文/曾发明1,2,*，徐伟巍1,2，黄代民1,2
1.广州特种机电设备检测研究院；2.国家防爆设备质量监督检验中心
摘要：介绍了粉末静电喷涂企业常用粉末涂料的爆炸特性参数，并结合日常工作实践，汇总了常见的粉尘爆炸事故隐患，提出了改进措施。
关键词：粉末涂料；静电喷涂；粉尘；爆炸；隐患；改进
Hidden perils of dust explosion inelectrostatic powder spraying plants and related improvement measures
ZENG Fa-ming*, XU Wei-wei,HUANG Dai-min
Abstract: The explosive characteristic parameters of powdercoatings which commonly used in electrostatic powder spraying enterprises wereintroduced. The hidden perils of dust explosion occurred usually weresummarized based on work experiences. Someimprovement measures were described.
Keywords: powder coating; electrostatic spray; dust; explosion;hidden peril; improvement
First-author’s address: Guangzhou Academy of Special EquipmentInspection and Testing, Guangzhou 510180, China
0 前言
粉末静电喷涂是在一定电场强度的电晕放电及空气动力的作用下，使粉末涂料粒子负载电荷或极化而吸附于工件表面的涂装方法，其能耗低，原材料回收利用率高，不含挥发性有机化合物成分，可实现半自动化或自动化作业，被广泛应用于家电、汽车等领域。以往喷涂企业重点关注粉末涂料的回收与废气的达标排放，以降低成本及满足环保要求。近些年工贸行业中涉粉生产企业粉尘爆炸事故频发，国家颁布了一系列针对粉尘爆炸的加工行业技术标准及规范性文件，对该类企业进行重点监管。
粉末涂料颗粒的粒径范围在350μm以下，其中大部分小于75μm，在一定条件下有燃烧爆炸的可能性[1]。粉末静电喷涂企业均应纳入涉及粉尘爆炸企业的范围，并按相关要求接受监管和开展日常安全管理。笔者根据日常粉尘防爆工作经验，汇总了粉末静电喷涂企业常见的隐患，依据相关标准和规范性文件的要求，提出了相应的改进措施，供企业参考。
1 粉末涂料的爆炸特性
粉末涂料主要是由树脂、固化剂、颜料、填充料、助剂等混合而成的固体粉末。树脂是主要的成膜物质，决定了其性能。根据树脂类型，粉末涂料可分为热固性和热塑性两种。热固性粉末涂料的性能好，产量大，使用范围广。市场上主要有聚酯型、环氧型、聚氨酯型、混合型等品种[2]。
粉末涂料在同时满足5个条件(即可燃粉尘，助燃物，具有一定能量的点火源，空间相对密闭，以及粉尘呈悬浮状态)时会发生粉尘爆炸。它的爆炸参数分为两类：一类是爆炸的敏感度，反映爆炸发生的难易程度，如粉尘云最小点火能量、粉尘层最低着火温度、粉尘云最低着火温度、粉尘云爆炸下限等；另一类是爆炸的猛度，反映爆炸的猛烈程度，如最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率、爆炸指数等[3]。由于粉末涂料的成分各不相同，影响爆炸特性的因素非常多，因此众多文献得出的数据有较大差异。
表1列出了部分文献提供的树脂和粉末涂料的爆炸特性参数，其中文献[7]为国家安全监管总局颁布的规范性文件，所述爆炸特性参数是安全监管部门开展监管的依据。
2 喷粉区的确定
确定工艺中存在粉末涂料的设备和区域(即喷粉区)是提出合理有效的粉尘爆炸防控措施的前提。静电喷涂设备由供粉装置、喷涂控制系统、喷枪、喷粉室、气源、粉末回收装置、固化炉等组成，工艺流程如图1所示[8-9]。
