鋰離子電池和供應鏈共性安全技術1.鋰離子電池和供應鏈工廠共性事故2.物料遇液體形成原電池產(chǎn)熱產(chǎn)氣自燃3.細粉料爆炸和科學防爆技術4.鋰離子電池產(chǎn)煙量通風量爆炸參數(shù)5.可燃溶劑通風稀釋到不燃濃度6.推薦的技術標準331.物料遇到液體反應產(chǎn)熱產(chǎn)氫燃燒爆炸三類共性事故2.細粉料爆炸3.有機溶劑蒸汽燃燒爆炸江西九江某鋰電廠火災爆炸云南曲靖某粉料廠爆炸江西九江某鋰電廠火災爆炸廠火災爆炸氣體粉塵混合爆炸氣體粉塵混合爆炸堆積電池燃燒爆炸4表1動力電池廠粉塵燃燒爆炸案例清單(3年內(nèi))次數(shù)事故類型事故教訓3次除塵系統(tǒng)粉塵淋雨自燃第一次戶外除塵系統(tǒng)無防雨措施，除塵器粉塵淋雨自燃，燒毀除塵器本體，堆放的濕潤粉塵在三天后專家到場調(diào)研，還可燃燒。第二次是戶外除塵系統(tǒng)增加了立體雨棚，忘記對戶外管道連接的緩沖用途的帆布管防雨，導致雨水通過帆布進入粉塵，引起燃燒。第三次是清理除塵器的濾筒，堆放在地面接觸水自燃3次室內(nèi)吸塵器吸收粉塵燃燒第一次是使用普通吸塵器，密封不良，粉塵隨冷卻風道進入電機線圈，造成粉塵導電電路電弧點燃粉塵燃燒第二次、第三次是使用工業(yè)防爆風機，車間內(nèi)吸塵，無意先吸完地面水漬，再吸入粉塵，粉塵遇高電導率的泥漿水快速電解，產(chǎn)熱，放氫氣，自燃，氣體沖擊揚塵，視頻看到多次粉塵爆炸火光，類似鞭炮多次閃光激光清洗工藝處發(fā)生燃燒第一次激光清洗工藝即激光灼燒表面，高溫直接點燃了鋁殼電池注液后溢出在表面的電解液起火。第二次是滑石粉惰化不夠，激光清洗工藝的激光點燃了金屬殼電池外面沾染的電解液。后期優(yōu)化調(diào)整了滑石粉的比例，實現(xiàn)抑爆，不再燃燒。塑料管道后點燃粉塵第一次是激光切割工藝的高溫金屬熔渣，點燃了阻燃材料的透明塑料管道，燃燒后點燃粉塵。但是事故分析不到位，誤會是靜電火花，采取防靜電措施。第二次是承接第一次分析錯誤，激光切割工藝的高溫金屬熔渣再次點燃阻燃材料透明塑料管道，燃燒后點燃粉塵。這次解剖分析到位，采取首端2m用金屬管道熄滅和冷卻激光金屬熔渣的方法，解決問題1次進風口吸入膠帶紙張異物進風口吸入膠帶、流程紙等低燃點異物(燃點值在150℃左右),在負壓風機的紙張，繼續(xù)燃燒點燃濾袋，燒毀風機；因為采用了鎖氣泄灰閥在料斗口，所以沒有點燃料斗中積累的粉塵。改進措施是在進風口、補風口增加阻擋異物的網(wǎng)格后，消除了隱患。準T/SPSTS042。52.物料遇液體形成原電池產(chǎn)熱產(chǎn)氣自燃5研究異種粉塵、廢渣遇水、酸液形成原電池參數(shù)，放研究異種粉塵、廢渣遇水、酸液形成原電池參數(shù)，放電、產(chǎn)熱、釋放氫氣，酸液和金屬放熱反應釋放氫氣，自燃機理泉體機比0檢稱2泉gg420材料組合鈷酸鋰-石墨鈷酸鋰-鋁箔鈷酸鋰-銅箔鋰鎳鈷錳-石墨鋰鎳鈷錳-銅箔電解液中開路電壓(V)材料組合鋰鎳鈷錳-鋁箔磷酸鐵鋰-銅箔磷酸鐵鋰-石墨鋁箔-石墨鋁箔-銅箔電解液中開路電壓(V)圖3開路電壓和液體電導率散點圖·放電慢，R小則U小放電快圖2原電池接不通電阻降低電壓示意圖分析裸電芯在液體電導率和開路電壓，發(fā)現(xiàn)電導率低的開路電壓高，電導率高的開路電壓低，證明原電池正在放電。