一、極限氧濃度((Limiting Oxygen Concentration, LOC)

燃燒三角形表明，氧化劑（一般為氧氣）是燃燒的必要條件，但實(shí)際上這個(gè)條件并不充分——對(duì)可燃?xì)怏w而言，存在一個(gè)可引起燃燒的最低氧濃度，低于極限氧濃度時(shí)，燃燒反應(yīng)就不會(huì)發(fā)生。從安全角度考慮可燃性氣體的防火防爆時(shí)，極限氧濃度就是可燃混合氣體中氧的最高允許濃度。對(duì)于液體或固體材料而言，極限氧濃度又可稱為氧指數(shù)(Oxygen Index,OI)

氧指數(shù)越高，意味著材料不易燃燒，阻燃性能越好；反之，氧指數(shù)越低，材料越容易燃燒。具體來(lái)說(shuō)，一般認(rèn)為氧指數(shù)小于22的材料屬于易燃材料，氧指數(shù)在22至27之間的材料屬可燃材料，氧指數(shù)大于27的材料則屬難燃材料。

（上圖例）氧指數(shù)與阻燃等級(jí)對(duì)照

氧指數(shù)的測(cè)試通常是在特定的實(shí)驗(yàn)裝置中進(jìn)行，采用氧-氮混合氣體作為試驗(yàn)介質(zhì)。測(cè)試時(shí)，將材料樣品置于混合氣體中，逐漸增加氧氣濃度，同時(shí)減少氮?dú)鉂舛龋^察材料的燃燒行為。當(dāng)材料在混合氣體中剛好能夠維持燃燒時(shí)，此時(shí)的氧氣濃度即為該材料的氧指數(shù)。對(duì)可燃?xì)怏w通常采取的防火防爆措施之一，就是提高不活潑氣體的濃度，使氧濃度降低到極限氧濃度之下，這種通過(guò)稀釋氧濃度防火防爆的方法稱為可燃?xì)怏w的惰化。極限氧濃度（以體積分?jǐn)?shù)表示）表示燃燒反應(yīng)時(shí)氧氣的體積占燃燒反應(yīng)物質(zhì)總量的百分比，因此可以由燃燒下限來(lái)計(jì)算極限氧濃度(體積分?jǐn)?shù))：

需要注意的是，無(wú)論是國(guó)標(biāo)中討論的極限氧濃度還是氧指數(shù)，均是在氮?dú)馀c空氣混合條件下測(cè)得的極限氧濃度值。在實(shí)際情況中，各種可燃性氣體的極限氧濃度在不同的不活潑氣體氛圍下是不一致的，在做安全性研究時(shí)，不應(yīng)簡(jiǎn)單套用國(guó)標(biāo)條件下測(cè)得的極限氧濃度值。下面列出幾種常見(jiàn)氣體的不同氣體惰化情況的極限氧濃度。

甲烷（Methane）：10.0%（氮?dú)舛杌?2.5%（二氧化碳惰化）

乙烷（Ethane）：9.0%（氮?dú)舛杌?1.5%（二氧化碳惰化）

丙烷（Propane）：9.5%（氮?dú)舛杌?2.5%（二氧化碳惰化）

       丁烯（n-Butane）：10.0%（氮?dú)舛杌?2.5%（二氧化碳惰化）

二、極限氧濃度的測(cè)定（GB/T 38301）

術(shù)語(yǔ)：

極限空氣濃度：limiting air concentration（LAC）

在規(guī)定的試驗(yàn)條件下,可燃?xì)怏w(蒸氣)、空氣和惰性氣體混合物遇火源不發(fā)生爆炸的最大空氣濃度。

極限氧濃度：limiting oxygen concentration（LOC）

在規(guī)定的試驗(yàn)條件下,可燃?xì)怏w(蒸氣)、空氣和惰性氣體混合物遇火源不發(fā)生爆炸的最大氧氣濃度。以體積分?jǐn)?shù)(%)表示,可按下式通過(guò)極限空氣濃度進(jìn)行換算:

（注意該國(guó)標(biāo)方法是在空氣條件下對(duì)極限氧濃度進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)極限空氣濃度推出極限氧濃度）

測(cè)試步驟：

1.一般要求：

依照下列試驗(yàn)步驟,四次重復(fù)測(cè)試確定待測(cè)可燃?xì)怏w的極限空氣濃度LAC,配好氣后應(yīng)攪拌均勻：

步驟1: 依照 GB/T 12474 測(cè)定待測(cè)可燃?xì)怏w(蒸氣)的爆炸下限 LEL和爆炸上限 UEL。

步驟2: 確定當(dāng)量濃度線頂點(diǎn)附近待測(cè)混合物的爆炸極限。若惰性氣體采用氮?dú)?且待測(cè)可燃?xì)怏w的當(dāng)量濃度線未知,則設(shè)定待測(cè)可燃?xì)怏w濃度為Xs=1.2LEL,通過(guò)改變空氣和惰性氣體濃度測(cè)定混合物的爆炸極限(空氣和惰性氣體濃度分別為X…1、X…1)。采用漸進(jìn)法測(cè)試首次惰性氣體體積分?jǐn)?shù)設(shè)定為50%,隨后增加惰性氣體的體積分?jǐn)?shù)級(jí)差為5%,接近爆炸極限時(shí)體積分?jǐn)?shù)級(jí)差降低為0.5%。