从设备组成和工艺流程可以确定喷粉区一般应包括：(1)喷粉室、供粉装置、回收装置；(2)喷粉室开口处向外水平方向3m及垂直方向1m以内区域；(3)在喷涂现场存放或堆积粉末涂料的场所；(4)排风管内部、空气循环过滤器及其维护结构内部以及其他有可能产生具有爆炸性悬浮状粉尘或堆积状粉尘的区域[10]。
尤其是粉末涂料回收装置，包括风机、净化装置及与其相连的粉末输送管道，其功能是实现气固混合流体的二相分离。常见的回收装置是由一级旋风分离器与二级滤芯(或布袋)分离器“串联”而成的回收系统(如图2所示)[11]。回收装置构成了空气和粉末混合流体(粉尘云)相对密闭的流动通道，应作为粉尘爆炸危险重点部位进行监控。
3 粉末静电喷涂企业常见的粉尘爆炸事故隐患
随着粉尘防爆新标准和规范性文件的颁布实施，原有粉末静电喷涂企业的部分生产设备已不符合新的粉尘防爆要求。相关规范性文也明确把不符合项列为粉尘爆炸事故隐患，并确定了10条“重大生产安全事故隐患”[12]。在走访粉末静电喷涂企业和提供粉尘防爆技术服务的过程中，发现了不少企业存在粉尘爆炸事故隐患。
3.1 粉末回收装置采用正压吹送粉末
粉末回收装置设备布置通常有两种方案(见图3)：方案一是空气与粉末的混合流体先通过风机，再进入二级回收分离器，收集粉末后排出净化后的空气；方案二则是空气与粉末的混合流体先通过二级回收分离器，收集粉末后，净化空气通过风机排出。
企业较多地采用如方案一所示的设备布置方式，安全性较差。空气与粉末混合流体(粉尘云)通过风机高速旋转部件进入回收分离器，在未采取可靠的防范点燃源措施的情况下，高速旋转部件发热或经由喷粉房带入的金属杂质与风机高速旋转部件碰撞而产生的火花会形成点燃源，进入分离器内部时极易发生粉尘爆炸。另外，在正压条件时发生粉末爆炸的破坏力也要大于负压时发生的爆炸。
3.2 粉末回收装置未采取预防和控制粉尘爆炸的措施，未选用降低爆炸危险的防爆装置
粉尘爆炸危险场所的干式除尘系统应按照可燃性粉尘爆炸特性，采取预防和控制措施选用降低爆炸危险的一种或多种防爆装置。然而大部分粉末静电喷涂企业已有的粉末回收装置并不满足此项要求，须增设防爆装置。
目前预防和控制粉尘爆炸的措施主要有泄爆、惰化、隔爆和抑爆，相对应的有4种不同的防爆装置：泄爆装置可在爆炸压力尚未达到除尘器和风管的抗爆强度之前排出爆炸产物，使粉末回收装置及风管不致被破坏；惰化装置可向除尘器充入惰性气体或粉体，使可燃性粉尘失去爆炸性；隔爆装置可设置在风管上，将火焰及爆炸波阻断在一定的范围内；抑爆装置可设置在风管和(或)除尘器上，在爆炸发生初期向风管和(或)除尘器内充入用于扑灭火焰的物理或化学灭火介质，抑制爆炸发展或传播[13]。
3.3 粉末回收装置未设置或未正确设置锁气卸粉装置
粉末回收分离器下部应设置锁气卸粉装置(见图4)，且应连续运行，而卸粉工作周期的设定应使分离器内无粉尘堆积。连续运行的锁气卸粉装置既能避免分离器下部出现漏风而导致分离效率下降，又可避免分离器内部堆积过量粉末而影响吸尘效果。
粉末静电喷涂企业采用如图2所示的二级回收装置回收粉末时，一级旋风分离器分离出的大粒径粉末可直接回用，二级布袋分离器分离出的细粉可弃之不用，或与新粉重新按规定比例混合均匀后使用。对于一级旋风分离器的粉末回用，企业常采用人工定期将旋风底部的集粉桶取下或者借助文丘里粉泵直接回输至供粉装置，而二级布袋分离器的粉末处理则基本靠人工定期取下集粉桶卸粉。
以往检查中常发现：部分企业未设置锁气卸粉装置，粉末在分离器下方堆积后由人工定期清理或由文丘里粉泵回输至供粉装置；另外，部分企业虽装备了锁气卸粉装置，但未设置为连续运行，仅通过人工定期开启装置进行卸粉。
3.4 喷粉房的结构设计不合理，排风量不足
粉末静电喷涂作业时，未被吸附的粉末涂料由于重力的作用而沉积在喷粉房底部，喷粉房设计不合理或风机的排风量不足时，喷粉房底部易堆积过量的粉末。工件随传输机构通过喷粉房时如不慎跌落，会激起扬尘，引发碰撞火花，甚至引起爆炸。
