粉末靜電噴涂企業(yè)粉塵爆炸事故隱患及其改進措施

摘要：介紹了粉末靜電噴涂企業(yè)常用粉末涂料的爆炸特性參數，并結合日常工作實踐，匯總了常見的粉塵爆炸事故隱患，提出了改進措施。

前言

粉末靜電噴涂是在一定電場強度的電暈放電及空氣動力的作用下，使粉末涂料粒子負載電荷或極化而吸附于工件表面的涂裝方法。

其能耗低，原材料回收利用率高，不含揮發(fā)性有機化合物成分，可實現半自動化或自動化作業(yè)，被廣泛應用于家電、汽車等領域。

以往噴涂企業(yè)重點關注粉末涂料的回收與廢氣的達標排放，以降低成本及滿足環(huán)保要求。

近些年工貿行業(yè)中涉粉生產企業(yè)粉塵爆炸事故頻發(fā)，國家頒布了一系列針對粉塵爆炸的加工行業(yè)技術標準及規(guī)范性文件，對該類企業(yè)進行重點監(jiān)管。

粉末涂料顆粒的粒徑范圍在350μm以下，其中大部分小于75μm，在一定條件下有燃燒爆炸的可能性。

粉末靜電噴涂企業(yè)均應納入涉及粉塵爆炸企業(yè)的范圍，并按相關要求接受監(jiān)管和開展日常安全管理。

筆者根據日常粉塵防爆工作經驗，匯總了粉末靜電噴涂企業(yè)常見的隱患，依據相關標準和規(guī)范性文件的要求，提出了相應的改進措施，供企業(yè)參考。

1 粉末涂料的爆炸特性

粉末涂料主要是由樹脂、固化劑、顏料、填充料、助劑等混合而成的固體粉末。樹脂是主要的成膜物質，決定了其性能。

根據樹脂類型，粉末涂料可分為熱固性和熱塑性兩種。熱固性粉末涂料的性能好，產量大，使用范圍廣。市場上主要有聚酯型、環(huán)氧型、聚氨酯型、混合型等品種。

粉末涂料在同時滿足5個條件(即可燃粉塵，助燃物，具有一定能量的點火源，空間相對密閉，以及粉塵呈懸浮狀態(tài))時會發(fā)生粉塵爆炸。

它的爆炸參數分為兩類：一類是爆炸的敏感度，反映爆炸發(fā)生的難易程度，如粉塵云最小點火能量、粉塵層最/低著火溫度、粉塵云最/低著火溫度、粉塵云爆炸下限等；

另一類是爆炸的猛度，反映爆炸的猛烈程度，如最大爆炸壓力、最大爆炸壓力上升速率、爆炸指數等。

由于粉末涂料的成分各不相同，影響爆炸特性的因素非常多，因此眾多文獻得出的數據有較大差異。

表1列出了部分文獻提供的樹脂和粉末涂料的爆炸特性參數，其中文獻[7]為國家安全監(jiān)管總局頒布的規(guī)范性文件，所述爆炸特性參數是安全監(jiān)管部門開展監(jiān)管的依據。

2 噴粉區(qū)的確定

確定工藝中存在粉末涂料的設備和區(qū)域(即噴粉區(qū))是提出合理有效的粉塵爆炸防控措施的前提。

靜電噴涂設備由供粉裝置、噴涂控制系統(tǒng)、噴槍、噴粉室、氣源、粉末回收裝置、固化爐等組成，工藝流程如圖1所示。

從設備組成和工藝流程可以確定噴粉區(qū)一般應包括：

(1)噴粉室、供粉裝置、回收裝置；

(2)噴粉室開口處向外水平方向3m及垂直方向1m以內區(qū)域；

(3)在噴涂現場存放或堆積粉末涂料的場所；

(4)排風管內部、空氣循環(huán)過濾器及其維護結構內部以及其他有可能產生具有爆炸性懸浮狀粉塵或堆積狀粉塵的區(qū)域。

尤其是粉末涂料回收裝置，包括風機、凈化裝置及與其相連的粉末輸送管道，其功能是實現氣固混合流體的二相分離。

常見的回收裝置是由一級旋風分離器與二級濾芯(或布袋)分離器“串聯(lián)"而成的回收系統(tǒng)(如圖2所示)。

回收裝置構成了空氣和粉末混合流體(粉塵云)相對密閉的流動通道，應作為粉塵爆炸危險重點部位進行監(jiān)控。

3 粉末靜電噴涂企業(yè)常見的粉塵爆炸事故隱患

隨著粉塵防爆新標準和規(guī)范性文件的頒布實施，原有粉末靜電噴涂企業(yè)的部分生產設備已不符合新的粉塵防爆要求。

相關規(guī)范性文也明確把不符合項列為粉塵爆炸事故隱患，并確定了10條“重大生產安全事故隱患"。在走訪粉末靜電噴涂企業(yè)和提供粉塵防爆技術服務的過程中，發(fā)現了不少企業(yè)存在粉塵爆炸事故隱患。

