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从消防规范标准探析卷烟工厂铅酸蓄电池火灾防控对策

2022年06月30日 来源:烟草在线 作者:段枫
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铅酸蓄电池在卷烟工厂使用广泛,如安保巡逻车、洗地电动车、UPS备用电源均以铅酸蓄电池为主要动力源。铅酸蓄电池发生安全事故的几率不高,然而一旦发生燃爆,其故障损失和连带影响则十分巨大。本文深入分析了铅酸蓄电池在使用过程中的起火机理,同时结合相关消防规范标准,提出了火灾防控对策。

铅酸蓄电池具有成本低、性价比高、可靠性好等优点,目前卷烟工业生产中使用的安保巡逻车、洗地电动车、UPS备用电源都是以铅酸蓄电池为主要动力源。铅酸蓄电池发生安全事故的几率不高,然而一旦发生燃爆,其故障损失和连带影响则十分巨大。2016年1月25日,某信息化系统蓄电池发生爆燃事故,30余块蓄电池中有20余块被烧得只剩极板,机箱烧毁,房屋吊顶烧穿,大量碳粉进入服务器、计算机和投影机内,直接经济损失达40余万元。该事故致使信息化系统停止运行两个月,间接经济损失无法估量。究其原因,有以下几点:缺乏有效监管和维护、消防安全缺乏技术支撑、风险控制和安全意识不强。因此,探究铅酸蓄电池在使用过程中的起火机理以及从消防规范标准角度提出铅酸蓄电池充电场所火灾防控对策对于卷烟工厂火灾防控具有重要意义。

一、 铅酸蓄电池起火主要机理

1、过充电导致析氢爆炸

根据铅酸蓄电池工作原理,铅酸蓄电池正极活性物质是二氧化铅,负极活性物质是海绵铅,电解液是稀硫酸溶液,当充电到70%∽80%电量时,正极开始析出氧气,当充电基本完成约90%时,负极开始析出氢气。

蓄电池充放电反应化学方程式如下:

放电反应:

Pb02+2H2S04+Pb→PbS04+2H20+PbS04

充电反应:

PbS04+2H20+PbS04→Pb02+2H2S04+Pb

正极充电到70%∽80%电量时,产生如下副反应:

2H20—4e→O₂+4H+

负极充电到90%电量以上时,产生如下副反应:

2H++2e→H2

充电过程水分解反应产生氢气是不可避免的。铅酸蓄电池过充电会大大增加电池发热和加快水分解反应析出大量氢气,并造成电池失水。当充电过程的电化学反应持续电解水产生大量氢气并不断释放,蓄电池中或空气总的含氢量累计至爆炸极限(H2占混合气体体积的4%∽74%)时,遇到点火源就会形成爆炸,引发火灾等安全事故。

2、产品工艺质量问题导致铅酸蓄电池爆燃

每组蓄电池是由多格蓄电池单体组成的,因工艺质量问题,不能保证蓄电池每个单体的性能都完全相同,即出现单体电池不平衡现象。如果单体电池差异过大,则不能保证整块蓄电池的质量,主要原因在于:电池单体串联而成的整块蓄电池充放电时,每个单体流过的电流是相同的。如果某个单体容量变小,则在充电过程中,该单体首先充满,当其他单体充满时,该单体已严重过充电;在放电时,该单体首先放电完毕,当其他单体放电完毕时,该单体已严重过放电。严重的过充电和过放电都会造成该单体迅速损坏,在此过程中产生的气体以及单体温度的升高,都是蓄电池爆燃的主要原因。

3、内部压力问题相继导致物理化学爆炸

蓄电池充放电时,蓄电池发热引起内部压力增高。过充电时,充入的电能使电解液的中水电解,产生氢气和氧气,不仅使蓄电池温度升高,电解液减少,还会造成严重的安全隐患。虽然免维护蓄电池采用了催化复合措施,安装了安全阀,但若安全阀堵塞或发生故障,会使得电池内部气体太多而来不及溢出,导致蓄电池内压和温度过高,从而会引起蓄电池壳体变形炸开,这是一种物理过程。爆裂会引起电池的震动,导致极柱接线不牢而产生火花,从而点燃氢气形成化学爆炸。

4、火花问题导致爆炸

蓄电池排出的气体中,当氢气占混合气体的体积在4%∽74%时,遇到明火便会发生爆炸。火花一般在电池外部产生,也可以由于内部连接问题在蓄电池内部产生。当回路中有电流流过时,连接松动或接触不良的点位就容易产生火花,因此很多蓄电池爆炸事故发生在设备启动的瞬间。实际中,也有因外界明火引燃、开关电火花以及静电火花而引起爆炸事故发生。