記錄電壓發(fā)現(xiàn)電壓從高到低逐步下降，證明正在放電。伴隨電流可以計算單位時間的電量，對應了正極溶解、負極接受電子可能伴隨有電解金屬膜現(xiàn)象，電解金屬膜在某些場景造成短路62.物料遇液體形成原電池產(chǎn)熱產(chǎn)氣自燃6研究異種粉塵、廢渣遇水、酸液形成原電池參數(shù)，放電、產(chǎn)熱、釋放氫氣，酸液和金屬放熱研究異種粉塵、廢渣遇水、酸液形成原電池參數(shù)，放電、產(chǎn)熱、釋放氫氣，酸液和金屬放熱反應釋放氫氣，自燃機理反應緩慢，捏癟擰緊的瓶子保持捏癟的狀態(tài) (PH=2的硫酸),激烈產(chǎn)(c)廢渣樣品中典型物質(zhì)(c)廢渣樣品中典型物質(zhì)(f)反應溫度高達247℃(f)反應溫度高達247℃廢渣和硫酸反應溫度廢渣和硫酸反應溫度燃點72.物料遇液體形成原電池產(chǎn)熱產(chǎn)氣自燃7研究異種粉塵、廢渣遇水、酸液形成原電池參數(shù)，放電、產(chǎn)熱、釋放氫氣，酸液和金屬放熱研究異種粉塵、廢渣遇水、酸液形成原電池參數(shù)，放電、產(chǎn)熱、釋放氫氣，酸液和金屬放熱反應釋放氫氣，自燃機理0圖5圓柱形集塵桶堆積鋁粉自燃風險源于東北大學王鑫陽、李剛的論文表4遇水放出易燃氣體的物質(zhì)和混合物的分類GB30000.13-2013《化學品分類和標簽規(guī)范第13部分：遇到水放出易燃氣體的物質(zhì)和混合物》燃氣產(chǎn)生速度測試標準燃氣產(chǎn)生速度測試標準于每千克物質(zhì)在任何1min內(nèi)釋放10L的任何物質(zhì)或化合物20≤產(chǎn)氣速率在環(huán)境溫度下遇水容易發(fā)生反應，釋放易燃氣放20L,并且不符合類別1的任何物質(zhì)或化合物放1L,并且不符合類別1和類別2的任何物質(zhì)或化合物1≤產(chǎn)氣速率產(chǎn)氣速率類別3.細粉料爆炸和科學防爆技術83.細粉料爆炸和科學防爆技術粉塵爆炸安全研究方法粉塵爆炸安全研究方法參數(shù)，糾正常見錯誤(完成)5.受限空間5.受限空間無效點火源(完成)研究內(nèi)容(完成)(完成)4.有效點火源4.有效點火源1.3推導和測試可燃粉2.氧氣2.氧氣3.可燃濃度圖6粉塵爆炸五邊形模型(失效模式)反應釋放氫氣，自燃機理(完成)93.細粉料爆炸和科學防爆技術9粉塵氣化體積膨脹倍數(shù)鋁粉半徑和單顆熔化熱散點圖△E單顆熔化熱(mJ)△E單顆熔化熱(mJ)銅粉硅粉鎂粉鋁粉聚丙烯聚乙烯銅粉硅粉鎂粉鋁粉聚丙烯聚乙烯鋅粉鐵粉聚偏二氟乙烯尼龍0.0000.0010.0020.0030.0040.0050.0060.007圖7推算粉塵氣化膨脹體積倍數(shù)模型圖8推算點火能可以點燃粉塵粒徑模型粉塵，可以豁免多粗的粉塵來簡化投資3.細粉料爆炸和科學防爆技術非爆炸區(qū)域的車間和倉庫如果粉塵爆炸進入車間，則傷亡慘重>200人0投料工藝納米碳粉>200人涂布車間PVDF粉塵圖9科學劃分爆炸區(qū)域>500人激光工藝的金屬煙塵裝配車間>5人①隔爆閥→①車間粉塵一②車間粉塵管道③隔爆閥④進入除塵器本體管道⑤除塵器容器高塵區(qū)域⑦清潔空氣區(qū)域⑥⑥濾筒⑤⑤⑧?