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    金属粉末涂料粘贴设备的爆炸危险及预防

     
    1.金属颜料粘贴是指将金属颜料粘贴到粉末涂料颗粒表面,制成具有金属闪光粉末涂料的工艺过程。在粉末涂料颗粒的表面粘贴的金属粉颜料主要有铝、铜、锌、镁、不锈钢等金属颜料。
    金属粉末涂料粘贴设备是将金属颜料粘贴到粉末涂料颗粒表面,形成金属粉末涂料的设备。
     
    2 金属闪光粉末涂料粘贴设备的爆炸危险
    2.1 金属颜料的爆炸特性
    铝粉、铜粉、锌粉、镁粉及不锈钢粉是粉末涂料常用的金属颜料,以铝粉的用量最大,其引燃能量很低,爆炸指数Kst很高,在各类金属颜料中爆炸危险最大,铝粉的爆炸特性如下:
    平均粒径(D50)22μm
    爆炸下限浓度25gm-3
    最大爆炸压力Pmax=1.24MPa
    爆炸指数Kst=110MPa•ms-1
    爆炸等级St3
    随着平均粒径(D50)的越小,金属粉的最大爆炸压力P和爆炸指数Kst增大。
     
    2.2 铝粉的最小引燃能量(MIE)
    铝粉的最小引燃能量(MIE)因平均粒径、粉尘云浓度、颗粒形状、环境温度和湿度而异。最小引燃能量低于10mJ。
    用于制备金属闪光粉末涂料的的铝粉颜料通常由20%~40%的片状铝粉和60%~80%的非片状铝粉组成。片状铝粉的粒径D50为4~12μm,可产生极为光亮的金属闪光效果。非片状的铝粉颜料亦可产生很好的闪光效果,其粒径D50为10~30μm。片状铝粉的最小引燃能量可能低于5mJ。
     
    2.3 金属粉末涂料的爆炸特性
    标准配方粉末涂料的爆炸特性为:
    平均粒径(D50)35μm;
    最大爆炸压力Pmax≤0.80MPa;
    爆炸指数Kst≤11.0MPa•ms-1;
    爆炸等级ST1。添加≤5%质量分数的铝粉将使金属闪光涂料的的爆炸指数将提高10%,即爆炸指数Kst≤12.1 MPa•ms-1,爆炸等级ST1。
    添加≥25%质量分数的铝粉将使金属闪光涂料的的爆炸指数接近纯铝粉的爆炸指数,即爆炸指数Kst≥110 MPa•ms-1,爆炸等级ST3。
     
    3 金属粉末涂料粘贴设备
    金属粉末涂料粘贴设备为具有爆炸危险的设备,其技术性能应符合GB/T15577关于粉尘防爆安全的相关要求。
     
    3.1 双罐粘贴系统
    金属颜料粘贴罐的功能:
     升温:可采用不同的加热方式是将粉末涂料颗粒均匀升温,达到粉末涂料的玻璃化温度。并精确控制罐内温度。
     投入金属颜料,充分混合,在最短的时间内将金属颜料粘贴到粉末涂料颗粒表面。粘贴附着过程即告结束。此时,应以最快的速度将粘贴好的金属粉末涂料从粘贴罐中排出到冷却罐中,使之尽快冷却。
     在粘贴过程中应充入惰性气体氮气(N2),并精确控制容器内氧气(O2)的含量低于安全极限。
    对于不同配方和不同批次的粉末涂料玻璃化温度存在差异,因此准确测定粉末涂料的玻璃化温度,对于有效控制粘贴工艺参数十分重要。
    冷却罐的功能在于:
     从高速混合机中排出的热态金属粉末涂料进入冷却罐后,应尽快进行冷却,使其温度降到常温以下。
     冷却过程通常使用低速混合机,其混合容器和搅拌桨设有冷却水套,并可向容器内通入干燥冷气。低速混合机的容量应足够大,以满足批量迅速冷却的需要。
     
    3.2 单罐粘贴系统
    在同一罐体内按程序完成粘贴和冷却过程的系统。单罐粘贴系统的功能与双罐粘贴系统相同。
    3.3 料罐翻转式粘贴系统
    料罐翻转式粘贴系统是在料罐翻转式混合机(Container Mixer)平台上增添了金属颜料粘贴功能形成的。其功能与单罐粘贴系统相同。
    3.4 干(掺)混设备
    干(掺)混(Dry Blending) 是指用普通混合(Mixing)工艺,将金属颜料掺混到粉末涂料中的过程。金属颜料掺混过程存在很大的爆炸危险,必须在掺混过程中向混合容器内充入惰性气体,且严格控制氧气含量。
    掺混后的金属粉末涂料亦可产生较为光亮的金属闪光效果。但是金属颜料极易结团,易与粉末涂料分离,从而导致涂装后的颜色和光泽不均匀,色差较大。分离的金属颜料团有可能使喷枪堵塞。通过回收系统回收的金属粉末涂料的重复利用率较低,。
     
    4 金属粉末涂料粘贴设备的安全设计
    铝粉颜料及其与粉末涂料混合物的爆炸危险是客观存在的。防止和避免爆炸发生,是研制金属粉末涂料粘贴设备的重要任务和责任。其安全设计应当包括以下内容:
     铝粉投入的上限:≤5%质量分数是金属粉末涂料的上限。
     金属粉末涂料粘贴必须在惰性气体(氮气)环境中进行,氮气充气压力应进行实时监测、报警。
     罐内氧气含量检测及控制:罐内氧气含量上限应≤5%。应采用氧气含量检测仪进行实时监测、控制盒报警。
     罐内温度场控制:罐内温度场由工业控制计算机(或PLC)根据温度传感器反馈的温度场信号控制加热系统。温度场控制精度应≤±1℃。
     铝粉投入:铝粉投入及投入速率由工业控制计算机(或PLC)控制。铝粉投入速率过快,有可能引发摩擦静电。
     泄爆管道设计:爆炸泄爆应按照相关国家标准设计。一旦发生爆炸或燃烧及时将爆炸气流引导到安全空间。
     机械系统的安全设计:机械结构安全设计的首要任务是最大限度地避免产生静电和静电电荷的集聚。机械结构安全设计也必须保证人员和设备的绝对安全。
     电气系统的安全设计:(1)全部电器设备(包括电控箱、电动机、变频器等的防护等级应为IP65);(2)全部电器设备均应有良好的接地保护。接地保护系统的设计和安装应符合相关国家标准的规定。
     互锁,显示与报警:电气系统、机械系统,以及运行参数之间,应设计完整的互锁保护系统,保证人员和设备的安全。运行参数应实时检测,显示;故障发生时应报警并显示故障点。
     设备的安装环境:金属粉末涂料粘贴设备的安装环境应符合St3爆炸等级的要求。
     设自动控制系统:金属粉末涂料粘贴设备自动控制系统的设计,必须保证实施本文如上所述全部要求的功能。
     
    5 防止与预防静电事故
    防止与预防静电事故是保证金属粉末涂料粘贴设备安全运行不可或缺的问题。防止与预防静电事故应遵循相关国家标准的规定,包括:
    机械及电器设备的防静电措施;
    操纵者服饰的防静电措施,以及操纵者服饰违禁物的规定;
    设备安装环境及相关建筑物的防静电措施;
    操作规程的防静电措施。
     
    6 金属粉末涂料的后处理
    有效清除未粘贴上的铝粉,对保证金属粉末涂料的涂装效果及涂装过程的安全十分重要。
     
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