在St1/St2粉尘环境中，如何为混合机选择合适的耐爆炸压力等级？

Question

Accepted Answer

amixon®如何支持针对St1和St2粉尘的设计

基础：物料数据与防护理念

混合机所需的耐爆压等级并非仅由粉尘划分为St1或St2来确定。粉尘等级所描述的是KSt值，即最大压力上升速度，而并不能自动决定混合机所需的耐压强度。St1对应KSt值超过0至200巴·米/秒的范围，St2对应超过200至300巴·米/秒的范围。对于设备设计而言，pmax、最小点火能量、最小点燃温度、湿度、粒度、运行压力、运行温度以及可能的蒸汽-粉尘混合性气体同样具有重要意义。

amixon®可为产品空间被划为20区的应用提供混合机、造粒机、真空混合干燥机及混合反应器。但具体的区域划分及整套防爆理念须由运营方依据风险评估确定，其范围除混合机外，还包括加料、过滤器、料仓、输送段、卸料、灌装以及所有连接管路。

ATEX产品指令2014/34/EU规定了适用于爆炸危险区域的设备及防护系统的合规性要求。ATEX操作指令1999/92/EG则要求运营方开展风险评估、划定区域并编制防爆文档。对于位于20区的混合机内部空间，原则上需要非常高的防护等级，通常对应1D类别。但1D类别本身并非对容器耐压等级的定义，耐压强度和结构性防爆须另行明确规定，并针对具体项目确定。

压力设计方案的选择

耐爆压或耐爆冲击压设计须以与设备及防护策略相关的爆炸压力为依据。混合机可按最大爆炸压力pmax进行设计，或者——若设有有效的泄压或抑爆装置——按经验证限制后的降低爆炸压力pred进行设计。

在按pmax进行设计时，容器须能承受内部爆炸而不发生危险性失效。当无法实现安全的泄压、设备安装于建筑物内、不允许产品或火焰泄出，或安全策略依赖于坚固的容器结构时，该方案可能是合适的选择。在耐爆冲击压设计中，可允许出现永久变形，但容器不得破裂或产生危险泄漏。允许出现何种变形，以及事件发生后容器是否可继续使用，须在规格书和安全理念中明确规定。

在按pred进行设计时，泄压或抑爆装置作为整套系统的一部分，须经证实确实有效。不仅混合机容器本体，顶盖、法兰、轴封、观察窗、测量接口、进出料口、过滤器接口及连接管路，均须按所确定的压力负荷进行设计。EN 14491标准描述了粉尘爆炸泄压系统的选型与设计方法。

amixon®尤其可将VMT和AMT系列设计为气密、真空密封及耐压结构，这些特性使工艺能够在真空、正压以及必要时惰性气体条件下进行，但并不自动等同于耐爆压或耐爆冲击压设计。若确实需要此类设计，须在用户需求说明书（URS）中明确规定允许的爆炸压力，并依据物料数据及所选防护理念进行计算。

点火源、密封性与惰化

amixon®立式混合机可采用较低的圆周速度运行。对于VM和HM系列，amixon®给出的可调范围约为0.8至3.5米/秒。较低的工具速度可限制摩擦、撞击及磨损产生的能量，但这并不能作为不存在有效点火源的普遍证明。在点火危险评估中，还须考虑轴承、密封件、轴、可能的工具与壁面接触、异物、堵塞、表面温度、静电荷积聚及电气部件。

少缝隙且经打磨处理的产品接触区域及合适的密封件，可限制粉尘逸出。据amixon®介绍，配备OmgaSeal®密封件的Clever-Cut®检修门专为产品空间的低死角密封而设计。但实际可达到的密封性同样取决于压差、密封材料、磨损、安装及维护。仅靠防尘性能，既不能替代除尘和清洁，也不能替代针对二次爆炸的防护理念。