3.1 粉末回收裝置采用正壓吹送粉末

粉末回收裝置設備布置通常有兩種方案(見圖3)：方案一是空氣與粉末的混合流體先通過風機，再進入二級回收分離器，收集粉末后排出凈化后的空氣；

方案二則是空氣與粉末的混合流體先通過二級回收分離器，收集粉末后，凈化空氣通過風機排出。

企業(yè)較多地采用如方案一所示的設備布置方式，安全性較差?？諝馀c粉末混合流體(粉塵云)通過風機高速旋轉部件進入回收分離器。

在未采取可靠的防范點燃源措施的情況下，高速旋轉部件發(fā)熱或經由噴粉房帶入的金屬雜質與風機高速旋轉部件碰撞而產生的火花會形成點燃源，進入分離器內部時極易發(fā)生粉塵爆炸。

另外，在正壓條件時發(fā)生粉末爆炸的破壞力也要大于負壓時發(fā)生的爆炸。

3.2 粉末回收裝置未采取預防和控制粉塵爆炸的措施，未選用降低爆炸危險的防爆裝置

粉塵爆炸危險場所的干式除塵系統(tǒng)應按照可燃性粉塵爆炸特性，采取預防和控制措施選用降低爆炸危險的一種或多種防爆裝置。

然而大部分粉末靜電噴涂企業(yè)已有的粉末回收裝置并不滿足此項要求，須增設防爆裝置。

目前預防和控制粉塵爆炸的措施主要有泄爆、惰化、隔爆和抑爆，相對應的有4種不同的防爆裝置：

泄爆裝置可在爆炸壓力尚未達到除塵器和風管的抗爆強度之前排出爆炸產物，使粉末回收裝置及風管不致被破壞；

惰化裝置可向除塵器充入惰性氣體或粉體，使可燃性粉塵失去爆炸性；隔爆裝置可設置在風管上，將火焰及爆炸波阻斷在一定的范圍內；

抑爆裝置可設置在風管和(或)除塵器上，在爆炸發(fā)生初期向風管和(或)除塵器內充入用于撲滅火焰的物理或化學滅火介質，抑制/爆炸發(fā)展或傳播。

3.3 粉末回收裝置未設置或未正確設置鎖氣卸粉裝置

粉末回收分離器下部應設置鎖氣卸粉裝置(見圖4)，且應連續(xù)運行，而卸粉工作周期的設定應使分離器內無粉塵堆積。

連續(xù)運行的鎖氣卸粉裝置既能避免分離器下部出現漏風而導致分離效率下降，又可避免分離器內部堆積過量粉末而影響吸塵效果。

粉末靜電噴涂企業(yè)采用如圖2所示的二級回收裝置回收粉末時，一級旋風分離器分離出的大粒徑粉末可直接回用，二級布袋分離器分離出的細粉可棄之不用，或與新粉重新按規(guī)定比例混合均勻后使用。

對于一級旋風分離器的粉末回用，企業(yè)常采用人工定期將旋風底部的集粉桶取下或者借助文丘里粉泵直接回輸至供粉裝置，而二級布袋分離器的粉末處理則基本靠人工定期取下集粉桶卸粉。

以往檢查中常發(fā)現：部分企業(yè)未設置鎖氣卸粉裝置，粉末在分離器下方堆積后由人工定期清理或由文丘里粉泵回輸至供粉裝置；

另外，部分企業(yè)雖裝備了鎖氣卸粉裝置，但未設置為連續(xù)運行，僅通過人工定期開啟裝置進行卸粉。

3.4 噴粉房的結構設計不合理，排風量不足

粉末靜電噴涂作業(yè)時，未被吸附的粉末涂料由于重力的作用而沉積在噴粉房底部，噴粉房設計不合理或風機的排風量不足時，噴粉房底部易堆積過量的粉末。

工件隨傳輸機構通過噴粉房時如不慎跌落，會激起揚塵，引發(fā)碰撞火花，甚至引起爆炸。

排風量不足還易導致噴粉房開口處“逸粉"和回收管道“積粉"這兩種現象。持續(xù)逸粉會惡化工作場所的環(huán)境，使之不符合職業(yè)衛(wèi)生限值要求。

