中國儲能網(wǎng)訊：
摘 要：為了提出鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)火災(zāi)事故處置對策，圍繞鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)建筑和工藝特點，分析其火災(zāi)事故主要風險，結(jié)合現(xiàn)實案例，針對企業(yè)化成后工序段不同災(zāi)情發(fā)展階段，提出了相應(yīng)的處置對策。著重強調(diào)了在綜合研判到位的基礎(chǔ)上，充分利用應(yīng)急門作為內(nèi)攻通道，合理采用“固移結(jié)合、控制燃燒、排煙散熱”等技戰(zhàn)術(shù)方法。
關(guān)鍵詞：鋰離子電池；潔凈企業(yè)；火災(zāi)事故；熱失控
基金項目：消防救援局重點研發(fā)計劃（2022XFZD12）
近年來，為實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標，我國新能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，鋰離子電池行業(yè)逐漸呈現(xiàn)規(guī)?；⒒鼗?、大型化趨勢。2022年全國鋰離子電池產(chǎn)量達750 GWh，同比增長130%，行業(yè)總產(chǎn)值突破1.2萬億元。鋰電池生產(chǎn)企業(yè)多為大跨度、大空間建筑，體量大、分隔多，裝置設(shè)置錯綜復(fù)雜，且為潔凈廠房，內(nèi)部空間密閉，排煙散熱條件差；廠房內(nèi)致災(zāi)因素多，突發(fā)性強，極易引發(fā)連鎖反應(yīng)，消防救援力量到場時，火勢一般已處于猛烈燃燒階段，滅火控制難度大，冷卻保護任務(wù)重，撲救方法專業(yè)性強，給現(xiàn)場指揮決策和力量部署帶來極大考驗。近年來，多地發(fā)生了多起鋰離子電池爆炸事故。在鋰電池生產(chǎn)企業(yè)火災(zāi)處置方面，張賢凱等通過模擬預(yù)測方法研究了Novec1230滅火劑對化成工藝的滅火效果。蔡強從救援角度初步分析了鋰電池企業(yè)中存在的火災(zāi)風險，并結(jié)合鋰離子電池火災(zāi)的特殊性，提出了鋰離子電池火災(zāi)應(yīng)急措施。目前，針對鋰電池生產(chǎn)、儲存的相關(guān)研究處于初步階段，還未形成有效的鋰電池熱失控滅火處置方法。
針對鋰電池生產(chǎn)企業(yè)火災(zāi)撲救難題，消防救援局于2016年制定了《鋰電池生產(chǎn)倉儲使用場所火災(zāi)事故處置安全要點（試行）》（公消［2016］413號）。但由于近年來我國鋰電池生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展迅速，生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模不斷擴大，且缺乏嚴格的建造標準和防火技術(shù)措施，消防安全管理水平明顯不足，給滅火救援和應(yīng)急處置帶來很大難度。本文以各地鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)實地調(diào)研以及近期全國多起典型案例為基礎(chǔ)，深入分析事故特點及危險性，研究并提出相應(yīng)的處置對策。
1 鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)概述
1.1 工藝流程
鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)主要生產(chǎn)鋰離子電池電芯、模組、電池包等產(chǎn)品，按生產(chǎn)工藝分可分為圓柱電池、方形電池和軟包電池生產(chǎn)企業(yè)等類型。3類產(chǎn)品生產(chǎn)工藝雖有差異，但整體上可將鋰離子電池生產(chǎn)工藝流程劃分為前段工藝（攪拌、涂布、輥壓、分切、制片、模切）、中段工藝（卷繞、注液、封裝）、后段工藝（化成、分容、檢測、分選）等，鋰離子電池的生產(chǎn)工藝如圖1所示。其中化成工序后，鋰離子電池已經(jīng)激活，具備熱失控的特征風險。
1.2 工藝布局
生產(chǎn)企業(yè)按工藝布局分為回字型、工字型、剪刀型、L型等。回字型布局是指企業(yè)包含從原料到成品的全部工序流程。對于超大體量生產(chǎn)企業(yè)，不同廠房設(shè)置不同的工序，多個廠房構(gòu)成完整的生產(chǎn)工序，形成“大”回字型。除了單層平面的標準回字型，還有垂直立體的回字型。如江蘇啟東某企業(yè)完整的工序是自一樓逐層向上，在頂層化成、靜置，構(gòu)成垂直立體的回字型。
工字型布局是指企業(yè)內(nèi)有多條不同工藝并行的生產(chǎn)線。
剪刀型布局是指生產(chǎn)工序從一樓開始混料，二樓注液后再回到一層進行化成、老化，形成非標回字全流程。
L型布局的企業(yè)生產(chǎn)線較為簡單，多為小廠企業(yè)。如杭州某公司，從外部采購單體電池成品，經(jīng)測試后，組裝成模組或電池包出售。
1.3 建筑分布
生產(chǎn)企業(yè)按建筑分布可分為平面一體化和垂直立體式分布。
平面一體化分布是指生產(chǎn)工序設(shè)置在單獨的廠房或多個廠房，通過物流連廊連接的平面一層廠房。此類企業(yè)往往占地面積大，通常按照回字型、工字型以及“回字+工字”等混合型布局生產(chǎn)。如杭州某股份公司，生產(chǎn)工序分布在廠區(qū)的6個廠房內(nèi)，期間通過物流連廊進行上下游連接；3條化成、靜置等工藝線集中在4號廠房，是典型的“回字+工字”生產(chǎn)企業(yè)。
垂直立體式分布是指生產(chǎn)至包裝工序從底層開始分層設(shè)置，化成、老化等危險工序分布于2層以上，內(nèi)部通過升降機上下連通。此類企業(yè)在外墻設(shè)置大型設(shè)備吊裝口，連通內(nèi)部設(shè)備用房及生產(chǎn)車間設(shè)備門，通常內(nèi)部設(shè)備門采用易拆卸隔板封堵。
2 鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)火災(zāi)事故特點
2.1 鋰電池儲量大，熱失控風險高
1）鋰電池熱失控。鋰離子電池化成后處于帶電狀態(tài)，極易發(fā)生熱失控。有研究表明，電池SOC越高，在熱沖擊條件下發(fā)生熱爆炸的時間越短，電池表面最高溫度越高；SOC接近100%時，燃燒速率和爆炸強度約是SOC為25%時的2.5倍。
2）貨架能量集中?；伞⒎秩?、儲能等環(huán)節(jié)通常以高架倉庫、生產(chǎn)框架等形式設(shè)置。從實地調(diào)研情況看，部分企業(yè)管理不到位，在廠房通道堆放半成品、成品及瑕疵電池，導(dǎo)致熱失控、貨架倒塌、高壓觸電、爆炸沖擊等風險進一步加大。以寧波某鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)為例，老化庫內(nèi)高位貨架存儲總能量達到12.5 MWh。
3）不同正極材料鋰電池熱失控表現(xiàn)不同。三元材料熱失控迅速升溫、燃燒猛烈，易發(fā)生電池解體連鎖爆炸；磷酸鐵鋰材料燃燒不完全，產(chǎn)生大量可燃氣體產(chǎn)物和熱量，易發(fā)生有限空間混合氣體爆炸。
2.2 物料繁雜，風險管控難度大
1）原料及生產(chǎn)工藝本身的風險。鋰離子電池生產(chǎn)涉及大量有毒、易燃易爆原料，如NMP、DMC等；電解質(zhì)LiPF6極易水解生成HF；涂布工藝涉及放射性物質(zhì)等。
