
| T2 | 300°C - 450°C |
| T3 | 200°C - 300°C |
| T4 | 135°C - 200°C |
| T5 | 100°C - 135°C |
| T6 | 85°C - 100°C |
Dalšími údaji, které nás u plynů a par hořlavých kapalin mohou z praktických důvodů zajímat, jsou zejména bod tání, tlak par při 20°C, relativní hustota par (tedy zda je látka těžší či lehčí než vzduch), rozpustnost ve vodě a další.