鋰離子動(dòng)力電池廠房消防設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)研究

苗爭(zhēng) 何鵬

摘要：本文以國(guó)內(nèi)某電池生產(chǎn)企業(yè)的鋰離子動(dòng)力電池廠房消防設(shè)計(jì)作為實(shí)際的案例，根據(jù)我國(guó)電池生產(chǎn)相關(guān)規(guī)定，針對(duì)鋰離子電池廠房消防設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)、要點(diǎn)展開論述研究，提出消防設(shè)計(jì)意見和若干優(yōu)化整改的策略，為類似廠房的消防設(shè)計(jì)提供更多參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：消防設(shè)計(jì)；鋰離子動(dòng)力電池；火災(zāi)；風(fēng)險(xiǎn)

國(guó)內(nèi)某類鋰離子動(dòng)力電池生產(chǎn)廠房位于江蘇鎮(zhèn)江市新區(qū)鎮(zhèn)，是某能源科技企業(yè)的租賃廠房，每年可以生產(chǎn)1億Ah鋰電池，為新建項(xiàng)目生產(chǎn)線。該項(xiàng)目是給新能源電動(dòng)汽車生產(chǎn)鋰離子動(dòng)力電池，在該廠房周邊有研發(fā)樓、新生產(chǎn)制造車間、三棟廠房，分別為電子類的工業(yè)廠房，廠區(qū)的實(shí)際占地面積是33400平方米，建筑面積為1456平方米。

一、工藝流程和原材料火災(zāi)危險(xiǎn)的類型分析

（一）工藝及原料火災(zāi)的危險(xiǎn)性

生產(chǎn)制造人員攪拌電解液時(shí)，將正負(fù)極材料、粘結(jié)劑、溶劑根據(jù)一定的配比方案，確定好配置的比例，然后加入攪拌均勻，放置在攪拌罐中。在攪拌機(jī)設(shè)備內(nèi)要將電解液材料攪拌均勻，然后再將其放在儲(chǔ)存罐中，放置一段時(shí)間之后再將漿料使用于電池的生產(chǎn)制作過程。配置均勻的漿液，要求工作人員均勻的涂抹，并使用涂漿機(jī)進(jìn)行定量化的涂抹。在涂抹的基料中，如果涂抹在鋁箔上，要放置在涂抹設(shè)備及烘干區(qū)。在一定的溫度條件下，將這些材料的溶劑都烘干之后，再使用通道將風(fēng)力送入到涂抹車間，烘干以后的電池芯片是由脫模機(jī)和收卷機(jī)設(shè)備使用。在碾壓期間，將涂抹完成之后的整卷機(jī)片拆掉，使用碾壓棍來碾壓，要使得基材內(nèi)的活性物質(zhì)碾壓到位，其厚度達(dá)到工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在碾壓期間，要管控好碾壓縫隙和施加壓力的數(shù)據(jù)。在此期間，不使用原材料，而在使用剪切工具上，要在碾壓完之后，根據(jù)其要求剪切成寬度比較小的卷積片。卷狀形的電極片是通過電動(dòng)升降設(shè)備將其放置在烘干設(shè)施上，設(shè)定烘干溫度，用真空來烘干，烘干的方法是電加熱烘干箱。

當(dāng)烘干作業(yè)完成之后，再使用電動(dòng)升降平臺(tái)將極片從周轉(zhuǎn)車內(nèi)取出來，然后送到繞卷機(jī)去展開下一道工序的操作。將電池正極片、電池內(nèi)部隔膜、電池負(fù)極片依次擺放到位，然后經(jīng)過卷繞至形成電池機(jī)組，工序全部改進(jìn)為機(jī)械上料，而且卷繞完成之后可以自動(dòng)換料，產(chǎn)出的材料可以自動(dòng)下料，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)到下一道工序，就能夠避免由于員工操作失誤帶來的負(fù)面影響，提高了換料的速度和生產(chǎn)的效能。在電芯裝配時(shí)，將卷入好的極片打包，形成一組，再使用連接片進(jìn)行超聲的焊接。以此推進(jìn)，就能夠形成一個(gè)整體的電極，電池裝配整個(gè)過程是由自動(dòng)線去完成，減少人為要素所帶來影響，保證生產(chǎn)線能夠穩(wěn)定，提高生產(chǎn)效能。