2）對毗鄰建筑的影響。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，部分鋰離子電池電解液倉庫毗鄰居民區(qū)設(shè)置，易造成群體中毒。2022年9月某企業(yè)鋰離子電池生產(chǎn)原料倉庫發(fā)生火災(zāi)，在下風向1000 m處仍能檢測到HF。
2.3 空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，風險隱患大
此類企業(yè)在建筑結(jié)構(gòu)上兼具大跨度和潔凈廠房的特點。
1）廠房跨區(qū)大。為保證生產(chǎn)連續(xù)性和規(guī)模性，極片制作工序（混料-切片）連續(xù)設(shè)置，長度可達100 m。如溫州某能源有限公司，單個廠房總建筑面積達20萬m2。
2）高低吊頂。為保證質(zhì)量，在電芯生產(chǎn)過程中，通常按照潔凈廠房設(shè)計設(shè)置空氣凈化系統(tǒng)，生產(chǎn)設(shè)備較大，層高可達6～8 m。企業(yè)對過高部分采用吊頂封閉，使層高降為3 m左右，吊頂上方空間因氣、液、物料管線全廠連通。2022年10月某鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)吊頂內(nèi)部熱風機管道起火，所幸吊頂正在檢修，預(yù)留了開口，員工及時發(fā)現(xiàn)火點并撲滅，未造成災(zāi)情擴大。
3）內(nèi)部空間分隔復(fù)雜。建筑內(nèi)部空間通道布局復(fù)雜，救援人員容易迷失方向。鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)有多棟廠房連接連廊，“廠中廠”等特征建筑風險隱患較高。
2.4 防火設(shè)計缺陷，火勢發(fā)展迅速
1）防火分隔不到位。企業(yè)內(nèi)部全自動物流通道、物料輸送管線、管道地溝等穿越多個生產(chǎn)車間、樓層，導(dǎo)致整個廠房無有效防火分隔。內(nèi)部分隔材料燃燒產(chǎn)生的熱量大量積聚，高溫煙氣使得機械排煙無法正常運轉(zhuǎn)，導(dǎo)致廠房內(nèi)部溫度遠高于一般火災(zāi)，極易造成結(jié)構(gòu)坍塌。
2）固定消防設(shè)施存在設(shè)計缺陷。部分企業(yè)噴淋管網(wǎng)設(shè)計不合理，水泵選型不適配，管道壓力過大導(dǎo)致水泵宕機，造成初起火災(zāi)無法控制。
3）企業(yè)防火規(guī)范不完善。對于化成、老化、成品庫等鋰離子電池熱失控風險等場所，未將其定義為爆炸風險場所，對于其爆炸風險和后果也無明確的規(guī)定。
3 處置對策
3.1 力量調(diào)度
優(yōu)先調(diào)集大流量、大載液量泡沫消防車、大跨距舉高噴射消防車、排煙車、遠程供水消防車等車輛，以及移動炮、無人機、消防機器人等無人化裝備。還應(yīng)及時調(diào)集重型機械（挖掘機、鏟車等）等力量，以及建筑結(jié)構(gòu)、鋰電池等行業(yè)專家到場輔助處置。
3.2 偵查和信息核查重點
由建筑、鋰電池、消防等行業(yè)專家以及單位負責人或技術(shù)人員共同偵察研判。詢問知情人，查明企業(yè)類型、電池種類及儲量、事故部位及生產(chǎn)工序，掌握核實企業(yè)的應(yīng)急措施；調(diào)取廠區(qū)平面圖、生產(chǎn)廠房平面圖、工藝流程圖、流水線設(shè)計立體圖、固定消防系統(tǒng)圖、消防水源圖、事故部位及關(guān)鍵設(shè)備結(jié)構(gòu)圖等相關(guān)資料，掌握建筑緊急出入口位置及朝向、廠房承重構(gòu)件，明確現(xiàn)場排煙通道、搜救通道、陣地設(shè)置通道。利用儀器檢測、無人機巡查、消防控制室查詢、視頻監(jiān)控系統(tǒng)查看、詢問廠方技術(shù)人員等方式，掌握人員被困狀態(tài)、平面布局、建筑結(jié)構(gòu)、工藝工況、火勢蔓延、毗鄰區(qū)域受火勢威脅程度、固定消防設(shè)施啟用、公用工程保障能力和已采取的措施等。
