St1、St2 和 St3——粉尘爆炸等级

定义

St1、St2 和 St3 代表粉尘爆炸等级，用于根据粉尘爆炸的剧烈程度对可燃粉尘进行分类。其依据是 Kst 值，即在标准测试条件下，密闭容器内粉尘-空气混合物在单位时间内的最大压力上升速率，单位为 bar·m/s。

根据Kst值，粉尘按以下方式进行分类：

Kst值为0的粉尘被视为不具有粉尘爆炸性，并被归类为St 0类。虽然Kst值是测得的参数，但St类将这些值汇总为设计范围，设备的设计和防护方案即以此为依据。

Kst值的特征

• 材料特异性常数：Kst值是一个与材料相关的参数。它允许通过立方定律，将标准化试验装置得出的结果外推至更大的装置和设备。

• 压力上升速度：随着St等级从St1到St2再到St3的提升，压力上升速度也会随之增加。这将导致保护系统可用的反应时间缩短。

   

典型示例

St1——爆炸强度为弱至中等

St1涵盖了绝大多数与工业相关的粉尘。典型例子包括面粉、糖、奶粉、谷物粉尘、木屑、多种塑料粉末和颗粒、多种药物活性成分以及煤尘。

St2 – 强烈爆炸强度

由于压力上升速度明显更快，St2类粉尘具有显著更高的危险性。典型例子包括某些有机颜料、极细的塑料粉尘、部分化学前体和着色剂，以及反应性纤维素和特种粉末。

St3——爆炸强度极高

St3类涵盖特别危险、高反应性的粉尘。典型例子包括铝粉、镁粉和钛粉，以及其他精细金属粉末，如粉末冶金、增材制造和电池材料生产中常见的粉末。

对于St3类粉尘，压力上升速度极快，以至于纯反应型保护系统往往难以应对。此外，金属粉尘还具有特殊性，因为它们与水或某些灭火剂接触时可能会引发额外反应。在此情况下，预防性措施——尤其是惰性化处理以及采用封闭式、抗压力冲击设计的工艺——通常优先于下游泄压措施。

影响分级因素

粉尘的实际St级取决于多个参数：

• 颗粒大小和颗粒形状——颗粒越细、比表面积越大，反应活性就越强
• 含水率或残余水分
• 化学成分
• 大气中的氧气含量和成分
• 在粉尘-空气混合物中的团聚行为与分布

这些因素即使只有微小的变化——例如研磨更细、原料来源不同或含水量降低——都可能改变St级别的标准。

对混合机和粉体工艺的实际意义

在使用混合机加工粉状产品时，设备内部几乎总是会形成粉尘-空气混合物，特别是在填充、混合和排料过程中。因此，产品的分类对于防爆方案和设备设计至关重要。

混合器的设计与结构

St1产品：标准设计具有规定的抗水锤能力，约为10 bar。可通过破裂盘或无焰泄压装置实现结构性防爆。外壳强度的设计通常在经济上易于控制。

St2产品：对机械强度要求更高，通常采用防爆冲击结构。需要更大尺寸的泄压面，以安全地释放明显加快的压力上升。通常将压力泄放与爆炸抑制（例如 HRD 灭火剂储罐）相结合，并通过阀门隔断、转盘闸阀或灭火剂隔断，实现与上游和下游设备部件之间的爆炸隔离。

St3类产品：通常为封闭式、经抗冲击设计处理的设备，并配备惰性化处理和氧气监测系统。由于压力上升时间极短，单纯的泄压措施往往不足以应对，或者只能通过设置过大面积的泄压面来实现。对点火源的防范要求更加严格，几乎总是需要安装隔离装置，且灭火剂的选择必须根据金属粉尘的反应性来确定。

由于搅拌机通常具有较大的内部容积，因此爆炸的烈度和总载荷随容积的增大而增大。因此，正确的分类对于安全且经济的尺寸设计至关重要。

避免点火源及符合ATEX标准• 

• 对所有设备部件进行贯通接地，以最大限度地减少静电放电
• 根据区域划分，使用防爆型驱动装置、传感器和电气设备
• 轴承、轴穿墙件和密封元件的温度及状态监测
• 采取适当的结构设计措施，以防止产生机械火花

防护措施的选择与尺寸确定

根据Kst值、最大爆炸压力pmax、最小点火能量（MZE）和最小点火温度（MZT），选择并确定具体的防护措施，例如：

• 采用爆破片、Q型管或无焰泄压装置的爆炸压力泄放
• 通过快速灭火系统抑制爆炸
• 通过在混合器与相邻设备之间设置机械或化学隔离装置来实现防爆隔离

• 带氧气监测的惰性化处理

   

对文件和参数的要求

为了正确设计混合机或粉体处理设备，设备制造商需要了解产品的安全技术参数，通常包括：

• Kst——粉尘特异性常数
• pmax – 最大爆炸超压
• MZE——最小点火能量
• MZT——最低点火温度

这些参数应根据1999/92/EG指令记录在防爆文件中并予以更新。若存在可燃气体、蒸汽或溶剂，还需测定混合物的参数。

实践指南

• 实验室测试：应将粉尘送至经认证的测试实验室，对其Kst、pmax、MZE和MZT进行检测。只有这样，才能对粉尘进行可靠的St0至St3分级，并精确、经济地设计混合机。
• 定期更新：配方变更、新原料供应商、干燥条件的变化或更精细的研磨度都可能影响爆炸参数。定期核查可确保防爆方案仍与实际产品相匹配。

• 改造与调整：当参数发生变化时（例如从St1过渡到St2），可能需要对减压装置和抑制系统进行改造，或调整分区划分。及早进行评估可避免投资失误和生产中断。

   

关于可能混淆的说明

在其他技术或法律语境中，“St1”和“St2”可能代表完全不同的分类，例如集体合同中的工作类别或表面处理等级。但在工艺工程、混合技术以及混合机运行领域，这两个术语实际上几乎总是指本文所述的粉尘爆炸等级。