Пожарная безопасность технологических процессов / Goryachev - PB Tekhnologicheskikh processov 2020

Пожарная опасность и способы обеспечения пожарной безопасности процессов окраски

Глава 19

пожарная опасность и способы обеспечения пожарной безопасности процессов окраски

19.1. Лакокрасочные материалы

Процессы окраски поверхностей широко распространены во всех отраслях народного хозяйства. Окраска применяется для придания поверхностям изделий механических и химических защитных свойств, придания им красивого внешнего вида. Окраску производят:

–  жидкими составами, содержащими летучие компоненты (составы на основе органических растворителей или воды);

–  жидкими составами, не содержащими летучие компоненты (составы на основе жидких мономеров или полимеров);

–  порошковыми составами, наносимыми в расплавленном состоянии. Первые два вида составов относятся к лакокрасочным материалам (ЛКМ). Технология окраски поверхностей ЛКМ предусматривает такую последовательностьопераций:приготовлениерабочихсоставовшпаклевочных и лакокрасочных материалов; подготовка поверхности изделия под окраску (очистка от ржавчины, окалины, старых покрытий и обезжиривание); сушкаизделия;выравниваниеповерхностиизделия(шпаклевка,зашкуривание); нанесение антикоррозионного покрытия (грунтовка); сушка изделия, шлифование; нанесение ЛКМ; сушка окрашенного изделия; шлифование или полирование окрашенной поверхности. При проведении процесса окраски (в зависимости от егоназначения)некоторые технологическиеоперации мо-

гут повторяться или отсутствовать.

ЛКМготовятнаосновеприродныхилисинтетических,жидкихилитвердых пленкообразующих веществ. Основные виды ЛКМ приведены ниже.

Лаки – растворы натуральных или синтетических смол в различных растворителях, образующие на поверхностях прочную пленку. Отвердение пленки лакового покрытия происходит при испарении растворителя или вследствие полимеризации смолы. Существуют лаки, не содержащие растворителей, на основе олигомеров, отвердение которых происходит в присутствии отвердителей или катализаторов.

Грунтовки – составы, наносимые первым слоем на подготовленные к окраске поверхности для создания надежного адгезионного сцепления последующих слоев покрытия с обрабатываемой поверхностью, а также выполняющие функции перекрытия пор и других дефектов поверхности, защиты поверхности металла от коррозии, а древесины – от плесени и грибка.

331

Пожарная безопасность технологических процессов

Краскииэмали(эмалевые краски) представляют собой растворы, смеси или эмульсии, состоящие из пленкообразователей, растворителей, разбавителей (относительно дешевые компоненты растворителей), красящих пигментов (придают нужную окраску), наполнителей (улучшают кроющую способность), пластификаторов (придают пленкам эластичность и пластичность), ускорителей твердения (ускоряют высыхание), эмульгаторов (позволяют получать стойкие эмульсии) и других компонентов. Наиболее пожаровзрывоопасными компонентами ЛКМ являются растворители и разбавители, обычно представляющие собой летучие органические жидкости различных классов илиихсмеси(углеводородыразличныхклассов,кетоны,сложныеэфиры,терпены, спирты, хлор- и фторзамещенные углеводороды и др.). Большинство растворителей и разбавителей являются также токсичными и экологически вредными веществами.

Водно-дисперсионные ЛКМ представляют собой негорючие или трудногорючие составы, в которых частицы связующего диспергированы в воде, образуя стойкие эмульсии. В качестве связующего используются синтетические латексы акриловых, бутадиенстирольных или винилацетатных сополимеров.

Наиболее часто в качестве растворителей применяются ацетон, сольвент, нефрасы, уайт-спирит, толуол, ксилолы, скипидар, эфиры, различные спирты и их смеси. Состав некоторых растворителей, в % (масс.): растворитель Р-4: ацетон – 26, бутилацетат – 12, толуол – 62; растворитель 648: ацетон – 7, толуол – 50, этилцеллозольв – 3, н-бутиловый спирт – 15, бутилацетат – 10, этанол – 10. Компоненты этих растворителей могут использоваться в качестве разбавителей. При выборе растворителя и разбавителя учитывают химические свойства пленкообразующего вещества.