⑧⑨⑨爆炸分區(qū)，40m2/套，0人>900人非爆炸區(qū)域車間和倉庫表5粉塵防爆安全不當設計清單序號不當設計內(nèi)容不安全分析建議糾正1室內(nèi)粉塵管道直接安裝無火焰泄爆器不用室內(nèi)無火焰泄爆器，室內(nèi)除塵器體積≤0.5m3且每班清理后每班粉塵量≤2.5kg的無害程度2在傾斜管道安裝隔爆閥隔爆閥多是水平管道的重力平衡式結構，傾斜管道不發(fā)揮作用使用水平管道安裝隔爆閥，或選擇特殊磁吸隔爆閥用于傾斜管道3除塵器的泄爆片、泄爆閥相對布置形成對轟煙塵爆炸改變位置到不相互對轟4采取水吸收粉塵濕法除塵水分降低電池粉料容量采用干式除塵5戶外除塵器和管道不采取防水措施粉塵遇水電解釋放氫氣采取立體雨棚防水6進風口、補風口不設置阻擋異物網(wǎng)格紙張膠帶吸入負壓風機的軸承摩擦生熱燃燒增加不銹鋼網(wǎng)格阻擋異物，低氣阻對轟布置D2中0事無火焰泄爆器0圖10粉塵防爆不當設計圖例3.細粉料爆炸和科學防爆技術鋰離子電池材料、輔料、衣物，多數(shù)滿足ESD要求?？轨o電材料的電阻在o到100鋰離子電池材料、輔料、衣物，多數(shù)滿足ESD要求。靜電耗散材料⑧布鞋20MQ⑩棉布手套42MΩ?磷酸鐵鋰粉料為靜電絕緣材料(☆絕緣材料產(chǎn)生靜電，可計算其能量)?電池外部套膜絕緣材料。電阻315GQ;動力電池金⑩絕緣包裝容器。貼膜①混凝土地面，>400GΩ;瓷磚地面，>400GQ;為靜電屏蔽材料為靜電屏蔽材料部④電池金屬外殼⑤電池石墨陽極，鋰⑥人體電阻標為1KΩ)⑦防靜電工衣放電類型源頭放電能傳遞點火能點燃能力人體向設備充電可點燃多數(shù)燃氣，不能點燃粉塵機器對機器充電可點燃部分燃氣，不能點燃粉塵設備對金屬表面可點燃少量燃氣，不能點燃粉塵粉料電暈放電引燃MIE≤0.025mJ的燃氣粉料刷形放電引燃多數(shù)燃氣和有機溶劑蒸氣，MIE≤3mJ的氣液粉塵混合物粉料堆表面放電≤幾J引燃多數(shù)燃氣和有機溶劑蒸氣，MIE≤10mJ的氣體/物粉料人體放電引燃多數(shù)燃氣和有機溶劑蒸氣，MIE≤30mJ的氣體/合物，少數(shù)細粉塵粉料火花放電引燃多數(shù)燃氣和有機溶劑蒸氣，MIE≤1J的氣體/粉粉料傳播型刷形放電≤數(shù)百4.鋰離子電池產(chǎn)煙量通風量爆炸參數(shù)4.1創(chuàng)建電池燃燒產(chǎn)煙量模型、熄滅抑爆通風量模型4.1創(chuàng)建電池燃燒產(chǎn)煙量模型、熄滅抑爆通風量模型4.2研究電池爆炸參數(shù)、抗爆泄爆抑爆參數(shù)4.2研究電池爆炸參數(shù)、抗爆泄爆抑爆參數(shù)產(chǎn)煙量Vsmoke=800×Velectrolyte抽風量Vfan=160000×Velectrolyte創(chuàng)新研究的公式寫入安全標準，Vsmoke是電池燃燒產(chǎn)生煙霧量，是熄滅抑制燃燒需要的通風量。