排风量不足还易导致喷粉房开口处“逸粉”和回收管道“积粉”这两种现象。持续逸粉会恶化工作场所的环境，使之不符合职业卫生限值要求。积粉则易在管道内形成高于粉末涂料爆炸下限浓度的粉尘云，有发生粉尘爆炸的风险。
在检查时常发现部分企业的喷粉房结构设计不合理，风机的排风量不足，且未针对喷粉房制定清扫制度，喷粉房底部堆积有粉尘。
3.5 喷粉区内电气设备不满足防爆防尘要求，设备整体未完全接地
部分喷涂企业在喷粉区范围内的电气设备，如电器、照明、线路、开关、接头等，达不到防爆安全要求。在部分采用人工喷粉作业的企业中发现工人为方便在喷粉作业间歇使用手机，用安装在喷粉房外壁的非防爆线路和插座为手机充电。大部分企业未重视喷涂设备的整体接地，仅对高压静电发生器、喷枪等设备进行了防静电接地，而未重视喷粉房、回收装置等其他设备的防静电接地。
4 改进措施
4.1 采用负压方式输送粉末，合理计算回收装置所需风量
粉末静电喷涂企业应采用如图3中方案二所示的负压方式进行粉末输送和回收。为确保有足够的排风量，喷粉房内除喷枪出口等局部区域外，悬浮粉末平均浓度(即喷粉房出口排风管内浓度)应低于所喷粉末涂料爆炸下限值的50%。为避免喷粉房开口处发生逸粉现象，开口面风速宜为0.3~0.6m/s。回收管道的风量及风速应满足管道内不出现粉尘堵塞和管道内壁不出现厚度大于1mm积尘的要求。回收装置所需风量的具体计算方法可参考文献[10]。
4.2 为回收装置增设一种或多种防爆装置
粉末回收装置应按照粉末涂料的爆炸特性采取预防和控制粉尘爆炸的措施，选用降低爆炸危险的一种或多种防爆装置。以目前常用的粉末涂料爆炸特性参数为基础，结合粉末涂料回收装置改造实践案例，企业可通过组合采用泄爆装置(如泄爆片，见图5a)和隔爆装置(如隔爆阀，见图5b)对粉末回收装置进行改造，以满足要求。
4.3 改进分离器卸粉装置，并设置为连续卸粉模式
对于一级旋风分离器，可在分离器底部设置连续锁气卸粉装置和集粉桶，文丘里粉泵安装于集粉桶上进行粉末回收，也可采用双密相阀挤压式粉泵(见图6)进行连续自动卸粉和输粉[15]，确保旋风分离器内部无粉末堆积。对于二级布袋分离器，可采用如一级旋风分离器的卸粉方式把粉末连续自动地输送至混合槽，也可采用连续锁气卸粉装置加集粉桶对粉末进行处理。连续锁气卸粉装置还应设置运行异常及故障报警的监控装置，出现运行异常及故障停机状况时应发出声光报警信号。
4.4 制定粉末清扫制度，及时规范清理作业现场的积粉
粉末静电喷涂企业应制定完善的清扫制度，明确清扫时间、地点、方式、清扫人员职责等内容。应重点加强对喷粉房内壁和底部的清扫，定期通过回收管道观察口查看管道是否积尘。对于手工喷粉作业，应增加清扫频次，交接班过程中做到“上不清，下不接”。为避免二次扬尘，清扫过程中不能使用压缩空气等进行吹扫，宜采取负压吸尘、洒水降尘等方式清扫，使作业场所积累的粉尘量降至最低。
4.5 其他建议
粉末静电喷涂企业应确保喷粉区范围内的电气安全符合整体防爆的要求，应根据可燃性粉尘(粉末涂料)分级、粉末涂料引燃温度、粉末涂料形成的粉尘云和粉尘层的最低引燃温度进行选型，同时要可靠接地。喷粉区范围内的设备导体，包括传输装置、喷粉房、回收装置等，必须可靠接地，以防积累能产生静电放电的电荷。选择符合文献[16]所述技术要求的喷枪，并确保喷枪与工件之间的距离合理，也是防止静电火花点燃源的措施。
粉末静电喷涂企业应根据自身情况，制定动火作业安全管理制度、操作规程和应急预案。在对设备进行粉尘防爆改进前，应由企业安全负责人审批，并取得动火作业证后方可实施。
5 结语
粉尘防爆相关标准和规范性文件的颁布与实施对粉末静电喷涂企业提出了新的要求和挑战。粉末静电喷涂企业应及时对标准和规范性文件进行更新和理解消化，并按要求对粉尘爆炸事故隐患进行排查和整改。
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文章发表于《电镀与涂饰》 2018年10期 第37卷第10期
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