Нанесение жидких ЛКМ на поверхности может осуществляться: распылением(пневматическим,электростатическим,гидравлическим,аэрозольным), окунанием, обливом, наливом, валиками, кистями, электроосаждением, электрополимеризацией и другими способами.

Порошковые составы – твердые мелкодисперсные системы, состоящие в основном из полимеров и красителей. Полимерное покрытие получают посредством равномерного нанесения на поверхность изделия порошкового состава (чаще всего методом электростатического распыления) с его последующим оплавлением в печи при температуре до 200 °С. Образующееся после остывания изделия покрытие обладает высоким адгезионным сцеплением с поверхностью и устойчивостью к механическим и химическим воздействиям.

332

Пожарная опасность и способы обеспечения пожарной безопасности процессов окраски

19.2.Способы окраски изделий

19.2.1.Окраска пневматическим распылением ЛКМ

СутьданногоспособаокраскизаключаетсявраспыленииЛКМструей газа (обычно воздуха) на мельчайшие частицы и нанесение его ровным слоем на окрашиваемую поверхность. Схема окраски пневматическим распылением ЛКМ показана на рис. 19.1.

ЛКМ 4 5

Сжатый воздух

Рис. 19.1. Схема окраски пневматическим распылением ЛКМ

Сжатый воздух от компрессора поступает в масловодоотделитель1, где происходитегоочисткаотмасла,влагиимеханическихпримесей.Отсюдачасть воздуха через редуктор 2 направляется в турбинную мешалку красконагнетательного бака 3, обеспечивая перемешивание ЛКМ и его передавливание по шлангу в краскораспылитель4, а другая часть под давлением 0,2–0,6 МПа – непосредственно в краскораспылитель для распыления ЛКМ. Окрасочная кабина 5 оборудована вентиляцией и фильтром для улавливания образующейся красочной пыли.

Подача ЛКМ в краскораспылитель может осуществляться из красконагнетательного бака, централизованно по трубопроводу или из бачка, расположенного на корпусе краскораспылителя.

Достоинства способа окраски пневматическим распылением: простота конструктивного исполнения и возможность окрашивания поверхностей различных конфигураций. Вместе с тем имеется ряд существенных недостатков: необходимость использования большого количества разбавителей для получения ЛКМ требуемой вязкости, сильное туманообразование, приводящее к большим потерям ЛКМ, высокая пожаровзрывоопасность процесса окраски.

333

Пожарная безопасность технологических процессов

19.2.2. Окраска гидравлическим распылением ЛКМ

Гидравлическое (безвоздушное) распыление ЛКМ под высоким давлениемявляетсяболееэффективнымспособомокраскииприменяетсявпервую очередь взамен пневматического распыления. Суть способа безвоздушного распыления заключается в следующем: ЛКМ под высоким давлением (4–25 МПа) нагнетается в специальный краскораспылитель, выходя из которого он дробится на мелкие частицы. Размеры и форма отверстия в краскораспылителе определяют расход ЛКМ и ширину факела.

Безвоздушное распыление применяется в ручном и автоматическом режимах при окраске средне- и крупногабаритных изделий несложной формы (вагонов, турбин, судов). Окраску изделий безвоздушным распылением часто производят с подогревом ЛКМ до температуры 40–85 °С. При этом получаются более качественные покрытия, сокращаются на 25–30 % потери ЛКМ на туманообразование, распыление ЛКМ производится при значительно меньшем (в 2–3 раза) давлении и с меньшим содержанием разбавителей.

Окраску изделий пневматическим и гидравлическим распылением ЛКМ, как правило, производят в окрасочных камерах (стационарных или передвижных) или на специальных площадках с системами вентиляции, позволяющими удалять загрязненный аэрозолем ЛКМ и парами растворителя воздух из зоны окраски и производить его очистку. Окрасочные камеры обеспечивают: оптимальные условия для нанесения лакокрасочного материала; полное удаление из рабочей зоны паров растворителя и аэрозоля ЛКМ (исключают их распространение из рабочей зоны в цех); пожаровзрывобезопасность процесса окраски; необходимые санитарно-гигиенические условия труда обслуживающего персонала; удобство в работе и в обслуживании.