表7電解液液體氣化體積膨脹倍數(shù)·機理推導1:液體氣化膨脹模型；·機理推導2:電解液裂解模型(電解液CHyOz→烴類氣體CHy)·驗證2:分析6年積累的臨近熱失控電池的內(nèi)部氣體數(shù)據(jù)證明·機理推導3:用烴類氣體爆炸壓強典型·驗證3:熱箱內(nèi)電池爆炸抗爆泄爆試驗液體氣化體積膨脹倍數(shù)摩爾數(shù)每g液體體積每g液體氣化后體積(ml.g1)4.鋰離子電池產(chǎn)煙量通風量爆炸參數(shù)(白煙是電解液蒸氣)烴類氣體CHy燃燒爆炸(f)4.鋰離子電池產(chǎn)煙量通風量爆炸參數(shù)金屬殼動力電池電池內(nèi)部燃燒火焰體滅火示意圖炸照片圖13惰性氣體窒息滅火引起爆炸試驗抽氣管抽氣管抽風機黑離子電池圖14設備抽氣滅火裝置示意圖指導形成武漢理工大學的專利適合儲能系統(tǒng)、電動船舶、飛機、汽車等電池包的滅火4.鋰離子電池產(chǎn)煙量通風量爆炸參數(shù)1)“風”即通風稀釋燃氣濃度低于爆炸下限的5%就無爆炸、無二次燃燒防爆風機2防爆風機2防爆風機1管道輸送120m排煙(a)固定風機(b)移動風機(帶有伸縮鋁箔管道的風機，可圖3.12風機排煙抑爆試驗照片4.鋰離子電池產(chǎn)煙量通風量爆炸參數(shù)2)掌握消防風水法的水，即果斷用水滅火。要求掌握知識和操作為：a)掌握知識為水滅火降溫速度是其他滅火劑的10倍以上，水進入破損的電池將活潑的LiCx惰化為碳酸鋰陶瓷。b)掌握單位面積水量對應滅火快慢，從大到小依次為泡水、定點射水和定點水霧、消火栓射水、噴淋系統(tǒng)。C)掌握用水滅火要防范觸電風險，應采取設備斷電、漏電開關、設備金屬外殼多點按地。d)了解水量配置遵循北京地標DB11/Z728標準，每5萬安時配9升水或每500平方米配60升水。e)了解從單位面積水量看，現(xiàn)有標準噴淋系統(tǒng)和高架倉庫噴淋系統(tǒng)不能有效滅火，只能模似修改測試達到滅火效果，修改增加噴淋量和布局、或設備自帶噴水/水霧滅火裝置、或人為射水噴霧滅火。f)了解不用鹽水、泥漿水接觸高壓電池包防范電弧起火，宜用自來水、干凈地表水滅火。(a)泡水箱(b)泡水池或圍堰(c)噴霧器(d)消防盤管(d)消防水帶(e)水噴淋系統(tǒng)不能有效滅火5.可燃溶劑通風稀釋到不燃濃度四個知識點，可以參考SJ/T11798或者T/SPSTS041標準中的內(nèi)容①安東尼公式，從液體的熔點、沸點推導兩者之間的溫度對應的保護蒸氣壓，計算濃度。②馬扎克公式，計算風速下稀釋的溶劑蒸氣濃度③計算工藝能力系數(shù)和失效率④計算暴露途徑的危害程度圖15安東尼公式示意圖兩點為(熔點，10Pa)和(沸點，101.3kPa)5.可燃溶劑通風稀釋到不燃濃度1)馬扎克公式原型·式中G是泄露率，單位g/h;u是風速，單位m/s;Pv是飽和蒸氣壓，單位是Pa;S為泄露面積，單位m2;M為分子量，無量綱。這里133.32是氣壓學位轉(zhuǎn)換，每毫米汞柱為133.32Pa。2)馬扎克公式變化2)馬扎克公式變化·式中D是溶劑蒸氣濃度，單位為爆炸下限值LEL;u是風速，單位m/s;P是高溫度的飽和蒸氣壓，單位為Pa;M是物質(zhì)分子量，無量綱；n是每摩爾物質(zhì)燃燒消耗的氧氣分子量，無量綱。5.可燃溶劑通風稀釋到不燃濃度計算工藝能力系數(shù)和失效率Mean=Average(數(shù)組