St1, St2 e St3 – Classi di esplosività delle polveri

Definizione

Le sigle St1, St2 e St3 indicano le classi di esplosività delle polveri, con cui le polveri infiammabili vengono classificate in base all'intensità di un'esplosione di polvere. Il criterio di riferimento è il valore Kst, ovvero l'aumento massimo di pressione nel tempo di una miscela polvere-aria in un recipiente chiuso in condizioni di prova standardizzate, espresso in bar·m/s.

In base al valore Kst, le polveri vengono classificate come segue:

Le polveri con un valore Kst pari a 0 sono considerate non esplosive e vengono classificate nella classe St 0. Mentre il valore Kst rappresenta il parametro misurato, le classi St raggruppano i valori in intervalli di progettazione a cui si basano la progettazione strutturale e il sistema di protezione.

Caratteristiche del valore Kst

• Costante specifica del materiale: il valore Kst è un parametro che dipende dal materiale. Consente di estrapolare i risultati ottenuti con apparecchiature di prova standardizzate, applicando la legge cubica, ad apparecchi e impianti di dimensioni maggiori.

• Velocità di aumento della pressione: con l'aumentare della classe St, da St1 a St2 e poi a St3, la velocità di aumento della pressione aumenta. Di conseguenza, il tempo di reazione a disposizione dei sistemi di protezione si riduce.

   

Esempi tipici

St1 – intensità dell'esplosione da bassa a media

La categoria St1 comprende la grande maggioranza delle polveri rilevanti dal punto di vista industriale. Esempi tipici sono la farina, lo zucchero, il latte in polvere, le polveri di cereali, la polvere di legno, molte polveri e granulati di plastica, molti principi attivi farmaceutici e la polvere di carbone.

St2 – forte intensità dell'esplosione

Le polveri di tipo St2 presentano un potenziale di pericolo notevolmente più elevato a causa dell’aumento di pressione nettamente più rapido. Esempi tipici sono alcuni pigmenti organici, polveri di plastica molto fini, alcuni precursori chimici e coloranti, nonché cellulosa reattiva e polveri speciali.

St3 – intensità dell'esplosione molto elevata

La classe St3 comprende polveri particolarmente critiche e altamente reattive. Esempi tipici sono le polveri di alluminio, magnesio e titanio, nonché altre polveri metalliche fini, come quelle utilizzate nella metallurgia delle polveri, nei processi di produzione additiva e nella produzione di materiali per batterie.

Nel caso delle polveri St3, l’aumento di pressione è talmente rapido che i sistemi di protezione puramente reattivi spesso raggiungono i propri limiti. Le polveri metalliche rappresentano inoltre una sfida particolare, poiché a contatto con l’acqua o con determinati agenti estinguenti possono innescare reazioni aggiuntive. Le misure preventive – in particolare l’inertizzazione e un processo chiuso, progettato per resistere ai colpi di pressione – hanno in questo caso di norma la precedenza rispetto allo scarico a valle.

Fattori che influenzano la classificazione

La classe St effettiva di una polvere dipende da diversi parametri:

• Dimensione e forma delle particelle: più sono fini e maggiore è la superficie specifica, maggiore è la reattività
• Contenuto di umidità o umidità residua
• composizione chimica
• Contenuto di ossigeno e composizione dell'atmosfera
• Comportamento di agglomerazione e distribuzione nella miscela polvere-aria

Anche piccole variazioni di questi fattori, come una macinatura più fine, una diversa provenienza delle materie prime o un’umidità inferiore, possono modificare la classe St.

Significato pratico per i miscelatori e i processi di lavorazione delle polveri

Quando si utilizzano miscelatori per la lavorazione di prodotti in polvere, all’interno della camera di lavorazione si formano praticamente sempre miscele di polvere e aria, in particolare durante le fasi di riempimento, miscelazione e svuotamento. La classificazione del prodotto è quindi fondamentale per il piano di protezione contro le esplosioni e la progettazione dell’impianto.

Progettazione e costruzione del miscelatore

Prodotti St1: progettazione standard con resistenza definita agli urti di pressione, pari a circa 10 bar. È possibile garantire la protezione contro le esplosioni a livello strutturale tramite lo scarico della pressione mediante dischi di rottura o dispositivi di scarico senza fiamma. La progettazione della resistenza dell'involucro è solitamente facilmente gestibile dal punto di vista economico.

