St1, St2 и St3 — классы пылевой взрывоопасности

Определение

Обозначения St1, St2 и St3 обозначают классы взрывоопасности пыли, с помощью которых горючие пыли классифицируются по интенсивности пылевого взрыва. Основой для классификации служит значение Kst, то есть максимальный временной рост давления пылевоздушной смеси в закрытом сосуде при стандартизированных условиях испытаний, выраженный в бар·м/с.

На основании значения Kst пыль классифицируется следующим образом:

Пыль со значением Kst, равным 0, считается не взрывоопасной и относится к классу St 0. В то время как значение Kst является измеренным показателем, классы St объединяют значения в проектные диапазоны, на которые ориентируются при проектировании конструкций и разработке концепции защиты.

Характеристики значения Kst

• Константа, зависящая от материала: Значение Kst является показателем, зависящим от материала. Оно позволяет экстраполировать результаты, полученные на стандартизированных испытательных установках, на более крупные установки и системы с помощью кубического закона.

• Скорость нарастания давления: по мере повышения класса St — от St1 через St2 до St3 — скорость нарастания давления увеличивается. В результате время, доступное для срабатывания систем защиты, сокращается.

   

Типичные примеры

St1 — слабая или средняя сила взрыва

К классу St1 относится подавляющее большинство пылей, имеющих промышленное значение. Типичными примерами являются мука, сахар, сухое молоко, зерновая пыль, древесная пыль, многие пластиковые порошки и гранулы, многие фармацевтические активные вещества, а также угольная пыль.

St2 — высокая интенсивность взрыва

Пыль типа St2 представляет значительно большую опасность из-за гораздо более быстрого роста давления. Типичными примерами являются определенные органические пигменты, очень мелкая пластиковая пыль, некоторые химические промежуточные продукты и красители, а также реактивная целлюлоза и специальные порошки.

St3 — очень высокая взрывоопасность

К классу St3 относятся особо опасные, высокореактивные пыли. Типичными примерами являются порошки алюминия, магния и титана, а также другие мелкие металлические порошки, которые используются в порошковой металлургии, аддитивном производстве и при изготовлении материалов для аккумуляторов.

В случае пылей класса St3 давление нарастает настолько быстро, что чисто реактивные системы защиты зачастую достигают пределов своих возможностей. Кроме того, металлические пыли предъявляют особые требования, поскольку в сочетании с водой или определенными огнетушащими веществами они могут вызывать дополнительные реакции. Превентивные меры — в частности, инертизация и закрытый технологический процесс, рассчитанный на противодействие гидравлическим ударам, — как правило, имеют здесь приоритет перед последующим сбросом давления.

Факторы, влияющие на классификацию

Фактический класс St пыли зависит от нескольких параметров:

• Размер и форма частиц — чем мельче частицы и чем больше их удельная поверхность, тем выше их реакционная способность
• Содержание влаги или остаточная влажность
• химический состав
• Содержание кислорода и состав атмосферы
• Свойства агломерации и распределение в смеси пыли и воздуха

Даже небольшие изменения этих факторов, например, более мелкое помол, другой источник сырья или более низкая влажность, могут повлиять на класс St.

Практическое значение для смесителей и технологических процессов с использованием порошков

При использовании смесителей для переработки порошкообразных продуктов во внутреннем пространстве практически всегда образуются смеси пыли и воздуха, особенно во время загрузки, смешивания и разгрузки. Поэтому классификация продукта имеет решающее значение для концепции взрывозащиты и проектирования установки.

Конструкция и принцип устройства смесителя

Продукты серии St1: стандартная конструкция с заданной стойкостью к гидравлическим ударам, примерно 10 бар. Возможна конструктивная взрывозащита за счет сброса давления с помощью разрывных дисков или безпламенных устройств сброса давления. Расчет прочности корпуса, как правило, не представляет экономических сложностей.

