Valeur Kst

Définition

La valeur Kst – également appelée constante d'explosion de poussière, K-poussière, indice de déflagration ou indice d'explosivité spécifique – est un paramètre de sécurité qui caractérise le comportement à l'explosion des poussières combustibles dans des systèmes fermés. Elle décrit la vitesse maximale d'augmentation de la pression au cours d'une explosion de poussière, normalisée à un volume d'essai de 1 m³. L'unité est le bar·m/s.

La valeur Kst est calculée selon ce qu'on appelle la loi cubique :

Kst = (dp/dt)max × V^(1/3)

Dans cette formule, (dp/dt)max correspond au taux maximal d'augmentation de la pression en bar/s et V au volume du récipient d'essai en m³. La valeur Kst est donc un paramètre indépendant du volume, spécifique à la poussière et à la méthode d'essai, qui, associé à la surpression maximale d'explosion pmax, décrit le comportement réactionnel d'une poussière.

Détermination de la valeur Kst

La valeur Kst est déterminée dans des conditions normalisées, généralement conformément aux normes ISO 6184-1, VDI 3673 et VDI 2263.

Les cuves d'essai couramment utilisées sont la cuve sphérique de 20 litres et la cuve de 1 m³. En résumé, la procédure consiste à :

• Dispersion d'un mélange air-poussière défini dans le réservoir
• Allumage par un détonateur chimique ou par une étincelle d'une énergie déterminée, généralement de 10 kJ
• Mesure de l'évolution de la pression et détermination de (dp/dt)max

• Calcul de la valeur Kst selon la loi cubique ; la valeur maximale mesurée est considérée comme la valeur Kst spécifique à la substance

   

Classification en classes d'explosivité des poussières

Sur la base de la valeur Kst, les poussières inflammables sont classées en classes d'explosivité des poussières (classes St) :

Une valeur Kst plus élevée signifie une montée en pression plus rapide et donc une explosion plus violente et plus dangereuse. Alors que la valeur Kst est le paramètre mesurable, les classes St regroupent ces valeurs en plages de conception ; les conséquences techniques sur la conception des installations et les mesures de protection sont décrites dans la rubrique consacrée aux classes d'explosivité des poussières St1 à St3.

Caractéristiques essentielles et facteurs d'influence

Paramètre spécifique au matériau

Chaque poussière inflammable possède une valeur Kst qui lui est propre. Celle-ci dépend :

• composition chimique
• Taille des particules – les poussières plus fines présentent généralement une valeur Kst plus élevée
• Teneur en humidité
• concentration de poussière
• Turbulences dans le système
• Énergie d'allumage

Indépendance vis-à-vis du volume

Grâce à la relation (dp/dt)max × V^(1/3) = constante, la valeur Kst est transposable à n'importe quel volume de réservoir et convient donc à la conception d'installations réelles.

Lien avec pmax

Alors que pmax correspond à la pression maximale d'explosion, la valeur Kst indique la vitesse à laquelle cette pression s'accumule. Ces deux grandeurs constituent ensemble la base du calcul et de la conception des mesures de protection contre les explosions, telles que la décompression et la résistance aux chocs de pression.

Importance pratique dans la technique de mélange

Dans le domaine du traitement des poudres et des matériaux en vrac, le mélange génère des nuages de poussière en suspension dans des plages de concentration potentiellement explosives. La valeur Kst constitue donc un paramètre essentiel pour la conception en matière de sécurité et l'exploitation conforme à la directive ATEX de ces installations.

Conception de la cuve de mélange

La valeur Kst des produits traités détermine si un mélangeur doit être conçu pour résister à la pression, aux coups de bélier ou s'il doit être équipé de dispositifs de décompression tels que des disques de rupture. Plus la valeur Kst est élevée, plus la pression augmente rapidement en cas d'explosion et plus les exigences en matière de résistance ou de surfaces de décompression du réservoir sont élevées.

Dimensionnement des mesures de protection

• Décharge de pression : la taille de la surface de décharge et la pression de réponse sont calculées principalement à partir des valeurs Kst et pmax.
• Suppression des explosions : la quantité d'agent extincteur, la disposition des buses et le temps de réaction dépendent du taux de montée en pression prévu.
• Découplage anti-explosion : la valeur Kst est prise en compte dans le choix et la conception des dispositifs de découplage adaptés aux conduites d'alimentation et d'évacuation.

Conception des procédés et inertage

De par leur conception, les mélangeurs génèrent souvent des nuages de poussière dans l'espace libre au sommet de la cuve. Pour les produits dont les valeurs Kst se situent dans les catégories St 2 ou St 3, il est recommandé de prendre des mesures supplémentaires :

• Inertisation, par exemple fonctionnement sous atmosphère d'azote, afin de ramener la teneur en oxygène en dessous du seuil d'inflammabilité
• Décompression et suppression des explosions
• Optimisation des processus de remplissage et de vidange afin de réduire au minimum la formation de nuages de poussière
• Contrôle des sources d'inflammation liées aux surfaces chaudes, aux étincelles et aux charges électrostatiques

Changements de produits et modifications de formulations

Si une installation traite différents produits ou différentes formulations, le mélangeur doit toujours être dimensionné en fonction du produit le plus dangereux, c'est-à-dire celui présentant la valeur Kst et la valeur pmax les plus élevées. Toute modification de la gamme de produits ou du degré de finesse justifie une réévaluation du concept de protection contre les explosions existant. La valeur Kst dépendant fortement de la taille des particules et de l’humidité, le simple fait de passer de granulés à une poudre ultrafine de la même substance peut modifier considérablement la classe d’explosivité.

Exemples de valeurs Kst pour des produits types

Les valeurs ci-dessous sont données à titre indicatif et peuvent varier en fonction de la qualité du produit, de la distribution granulométrique et du taux d'humidité. Pour la conception de mesures de protection, il est nécessaire de disposer de valeurs déterminées en laboratoire pour le matériau d'origine.

Conseils pratiques et avis d'experts

• Ne pas utiliser les valeurs génériques issues de la documentation technique : les données de la documentation ne constituent que des indications. Pour une interprétation faisant autorité des mesures de protection contre les explosions, il convient de toujours effectuer des essais spécifiques à la substance et au processus de production dans des laboratoires certifiés.
• L'état de la matière est déterminant : une poussière fine peut présenter une valeur Kst nettement plus élevée qu'un granulat plus grossier de la même substance. Même de légères variations de la teneur en humidité ou de la composition peuvent influencer sensiblement les paramètres d'explosivité.
• Tester séparément les mélanges hybrides : en cas d'ajout de gaz, de vapeurs ou de solvants inflammables, les valeurs caractéristiques de la poussière pure ne sont plus pertinentes.
• Évaluation des risques dans les règles de l'art : la planification, la conception et l'évaluation des mesures de protection contre les explosions, y compris la conformité à la directive ATEX, doivent toujours être réalisées par du personnel qualifié, sur la base d'une évaluation complète des risques.