3.3 工序處置要點
企業(yè)生產(chǎn)過程中，不同工序存在不同的風險，化成前主要風險是原料、生產(chǎn)工藝的危險性，如混料工序的NMP、涂布工序的放射性元素、注液工序的電解液等。化成工序后，鋰電池熱失控成為主要風險。
3.3.1 初期災(zāi)情—單體電池發(fā)生熱失控，未蔓延至周邊貨架
采取以工藝處置為主、消防處置為輔的技戰(zhàn)術(shù)措施。一是斷電排險。第一時間切斷光伏發(fā)電及儲能電站電源；視情分區(qū)分段實施內(nèi)部斷電，嚴禁隨意切斷事故廠房內(nèi)部電源，防止化成區(qū)自動處置措施因斷電失效。二是啟動固定消防設(shè)施。部分企業(yè)在老化貨架格倉內(nèi)設(shè)置水噴淋系統(tǒng)，進一步加強初期處置能力。第一時間啟動事故區(qū)域噴淋、排煙等固定設(shè)施，同時關(guān)閉空氣凈化系統(tǒng)，防止火勢隨管道蔓延擴散。消防力量到場后確認噴淋水泵接合器情況，做好加強供給強度的準備。三是釋放防火卷簾。第一時間啟動防火卷簾，盡可能將災(zāi)情控制在單個工藝段內(nèi)。到場力量在防火卷簾外側(cè)部署移動炮、消防機器人陣地實施冷卻降溫。四是啟動工藝本質(zhì)安全措施。針對常溫化成電池故障，啟動自動滅火程序，堆垛機將故障電池裝入密封艙內(nèi)，通過全氟己酮等氣體滅火系統(tǒng)進行全淹沒處置，隨后由堆垛機放入應(yīng)急水池；針對高溫化成，自動啟動氣體滅火系統(tǒng)，對高溫老化電池間進行全淹沒處置，水噴淋冷卻降溫配合氣體滅火系統(tǒng)進行。
2023年3月13日浙江杭州某鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)發(fā)生火災(zāi)，起火部位為生產(chǎn)車間臨時電池倉庫。該廠房為大跨度潔凈廠房，外圍為設(shè)備用房，內(nèi)部為生產(chǎn)車間，無直通室外窗口。堆放的磷酸鐵鋰電池包熱失控后產(chǎn)生大量的熱量和煙氣，現(xiàn)場噴淋及時動作，在初期階段有效控制火勢，距起火部位20 m處的堆垛電池未過火。但由于煙氣溫度過高，排煙系統(tǒng)無法正常啟動，內(nèi)部濃煙未有效排出，廠房所有開口均在冒煙，極高的溫度導(dǎo)致起火點上部樓頂?shù)幕炷羷冸x，裸露出兩層鋼筋，為內(nèi)攻滅火帶來極大困難。
3.3.2 難控災(zāi)情—電池熱失控擴大至單個工序（化成、倉儲），火勢未蔓延至其他區(qū)域
堅持“安全防御、控制燃燒”的原則，堵截火勢蔓延，處置過程中做好安全管控，防止坍塌、爆炸、中毒等情況。
1）外部陣地設(shè)置。利用消防車為噴淋接合器加壓供水，提高內(nèi)部噴淋冷卻強度，控制火勢蔓延。依托防爆墻設(shè)置大跨距舉高噴射消防車、車載炮壓制火勢，避開門、窗等泄爆面。
2）內(nèi)部陣地設(shè)置。原則上不內(nèi)攻，確需內(nèi)攻滅火、搜救人員、轉(zhuǎn)運重要物資時，要滿足以下條件：一是事故部位噴淋已經(jīng)動作，單個工序內(nèi)部電池火災(zāi)為可控狀態(tài)，通過監(jiān)測系統(tǒng)觀察大部分電池處于正常狀態(tài)；二是被困人員位置已經(jīng)明確，且有生還可能。內(nèi)攻作業(yè)時，盡可能采用自擺炮、遙控炮、機器人等無人化裝備部署陣地；對未著火的建筑或區(qū)域設(shè)置水幕分隔保護，同時加強管道排水。通道選擇方面，盡可能縮短內(nèi)攻距離，根據(jù)工藝段優(yōu)先選擇從應(yīng)急門進入，如未設(shè)置應(yīng)急門，視情破拆墻體，開辟進攻通道。
