羅 瑤

(江西省上饒市公安消防支隊(duì)，江西上饒 334000)

1 引言

近年來(lái)，隨著國(guó)家大力倡導(dǎo)開發(fā)具有較高環(huán)保效益的新興能源項(xiàng)目，以綠色動(dòng)力電池為主的新興能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，生產(chǎn)各種新型高能的鉛酸蓄電池成為高效節(jié)能與新能源領(lǐng)域的高新技術(shù)產(chǎn)品發(fā)展方向之一。鉛酸蓄電池生產(chǎn)企業(yè)的極板車間在蓄電池充電過程中有易燃易爆氣體氫氣產(chǎn)生，自身火災(zāi)危險(xiǎn)性較低的極板車間由于氫氣的存在是否應(yīng)將火災(zāi)危險(xiǎn)性類別定為甲類?本文針對(duì)這一問題作定性定量的分析闡述，并針對(duì)氫氣可能引起的火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)提出相應(yīng)的安全對(duì)策措施。

2 鉛酸蓄電池工作原理

根據(jù)鉛酸蓄電池工作原理，鉛酸蓄電池正極活性物質(zhì)是二氧化鉛，負(fù)極活性物質(zhì)是海綿鉛，電解液是稀硫酸溶液，當(dāng)充電到70% ～80%電量時(shí)，正極開始析出氧氣，當(dāng)充電基本完成約90%時(shí)，負(fù)極開始析出氫氣。

蓄電池充放電反應(yīng)化學(xué)方程式如下:

充電時(shí)副反應(yīng)為:

氫氣是易燃易爆的甲類氣體，在空氣中的爆炸極限為4.1% ～74.1%，引燃溫度在450℃左右，因此充電區(qū)域內(nèi)氫氣濃度若達(dá)到爆炸極限時(shí)，遇火源就會(huì)發(fā)生燃爆。

3 確定極板車間火災(zāi)危險(xiǎn)性類別的兩種方法

要確定蓄電池企業(yè)極板車間的火災(zāi)危險(xiǎn)性類別，就必須確定車間內(nèi)產(chǎn)生的氫氣總量及氫氣濃度。因此，以一個(gè)建筑面積3000平方米，高9米，車間內(nèi)共有25臺(tái)充電器，每天給10800只12V(每只單元電池產(chǎn)生電壓2V，為6個(gè)單元電池)、20AH的蓄電池充電的極板車間(按單班8小時(shí)計(jì)算)為例進(jìn)行計(jì)算。

3.1 根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50016－2006)第3.1.2 條進(jìn)行計(jì)算

根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50016－2006)第3.1.2條的條文說(shuō)明表2，該表列出了部分生產(chǎn)中常見的可不按物質(zhì)火災(zāi)危險(xiǎn)特性確定生產(chǎn)火災(zāi)危險(xiǎn)性類別的甲、乙類物品的最大允許量。其中，當(dāng)生產(chǎn)區(qū)域釋放出的氫氣總量與房間容積的比值小于1L/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，且總量小于25m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))時(shí)，該區(qū)域火災(zāi)危險(xiǎn)性類別可不定性為甲類，即廠房?jī)?nèi)釋放出的氫氣總量同其室內(nèi)容積之比應(yīng)小于此值。

假設(shè)所有充電器(25臺(tái))全部在充電。每個(gè)蓄電池的體積為:0.181 ×0.077 ×0.17=0.0024m3。所有蓄電池里電解液占總?cè)莘e的50%，另50%的容積是電池充電過程中釋放出的氫氣(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，其總體積(L)為:0.5×0.0024×1000×10800=12960L(0.5為蓄電池中氫氣占有比例，0.0024為每個(gè)蓄電池的體積，1000為體積換算單位，10800為全部蓄電池的數(shù)量)。該極板車間的廠房體積是:3000×9.0=27000m3，則

且氫氣總量為12.9m3，小于25m3。

假設(shè)所有蓄電池全部同時(shí)充電，且釋放出的氫氣都未擴(kuò)散至室外，留存在廠房?jī)?nèi)，其單位容積的釋放量和釋放總量均小于最大允許量。由于該廠房面積很大，其中甲類生產(chǎn)所占用的面積比例小，且氫氣是中間產(chǎn)品并采取了相應(yīng)的通風(fēng)措施，該廠房可按火災(zāi)危險(xiǎn)性較小者確定。另外，生產(chǎn)過程中雖然產(chǎn)生少量氫氣，但當(dāng)氣體全部放出也不會(huì)在同一時(shí)間內(nèi)使整個(gè)廠房?jī)?nèi)任何部位的混合氣體處于爆炸極限范圍內(nèi)，或即使局部存在爆炸危險(xiǎn)，氫氣全部燃燒也不可能使整個(gè)建筑物起火，造成災(zāi)害。所以，該極板車間廠房可以不按甲類廠房確定其火災(zāi)危險(xiǎn)性類別。

3.2 根據(jù)實(shí)際產(chǎn)生氫氣量及空間換氣量計(jì)算

按照以上充放電的原理，假設(shè)在充電到90%以后剩下所有10%的充電量在負(fù)極形成氫氣，以此來(lái)計(jì)算產(chǎn)生氫氣量，則1只12V，20Ah的電池會(huì)有20Ah×10% ×6=12Ah電量去產(chǎn)生氫氣。