По конструкции и габаритам окрасочные камеры весьма разнообразны. Различают камеры для окрашивания мелких (частей приборов, деталей машин и механизмов), средних (кабин и кузовов автомобилей, узлов станков и сельскохозяйственных машин) и крупных (автобусов, троллейбусов, вагонов,тепловозов) изделий.Камерыдляокрашиваниямелкихизделийчастоназывают кабинами, поскольку оператор находится вне рабочей зоны (окраска производится через открытый проем). В зависимости от вида производства и организации окрасочных работ камеры подразделяются на тупиковые (периодического действия) и проходные (непрерывного или периодического действия). Одним из важных устройств окрасочной камеры является фильтр, который предназначен для очистки отсасываемого воздуха от аэрозоля ЛКМ.

Схема окрасочной камеры проходного типа для окраски изделий средних размеров методом распыления ЛКМ с экранным гидрофильтром показана на рис. 19.2.

334

Пожарная опасность и способы обеспечения пожарной безопасности процессов окраски

8

7

9

6

5

4

10

11

2

Рис. 19.2. Схема окрасочной камеры проходного типа:

1 – насос; 2 – решетчатый настил; 3 – окрасочная аппаратура; 4 – окрасочная камера; 5 – светильники; 6 – фильтр;

7 – короб приточной вентиляции; 8 – монорельс конвейера; 9 – вентилятор; 10 – экран; 11 – лоток; 12 – экранный гидрофильтр; 13 – ванна

Экранный гидрофильтр 12 работает следующим образом: насос 1 забирает из ванны 13 отфильтрованную от частиц краски воду, которая по трубопроводу направляется на орошение экрана10, а также поступает в лоток11 верхнего полуцилиндрического отражателя гидрофильтра. Воздух поступает в окрасочную камеру 4 из короба приточной вентиляции 7, проходит через зону окраски, где загрязняется аэрозолем ЛКМ и парами растворителя, и снизу поступает в воздухопромывной канал гидрофильтра. Сплошная пленка воды толщиной 2–3 мм, стекающая по экрану, создает первичную водяную завесу на пути движения воздуха, вызывая коагуляцию уносимого аэрозоля лакокрасочного материала. В воздухопромывном канале гидрофильтравоздух проходит через каскад водяных завес, образованный стекающей с отражателя на отражатель водой, где почти полностью очищается от частиц краски, систему каплеотбойников и с помощью вытяжного вентилятора 9 сбрасывается в атмосферу.

335

Пожарная безопасность технологических процессов

Степень очистки воздуха в экранных гидрофильтрах достигает 92 %. Расход циркулирующей воды устанавливается в пределах 10–30 л/с при расходе отсасываемого воздуха 5–12 м3/с. Количество свежей воды, добавляемой в систему для компенсации ее уноса воздухом, составляет 1–2 % от расхода циркулирующей воды. Более эффективны сухие фильтры, степень очистки воздуха в которых достигает 99,5 % и более.

19.2.3. Окраска в электрическом поле высокого напряжения

Суть способа заключается в распылении ЛКМ с одновременным сообщением образующимся частицам электрического заряда, благодаря которому они притягиваются к противоположно заряженному изделию и равномерно осаждаются на нем. Данный способ нанесения ЛКМ характеризуется хорошим качеством покрытий, экономичностью (потери ЛКМ не превышают 2–5 %), возможностью автоматизации процесса и высокой производительностью.

Способ окраски в электрическом поле высокого напряжения имеет некоторые недостатки, например, невозможность окраски глубоких впадин на поверхности изделия или внутренних полостей, в связи с чем возникает необходимость в подкраске таких мест способом пневматического распыления ЛКМ.

На рис. 19.3 представлена схема установки для окраски изделий в электрическом поле высокого напряжения.

Рис. 19.3. Схема установки для окраски в электрическом поле высокого напряжения: 1 – источник высокого напряжения; 2 – короб вентиляционный;

3 – изоляторы шинопроводов; 4 – конвейер; 5 – светильники; 6 – корпус камеры; 7 – подвеска; 8 – окрашиваемые изделия; 9 – распыливающие устройства; 10 – бак с ЛКМ; 11 – пульт управления; 12 – транспортный проем камеры; 13 – шланги для подачи ЛКМ; 14 – изоляционная стойка

336

Пожарная опасность и способы обеспечения пожарной безопасности процессов окраски

Одним из основных элементов установки является источник высокого напряжения с выпрямителем, позволяющий получить постоянный ток напряжения 80–130 кВ. Отрицательный полюс от выпрямителя подают к распыливающим устройствам, а положительный – на окрашиваемое изделие и заземление. Шинопроводы имеют заземление, обеспечивающее снятие остаточных зарядов с распыливающих устройств после выключения напряжения. Источник высокого напряжения размещается за пределами камеры.