5、铅酸蓄电池热失控引发火灾

热失控是铅酸蓄电池的电流和温度发生累积的互相增强的作用,并能导致蓄电池损坏的过程。蓄电池的起火及蔓延,是由于单节电池热失控,通过热传导、热辐射引发相邻电池相继发生热失控,这一连锁反应最终导致整个蓄电池槽体软化故障、电池壳体破裂或者极柱密封不严,导致内部电解液漏出形成电池正负极间外部短路进而引发火灾。

二、 火灾防控对策探析

1、室外充电场所——以安保巡逻车为例

    首先,要注意选择具有生产许可证、市场知名度较高、著名品牌的电动巡逻车,同时注意查看电动巡逻车是否具备欠压、过流保护、短路保护等功能。

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其次,要规范布线,做好防雨防潮措施,尤其是在雨天,不要让充电接头、充电器、铅酸蓄电池以及线路暴露在潮湿环境,加速其锈蚀老化,从而较易导致充电时电线短路或发热引起燃烧。车辆应避免充电时间过长,应当按照说明书的规定进行充电,充电时间原则上不得超过8小时。

再次,行驶的过程中,充电器尽量不要放在车上,因为有时候路面颠簸容易导致充电器内部发生短路,再充电时容易引起自燃;同时,尽量避免在雨天或积水路段行驶,以防电机进水,充电时短路着火。

最后,室外充电场所应与其他可燃易燃物(如汽车、树木等)保持一定的防火距离,确保突发情况下不会导致火势扩大和蔓延;按严重危险级配备MFZ/ABC5或MFZ/ABC6手提式干粉灭火器的同时,加装独立式火灾探测报警器、简易喷淋等消防设施。一旦发生火情,这些消防设施将第一时间发挥报警、阻(灭)火、降温、降毒等多重作用,切实做到“打早灭小”,防范遏制火灾事故发生。

2、室内充电场所——以UPS备用电源、洗地电动车为例

    首先,在室内充电场所应采用耐火极限不低于2h防火隔墙和1.5h不燃性楼板与其他场所和部位分隔,墙上必须设置的门、窗应采用甲级防火门、窗。室内电气线路应穿管敷设,电气连接处应接触良好、牢靠、不得松动,电气设施及线路宜采取防爆措施,避免产生火花放电。室内不应有可燃易燃杂物,且不应设置吊顶,避免密度小于空气的氢气在吊顶内聚集。由于充电时产生氢气,室内顶部采用轻质半敞开屋顶或设天窗、外窗、排气口等,以稀释空气中危险介质的浓度并满足泄压要求。室内若无自然通风,应设置独立的防爆送、排风系统,正常换气次数不少于10次/h,避免氢气得不到及时吹散稀释的情况下,如遇明火或电气火花引起燃烧爆炸。

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其次,在室内充电场所应设置火灾预警控制系统,实现对UPS备用电源安全性演化趋势的预测和早期预警,是当前UPS铅酸蓄电池安全管理的重点。通过相应的参数(如电、气类参数)测量,进行早期的泄露检测,在热失控起火之前或析氢初期发出预警,并采取相应的控制措施,为外部救援提供足够的时间。

再次,火灾自动报警系统可按照单个室内充电场所设置独立的报警区域,火灾报警及联动控制信号应实时接入与室内充电场所有直接电气连接的消防控制室;根据铅酸蓄电池火灾特性,优化火灾报警和灭火逻辑,采用“烟感+烟感”或“烟感+温感”组合,第一个报警动作信号应触发启动声光报警,并将信号传至消控室消防联动控制器;第二个报警信号应触发排烟系统和自动灭火系统动作。常见的干粉、气体等灭火剂对铅酸蓄电池火灾效果不理想,降温效果较差,往往会出现复燃;水喷淋系统技术较成熟,降温灭火效果明显,但灭火后可能会导致UPS备用电源短路损坏而无法正常使用。根据国内某知名实验室通过各类灭火剂对蓄电池火灾抑制效果实验比较,仅有全氟己酮施加后,蓄电池未发生复燃,且不会对精密设施造成破坏。

最后,加强室内充电场所安全管控,洗地车应避免充电时间过长,应当按照说明书的规定进行充电,充电时间原则上不得超过8小时。严禁在充电场所吸烟、用明火照明或取暖,更不准在室内进行动火作业;室内门口设置静电释放仪,人体触摸后再进入,避免产生静电火花;在室外张贴“禁止烟火”、“禁止吸烟”、“禁止携带火种”等防火防爆安全警示标识;同时,做好定期安全巡查,发现蓄电池鼓包、电池液泄露等不正常现象时,立即断电并反映,及时采取维修和更换。

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三、 结束语

尽管铅酸蓄电池在使用过程中,会有一定的火灾爆炸危险性,但按照相应的消防规范标准,采取相应的安全对策措施和安全管控办法,遏制此类区域火灾爆炸事件的发生是切实可行的。

声明:本文为烟草在线原创,未经作者授权,禁止转载。若有转载需求,请联系烟小蜜客服(微信号tobacco_yczx)。

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