鉛酸蓄電池的火災(zāi)危險性及管理措施的探索

李昊遠(yuǎn)

摘 要：隨著我國節(jié)能減排的迫切性日益加劇，企業(yè)生產(chǎn)中越來越多的以鉛酸蓄電池作為各類生產(chǎn)工具的儲能裝置，由于鉛酸蓄電池內(nèi)部反應(yīng)復(fù)雜，極易引發(fā)火災(zāi)事故。因此，對鉛酸蓄電池的火災(zāi)危險性的探索與管理正成為企業(yè)面臨的難點(diǎn)。本文從鉛酸蓄電池的充放電反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行分析，深度探索了鉛酸蓄電池的火災(zāi)危險性及管理措施，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全，為企業(yè)的快速發(fā)展保駕護(hù)航。

關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池;析氫反應(yīng);火災(zāi)危險性

隨著石油資源日趨枯竭，能源危機(jī)日益加劇，大氣污染越來越嚴(yán)重，所有企業(yè)已經(jīng)普遍認(rèn)識到節(jié)能和減排是未來企業(yè)發(fā)展的必要條件。同時，軌道交通裝備制造業(yè)發(fā)展迅速，正在成為人們?nèi)粘Ｉ睢⒐ぷ鞒鲂械闹饕x擇，因此軌道交通裝備制造企業(yè)在選擇各類電氣設(shè)施、生產(chǎn)工具、運(yùn)輸工具等，正在逐漸的由耗油型轉(zhuǎn)變?yōu)楹碾娦停虼烁鞣N形式的電動車、充電電池正在廣泛的被利用起來，其中鉛酸蓄電池以它使用壽命長、放電量大、價格低廉被廣泛應(yīng)用在儲能裝置領(lǐng)域。但是，由于它所帶來的消防安全方面的問題也引發(fā)了人們深刻的思考。

近年來，由鉛酸蓄電池引發(fā)的火災(zāi)事故一直是火災(zāi)防控的重點(diǎn)和難點(diǎn)，部分事故造成了慘重的人員傷亡，教訓(xùn)十分深刻，較為典型的事故案例有：①2017年12月13日，北京朝陽區(qū)十八里店鄉(xiāng)白墻子村一村民自建房火災(zāi)，造成5人死亡、9人受傷;②2017年9月25日，浙江省臺州市玉環(huán)市玉城街道一出租屋火災(zāi)，造成11人死亡、2人受傷。上述火災(zāi)事故的直接原因都是電動自行車在停放充電過程中引發(fā)。據(jù)有關(guān)報道，2013年至2017年全國共接報因使用鉛酸蓄電池的電動車引發(fā)的火災(zāi)1萬余起，較前5年增長33.3%，目前電動車在消防安全方面主要存在：產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)，違規(guī)改造改裝，停放充電不規(guī)范，使用人群安全意識不夠，監(jiān)管合力有待加強(qiáng)，防火安全性能低等6個方面的問題。現(xiàn)今由電動車充電電池引發(fā)的火災(zāi)事故頻發(fā)，越來越受到人們的關(guān)注，因此，對鉛酸蓄電池火災(zāi)危險性的分析及研究也變得越來越必要。

1 鉛酸蓄電池在軌道交通制造業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

鉛酸蓄電池在軌道交通裝備制造業(yè)中被廣泛應(yīng)用，主要為信息化機(jī)房儲能裝置。隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，與之配套產(chǎn)生的機(jī)房也迅速發(fā)展，各企業(yè)均開始建設(shè)大規(guī)模信息化機(jī)房，普遍采用鉛酸蓄電池作為儲能裝置，以此保證直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定;物流叉車、電動車的儲能裝置。現(xiàn)今制造業(yè)在生產(chǎn)過程中大量運(yùn)用叉車和電動車作為主要的運(yùn)輸方式，因此，鉛酸蓄電池因成本低、原材料來源廣泛、電池壽命長等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于叉車、電動車的儲能裝置。

2 鉛酸蓄電池的裝置構(gòu)成

鉛酸蓄電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成主要有以下幾部分：正、負(fù)電極板，電解液，電極隔板，電池槽，外殼和蓋子，限壓閥，端子。

其中正、負(fù)極電極板由活性電極物質(zhì)、導(dǎo)電物質(zhì)及其少量有機(jī)物質(zhì)添加劑組成;電解液主要以一定濃度的酸性溶液（硫酸）為主，作為蓄電池發(fā)生充放電反應(yīng)的反應(yīng)物之一;電極隔板既要保證正、負(fù)電極間的活性材料相接觸，防止短路發(fā)生，又要保證溶液中的離子導(dǎo)電性好;電池槽的主要作用為電極板和電解液的容器;外殼和蓋子作為電池的保護(hù)裝置，要求具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度來確保電池的內(nèi)外壓力共同作用;限壓閥，由于電池內(nèi)部發(fā)生氧化還原反應(yīng)，副產(chǎn)物氫氣和氧氣促使電池內(nèi)部壓力升高，通過限壓閥調(diào)節(jié)壓力。

3 鉛酸蓄電池的工作原理

鉛酸蓄電池的電化學(xué)反應(yīng)原理為充電時將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，儲存在電池內(nèi)部，放電時將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能釋放出來，鉛酸蓄電池的充電和放電過程是通過電化學(xué)反應(yīng)完成的，化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

