張小良，劉曉晨，葉曉華

（1.上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)城市建設(shè)與安全工學(xué)院，上海201418；2.金華市安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，浙江金華321000）

隨著市場競爭的日益加劇，國內(nèi)噴涂業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，而且粉末噴涂具有不用溶劑、污染小、節(jié)省能源和資源、減輕勞動強(qiáng)度和涂膜機(jī)械強(qiáng)度高等特點，導(dǎo)致設(shè)有該工藝的企業(yè)越來越多，然而由于其所使用的危險化學(xué)品較多，其中不乏眾多的易燃易爆品，同時噴涂方式大都采用靜電噴涂法、流化床涂裝法、靜電流化床法、靜電振蕩法、粉末電泳法和火焰噴涂法等高能量噴涂方法，所以從理論上看，在此工藝要求上，同時存在引火源、空氣與可燃粉末3個條件，極易造成噴涂車間發(fā)生爆炸事故，而粉末噴涂事故具有破壞力大、突發(fā)性強(qiáng)、對人損害大等特點，其預(yù)防與監(jiān)管將會成為安全生產(chǎn)領(lǐng)域帶來一定的挑戰(zhàn)。本文中將對粉末噴涂工藝上的危險性與相應(yīng)對策進(jìn)行探析。

1 粉末噴涂工藝基本概況

我國的噴涂工藝基本存在于第一和第二產(chǎn)業(yè)當(dāng)中，尤其是以第二產(chǎn)業(yè)中的制造業(yè)與建筑業(yè)為主，例如機(jī)械制造、材料生產(chǎn)和電器加工等。工藝方法不同所使用的設(shè)備也不同，目前國內(nèi)以靜電噴涂法為主流方法，以此為例，粉末噴涂工藝一般分為3步，即前處理、靜電噴涂與固化。前處理主要進(jìn)行除油、除銹、磷化（鉻化）、鈍化等工作，常見前處理有浸泡式、噴淋式、瀑布式3種；靜電噴涂是該工藝的核心，一般在一個固定的靜電粉末噴涂系統(tǒng)中進(jìn)行，該系統(tǒng)主要由一套供粉裝置、一套或數(shù)套靜電噴槍、控制裝置、靜電發(fā)生裝置（通常配置在靜電噴槍里面）及一套粉末回收裝置組成；固化一般在烘干房中進(jìn)行，是通過將噴涂后的工件經(jīng)過高溫，使粉末濃融、流平、固化將噴涂后的粉末固化到工件表面上[1-3]，如圖1。

由于各生產(chǎn)廠家經(jīng)濟(jì)情況不同，導(dǎo)致其前處理、噴涂、固化生產(chǎn)線所使用器械的質(zhì)量不同，有的是成套購買的；有的是單件購買自己組裝的；有的是自行設(shè)計制作的，工藝所在的房間構(gòu)造也有所不同。即使在同一行業(yè)中，工藝中的用粉規(guī)模、噴涂方法、生產(chǎn)能力等也不盡相同。雜亂的設(shè)備在生產(chǎn)過程中，如果不進(jìn)行嚴(yán)格地管控，將面臨著巨大的安全風(fēng)險。

目前我國已經(jīng)對涂裝行業(yè)制定了一套安全作業(yè)規(guī)程《涂裝作業(yè)安全規(guī)程》，該系列共有12項，對噴粉區(qū)與粉料的布置有嚴(yán)格的要求，不但明確了粉末噴涂行業(yè)的安全目標(biāo)，還為今后該工藝的發(fā)展提供了標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)，是進(jìn)一步提供安全生產(chǎn)水平的新起點。

圖1 某企業(yè)粉末噴涂工藝流程圖Fig.1 Flowchart of powder spraying process of a company

圖2 最小點火能量測試裝置示意圖Fig.2 Schematic diagram of minimum ignition energy test device

圖3 涂料粉測試實時濃度圖Fig.3 Real time concentration diagram of coating powder

表1 幾種主要粉末的化學(xué)特性Tab.1 Chemical characteristics of several main powders

2 噴涂工藝安全風(fēng)險性分析

2.1 噴涂粉末可燃性分析

現(xiàn)今，我國的粉末涂料有2大類，即熱塑性粉末涂料和熱固性粉末涂料。熱塑性粉末涂料是由熱塑性樹脂、顏料、填料、增塑劑和穩(wěn)定劑等成分組成的。熱塑性粉末涂料包括聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚氯乙烯、氯化聚醚、聚酰胺系、纖維素系、聚酯系等。熱固性粉末涂料是由熱固性樹脂、固化劑、顏料、填料和助劑等組成。熱固性粉末涂料包括環(huán)氧樹脂系、聚酯系、丙烯酸樹脂系等[4-5]。

