Konstanta Kst (výbuchová konstanta)

Konstanta KST (někdy též výbuchová konstanta, konstanta prachu, kubická konstanta apod.) je jedna ze základních požárně technických charakteristik výbušného prachu a to jedna z nejdůležitějších. Podle této konstanty jsou výbušné prachy rozděleny do tří tříd výbušnosti (St 1, St 2, St 3).

Poznámka: "ST" v označení konstanty i označení třídy výbušnosti prachu je zkratka německého "Staub" = "prach". Existuje i řidčeji užívaná konstanta KG, kde "G" je "Gas", tedy "plyn". Plyny a páry hořlavých kapalin se však do tříd výbušnosti podle konstanty KG nerozdělují a tato konstanta se používá pouze u výpočtů určitých typů ochranných systémů.

Výbušné prachy se od sebe liší tím, jak rychle v případě výbuchu u nich narůstá tlak. Rozdíl v nárůstu tlaku je jak mezi různými prachy (látkami), tak také u stejné látky s jinými vlastnostmi, zejména zrnitostí - např. hliníkový prach může mít diametrálně odlišné parametry, včetně (především) konstanty KST v závislosti na různé zrnitosti daného prášku.

Kst-diagram

Výbuch v uzavřené nádobě prochází několika fázemi, které jsou charakterizované změnami tlaku. Těsně po iniciaci (vznícení) prachu nastává fáze počátačního zahřívání a komprimace, kdy se tlak zvyšuje relativně pomalu. V určité době od iniciace dochází k prudkému nárůstu tlaku v uzavřeném objemu (od okamžiku iniciace po maximální nárůst tlaku má křivka přibližně tvar exponenciály). V této fázi dochází k nejvyššímu nárůstu tlaku za čas (Δp/Δt). V určitém bodě dosáhne změna tlaku za čas svého maxima (tj. křivka nárůstu tlaku je nejstrmější) a tento bod se označuje jako (Δp/Δt)max (neboli maximální rychlost nárůstu tlaku za čas).

V okamžiku, kdy v uzavřeném objemu dojde ke spálení většiny nebo veškerého dostupného paliva, nárůst tlaku se zastaví (dosáhne tak maxima označovaného jako maximální výbuchový tlak - pmax) a vlivem chladnutí směsi a spalin, popř. vlivem účinnosti ochranného systému nebo poškození těsnosti zařízení, dochází ke snižování tlaku.

Zatímco hodnota pmax je nezávislá na objemu, ve kterém k výbuchu došlo, tak změna tlaku za čas (Δp/Δt) je tím větší, čím je objem nádoby větší. Výbuchy větších zařízení tak mají horší následky. Aby bylo možné jednotlivé látky mezi sebou porovnávat z hlediska razance výbuchu (tedy jak rychle v případě výbuchu roste v uzavřeném objemu tlak), byla zavedena tzv. kubická konstanta:

KST = (Δp/Δt)max × V1/3, kde V = 1 m3 (odtud "kubická" konstanta).

Tím je u jednotlivých prachů eliminován vliv různého objemu a zároveň je umožněno vypočítat konstantu KST při testech prachů v autoklávech o různých objemech (zpravidla se požívají výbuchové komory mnohem menších objemů než 1 m3).

Podle hodnoty KST se prachy dělí do tří tříd výbušnosti:

Hodnota KST (bar × m × s-1) Třída výbušnosti
>0 až <200 St 1
200 až <300 St 2
300 a více St 3

Za povšimnutí stojí fakt, že třída výbušnosti St 3 nemá horní hranici (a existují i materiály, které mají KST i 750 bar × m × s-1). Proto neexistují např. ochranné systémy určené pro celou třídu výbušnosti St 3 (měly by totiž teoreticky nekonečnou účinnost, což odporuje fyzikálním zákonům). U ochranných systémů nebo zařízení určených pro prachy s parametrem KST více než 300 bar × m × s-1 tak musí být vždy uvedena horní hranice KST pro kterou je daný ochranný systém určen.

Shrnutí: Konstanta KST zjednodušeně řečeno popisuje razanci výbuchu a vypovídá o tom, jak nebezpečný je výbuch daného materiálu z hlediska následných škod. Jedná se o klíčový parametr pro návrh ochranného systému.