電池總反應(yīng)為：

PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O（1）

放電時，正極反應(yīng)為：

PbO2+4H++SO2-4+2e-=PbSO4+2H2O（2）

負(fù)極反應(yīng)為：Pb+SO2-4-2e-=PbSO4（3）

充電時，陽極反應(yīng)為：

PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+4H++SO2-4（4）

陰極反應(yīng)為：

PbSO4+2e-=Pb+SO2-4（5）

該電池的總反應(yīng)為可逆的氧化還原反應(yīng)，放電時，二氧化鉛發(fā)生還原反應(yīng)生成硫酸鉛，單質(zhì)鉛發(fā)生氧化反應(yīng)生成硫酸鉛，實(shí)現(xiàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。充電，硫酸鉛發(fā)生還原反應(yīng)生成單質(zhì)鉛，陽極的硫酸鉛發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化鉛，實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。

4 鉛酸蓄電池的火災(zāi)危險性原因分析

通過鉛酸蓄電池的工作原理可以看出，該化學(xué)反應(yīng)為可逆反應(yīng)，在充電過程中硫酸鉛和水反應(yīng)，該過程為放熱過程;在放電過程中硫酸與二氧化鉛、鉛發(fā)生反應(yīng)，該過程為吸熱過程，根據(jù)能量守恒定律，放出的熱量等于吸收的熱量，但是只有在極小的電流下才能觀察到熱量守恒，通常情況下均為放熱反應(yīng)，因此，電池在充放電過程中鉛酸蓄電池內(nèi)部會有電流通過，同時電池內(nèi)阻也會引起電池溫度升高，使電池表面溫度在充放電過程中均會升高，存在火災(zāi)危險性。

鉛酸蓄電池電解液通常為稀硫酸，含有大量的水分子，又由于水的分解電壓較低為1.23V，因此，在鉛酸蓄電池充電過程中，達(dá)到70%時，會伴隨析氧反應(yīng)的發(fā)生，產(chǎn)生氧氣，反應(yīng)方程式如下：2H2O=2H++O2+2e-。在充電達(dá)到90%時，會伴隨析氫反應(yīng)的發(fā)生，反應(yīng)方程式如下：2H++2e-=H2。

有一定量的氫氣產(chǎn)生，如果電池充電器不匹配或者充電方式不正確，這會導(dǎo)致鉛酸蓄電池充電時電解水較多，氫氣析出量較大。由于氫氣的爆炸極限范圍較大，氫氣與空氣的混合爆炸下限為4%，上限為80%，氫氣的化學(xué)性質(zhì)及其活潑，其點(diǎn)火能量較小，極微小的明火，例如腈綸等毛織品的摩擦產(chǎn)生的靜電火花，均會引起氫氣燃燒或爆炸。因此，鉛酸蓄電池在充電過程中，如因操作不慎，易產(chǎn)生大量氫氣，如若所處充電空間較小，氫氣無法擴(kuò)散，極易引發(fā)火災(zāi)事故。

5 鉛酸蓄電池的消防安全管理措施

①由于鉛酸蓄電池充電過程中釋放氫氣，因此，在充電過程中要將鉛酸蓄電池至于開放、寬敞的空間內(nèi)，同時充電廠房建筑上方不得有易燃燒物品，如若外部空間狹小，要安裝通風(fēng)設(shè)備，并符合防火防爆要求;②鉛酸蓄電池在使用過程中禁止發(fā)生劇烈碰撞，以及充電線路采用符合規(guī)定的銅制電線，防止接線夾等連接處接觸不良引起的電線過熱;③鉛酸蓄電池充電處進(jìn)行動火作業(yè)時，必須事先向相關(guān)責(zé)任部門進(jìn)行情況說明，辦理動火作業(yè)審批手續(xù)，動火作業(yè)前停止充電，并經(jīng)過通風(fēng)兩個小時后，方能進(jìn)行動火作業(yè);④鉛酸蓄電池在使用或者存儲的過程中，需要適宜的環(huán)境和溫度，放置位置要具備通風(fēng)、干燥的條件，禁止陽光照射且遠(yuǎn)離熱源，環(huán)境溫度控制在15-20℃之間;⑤保持鉛酸蓄電池清潔，由于蓄電池的電解液為硫酸，長期使用會產(chǎn)生泄漏，硫酸與某些有機(jī)物質(zhì)先接觸時，會發(fā)生放熱反應(yīng)，可能引起燃燒，因此，要定期查看蓄電池，保持電池清潔，在擦拭時必須使用濕布，禁止使用油類或易燃有機(jī)溶劑擦洗，并且也不可使用浸有以上液體的擦布，為了防止靜電產(chǎn)生不要使用起毛的刷子或干布擦拭，同時鉛酸蓄電池附近要保持清潔，禁止存放可燃物;⑥管理人員要定期對鉛酸蓄電池進(jìn)行巡視、檢查，查看電池是否存在接線短路和電解液是否腐蝕外觀等現(xiàn)象，日常使用、充電、存儲時，要設(shè)置責(zé)任人進(jìn)行定時、定制管理。

綜上所述，本文重點(diǎn)分析了鉛酸蓄電池的火災(zāi)危險性集管理措施，從電化學(xué)的反應(yīng)機(jī)理上進(jìn)行了詳細(xì)的分析與調(diào)研，并針對所發(fā)現(xiàn)的起火原因和火災(zāi)隱患，采取必要的管理措施，進(jìn)而降低鉛酸蓄電池發(fā)生火災(zāi)的概率，提高電池使用的安全性和可靠性，減少鉛酸蓄電池發(fā)生火災(zāi)的次數(shù)，保證使用者的人身安全和財產(chǎn)損失，達(dá)到了從源頭消除火災(zāi)隱患，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全。為長客股份公司的生產(chǎn)經(jīng)營活動保駕護(hù)航、獻(xiàn)計獻(xiàn)策。