对于气密及真空密封的设备，可将惰化作为一项预防性防护措施加以设置，例如对工艺腔体抽真空后充入合适的惰性气体，通过反复的真空-压力交替可进一步降低氧含量。安全的惰化需要具备密封性的设备、惰性气体供应、氧含量测量、报警及断电限值以及安全联锁装置。允许的氧含量数值须针对具体的粉尘-惰性气体体系，留出安全裕度低于所确定的极限氧浓度。

惰化可大幅降低发生爆炸的概率，但并不能自动替代针对所有运行状态的设计。尤其对于启动、停机、开启、清洁、故障或惰性气体供应中断等情形，须具备经过评估的防护策略。此外，惰化并不必然能够防止自燃、分解或放热反应。

整套设备系统中的St1与St2

St2粉尘的压力上升速度高于St1粉尘，这可能缩短抑爆及解耦系统的可用时间窗口。因此，泄压、抑爆及解耦措施须格外仔细地与容器容积、几何形状、内部构件、连接管路及粉尘数据相协调。较高的KSt值并不意味着St2混合机必须始终按更高的容器压力进行设计，但它会显著影响对所选防护系统的要求。

当压力、火焰或燃烧颗粒可能经由管路蔓延至所连接的过滤器、料仓、输送设备或其他设备时，须采取防爆技术解耦措施。可采用的方案包括经检验的止回阀、快速切断阀、灭火剂隔离装置、防爆阀，或经认证的星形给料阀。具体采用何种技术，取决于整个工艺流程、管路几何形状、处理量、流动方向及物料数据。

试验与文档记录

amixon®提供在技术中心以原始产品开展的试验，可考察混合表现、产品升温、磨损、结块、卸料、真空及惰化流程，以及工艺操作的适用性。但此类试验不能替代安全技术层面的粉尘检测，也不能替代对结构性防爆系统的计算或检验。

压力设计、所采用的物料数据、所有承压部件的强度、防护系统、解耦方案及运行限值，均须在防爆文档及技术资料中清晰、可追溯地记录。配方、湿度、粒度、温度、压力、处理量或管路系统发生变更时，可能须重新进行评估。

Answer

选型工作并非仅依据粉尘等级St1或St2来确定，起决定性作用的是由经过验证的物料数据、工艺条件、设备几何结构、管路系统、安装地点，以及惰化、泄压、抑爆和解耦等预定措施共同构成的完整防爆理念。St1和St2仅描述粉尘的压力上升速度，并不能自动决定混合机所需的耐压等级。

因此，正确的问题不应是"St1还是St2——需要多厚的壁厚？"，而应是：在具体的混合机中，包括所有可能出现的运行和故障情况在内，可能形成的最大压力是多少？采用何种防护系统能够可证明地将该压力限制在何种数值？

物料数据与工艺数据

设计的基础是实际产品具有代表性的安全技术特性数据，包括KSt值、最大爆炸压力pmax、最小点火能量、粉尘云与粉尘层的最小点燃温度、粒度分布、湿度、极限氧浓度以及电导率。若涉及液体加入或溶剂，还须额外考察可能存在的蒸汽-粉尘混合性气体。

粉尘爆炸等级通过KSt值加以定义：St1对应0

文献或数据库数值仅适用于初步的预先规划。对于涉及安全的设计，应采用具体产品或经证实具有代表性的产品类别的实测数据。配方变更、湿度变化、粒度变细、有机杂质成分或液体加入，都可能改变爆炸特性。

此外，还须考虑运行压力、温度、填充率、工艺气氛、内部构件、转速、可能的粉尘沉积、投料、卸料以及所连管路的状态。压力升高、高温、产生湍流的内部构件、较长的连接管路以及潜在的压力积聚，尤其值得关注，因为它们可能显著改变爆炸剧烈程度和压力变化过程。