Используемые на установках распыливающие устройства подразделяются на электрические, электромеханические и пневмоэлектростатические.

В отличие от камер пневматического распыления электроокрасочные камеры не имеют гидрофильтров. Нанесение ЛКМ в электрическом поле высокого напряжения производят, как правило, на изделия из металла. Нанесение ЛКМ на неметаллические изделия достигается повышением их электрической проводимости путем увлажнения поверхности, обработки растворами поверхностно-активных веществ, нанесением специальных токопроводящих грунтовок и т. п.

19.2.4. Окраска окунанием и струйным обливом

Окраска окунанием и струйным обливом не связана с переводом ЛКМ ваэрозольноесостояние,чтопозволяетсущественносократитьпотериЛКМ на образование «красочного тумана» и снизить взрывопожарную опасность процессов окраски. Данные способы окраски применяют во многих отраслях промышленности (автомобильной, приборостроительной, машиностроительной и др.), так как их использование позволяет роботизировать и автоматизировать процессы. При окунании изделия в ЛКМ или обливе им изделия окрашенными становятся все участки поверхности. После проведения операций окунания или облива для улучшения качества покрытия и удаления избытка ЛКМ свежеокрашенные изделия помещают в специальные камеры для выдержки в парах растворителей.

При окраске окунанием в условиях мелкосерийного производства изделия погружают в ванны с ЛКМ с помощью подъемников, тельферов или вручную(рис.19.4,а).Примассовомпроизводствеизделияконвейерамиподаются в ванны, которые размещают в окрасочных камерах, оборудованных вытяжной вентиляцией (рис. 19.4, б).

Облив, в отличие от окунания, позволяет обходиться меньшим в 5–15 и более раз количеством ЛКМ. В состав установки струйного облива, показаннойнарис.19.5,входятследующиеосновныеустройства:камераоблива4, входной и выходной тамбуры 2, паровой туннель 7, конвейер 6.

337

а– с ручным погружением изделий; б – с механизированным погружением изделий; 1 – ванна; 2 – насос; 3 – карман; 4 – сточный лоток; 5 – изделие; 6 – конвейер

10 9

Рис. 19.5. Схема установки для окраски изделий струйным обливом

Воздушные завесы 1 препятствуют выходу паров растворителей в цех. ЛКМподаютвкраскораспределительныйконтур3,изкоторогоончерезсопла (насадки) наносится на изделия 5, подвешенные на конвейере. Избыток краски с изделий стекает в установленный под камерой красочный бак 10, снабженный насосом 9, подающим ее снова для окраски. Паровой туннель оборудован системами рециркуляции 8 и вытяжной вентиляции, благодаря которым поддерживается равномерная во всем объеме концентрация паров растворителей и производится выброс их излишков в атмосферу. ЛКМ поступает в красочный бак по трубам из резервуара, размещаемого вне окрасочного помещения. При аварии лакокрасочный материал сливается в аварийную подземную емкость, также размещаемую за пределами окрасочного помещения.

Окраску длинномерных изделий, имеющих постоянное сечение по длине (проволока, карандаши, карнизы), осуществляют протягиванием их через ванну с ЛКМ. Излишки материала при этом удаляют ограничительными шайбами из резины, перекрывающими вход и выход изделий из ванны.

338

Пожарная опасность и способы обеспечения пожарной безопасности процессов окраски

19.2.5. Ручные способы нанесения ЛКМ

Ручные способы нанесения ЛКМ (кистями, шпателями, тампонами, валиками) применяют при исправлении дефектов на окрашенных поверхностях, при ремонте помещений, в быту и т. д. Для этих целей также применяются ЛКМ в аэрозольной упаковке (обычно баллоны имеют вместимость 0,15–1 л). Нанесение лаков, эмалей и красок при этом проводится распылением с расстояния 250–350 мм до окрашиваемой поверхности.