（二）注入電池殼的電解質(zhì)成分分析研究

電池內(nèi)部的電解質(zhì)物質(zhì)是由碳酸脂和六氟磷酸鹽構(gòu)成，配置而形成的碳酸酯類的溶劑材料具有更好的電化學(xué)特性，具有比較高的閃點(diǎn)及很低的熔點(diǎn)。在制作鋰離子電池時(shí)，其閃點(diǎn)是150度，電池內(nèi)部使用的六氟磷酸鋰鹽是固體材料，生產(chǎn)時(shí)使用的電解液是采用不銹鋼桶容器來密封包裝，不銹鋼桶的容積是200升，在內(nèi)部有惰性氣體保護(hù)。在筒內(nèi)部，使用快插接頭將不銹鋼管道與注液設(shè)備緊密聯(lián)系，之后再使用高精度的注液泵來將電解液注入到電池內(nèi)部。在灌入電池液時(shí)，注液設(shè)備往往是在密封環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)，可以對(duì)每個(gè)電池真空加注，并且加注壓力，使電池電解液都被灌入到電池內(nèi)部，確保沒有泄露發(fā)生。在完成作業(yè)之后，電池注液的設(shè)備都會(huì)自動(dòng)密封。封口之后，對(duì)電池還要進(jìn)行密封檢查，檢測(cè)注漿機(jī)都需要使用密封罩封裝起來，罩體內(nèi)部的壓力多數(shù)都是負(fù)壓力，防止電解液的氣味被溢出來［1］。

（三）廠房的火災(zāi)危險(xiǎn)性研究分析

通過以上的論述，可以看到廠房所需要的原材料、輔助材料多數(shù)都是丙類及戊類，結(jié)合電池生產(chǎn)工藝流程，在電池充放電期間，不會(huì)產(chǎn)生有害氣體，也沒有氣體排出到電池外部。在完成充放電過程中，整個(gè)電池是由電動(dòng)車輛自動(dòng)的運(yùn)輸至電池靜置區(qū)來靜置的充電，該區(qū)域內(nèi)會(huì)由空調(diào)將其溫度控制在25度左右，電池在充電期間也不會(huì)排放出有害氣體。電池的老化及后續(xù)處理：將裝配完之后的電池使用車輛放置在生產(chǎn)車間內(nèi)，然后生產(chǎn)制造人員再使用專用的電池充放電設(shè)施對(duì)電池進(jìn)行自動(dòng)化的充電放電測(cè)試，要針對(duì)每個(gè)車輛來進(jìn)行，選出優(yōu)質(zhì)合格的鋰離子動(dòng)力電池［2］。

該廠房的生產(chǎn)線都是自動(dòng)化的倉儲(chǔ)設(shè)備，而且使用自動(dòng)化的機(jī)器人，機(jī)器人可以自動(dòng)選址，也可以自動(dòng)去定位。在系統(tǒng)內(nèi)利用機(jī)器人程序來生產(chǎn)，可將帶電及不帶電的電池分離出來，完全阻隔，能夠減少帶電電池所產(chǎn)生的危害，消除風(fēng)險(xiǎn)隱患。

二、鋰離子動(dòng)力電池廠房的消防設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)研究

（一）廠房的疏散距離合理性分析

在我國(guó)政府部門發(fā)布的GB50016-2014建筑設(shè)計(jì)消防規(guī)范中，規(guī)定了二級(jí)的丙類單層廠房?jī)?nèi)部的任何一點(diǎn)到最近的安全出口的直線距離不能夠大于80米。該廠房消防設(shè)計(jì)的兩個(gè)車間疏散距離都需要小于80米，能夠滿足人群疏散的要求。

（二）防煙分區(qū)的合理劃分問題研究

結(jié)合政府防煙分區(qū)的劃分規(guī)定，如果地下室內(nèi)的窗戶占用該建筑面積超出200平，同時(shí)地下室如果有人經(jīng)常停留，可燃物質(zhì)比較多，那么要建立起防煙分區(qū)，設(shè)置防煙設(shè)施，房間的吊頂高度小于6米，此時(shí)每個(gè)房間就會(huì)建立形成房間分區(qū)，劃分為40個(gè)房間分區(qū)。

（三）室內(nèi)消火栓流量分析

在工業(yè)廠房?jī)?nèi)，所有區(qū)域都會(huì)建立噴淋管道，覆蓋到生產(chǎn)區(qū)，環(huán)境相對(duì)安全。國(guó)內(nèi)政府部門發(fā)布的工業(yè)廠房消防給水技術(shù)規(guī)范要求工業(yè)廠房建造單位根據(jù)該技術(shù)去設(shè)置消防栓，布設(shè)消防管道，建立可靠的消防系統(tǒng)，根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)需要，適當(dāng)縮減消防栓的用水量。對(duì)于單層的工業(yè)廠房來講，消滅火災(zāi)的難易程度較小，而多層建筑物難度大，到場(chǎng)地內(nèi)設(shè)置消防水池條件很有限。因此，動(dòng)力鋰離子電池工廠消防可采用減半設(shè)計(jì)方法，能夠保障消防優(yōu)勢(shì)。在工廠與隔壁的車間都用消防管道串通起來，采用兩路的消防用水，進(jìn)而使得鋰離子動(dòng)力電池工業(yè)廠房?jī)?nèi)部空間更加安全可靠［3］。

