Выбор не осуществляется только по классу пыли St1 или St2. Решающее значение имеет полная концепция взрывозащиты, основанная на проверенных данных безопасности вещества, условиях процесса, геометрии аппарата, сети трубопроводов, месте установки, а также предусмотренных мерах, таких как инертизация, сброс давления, подавление и развязка. St1 и St2 описывают лишь скорость нарастания давления для данной пыли, но не определяют автоматически требуемую степень прочности к давлению для смесителя.

Поэтому правильный вопрос звучит не как «St1 или St2 — какая толщина стенки?», а так: какое максимальное давление может возникнуть в конкретном смесителе с учётом всех правдоподобных рабочих режимов и нарушений, и какая защитная система доказуемо ограничивает это давление до какого значения?

Данные безопасности вещества и данные процесса

Основой расчёта являются репрезентативные показатели безопасности фактического продукта. К ним относятся KSt, максимальное давление взрыва pmax, минимальная энергия зажигания, минимальные температуры воспламенения пылевого облака и слоя пыли, распределение размера частиц, влажность, предельная концентрация кислорода и электропроводность. При добавлении жидкости или растворителей дополнительно необходимо исследовать возможные гибридные смеси пара и пыли.

Классы взрывоопасности пыли определяются через значение KSt: St1 соответствует 0<KSt≤200 бар·м/с, St2 — 200<KSt≤300 бар·м/с. Более высокое значение KSt означает более быстрое развитие давления и может требовать более коротких времён реакции для систем сброса давления, подавления и развязки. Однако оно не даёт полного представления о pmax, необходимой прочности ёмкости или пригодности защитной меры.

Литературные или справочные значения пригодны только для первичного предварительного планирования. Для расчёта, связанного с безопасностью, следует использовать испытательные значения конкретного продукта или доказуемо репрезентативной группы продуктов. Изменения рецептуры, изменённая влажность, более мелкий размер зерна, органические побочные компоненты или добавление жидкости могут изменять поведение при взрыве.

Дополнительно необходимо учитывать рабочее давление, температуру, степень наполнения, атмосферу процесса, встроенные элементы, частоту вращения, возможные отложения пыли, загрузку, выгрузку и состояние подключённых трубопроводов. Особенно релевантны превышения давления, высокая температура, создающие турбулентность встроенные элементы, длинные соединительные трубопроводы и возможные скопления давления. Они могут существенно изменять интенсивность взрыва и характер развития давления.

Правильный выбор конструктивного исполнения

При взрывопрочной конструкции смеситель проектируется так, чтобы выдерживать заложенную внутреннюю нагрузку от взрыва без опасного разрушения. При этом в выбранной концепции расчёта необходимо прямо определить, допустимы ли остаточные деформации. Расчёт на максимальное давление взрыва pmax особенно актуален, если эффективный сброс давления или подавление невозможны, если смеситель установлен в очень плотной интеграции, если выход продукта недопустим или если защита должна опираться на пассивную прочность ёмкости.

Взрывоударопрочная конструкция может допускать остаточные деформации, но не должна разрушаться или создавать опасную течь. Она может рассчитываться как на максимальное давление взрыва, так и на сниженное давление взрыва. Поэтому утверждение «взрывоударопрочность всегда означает расчёт по pred» является слишком неточным. Требуемое расчётное давление должно быть чётко указано в концепции безопасности и подтверждено расчётом.

Расчёт на сниженное давление взрыва pred возможен, если предусмотрен эффективный сброс давления или подавление взрыва. В этом случае смеситель, его фланцы, крышки, смотровые окна, измерительные патрубки, уплотнения вала, выпускные органы и соединения должны быть рассчитаны на фактически ожидаемое максимальное сниженное давление взрыва. Расчёт не должен фокусироваться только на корпусе ёмкости.

EN 14491 регулирует выбор и расчёт систем сброса давления для пылевых взрывов. Она учитывает, среди прочего, объём ёмкости, данные пыли, давление открытия, площадь сброса, разгрузочные каналы, силы отдачи и воздействия за пределами ёмкости. Длинные разгрузочные каналы, турбулентность, скопление давления и струи пламени могут повышать сниженное давление взрыва. Норма также указывает, что в большинстве случаев в соединительных трубопроводах требуются меры развязки.

Практический порядок действий

Сначала фиксируются актуальные данные безопасности вещества и все рабочие состояния. Затем определяется, можно ли надёжно предотвратить возникновение взрывоопасной атмосферы за счёт инертизации. Если да, снабжение инертным газом, измерение кислорода, блокировки, утечки и сценарии отказа должны быть рассчитаны так, чтобы допустимое значение кислорода надёжно соблюдалось. Инертизация может влиять на требуемую прочность к давлению, но автоматически не заменяет концепцию резервного уровня защиты на случай нарушений, пуска, открытия, очистки или потери снабжения инертным газом.

Далее принимается решение, рассчитывается ли смеситель на pmax, защищается ли он сбросом давления до pred или ограничивается системой подавления до подтверждённого давления. При установке внутри помещения особенно важно проверить, возможен ли сброс давления наружу. Если нет, более подходящими могут быть беспламенный сброс, подавление или взрывопрочная конструкция. Решение зависит также от того, допустим ли в случае события выход продукта, пламени или токсичных веществ.

Выбор должен учитывать весь комплекс установки. Соединительные трубопроводы к фильтрам, силосам, транспортёрам, вакуумным системам и фасовочным установкам могут передавать взрыв или вызывать скопление давления. Поэтому часто требуется взрывотехническая развязка, например с помощью подходящих обратных клапанов, быстродействующих задвижек, барьеров из огнетушащего вещества или квалифицированных шлюзовых питателей.

Запасы безопасности нельзя устанавливать в общем порядке как 10 или 20 процентов. Они вытекают из выбранного стандарта, метода расчёта, неопределённостей данных вещества, конструктивных правил, колебаний давления, характеристик материала и соответствующего компетентного испытательного органа. Типичный диапазон расчёта pred от 0,2 до 2 бар также не является общим требованием; такие значения допустимы только в рамках области применения используемого метода.

Особенности для St2

Пыли St2 обладают более высокой скоростью нарастания давления, чем пыли St1. Из-за этого сокращается доступное временное окно для активных систем, таких как подавление или быстродействующие задвижки. Сброс давления и развязку также необходимо рассчитывать особенно тщательно. Могут потребоваться большие площади сброса, но их одних автоматически недостаточно: необходимо также оценивать геометрию ёмкости, встроенные элементы, трубопроводы, силы отдачи и возможное распространение пламени.

Повышенная рабочая температура или повышенное исходное давление могут изменять параметры взрыва. Гибридные смеси горючей пыли и пара также могут приводить к более высокому давлению взрыва или изменённой чувствительности к зажиганию. Поэтому для продуктов St2 особенно важно не исходить из кажущихся консервативными стандартных значений, а рассчитывать фактические условия совместно со специалистами по конструктивной взрывозащите.

Документация и проверка

Расчёт на давление, использованные данные безопасности вещества, концепция защиты, расчёты, развязка и требования к присоединённым элементам должны быть наглядно зафиксированы в документе о взрывозащите и в технической документации. Изменения рецептуры, размера зерна, влажности, рабочего давления, температуры, производительности, сети трубопроводов, разгрузочных устройств или подключённых аппаратов могут потребовать повторной оценки.

Проверка перед первым вводом в эксплуатацию должна подтвердить, что смеситель, защитные системы и подключённые установки возведены в соответствии с концепцией взрывозащиты и эффективно функционируют. Это относится также к проверке после подлежащих проверке изменений.