Prodotti St2: requisiti più elevati in termini di resistenza meccanica, spesso con struttura resistente agli urti da pressione da esplosione. Sono necessarie superfici di scarico di dimensioni maggiori per dissipare in modo sicuro l’aumento di pressione, che è notevolmente più rapido. Spesso lo scarico della pressione viene combinato con la soppressione delle esplosioni, ad esempio tramite serbatoi di agente estinguente HRD, e con il disaccoppiamento dalle esplosioni tramite barriere valvolari, chiuse a ruota cellulare o barriere di agente estinguente verso le parti dell’impianto a monte e a valle.

Prodotti St3: apparecchi generalmente chiusi, progettati per resistere agli urti di pressione, in combinazione con sistemi di inertizzazione e monitoraggio dell’ossigeno. La semplice scarica di pressione spesso non è sufficiente a causa del tempo di aumento della pressione molto breve, oppure è realizzabile solo con superfici di scarico sproporzionatamente grandi. La prevenzione delle fonti di accensione è soggetta a requisiti più rigorosi, i dispositivi di disaccoppiamento sono praticamente sempre necessari e la scelta degli agenti estinguenti deve essere adeguata alla reattività della polvere metallica.

Poiché i miscelatori presentano in genere volumi interni elevati, l’intensità e il carico totale di un’esplosione variano in funzione del volume. Una corretta classificazione è quindi essenziale per un dimensionamento sicuro ed economico.

Prevenzione delle fonti di accensione e conformità ATEX

• Messa a terra continua di tutte le parti dell'impianto per ridurre al minimo le scariche elettrostatiche
• Utilizzo di azionamenti, sensori e apparecchiature elettriche a prova di esplosione in base alla classificazione delle zone
• Monitoraggio della temperatura e delle condizioni di cuscinetti, passaggi d'albero ed elementi di tenuta
• misure costruttive adeguate per evitare la formazione di scintille meccaniche

Scelta e dimensionamento delle misure di protezione

A seconda del valore Kst, della pressione massima di esplosione pmax, dell'energia minima di accensione (MZE) e della temperatura minima di accensione (MZT), vengono selezionate e dimensionate misure di protezione specifiche, ad esempio:

• Scarico della pressione di esplosione tramite dischi di rottura, tubi Q o scarico senza fiamma
• Prevenzione delle esplosioni tramite sistemi di spegnimento rapido
• Decoupling dalle esplosioni tramite barriere meccaniche o chimiche tra il miscelatore e gli apparecchi adiacenti

• Inertizzazione con monitoraggio dell'ossigeno

   

Requisiti relativi alla documentazione e ai parametri caratteristici

Affinché un miscelatore o un impianto per polveri possa essere progettato correttamente, i costruttori di impianti necessitano dei parametri tecnici di sicurezza del prodotto, tipicamente:

• Kst – costante specifica della polvere
• pmax – sovrapressione massima di esplosione
• MZE – Energia minima di accensione
• MZT – Temperatura minima di accensione

Questi parametri devono essere riportati e aggiornati nel documento sulla protezione contro le esplosioni ai sensi della direttiva 1999/92/CE. Qualora siano presenti gas, vapori o solventi infiammabili, occorre determinare anche i parametri della miscela ibrida.

Indicazioni pratiche

• Analisi di laboratorio: le polveri dovrebbero essere analizzate in un laboratorio di prova certificato per quanto riguarda i parametri Kst, pmax, MZE e MZT. Solo in questo modo è possibile ottenere una classificazione affidabile nelle classi da St0 a St3 e un dimensionamento preciso ed economico del miscelatore.
• Aggiornamento periodico: modifiche alla formulazione, nuovi fornitori di materie prime, condizioni di essiccazione diverse o gradi di macinazione più fini possono influire sui parametri di esplosività. Una verifica periodica garantisce che il piano di protezione contro le esplosioni continui ad essere adeguato al prodotto effettivo.

• Adeguamento e modifica: in caso di variazioni dei parametri caratteristici, ad esempio nel passaggio da St1 a St2, può rendersi necessario un adeguamento dei dispositivi di scarico e dei sistemi di soppressione oppure una modifica della suddivisione in zone. Una valutazione tempestiva consente di evitare investimenti errati e interruzioni della produzione.

   

Avviso relativo a possibili confusioni

In altri contesti tecnici o giuridici, le sigle St1 e St2 possono indicare classificazioni completamente diverse, ad esempio categorie di mansioni nei contratti collettivi o livelli di preparazione delle superfici. Nell’ingegneria dei processi, nella tecnologia di miscelazione e nel funzionamento dei miscelatori, con queste sigle si intende praticamente sempre la classe di esplosività delle polveri qui descritta.