（四）有毒氣體的探測(cè)設(shè)置研究

該工廠內(nèi)，粉漿蒸汽上都會(huì)使用MP溶劑，這種溶劑揮發(fā)性低，而且化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。但是，目前國(guó)內(nèi)并沒有關(guān)于燃燒后是否會(huì)生成有毒性氣體的完備資料。有關(guān)消防部門就要結(jié)合生產(chǎn)供應(yīng)資料進(jìn)行詳細(xì)的分析，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，消防員進(jìn)出現(xiàn)場(chǎng)滅火時(shí)，要保證消防員自身的人身安全。在進(jìn)行綜合的研究分析后，消防部門在電池廠房安裝探測(cè)器裝置［4］。

（五）滅火系統(tǒng)的選擇分析

鋰離子動(dòng)力電池的生產(chǎn)廠房有些區(qū)域不太適合使用水具滅火，該生產(chǎn)廠房每個(gè)區(qū)域是三類著火場(chǎng)所，有些區(qū)域著火之后就會(huì)散發(fā)毒氣，要使用裝有高壓的吸水系統(tǒng)。具備撲救火災(zāi)的高壓吸水系統(tǒng)，對(duì)于著火之后產(chǎn)生的廢氣煙塵具有凈化作用。相比其他系統(tǒng)來講，更加安全更加環(huán)保。消防部門要建議工程單位使用高壓細(xì)水霧的自動(dòng)滅火噴淋設(shè)備。

三、在廠房設(shè)計(jì)中提高消防安全設(shè)計(jì)的質(zhì)量

在消防安全管理方面，鋰離子動(dòng)力電池廠房的施工時(shí)，還要著重考慮到當(dāng)?shù)氐乩淼匦巍⑻鞖猓顼L(fēng)沙、雨水，產(chǎn)生強(qiáng)風(fēng)沙、晝夜溫差偏大的氣候條件。廠房的建筑物墻體要更加厚實(shí)，選擇的墻體材料要以當(dāng)?shù)氐耐潦臑橹鳌Ａ硗猓鶕?jù)廠房?jī)?nèi)用的具體功能和存儲(chǔ)產(chǎn)品來設(shè)計(jì)墻體的厚度，要使墻體具有更好的隔熱性和節(jié)能效果。夏天溫度較高，會(huì)達(dá)到40度，厚墻就可以減緩熱能的傳導(dǎo)和紫外線給室內(nèi)帶來的熱量影響，這些舉措都能夠?qū)崿F(xiàn)易燃物品的有效隔熱控制。

（一）整體與廠房?jī)?nèi)環(huán)境的設(shè)計(jì)

在工業(yè)廠房?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)中，室內(nèi)的框架要使用鋼鐵結(jié)構(gòu)。由于存在著可燃物質(zhì)的移動(dòng)，可燃物質(zhì)數(shù)量和空間都會(huì)隨著環(huán)境變化而產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變化。如果外界風(fēng)沙天氣偏大，廠房?jī)?nèi)使用的木質(zhì)易燃材料作為框架，就可能會(huì)誘發(fā)火源，進(jìn)而產(chǎn)生火災(zāi)擴(kuò)大的趨勢(shì)。

（二）確定消防安全等級(jí)

結(jié)合鋰離子動(dòng)力電池生產(chǎn)廠房防火規(guī)定，火災(zāi)危險(xiǎn)性大小要根據(jù)目前廠房生產(chǎn)狀況去確定消防等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。生產(chǎn)廠房要按照火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)去配備防火設(shè)施，鋰離子動(dòng)力電池廠房?jī)?nèi)部的火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)中的較大區(qū)域占到防火分區(qū)面積小于5%，達(dá)到國(guó)家政府部門的工廠消防防火規(guī)定。鋼結(jié)構(gòu)廠房要加強(qiáng)消防設(shè)施的布設(shè)，管控臨時(shí)堆放的可燃性物質(zhì)，保證消防通道更加暢通。在遇到火災(zāi)事故時(shí)，要快速疏散人群，這也是多數(shù)動(dòng)力電池廠房消防的具體規(guī)范。［5］

