粉末噴涂工藝安全分析及對策

張小良，劉曉晨，葉曉華

（1.上海應用技術大學城市建設與安全工學院，上海201418；2.金華市安全生產監督管理局，浙江金華321000）

隨著市場競爭的日益加劇，國內噴涂業生產規模不斷擴大，而且粉末噴涂具有不用溶劑、污染小、節省能源和資源、減輕勞動強度和涂膜機械強度高等特點，導致設有該工藝的企業越來越多，然而由于其所使用的危險化學品較多，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生爆炸事故，而粉末噴涂事故具有破壞力大、突發性強、對人損害大等特點，其預防與監管將會成為安全生產領域帶來一定的挑戰。本文中將對粉末噴涂工藝上的危險性與相應對策進行探析。

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業當中，尤其是以第二產業中的制造業與建筑業為主，例如機械制造、材料生產和電器加工等。工藝方法不同所使用的設備也不同，目前國內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中進行，該系統主要由一套供粉裝置、一套或數套靜電噴槍、控制裝置、靜電發生裝置（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行，是通過將噴涂后的工件經過高溫，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。

由于各生產廠家經濟情況不同，導致其前處理、噴涂、固化生產線所使用器械的質量不同，有的是成套購買的；有的是單件購買自己組裝的；有的是自行設計制作的，工藝所在的房間構造也有所不同。即使在同一行業中，工藝中的用粉規模、噴涂方法、生產能力等也不盡相同。雜亂的設備在生產過程中，如果不進行嚴格地管控，將面臨著巨大的安全風險。

目前我國已經對涂裝行業制定了一套安全作業規程《涂裝作業安全規程》，該系列共有12項，對噴粉區與粉料的布置有嚴格的要求，不但明確了粉末噴涂行業的安全目標，還為今后該工藝的發展提供了標準基礎，是進一步提供安全生產水平的新起點。

圖1 某企業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特性Tab.1 Chemical characteristics of several main powders

2 噴涂工藝安全風險性分析

2.1 噴涂粉末可燃性分析

現今，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氧樹脂系、聚酯系、丙烯酸樹脂系等[4-5]。

上述涂料大多數閃點較低，屬于甲類或乙類危險化學品[6]，風險較大，其化學特性見表1。本課題組通過最小點火能測試系統對某涂料粉進行最小點火能量測試，其裝置結構如圖2所示，測試中的實時濃度如圖3所示，其測試位置為Hartmann管上側口，最大質量濃度為550 mg/m3，測試的部分結果如表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《我國工貿行業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3.5 mJ，具有極高的火災爆炸可能性。此外，由于部分粉體還具有毒性，這無疑為發生事故后的避難與救援增加了難度，直接提升了事故風險性。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重。

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

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

2.2 噴涂工藝風險性分析

由《爆炸危險環境電力裝置設計規范》（GB 50058—2014）可知，產生火災爆炸應符合2個條件：1）存在爆炸性粉塵混合物，其濃度在爆炸極限內；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。作業時，這些聚合物粉末的一部分會散發到車間內，與空氣混合，當達到爆炸極限時，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。當能量大于92 mJ，可能引燃空氣中的涂料粉塵，從而發生火災危險。此外，噴粉室內的電氣設施甚至壁面也可能因為摩擦、碰撞等產生靜電火花，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重的火災爆炸安全隱患。

2.3 噴涂車間風險性分析

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

如此高風險的作業，必須給予嚴格的標準來規范，以此來減小事故發生的可能。而我國目前所的現行涂裝標準對噴漆中的可燃性氣體給予較完備的規范，對于粉末噴涂中的可燃性粉塵還并未給出合適的規范，如《涂裝作業安全規程有限空間作業安全技術要求》（GB 12942—2006）中部分只對可燃性氣體有所規定[11]，見表3。從這方面來看，我國目前對于粉末噴涂規范化制定還不完備，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，同時也成為企業發生火災爆炸事故的重要來源之一。粉末噴涂工藝受企業經濟、技術、規模多方面因素制約，當前形勢下，應抓緊在通用規范上來進行制約，按政府檢查、企業自查、員工互查3級防護體系，才能實現噴涂工藝安全性的根本發展，具體建議如下：

1）對可燃粉末進行詳細劃分，通過對粉末的毒性、可燃性、腐蝕性等特性進行分類，并以此設置不同通風、隔離等的安全標準。

2）噴粉室安全衛生指標應符合以下要求：首先，除噴槍出口等局部區域外，噴粉室內懸浮粉末平均質量濃度（即噴粉室出口排風管內濃度）應低于該粉末最低爆炸質量濃度值一半，未知其最低爆炸質量濃度（MEC）者，其最高質量濃度不允許超過15 g/m3。系統中若有抑爆設備，則噴粉室出口排風管中懸浮粉末的質量濃度允許超過最小爆炸質量濃度的50%。

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

再次，工作場所空氣中總塵容許質量濃度為8mg/m3。

最后，噴粉室開口面風速宜為0.3～0.6 m/s。

3）對粉末噴涂部分規范進行修訂，補充粉塵監測流程與規范。

4）對粉塵沉積、廢料剩料堆積、空氣粉塵濃度做好嚴格監測，烘干室內工件上每千克粉末應送入10 m3的新鮮空氣，并對粉塵濃度檢測標準進行規定。設備類型應根據《涂裝作業安全規程粉末靜電噴涂工藝安全》（GB 15607—2008）第4.8條及《生產設備安全衛生設計總則》（GB 5083—1999）第5條進行選型[13]。

5）噴粉室應選用光滑壁面，應在醒目位置設置標準的安全色與安全標志，操作人員應穿戴防靜電服、鞋、帽，不應戴手套及金屬飾品[14]。

6）政府、有關組織機構應抓緊完善粉末噴涂車間的安全標準，給出詳細的參數要求。

4 總結

噴涂行業一直都屬于安全領域中的高危區域，其噴涂粉末不但具有燃燒爆炸的可能，部分還具有毒性，嚴重威脅著人與財產的健康安全。近幾年，我國相關機構雖然經過不斷努力，使環境與設備有大幅度改善與改進，但仍然在標準化與技術層面上與正真的安全相差甚遠，導致小事故頻發，大事故概率上升。

綜合前文分析，影響事故發生的因素有粉體性質、粉體濃度、點火能量和助燃劑，其中粉體性質與點火能量是由所生產產品性質與工藝流程決定，粉體濃度與助燃劑則可以通過通風嚴格控制。雖然從粉體本身的可燃性角度來考慮，有發生事故的可能，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生卻較少，這得益于對我國對通風嚴格把控，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關鍵在于通風控制，必須細分并連鎖控制通風要求，才能使此噴涂工藝實現安全、平穩、有序的發展。

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[12]全國涂裝作業安全標準化技術委員會.涂裝作業安全規程靜電噴槍及其輔助裝置安全技術條件：GB 14773—2007[S].北京：中國標準出版社，2007.

[13]遼寧省安全科學研究會.生產設備安全衛生設計總則：GB 5083—1999[S].北京：中國標準出版社，1999.

[14]全國涂裝作業安全標準化技術委員會.涂裝作業安全規程粉末靜電噴涂工藝安全：GB 15607—2008[S].北京：中國標準出版社，2008.