正确选择结构形式

在耐爆压结构中，混合机的设计须能承受所设定的内部爆炸负荷而不发生危险性失效，是否允许出现永久变形须在所选设计理念中明确规定。当无法实现有效的泄压或抑爆、混合机安装十分紧凑集成、不允许产品释放，或防护须依赖容器本身的被动强度时，按最大爆炸压力pmax进行设计尤为重要。

耐爆冲击压结构可允许出现永久变形，但不得破裂或产生危险泄漏，其设计既可依据最大爆炸压力，也可依据降低后的爆炸压力。因此，"耐冲击压即意味着始终按pred设计"这一说法并不严谨，所需的设计压力须在安全理念中明确说明，并经过计算验证。

只有在设有有效泄压或抑爆装置的情况下，才可依据降低后的爆炸压力pred进行设计。此时，混合机及其法兰、顶盖、观察窗、测量接口、轴封、卸料装置和各连接部位，均须按实际预期出现的最大降低爆炸压力进行设计，而不能仅关注容器本体。

EN 14491标准涉及粉尘爆炸泄压系统的选型与设计，其中考虑容器容积、粉尘数据、开启压力、泄压面积、泄压通道、反冲力以及容器外部影响等因素。较长的泄压通道、湍流、压力积聚及火焰喷射均可能提高降低后的爆炸压力。该标准还指出，在大多数情况下，连接管路中须采取解耦措施。

实际操作步骤

首先须采集最新的物料数据及所有运行状态信息，随后确定能否通过惰化可靠地防止形成爆炸性环境。若可行，则须将惰性气体供应、氧含量测量、联锁装置、泄漏及故障情景纳入设计，以确保可靠维持允许的氧含量。惰化可能影响所需的耐压等级，但并不能自动替代针对故障、启动、开启、清洁或惰性气体供应中断等情形的后备方案。

随后须决定混合机是按pmax进行设计、通过泄压防护至pred，还是通过抑爆系统限制在经验证的压力值以内。对于室内安装的设备，须特别检查是否能够向室外泄压；若不可行，则无焰泄放、抑爆或耐爆结构可能更为合适。该决定还取决于一旦发生事件，是否允许产品、火焰或有毒物质释放。

选型须涵盖整套设备系统。通往过滤器、料仓、输送设备、真空系统及灌装装置的连接管路，可能传播爆炸或造成压力积聚，因此通常须采取防爆技术解耦措施，例如采用合适的止回阀、快速切断阀、灭火剂隔离装置或经认证的星形给料阀。

安全裕量不得笼统地设定为10%或20%，而应依据所采用的标准、计算方法、物料数据的不确定性、结构规则、压力波动、材料特性值以及相应的检验机构确定。同样，用于pred的"典型设计范围0.2至2巴"也并非普遍适用的规定，此类数值仅在所采用方法各自的有效适用范围内才允许使用。

St2的特殊性

St2粉尘的压力上升速度高于St1粉尘，这缩短了抑爆或快速切断阀等主动式系统的可用响应时间窗口，泄压和解耦也须格外细致地设计。可能需要更大的泄压面积，但这并不能自动保证充分性：容器几何形状、内部构件、管路、反冲力以及可能的火焰蔓延同样须一并评估。

运行温度或初始压力升高可能改变爆炸参数。由可燃粉尘与蒸汽构成的混合性气体同样可能导致更高的爆炸压力或改变的点燃敏感性。因此，对于St2产品而言，尤其重要的是不要以看似保守的标准数值为依据，而应与结构性防爆专业人员一起针对实际条件进行设计。

文档记录与检验

压力设计、所采用的物料数据、防护理念、计算结果、解耦方案以及对附属部件的要求，均须在防爆文档及技术资料中清晰、可追溯地记录。配方、粒度、湿度、运行压力、温度、处理量、管路系统、泄压装置或所连设备发生变更时，可能须重新进行评估。

首次投用前的检验须确认混合机、防护系统及所连设备是否按照防爆理念建造，并能有效发挥功能，这同样适用于须检验的变更之后。