Значение Kst

Определение

Значение Kst — также называемое константой взрыва пыли, K-пыль, индексом дефлаграции или удельным показателем взрыва — представляет собой технический показатель безопасности, характеризующий взрывоопасность горючих пылей в закрытых системах. Она описывает максимальную скорость роста давления во времени при взрыве пыли, приведенную к испытательному объему 1 м³. Единица измерения: bar·m/s.

Значение Kst рассчитывается по так называемому кубическому закону:

Kst = (dp/dt)max × V^(1/3)

При этом (dp/dt)max — максимальная скорость роста давления в бар/с, а V — объем испытательного сосуда в м³. Таким образом, величина Kst является независимой от объема характеристикой, специфичной для данного вида пыли и метода испытаний, которая вместе с максимальным избыточным давлением взрыва pmax описывает реакционное поведение пыли.

Определение значения Kst

Значение Kst определяется в стандартизированных условиях, как правило, в соответствии со стандартами ISO 6184-1, VDI 3673 и VDI 2263.

Обычно в качестве испытательных емкостей используются 20-литровый шаровой резервуар и резервуар объемом 1 м³. В упрощенном виде процедура включает в себя следующее:

• Диспергирование заданной смеси пыли и воздуха в резервуаре
• Воспламенение с помощью химического детонатора или искры с заданной энергией, как правило, 10 кДж
• Измерение зависимости давления от времени и определение значения (dp/dt)max

• Расчет значения Kst по кубическому закону; максимальное значение, полученное в ходе измерения, считается значением Kst, характерным для данного вещества

   

Классификация по классам пылевых взрывов

На основании значения Kst горючие пыли подразделяются на классы пылевых взрывов (классы St):

Более высокое значение Kst означает более быстрое нарастание давления и, следовательно, более мощный и опасный взрыв. В то время как значение Kst является измеримым показателем, классы St объединяют эти значения в диапазоны расчета; технические последствия для конструкции и мер защиты описаны в разделе, посвящённом классам пылевых взрывов от St1 до St3.

Основные характеристики и факторы влияния

Stoffspezifische Kenngröße

Каждая горючая пыль имеет индивидуальное значение Kst. Оно зависит от:

• химический состав
• Размер частиц — более мелкая пыль, как правило, имеет более высокое значение Kst
• Содержание влаги
• Концентрация пыли
• Турбулентность в системе
• Энергия зажигания

Независимость от объема

Благодаря соотношению (dp/dt)max × V^(1/3) = константа значение Kst можно применять к емкостям любого объема, что делает его пригодным для проектирования реальных установок.

Связь с pmax

В то время как pmax характеризует максимальное давление взрыва, величина Kst указывает, как быстро это давление нарастает. Обе величины вместе составляют основу для расчета и проектирования конструктивных мер защиты от взрыва, таких как сброс давления и устойчивость к гидравлическому удару.

Практическое значение в смешанной технике

При переработке порошкообразных и сыпучих материалов в процессе смешивания возникают облака пыли, концентрация которой может достигать взрывоопасных значений. Поэтому показатель Kst является ключевым параметром для проектирования с учетом требований безопасности и эксплуатации таких установок в соответствии с директивой ATEX.

Расчет смесительной емкости

Значение Kst обрабатываемых продуктов определяет, должен ли смеситель быть рассчитан на постоянное давление, на гидравлические удары или оснащен устройствами сброса давления, такими как разрывные диски. Чем выше значение Kst, тем быстрее растет давление в случае взрыва и тем выше требования к прочности или площадям сброса давления резервуара.

Определение масштабов защитных мер

• Сброс давления: размер площади сброса и давление срабатывания рассчитываются в основном на основе значений Kst и pmax.
• Подавление взрыва: количество тушающего вещества, расположение форсунок и время реагирования зависят от ожидаемой скорости роста давления.• 
• Взрывозащитное развязывание: Значение Kst учитывается при выборе и расчете соответствующих устройств развязки для подающих и отводящих трубопроводов.

Организация технологического процесса и инертизация

В силу особенностей конструкции смесители часто образуют облака пыли в верхней части резервуара. Для продуктов со значениями Kst в диапазонах St 2 или St 3 целесообразно принять дополнительные меры:

• Инертизация, например, эксплуатация в атмосфере азота, с целью снижения содержания кислорода ниже предела воспламеняемости
• Сброс давления и подавление взрыва
• Оптимизация процессов загрузки и разгрузки с целью минимизации образования пылевых облаков
• Контроль источников возгорания при наличии нагретых поверхностей, искр и электростатического заряда

Смена продукта и изменения в рецептуре

Если на предприятии перерабатываются различные продукты или рецептуры, смеситель всегда должен рассчитываться с учётом самого опасного продукта, имеющего наибольшее значение Kst и pmax. Изменения в ассортименте продукции или степени измельчения являются поводом для пересмотра существующей концепции взрывозащиты. Поскольку значение Kst в значительной степени зависит от размера частиц и влажности, даже переход от гранул к мельчайшему порошку того же вещества может существенно изменить класс взрывоопасности.

Примерные значения Kst для типичных продуктов

Приведенные ниже значения являются ориентировочными и могут варьироваться в зависимости от качества продукта, распределения частиц и влажности. Для разработки мер защиты необходимы значения исходного материала, определенные в ходе лабораторных анализов.

Практические рекомендации и советы экспертов

• Не следует использовать общие данные из литературы: приведенные в литературе сведения носят лишь ориентировочный характер. Для определения обязательных мер взрывозащиты всегда необходимо проводить испытания с учетом конкретных веществ и технологических процессов в сертифицированных лабораториях.
• Состояние материала имеет решающее значение: мелкая пыль может иметь значительно более высокое значение Kst, чем крупный гранулят того же вещества. Даже незначительные изменения влажности или состава могут заметно повлиять на взрывоопасные характеристики.
• Гибридные смеси следует проверять отдельно: если к ним добавляются горючие газы, пары или растворители, характерные показатели чистой пыли теряют свою значимость.
• Грамотное проведение оценки рисков: планирование, проектирование и оценка мер взрывозащиты, включая обеспечение соответствия требованиям ATEX, должны всегда осуществляться квалифицированным специализированным персоналом на основе всесторонней оценки рисков.