（三）防排煙的設(shè)計(jì)

在進(jìn)行工業(yè)廠房?jī)?nèi)防排煙窗設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要考慮到當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)力。在多風(fēng)沙天氣下，廠房的窗戶設(shè)計(jì)都比較狹小，以便減少外界熱量向室內(nèi)的傳導(dǎo)，如果產(chǎn)生火災(zāi)，這將不利于煙氣排放。可以采用單個(gè)鋁合金排煙方法，平常關(guān)閉，一旦發(fā)生火災(zāi)，就可以開啟這種模式達(dá)到排煙的效果。

（四）提升廠房的耐火極限

在鋰離子動(dòng)力電池的工業(yè)廠房設(shè)計(jì)時(shí)，要提高廠房?jī)?nèi)部整體的防火極限，采用外包防火層或者采用發(fā)泡的防火漆方法。采用外包防火層給工業(yè)廠房的鋼結(jié)構(gòu)外表面外包一層，這種方法應(yīng)用在許多領(lǐng)域，并且使用澆筑成型的噴頭方法。采用鋼絲鋼筋連接限制裂縫，可以保證外部強(qiáng)度。涂抹方法就是涂抹砂漿液，其中發(fā)泡的防火機(jī)是使用多種多樣材料制作而成的，耐火材料具有更強(qiáng)的阻燃特性。在干燥之后會(huì)形成噴涂漆膜，達(dá)到阻燃效果，而且可以推遲燃燒物燃燒時(shí)間，可以使用發(fā)泡防火漆涂滿鋼結(jié)構(gòu)，從而將火災(zāi)限制在一定范圍之內(nèi)［6］。

（五）降低火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)溫度和快速排出煙氣熱氣

為了使消防工作穩(wěn)定的推進(jìn)，獲取更多的滅火時(shí)間空間，該設(shè)計(jì)具有更好的消防防火性能。在工業(yè)廠房設(shè)計(jì)消防設(shè)施時(shí)，動(dòng)力鋰電池的廠房窗戶要放在高位，同時(shí)其通風(fēng)口也要放置在高位。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)生成許多煙氣時(shí)，煙氣向上流動(dòng)，就會(huì)通過高處窗戶通風(fēng)口向外界傳遞。窗戶位置比較高，有助于煙氣的排放，降低廠房?jī)?nèi)部所產(chǎn)生的溫度，消除廠房?jī)?nèi)所生成的濃煙氣體［7］。如果排除濃煙熱氣速率比產(chǎn)生的速率大出許多，那么鋰離子動(dòng)力電池廠房?jī)?nèi)的溫度不會(huì)上升太多，也不會(huì)給被困人員產(chǎn)生惡劣的影響后果。在廠房?jī)?nèi)展開排煙時(shí)，要經(jīng)常使用排煙器。使用機(jī)器送風(fēng)進(jìn)行排煙排熱，是排煙比較常用的一類方法，不需要投入太多的資金，會(huì)節(jié)省更多的空間。鋰離子動(dòng)力電池的工業(yè)廠房進(jìn)行消防設(shè)計(jì)，一般不會(huì)用防火墻或者防火卷簾，這種消防方式會(huì)給生產(chǎn)帶來一些影響，維修不太方便，可以考慮使用水幕或者消防炮方式來滅火。盡管這種技術(shù)有一定缺陷，需要消防人員對(duì)該技術(shù)進(jìn)行深度研究，不斷優(yōu)化改進(jìn)消防設(shè)計(jì)方案，使得消防設(shè)計(jì)更加合理，避免火災(zāi)影響范圍擴(kuò)大，降低火災(zāi)煙氣濃度，保證工人們的安全［8］。

結(jié)束語

近年來，我國(guó)科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，鋰離子動(dòng)力電池安全性、經(jīng)濟(jì)性也獲得了人們的關(guān)注。群眾對(duì)于鋰離子電池的需求量日益增多，廠房也在日漸增多。本研究針對(duì)鋰離子動(dòng)力電池消防設(shè)計(jì)中涉及到的廠房材料，分析廠房?jī)?nèi)部人員疏散距離，研究防煙分區(qū)，圍繞建筑物構(gòu)造的相關(guān)難點(diǎn)問題展開論述。根據(jù)國(guó)家政府部門的具體規(guī)定要求，對(duì)相關(guān)問題逐一研究分析，合理總結(jié)提煉，推進(jìn)優(yōu)化整改，為后期的鋰離子動(dòng)力電池生產(chǎn)廠房消防設(shè)計(jì)提供更多的借鑒參考。

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