上述涂料大多數(shù)閃點較低，屬于甲類或乙類危險化學(xué)品[6]，風(fēng)險較大，其化學(xué)特性見表1。本課題組通過最小點火能測試系統(tǒng)對某涂料粉進(jìn)行最小點火能量測試，其裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示，測試中的實時濃度如圖3所示，其測試位置為Hartmann管上側(cè)口，最大質(zhì)量濃度為550 mg/m3，測試的部分結(jié)果如表2，可以看出其最小點火能（MIE）在53.4～91.7 mJ之間，屬于典型的可燃粉末，同時根據(jù)《我國工貿(mào)行業(yè)重點可燃性粉塵目錄（2015版）》所述，目前靜電粉末涂料的最小點火能量可達(dá)3.5 mJ，具有極高的火災(zāi)爆炸可能性。此外，由于部分粉體還具有毒性，這無疑為發(fā)生事故后的避難與救援增加了難度，直接提升了事故風(fēng)險性。因此，粉末涂料不但具有可燃性可爆炸性，而且威力與造成的后果十分嚴(yán)重。

表2 涂料粉最小點火能測試部分結(jié)果Tab.2 Partial results of minimum ignition energy test of coating powders

表3 涂裝作業(yè)安全規(guī)程：有限空間作業(yè)安全技術(shù)部分要求Tab.3 Safety code for painting-technical requirements of safety for working in confined spaces（part）

2.2 噴涂工藝風(fēng)險性分析

由《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》（GB 50058—2014）可知，產(chǎn)生火災(zāi)爆炸應(yīng)符合2個條件：1）存在爆炸性粉塵混合物，其濃度在爆炸極限內(nèi)；2）存在足以點燃爆炸性粉塵混合物的火花、電弧、高溫、靜電放電或能量輻射[7]。

目前我國大部分噴涂工藝通常是采用高壓靜電場和流化床涂裝法等噴涂方法[1]，其目的是將利用靜電能使粉末做定向運動，從而附著于物體表面達(dá)到噴涂的效果，故整個噴涂過程中，也極有可能形成可燃性混合物粉塵云。作業(yè)時，這些聚合物粉末的一部分會散發(fā)到車間內(nèi)，與空氣混合，當(dāng)達(dá)到爆炸極限時，就滿足上述第1個條件。再者，在噴涂過程中，當(dāng)涂料從噴槍中急速噴出時，由于激烈的摩擦和涂料迅速脫離噴槍，也會產(chǎn)生大量靜電，這些電荷如果無從釋放或釋放不及時，會很快蓄積。當(dāng)能量大于92 mJ，可能引燃空氣中的涂料粉塵，從而發(fā)生火災(zāi)危險。此外，噴粉室內(nèi)的電氣設(shè)施甚至壁面也可能因為摩擦、碰撞等產(chǎn)生靜電火花，這兩點均滿足了上述第2個條件。因此，無論是從可燃物方面還是點火能方面，粉塵噴涂工藝均面臨著嚴(yán)重的火災(zāi)爆炸安全隱患。

2.3 噴涂車間風(fēng)險性分析

隨著我國噴涂行業(yè)發(fā)展壯大，在噴涂車間的配置上呈現(xiàn)多而雜的現(xiàn)象[9]。由于工藝上需要干燥的環(huán)境且噴涂粉末危害較大，大多數(shù)都是在一個有限封閉空間中進(jìn)行，而根據(jù)《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》（GB 50058—2014）可知，噴槍等又屬于連續(xù)級釋放源，因此在噴涂車間內(nèi)部極易造成可燃粉末的散布與堆積[10]。此外，車間內(nèi)人員會因產(chǎn)生或攜帶靜電等為火災(zāi)爆炸提供初始能量，所以噴涂車間的爆炸危險性是極高的。

如此高風(fēng)險的作業(yè)，必須給予嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范，以此來減小事故發(fā)生的可能。而我國目前所的現(xiàn)行涂裝標(biāo)準(zhǔn)對噴漆中的可燃性氣體給予較完備的規(guī)范，對于粉末噴涂中的可燃性粉塵還并未給出合適的規(guī)范，如《涂裝作業(yè)安全規(guī)程有限空間作業(yè)安全技術(shù)要求》（GB 12942—2006）中部分只對可燃性氣體有所規(guī)定[11]，見表3。從這方面來看，我國目前對于粉末噴涂規(guī)范化制定還不完備，存在一定的缺失。