19.3. Особенности пожарной опасности процессов окраски

Пожарная опасность процессов окраски зависит от способов нанесения ЛКМ и характеризуется пожароопасными свойствами ЛКМ и окрашиваемых изделий, их большим количеством, возможностью образования горючих паровоздушных концентраций и появления источников зажигания, наличием путей распространения пожара.

Данные о пожароопасных свойствах ЛКМ следует брать из паспортных данных и справочной литературы, а при их отсутствии – принимать по пожаровзрывоопасным свойствам растворителей и разбавителей, входящих в состав ЛКМ. Содержание горючих растворителей и разбавителей (они обычно являются легколетучими ЛВЖ) в приготовленных для окраски ЛКМ достигает50–80%(масс.)иболее,НКПРкоторыхнаходитсявпределах1,0– 2,0 % (об.), а нижний температурный предел распространения пламени меняется от –36 до 60 °С и выше.

Образование ВОК может иметь место при всех способах окраски в окрасочных камерах, вентиляционных воздуховодах, емкостях с ЛКМ, в помещениях окрасочных цехов и краскоприготовительных отделений. Необходимым условием образования горючих концентраций паров в окрасочных камерах, вентиляционных воздуховодах, в помещениях окрасочных цехов и краскоприготовительных отделений является выполнение неравенства (5.8):

tр ≥ tвсп(о.т) (tр – рабочая температура ЛКМ), а в емкостях с ЛКМ выполнение неравенства (5.10): tн.п < tр < tв.п.

При распылении ЛКМ происходит интенсивное испарение растворителей и образуется «красочный туман», поэтому создаются наиболее благоприятные условия для образования ВОК.

При окраске окунанием и струйным обливом с выдержкой изделий в парах растворителей в камеpax и паровых туннелях при нарушении режима работы вытяжной и рециркуляционной систем вентиляции также могут образовываться ВОК при выполнении условия (5.1): φн ≤ φр ≤ φв.

Окрашиваемые изделия из горючих материалов (древесины, пластмасс, бумаги, кожи и др.) повышают пожарную нагрузку в цехах окраски.

339

Пожарная безопасность технологических процессов

Специфическими источниками зажигания при проведении процессов окраски часто являются:

–  самовозгорание отложений ЛКМ в окрасочных камерах и воздуховодах вытяжной вентиляции, загрязненных ЛКМ обтирочных материалов (повышенная опасность возникает при использовании нитролаков, нитроэмалей и нитрокрасок);

–  теплота химических реакций при приготовлении лаков с отвердителями, пластификаторами и подобными веществами;

–  искровые разряды статического электричества при распылении и перемещении ЛКМ по трубам;

–  теплота трения в подшипниках вентиляторов и в других быстровращающихсямеханизмахпринарушениирежимасмазки,чрезмернойзатяжке, перекосе валов, загрязнении поверхности подшипников осевшим ЛКМ;

–  искры при ударе и трении краскораспылителя об окрашиваемые стальные изделия, соударении раскачивающихся стальных изделий на конвейере, повреждении лопастей вентиляторов, работе стальным инструментом и т. д.;

–  тепловые проявления электроэнергии в неисправном электрооборудовании;

–  открытое пламя, тлеющие окурки при грубом нарушении правил противопожарного режима.

При окраске в электрическом поле высокого напряжения характерно появление источников зажигания при нарушении электроизоляции, пробое электрокабелей и электропроводов, замыкании на корпус. Накопление на поверхности краскораспылителей отложений ЛКМ может привести к искрообразованию.

Распространение пожара при окраске изделий происходит по поверхности окрашенных изделий; по отложениям ЛКМ на внутренних поверхностях окрасочных камер, воздуховодов, оборудования и конструкций; по воздуховодамвытяжной,рециркуляционнойиприточнойсистемвентиляции;поповерхности разлившихся ЛКМ; по конвейерам; через дверные, оконные и технологические проемы.

Пленка покрытия из масляных красок и эмалей становится горючей при толщине 0,1 мм, а для нитроцеллюлозных лаков и эмалей – при меньшей толщине. Огонь по окрашенным поверхностям распространяется с большой скоростью (например, скорость распространения пламени по пленке нитроцеллюлозного лака достигает 0,5 м/с).

Быстрому распространению пожара способствует скопление сгораемых окрашенных изделий из горючих материалов вблизи окрасочных камер, на участках окраски и в цехах; взрывы в окрасочных камерах и в цехах

340