積粉則易在管道內形成高于粉末涂料爆炸下限濃度的粉塵云，有發(fā)生粉塵爆炸的風險。

在檢查時常發(fā)現部分企業(yè)的噴粉房結構設計不合理，風機的排風量不足，且未針對噴粉房制定清掃制度，噴粉房底部堆積有粉塵。

3.5 噴粉區(qū)內電氣設備不滿足防爆防塵要求，設備整體未*接地

部分噴涂企業(yè)在噴粉區(qū)范圍內的電氣設備，如電器、照明、線路、開關、接頭等，達不到防爆安全要求。

在部分采用人工噴粉作業(yè)的企業(yè)中發(fā)現工人為方便在噴粉作業(yè)間歇使用手機，用安裝在噴粉房外壁的非防爆線路和插座為手機充電。

大部分企業(yè)未重視噴涂設備的整體接地，僅對高壓靜電發(fā)生器、噴槍等設備進行了防靜電接地，而未重視噴粉房、回收裝置等其他設備的防靜電接地。

4 改進措施

4.1 采用負壓方式輸送粉末，合理計算回收裝置所需風量

粉末靜電噴涂企業(yè)應采用如圖3中方案二所示的負壓方式進行粉末輸送和回收。

為確保有足夠的排風量，噴粉房內除噴槍出口等局部區(qū)域外，懸浮粉末平均濃度(即噴粉房出口排風管內濃度)應低于所噴粉末涂料爆炸下限值的50%。

為避免噴粉房開口處發(fā)生逸粉現象，開口面風速宜為0.3~0.6m/s。回收管道的風量及風速應滿足管道內不出現粉塵堵塞和管道內壁不出現厚度大于1mm積塵的要求?；厥昭b置所需風量的具體計算方法可參考文獻。

4.2 為回收裝置增設一種或多種防爆裝置

粉末回收裝置應按照粉末涂料的爆炸特性采取預防和控制粉塵爆炸的措施，選用降低爆炸危險的一種或多種防爆裝置。

以目前常用的粉末涂料爆炸特性參數為基礎，結合粉末涂料回收裝置改造實踐案例，企業(yè)可通過組合采用泄爆裝置(如泄爆片，見圖5a)和隔爆裝置(如隔爆閥，見圖5b)對粉末回收裝置進行改造，以滿足要求。

4.3 改進分離器卸粉裝置，并設置為連續(xù)卸粉模式

對于一級旋風分離器，可在分離器底部設置連續(xù)鎖氣卸粉裝置和集粉桶，文丘里粉泵安裝于集粉桶上進行粉末回收，也可采用雙密相閥擠壓式粉泵(見圖6)進行連續(xù)自動卸粉和輸粉，確保旋風分離器內部無粉末堆積。

對于二級布袋分離器，可采用如一級旋風分離器的卸粉方式把粉末連續(xù)自動地輸送至混合槽，也可采用連續(xù)鎖氣卸粉裝置加集粉桶對粉末進行處理。

連續(xù)鎖氣卸粉裝置還應設置運行異常及故障報警的監(jiān)控裝置，出現運行異常及故障停機狀況時應發(fā)出聲光報警信號。

4.4 制定粉末清掃制度，及時規(guī)范清理作業(yè)現場的積粉

粉末靜電噴涂企業(yè)應制定完善的清掃制度，明確清掃時間、地點、方式、清掃人員職責等內容。

應重點加強對噴粉房內壁和底部的清掃，定期通過回收管道觀察口查看管道是否積塵。對于手工噴粉作業(yè)，應增加清掃頻次，交接班過程中做到“上不清，下不接"。

為避免二次揚塵，清掃過程中不能使用壓縮空氣等進行吹掃，宜采取負壓吸塵、灑水降塵等方式清掃，使作業(yè)場所積累的粉塵量降至最/低。

4.5 其他建議

粉末靜電噴涂企業(yè)應確保噴粉區(qū)范圍內的電氣安全符合整體防爆的要求，應根據可燃性粉塵(粉末涂料)分級、粉末涂料引燃溫度、粉末涂料形成的粉塵云和粉塵層的最/低引燃溫度進行選型，同時要可靠接地。

噴粉區(qū)范圍內的設備導體，包括傳輸裝置、噴粉房、回收裝置等，必須可靠接地，以防積累能產生靜電放電的電荷。

選擇符合文獻所述技術要求的噴槍，并確保噴槍與工件之間的距離合理，也是防止靜電火花點燃源的措施。

粉末靜電噴涂企業(yè)應根據自身情況，制定動火作業(yè)安全管理制度、操作規(guī)程和應急預案。在對設備進行粉塵防爆改進前，應由企業(yè)安全負責人審批，并取得動火作業(yè)證后方可實施。

5 結語

粉塵防爆相關標準和規(guī)范性文件的頒布與實施對粉末靜電噴涂企業(yè)提出了新的要求和挑戰(zhàn)。

粉末靜電噴涂企業(yè)應及時對標準和規(guī)范性文件進行更新和理解消化，并按要求對粉塵爆炸事故隱患進行排查和整改。