Продукты серии St2: повышенные требования к механической прочности, зачастую конструкция, устойчивая к взрывным ударам. Требуются разгрузочные площади больших размеров, чтобы безопасно отводить значительно более быстрое нарастание давления. Часто разгрузка давления сочетается с подавлением взрыва, например с помощью резервуаров с огнетушащим веществом типа HRD, а также с развязкой взрывных волн посредством клапанных барьеров, сепараторов с ячеистым колесом или барьеров с огнетушащим веществом, установленных перед и после соответствующих участков установки.

Продукты серии St3: как правило, это герметичные аппараты, рассчитанные на противоударную прочность, в сочетании с инертизацией и контролем содержания кислорода. Простое сброс давления зачастую оказывается недостаточным из-за очень короткого времени нарастания давления или может быть реализовано только с использованием непропорционально больших площадей сброса. Требования к предотвращению появления источников воспламенения ужесточаются, устройства развязки требуются практически всегда, а выбор огнетушащих веществ должен учитывать реакционную способность металлической пыли.

Поскольку смесители, как правило, имеют большой внутренний объём, интенсивность и общая нагрузка при взрыве зависят от объёма. Поэтому правильная классификация имеет решающее значение для безопасного и экономичного расчёта конструкции.

Предотвращение возникновения источников возгорания и соответствие требованиям ATEX

• непрерывное заземление всех частей установки для минимизации электростатических разрядов
• Использование взрывозащищенных приводов, датчиков и электрооборудования в соответствии с зонированием
• Контроль температуры и состояния подшипников, валовых проходов и уплотнительных элементов
• соответствующие конструктивные меры по предотвращению образования механических искр

Выбор и расчет параметров защитных мер

В зависимости от значения Kst, максимального давления взрыва pmax, минимальной энергии воспламенения (MZE) и минимальной температуры воспламенения (MZT) подбираются и рассчитываются конкретные меры защиты, например:

• Сброс давления при взрыве с помощью разрывных дисков, труб типа Q или безпламенного сброса
• Подавление взрывов с помощью систем быстрого тушения
• Взрывозащита посредством механических или химических барьеров между смесителем и примыкающими к нему установками

• Инертизация с контролем содержания кислорода

   

Требования к документации и характеристикам

Чтобы правильно рассчитать смеситель или установку для обработки порошков, проектировщикам необходимо знать технические характеристики продукта, касающиеся безопасности, как правило:• 

• Kst — константа, зависящая от типа пыли
• pmax — максимальное давление взрыва
• MZE — минимальная энергия воспламенения
• MZT — минимальная температура воспламенения

Эти характеристики должны быть занесены в документ по взрывозащите в соответствии с Директивой 1999/92/ЕС и обновляться. В случае присутствия горючих газов, паров или растворителей необходимо дополнительно определить характеристики гибридной смеси.

Практические рекомендации

• Лабораторные испытания: пыль следует исследовать в сертифицированной испытательной лаборатории на такие параметры, как Kst, pmax, MZE и MZT. Только в этом случае возможна достоверная классификация по категориям от St0 до St3 и точное, экономически обоснованное проектирование смесителя.
• Регулярное обновление: изменения в рецептуре, новые поставщики сырья, изменение условий сушки или более мелкая степень измельчения могут повлиять на взрывоопасные характеристики. Регулярная проверка гарантирует, что концепция взрывозащиты по-прежнему соответствует фактическому продукту.

• Модернизация и адаптация: в случае изменения характеристик, например при переходе от St1 к St2, может потребоваться модернизация устройств разгрузки и систем подавления или корректировка зонирования. Своевременная оценка позволяет избежать нецелесообразных инвестиций и перебоев в производстве.

   

Примечание о возможных путаницах

В других технических или правовых контекстах обозначения St1 и St2 могут обозначать совершенно иные классификации, например, группы видов деятельности в коллективных договорах или степени подготовки поверхности. В технологическом процессе, технологии смешивания и при эксплуатации смесителей под ними практически всегда подразумевается описанный здесь класс взрывоопасности пыли.