3）煙氣控制。堅持“以固為主、以移為輔”的原則，優(yōu)先啟動建筑固定防排煙系統(tǒng)，確定排煙排熱部位和實施方法，必要時調(diào)集挖掘機、強臂破拆車等大型機械設(shè)備進行破拆排煙。對于單層平面一體化廠房，可采用頂部破拆排煙；對于垂直立體式廠房，采用水幕分隔著火區(qū)域，對低溫煙氣進行分區(qū)排煙，降低內(nèi)攻通道上的煙氣濃度。
4）供水保障。通知相關(guān)部門增大管網(wǎng)壓力，按照“1用1備”的原則調(diào)集遠程供水系統(tǒng)，保證火場供水持續(xù)不間斷，調(diào)用灑水車等運水供水車輛作為火場供水補充。
5）人員搜救。利用消防控制室視頻快速確定被困人員位置，在知情人指引下，通過應(yīng)急通道內(nèi)攻搜救；如無應(yīng)急通道，消防員可破拆墻體，開辟內(nèi)攻搜救通道。
3.3.3 失控災(zāi)情—鋰離子電池化成、倉儲區(qū)全部過火，已經(jīng)失去內(nèi)攻控火條件
此階段，以外部射流控火和排煙降溫為主，采取“全浸沒”戰(zhàn)法。對于一層平面布局廠房，采取“沙土筑堤、逐步翻埋、冷卻推進、分割轉(zhuǎn)運”的戰(zhàn)術(shù)措施。對于垂直分布式廠房，采用多輛大跨距舉高噴射消防車交替掩護、抵近射水的戰(zhàn)術(shù)方法，對燃燒區(qū)域進行冷卻控火，對樓內(nèi)墻體進行降溫，樓內(nèi)冷卻積水要及時排除，防止建筑坍塌。
3.4 倉庫處置要點
在上風向利用舉高噴射消防車、移動炮設(shè)置外部陣地，使用沙袋、沙土等在物資倉庫周邊筑堤設(shè)防，防止流淌火。利用長干線布置移動炮、機器人等力量進入內(nèi)部控制火勢。受火勢威脅的原料倉庫，要確保防爆制冷空調(diào)正常工作，開啟事故倉庫通風，降低可燃氣體濃度，并同時設(shè)置水幕陣地，阻隔鄰近熱輻射烘烤。對于單體電池存放的倉庫，可直接射水對電池進行冷卻降溫；對于模組或電池包倉庫，單個電壓已經(jīng)超過安全電壓，不可盲目射水。
3.5 安全管控
將事故企業(yè)整體納入現(xiàn)場風險評估范圍，充分考慮違規(guī)設(shè)計建設(shè)、隱蔽形式連接、企業(yè)擅自改變布局、固定設(shè)施故障等隱患問題，全面預(yù)判潛在的各種風險。
根據(jù)鋰離子化成及倉儲區(qū)域容量、事故現(xiàn)場環(huán)境以及爆炸沖擊可能產(chǎn)生的風險危害，實施安全管控和交通管制。構(gòu)建現(xiàn)場立體管控態(tài)勢，全程觀察，監(jiān)測現(xiàn)場危險區(qū)域，實時檢測可燃、有毒氣體（HF）濃度，評估對周邊環(huán)境的影響。
設(shè)立緊急救助小組，實時掌握救援人員位置及其附近的應(yīng)急通道，提前準備工程機械待命，做好第一時間破拆墻體、打通救生通道的準備。
3.6 現(xiàn)場清理
鋰離子電池冷卻降溫至正常溫度后方可開展清理工作。清理事故現(xiàn)場時，必須在企業(yè)技術(shù)人員配合下做好個人防護，穿著電絕緣服、電絕緣鞋和手套等裝具，全程使用有毒、可燃、漏電探測儀、萬用表進行檢測，防止發(fā)生漏電、觸電等意外傷害。
4 結(jié) 論
結(jié)合現(xiàn)實案例，針對企業(yè)化成后工序段不同災(zāi)情發(fā)展階段，提出了相應(yīng)的處置對策，在綜合研判到位的基礎(chǔ)上，充分利用企業(yè)應(yīng)急門作為內(nèi)攻通道，合理采用“固移結(jié)合、控制燃燒、排煙散熱”等技戰(zhàn)術(shù)方法，控制火勢發(fā)展蔓延，并針對防觸電、防中毒、防爆炸等方面強調(diào)了注意事項。下一步將進一步總結(jié)全國各地事故案例特點，從企業(yè)設(shè)防、消防裝備配備、排煙戰(zhàn)法等方面入手，全面提升鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)火災(zāi)事故處置能力。