3 對策與建議

粉末噴涂工藝時刻威脅著工人的健康安全，同時也成為企業(yè)發(fā)生火災(zāi)爆炸事故的重要來源之一。粉末噴涂工藝受企業(yè)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、規(guī)模多方面因素制約，當(dāng)前形勢下，應(yīng)抓緊在通用規(guī)范上來進(jìn)行制約，按政府檢查、企業(yè)自查、員工互查3級防護(hù)體系，才能實現(xiàn)噴涂工藝安全性的根本發(fā)展，具體建議如下：

1）對可燃粉末進(jìn)行詳細(xì)劃分，通過對粉末的毒性、可燃性、腐蝕性等特性進(jìn)行分類，并以此設(shè)置不同通風(fēng)、隔離等的安全標(biāo)準(zhǔn)。

2）噴粉室安全衛(wèi)生指標(biāo)應(yīng)符合以下要求：首先，除噴槍出口等局部區(qū)域外，噴粉室內(nèi)懸浮粉末平均質(zhì)量濃度（即噴粉室出口排風(fēng)管內(nèi)濃度）應(yīng)低于該粉末最低爆炸質(zhì)量濃度值一半，未知其最低爆炸質(zhì)量濃度（MEC）者，其最高質(zhì)量濃度不允許超過15 g/m3。系統(tǒng)中若有抑爆設(shè)備，則噴粉室出口排風(fēng)管中懸浮粉末的質(zhì)量濃度允許超過最小爆炸質(zhì)量濃度的50%。

其次，靜電噴粉槍及其輔助裝置的使用應(yīng)符合《涂裝作業(yè)安全規(guī)程靜電噴槍及其輔助裝置安全技術(shù)條件》（GB 14773—2007）的要求[12]。

再次，工作場所空氣中總塵容許質(zhì)量濃度為8mg/m3。

最后，噴粉室開口面風(fēng)速宜為0.3～0.6 m/s。

3）對粉末噴涂部分規(guī)范進(jìn)行修訂，補(bǔ)充粉塵監(jiān)測流程與規(guī)范。

4）對粉塵沉積、廢料剩料堆積、空氣粉塵濃度做好嚴(yán)格監(jiān)測，烘干室內(nèi)工件上每千克粉末應(yīng)送入10 m3的新鮮空氣，并對粉塵濃度檢測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)定。設(shè)備類型應(yīng)根據(jù)《涂裝作業(yè)安全規(guī)程粉末靜電噴涂工藝安全》（GB 15607—2008）第4.8條及《生產(chǎn)設(shè)備安全衛(wèi)生設(shè)計總則》（GB 5083—1999）第5條進(jìn)行選型[13]。

5）噴粉室應(yīng)選用光滑壁面，應(yīng)在醒目位置設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)的安全色與安全標(biāo)志，操作人員應(yīng)穿戴防靜電服、鞋、帽，不應(yīng)戴手套及金屬飾品[14]。

6）政府、有關(guān)組織機(jī)構(gòu)應(yīng)抓緊完善粉末噴涂車間的安全標(biāo)準(zhǔn)，給出詳細(xì)的參數(shù)要求。

4 總結(jié)

噴涂行業(yè)一直都屬于安全領(lǐng)域中的高危區(qū)域，其噴涂粉末不但具有燃燒爆炸的可能，部分還具有毒性，嚴(yán)重威脅著人與財產(chǎn)的健康安全。近幾年，我國相關(guān)機(jī)構(gòu)雖然經(jīng)過不斷努力，使環(huán)境與設(shè)備有大幅度改善與改進(jìn)，但仍然在標(biāo)準(zhǔn)化與技術(shù)層面上與正真的安全相差甚遠(yuǎn)，導(dǎo)致小事故頻發(fā)，大事故概率上升。

綜合前文分析，影響事故發(fā)生的因素有粉體性質(zhì)、粉體濃度、點火能量和助燃劑，其中粉體性質(zhì)與點火能量是由所生產(chǎn)產(chǎn)品性質(zhì)與工藝流程決定，粉體濃度與助燃劑則可以通過通風(fēng)嚴(yán)格控制。雖然從粉體本身的可燃性角度來考慮，有發(fā)生事故的可能，從噴涂工藝和車間布局亦有很多安全隱患，但目前重特大事故發(fā)生卻較少，這得益于對我國對通風(fēng)嚴(yán)格把控，使粉塵濃度處在爆炸極限之外。對于粉末噴涂工藝中的安全防護(hù)關(guān)鍵在于通風(fēng)控制，必須細(xì)分并連鎖控制通風(fēng)要求，才能使此噴涂工藝實現(xiàn)安全、平穩(wěn)、有序的發(fā)展。

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[12]全國涂裝作業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.涂裝作業(yè)安全規(guī)程靜電噴槍及其輔助裝置安全技術(shù)條件：GB 14773—2007[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

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