2.一般程序步驟

①  爆炸極限應(yīng)通過(guò)測(cè)定沿爆炸上限 UEL,線附近的至少4個(gè)同等間隔點(diǎn)來(lái)確定,測(cè)定時(shí)惰性氣體濃度為定值,以體積分?jǐn)?shù)0.5%步長(zhǎng)改變空氣的濃度進(jìn)行測(cè)定,見(jiàn)下圖。

②  在爆炸區(qū)分布圖上標(biāo)注測(cè)試點(diǎn),連接測(cè)試點(diǎn),采用插值法確定爆炸上限UEL曲線。繪制爆炸上限 UEL,曲線的切線,平行于惰性氣體邊線,與空氣軸線的交點(diǎn)即為極限空氣濃度LAC。

③  以空氣體積分?jǐn)?shù)X_air,LAC為定值,上部和下部各體積分?jǐn)?shù)5%范圍內(nèi),改變待測(cè)可燃?xì)怏w的濃度至少再測(cè)定5個(gè)點(diǎn),測(cè)定步長(zhǎng)為體積分?jǐn)?shù)2.5%,進(jìn)一步確定極限空氣濃度值LAC,測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖1。若被引燃,采用差值法重新測(cè)定。

④  依據(jù)測(cè)定的LAC值,采用式(1)計(jì)算待測(cè)可燃?xì)怏w的極限氧濃度LOC。

（注:具有高能的不穩(wěn)定化學(xué)物質(zhì),如丁二烯,環(huán)氧乙烷等,極限氧濃度(LOC)體積分?jǐn)?shù)為0%,爆炸上限體積分?jǐn)?shù)為 100%）

（上圖）極限空氣濃度確定一般程序

要理解國(guó)標(biāo)所描述的測(cè)定步驟，需要熟悉可燃性圖表的概念，詳見(jiàn)另一篇文章《可燃性圖表》?；蚩芍苯舆x用設(shè)備自動(dòng)測(cè)定氣體的可燃性，此項(xiàng)目常用的檢測(cè)設(shè)備有：臨界氧指數(shù)儀、氣體爆炸特性測(cè)試裝置。

PHINIX菲尼克斯出品：臨界氧指數(shù)儀

是基于臨界氧指數(shù)法，用于測(cè)試樣品燃燒所需要氧氣的最低濃度。臨界氧指數(shù)法，是將 O?/N? 混合后，測(cè)量剛好維持試樣燃燒所需要的最低氧濃度（摩爾濃度）。本儀器利用質(zhì)量流量控制器，精確控制 O?/N? 的流量，通過(guò)混合室混合，充分保證濃度控制的準(zhǔn)確性，采用英國(guó)順磁氧傳感器，配合檢測(cè) O? 濃度，性能良好。針對(duì)準(zhǔn)確度要求較高的試驗(yàn)用戶制造，也可滿足一般用戶需求。（更多儀器詳細(xì)介紹請(qǐng)移步網(wǎng)頁(yè)：https://phinix.cn/products/15.html)

產(chǎn)品引用的檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1、ASTM D2863-13

2、ISO4589-1-2017塑料 用氧指數(shù)法測(cè)定燃燒行為 第1部分: 一般要求

3、ISO4589-2-2017塑料 用氧指數(shù)法測(cè)定燃燒行為 第2部分: 室溫試驗(yàn)

4、GB T 2406-2

5、GBT 2406.1-2008

6、GB/T10707-2008橡膠阻燃性能的測(cè)定

7、GBT 5454-1997 紡織品 燃燒性能試驗(yàn)氧指數(shù)法

8、GB/T 8924-2005纖維增強(qiáng)塑料燃燒性能試驗(yàn)方法氧指數(shù)法

9、GBT 2406.2-2009 塑料 用指數(shù)法測(cè)定燃燒行為 第2部分: 室溫試驗(yàn)

10、QB/T 1650-1992硬質(zhì)聚氮乙烯泡沫塑料板材(該標(biāo)準(zhǔn)5.3.9規(guī)定，參考GB/T 2406)

產(chǎn)品規(guī)格：

設(shè)備尺寸：650(W)×375(D)×530(H)mm 

電     源：AC 220V, 50/60Hz,2A

重     量：約 30kg

客備氣源：99.99%以上氧氣、氮?dú)猓?5%以上丙烷

PHINIX菲尼克斯出品：PX05004氣體爆炸特性測(cè)試裝置

該裝置通過(guò)提供一密封測(cè)試空間，將待測(cè)氣體充入已進(jìn)行真空處理的測(cè)試空間內(nèi)，通過(guò)外部控制進(jìn)行點(diǎn) 火引爆，自動(dòng)記錄內(nèi)部壓力、溫度等變化，從而得出測(cè)試氣體爆炸壓力和最大爆炸壓力、爆炸壓力上升速率和最大爆炸壓力 上升速率等參數(shù)。 氣體爆炸特性測(cè)試裝置可用于滿足UL 9540A標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)樣品釋放氣體Pmax值的測(cè)量。

此設(shè)置的結(jié)構(gòu)、體積大小、檢測(cè)精密程度的要求都非常高，菲尼克斯的氣體爆炸特性測(cè)試裝置可根據(jù)實(shí)際需求定制。（更多儀器詳細(xì)介紹請(qǐng)移步網(wǎng)頁(yè)：https://phinix.cn/products/59.html)

產(chǎn)品引用的檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
BS EN 15967:2011 ：氣體和蒸氣的最大爆炸壓力和最大壓升的測(cè)定