根據(jù)電流安培的定義:1A=1C/s(即每秒鐘通過1庫(kù)倫電子數(shù)量)則12Ah=12Ah×3600s/h=43200C電量。1C電量為6.25×1018個(gè)電子數(shù)量，則12Ah的涉及的電子數(shù)量為:2.7 ×1023，即 0.448mol，產(chǎn)生氫氣量為0.224mol(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下約5L)，按每天給10800只蓄電池充電計(jì)，則每天(按單班8小時(shí)計(jì))產(chǎn)生的氫氣總量為54m3，每小時(shí)產(chǎn)生的氫氣量為:6.75m3/h。為保證氫氣濃度小于1L/m3，則需要保證該車間通風(fēng)量在6750m3/h以上就可以達(dá)到該技術(shù)要求。

按照以上，車間總體積為27000m3，為達(dá)到車間總氫氣量小于25m3的要求，即要求車間氫氣平均濃度在0.93L/m3以下，則需要車間通風(fēng)量在7258m3/h以上則完全可以達(dá)到規(guī)范要求。

由于氫氣密度比空氣輕，易在車間頂部富集。為保證車間頂部氫氣濃度不超標(biāo)，我們可在車間頂部設(shè)置強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)。通風(fēng)量在7258m3/h以上，則可以保證該車間的氫氣濃度小于1L/m3，總量小于25m3。這樣該車間火災(zāi)危險(xiǎn)類別可不定義為甲類。

事實(shí)上充放電產(chǎn)生的氫氣量遠(yuǎn)小于上述計(jì)算量，在充放電過程中最后的10%電能不可能完全用于水電解。此外，這么大的一個(gè)車間在開啟部分門窗的情況下其換氣速率也遠(yuǎn)大于7258m3/h。按照車間大門為10 m2計(jì)，在微風(fēng)(風(fēng)速 3.5m/s～5.5m/s，取 4m/s)狀態(tài)下車間進(jìn)氣量為:4m/s×10m2×3600s/h=144000m3/h，遠(yuǎn)大于所需最小換氣量。

綜上所述，因此認(rèn)為蓄電池企業(yè)的極板車間火災(zāi)危險(xiǎn)性類別可不定義為甲類。

4 極板車間預(yù)防火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)的安全對(duì)策措施

盡管極板車間由于氫氣釋放量少，不足以將車間火災(zāi)危險(xiǎn)性類別定為甲類，但由于氫氣的易燃易爆性，車間內(nèi)預(yù)防火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)的安全對(duì)策措施仍必不可少。

由于充電時(shí)產(chǎn)生氫氣，故車間頂部采用輕質(zhì)半敞開屋頂或設(shè)天窗、排氣口等，以稀釋車間內(nèi)空氣中危險(xiǎn)介質(zhì)的濃度并滿足泄壓要求。充電工藝過程中產(chǎn)生的酸霧較空氣重，向下散發(fā)，氫氣較空氣輕，向上散發(fā)。充電區(qū)底部設(shè)置的排風(fēng)系統(tǒng)使酸霧向底部沿地溝排入酸霧凈化收集裝置，氫氣向上擴(kuò)散至頂部，通過車間頂部半敞開式屋頂或天窗、排氣口釋放至廠房外部。

極板車間放出氫氣工序(充、放電)作業(yè)區(qū)應(yīng)做防火分隔。

采取自然通風(fēng)及機(jī)械通風(fēng)相結(jié)合方式，充分利用自然通風(fēng)設(shè)施，并設(shè)置防爆風(fēng)機(jī)。防爆風(fēng)機(jī)為常開，保證用電負(fù)荷為二級(jí)負(fù)荷。

設(shè)有發(fā)生緊急情況時(shí)能立刻切斷電源的裝置，阻止電解氫氣進(jìn)一步產(chǎn)生。

設(shè)置氫氣可燃?xì)怏w報(bào)警裝置，并與車間機(jī)械通風(fēng)裝置聯(lián)鎖，以防止局部爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的形成。

室內(nèi)電氣線路應(yīng)穿管敷設(shè)，電氣連接處應(yīng)接觸良好、牢靠，不得松動(dòng)，避免產(chǎn)生火花放電。禁止穿化纖類服裝進(jìn)入充電區(qū)，避免產(chǎn)生靜電。

嚴(yán)禁在充電區(qū)吸煙、用明火照明或取暖;不準(zhǔn)在室內(nèi)進(jìn)行動(dòng)火作業(yè)。

5 結(jié)束語(yǔ)

盡管由于氫氣釋放的原因，給確定蓄電池企業(yè)極板車間火災(zāi)危險(xiǎn)性類別帶來(lái)了一定的復(fù)雜性，但通過科學(xué)的計(jì)算，采取相應(yīng)的安全對(duì)策措施和安全生產(chǎn)管理辦法，預(yù)防此類生產(chǎn)區(qū)域的氫氣火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)是切實(shí)可行的。

［1］建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(GB50016－2006).

［2］桂長(zhǎng)清.鉛酸動(dòng)力電池的工作原理和開發(fā)現(xiàn)狀.機(jī)械工業(yè)出版社.2009.

［3］國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.《關(guān)于公布首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品名錄的通知》(安監(jiān)總管三〔2011〕95 號(hào)).2011，06.

［4］國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.《關(guān)于印發(fā)首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品安全措施和應(yīng)急處置原則的通知》(安監(jiān)總廳管三［2011］142 號(hào)).2011，07.