高金墻

摘要：鋰電池倉庫火災(zāi)特征明顯不同于常規(guī)物質(zhì)火災(zāi)事故，滅火救援難度大，且可能產(chǎn)生爆炸性環(huán)境，需要針對性制定科學(xué)滅火救援策略和方案。因此，開展了鋰電池燃燒試驗(yàn)，基于鋰電池燃燒試驗(yàn)結(jié)果和火災(zāi)事故案例，解析了成品鋰電池倉庫火災(zāi)特點(diǎn)及滅火救援難點(diǎn)。結(jié)合鋰電池火災(zāi)機(jī)理，針對鋰電池倉庫火災(zāi)，提出了大量水滅火與強(qiáng)化排煙相結(jié)合的滅火救援策略。針對滅火救援過程中應(yīng)急供水和排煙難點(diǎn)，提出了強(qiáng)化火災(zāi)應(yīng)急供水能力和火場應(yīng)急排煙能力的方案，為大型鋰電池倉庫滅火救援提供參考。

關(guān)鍵詞：鋰電池火災(zāi)；倉庫；滅火救援；煙氣蔓延；應(yīng)急供水

中圖分類號：D631.6? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2023）09-0045-04

近年來，隨著電子信息行業(yè)的迅猛發(fā)展和電池工業(yè)的技術(shù)演變，市場對鋰離子電池的需求越來越大。鋰離子電池具有能量密度大、外觀體積小、循環(huán)壽命長、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，在智能手機(jī)、電子煙、智能穿戴電子產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用。此外，動力鋰離子電池在電動汽車、儲能、新型電動工具等領(lǐng)域也具有廣闊應(yīng)用前景[1-3]。但鋰離子電池內(nèi)封裝的電解液具有易燃性，電解液蒸汽具有易爆特性，電池在生產(chǎn)、加工、儲存、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)容易因熱失控而自燃，引發(fā)火災(zāi)事故[4-5]。近年來陸續(xù)發(fā)生了多起鋰電池企業(yè)火災(zāi)事故，鋰電池行業(yè)消防安全形勢嚴(yán)峻。

帶電的鋰離子電池一旦發(fā)生短路、刺穿，極短時(shí)間內(nèi)就會發(fā)生熱失控，導(dǎo)致火災(zāi)甚至爆炸的發(fā)生。此外，過充、過放電等過程、電池外部溫度過高也會引起鋰離子電池?zé)崾Э?。同時(shí)，溫度超過一定限度時(shí)，電池將自身釋放氧氣加劇火災(zāi)火勢，火災(zāi)發(fā)生時(shí)將產(chǎn)生大量易燃?xì)怏w和煙霧，撲救非常困難[6]。因此，鋰電池生產(chǎn)企業(yè)自身和消防安全監(jiān)管部門應(yīng)更加重視電池制造行業(yè)的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

2016年5月31日，江蘇一電源生產(chǎn)企業(yè)鋰電池滿電態(tài)擱置倉庫發(fā)生爆炸事故。2016年7月10日，深圳市龍華區(qū)河背工業(yè)區(qū)一電子廠發(fā)生火災(zāi)并發(fā)生了局部爆炸，火災(zāi)共造成3名消防員和2名群眾受傷。2016年8月14日南京一化學(xué)新能源電池企業(yè)發(fā)生鋰電池火災(zāi)事故。

根據(jù)有關(guān)研究結(jié)果，鋰離子電池正極粉料高溫時(shí)具有釋放氧氣的特點(diǎn)，即磷酸鐵鋰（LFP）電池在800℃時(shí)釋放氧氣；鈷酸鋰（LCO）電池和鋰鎳鈷錳（三元材料NCM）電池在200℃時(shí)釋放氧氣[7-9]。鋰電池火災(zāi)特征明顯不同于常規(guī)物質(zhì)火災(zāi)事故，滅火救援難度大。

由于鋰電池行業(yè)企業(yè)特有的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)，導(dǎo)致多數(shù)鋰電池企業(yè)火災(zāi)危險(xiǎn)性大，且滅火救援困難。為了減少鋰電池火災(zāi)事故人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，特別是避免滅火救援人員的傷亡，需要針對性制定科學(xué)滅火救援策略和方案。為此，開展了鋰電池燃燒試驗(yàn)，基于鋰電池燃燒試驗(yàn)結(jié)果和火災(zāi)事故案例，解析了成品鋰電池倉庫火災(zāi)特點(diǎn)及滅火救援難點(diǎn)。

結(jié)合鋰電池火災(zāi)機(jī)理，針對鋰電池倉庫火災(zāi)，提出了大量水滅火與強(qiáng)制排煙相結(jié)合的滅火救援策略。針對滅火救援過程中應(yīng)急供水和排煙難點(diǎn)，提出了強(qiáng)化火災(zāi)應(yīng)急供水能力和火場應(yīng)急排煙能力的方案。

1 鋰電池倉庫火災(zāi)特點(diǎn)分析

1.1? 鋰電池燃燒試驗(yàn)

為了摸清鋰電池燃燒過程中的特點(diǎn)，根據(jù)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)制定了試驗(yàn)用火盤，火盤由2個(gè)尺寸為28cm×36cm×10cm的長方體不銹鋼箱體底部連通而成，試驗(yàn)時(shí)將熱電偶布設(shè)在火源上部的鋼絲網(wǎng)上。試驗(yàn)過程中使用帶電鋰離子電池（50%SOC）作為試驗(yàn)對象，分別采用5塊、7塊、12塊等電池?cái)?shù)量作為試驗(yàn)火源。著火盤尺寸與探測點(diǎn)布設(shè)見圖1。

采用外部火源引燃聚合物鋰離子電池，溫度升高至150℃后鋰電池開始燃燒，隨后火源燃燒加劇，黑色煙氣增多，火焰增強(qiáng)。當(dāng)加熱至失控溫度時(shí)，鋰離子電池釋放出易燃?xì)怏w，火源呈現(xiàn)燃燒加劇現(xiàn)象，并伴有黑色煙霧。見圖2。

鋰電池受熱失控后，燃燒過程猛烈。溫度是鋰電池持續(xù)熱失控的主要因素。因此，對于鋰離子電池火災(zāi)的撲救應(yīng)側(cè)重于冷卻滅火的機(jī)理選擇滅火劑。軟包鋰離子電池火災(zāi)將產(chǎn)生大量的煙氣，鋰電池火災(zāi)滅火救援過程的排煙問題非常重要。

1.2? 鋰電池倉庫火災(zāi)特點(diǎn)

成品倉庫存放有大量的已充電鋰離子電池，由于電池?cái)?shù)量眾多，個(gè)別劣質(zhì)電芯因短路發(fā)生熱失控燃燒，產(chǎn)生大量的熱量，引起周邊電芯溫度升高，發(fā)生更強(qiáng)烈的熱失控燃燒，從而形成電芯的連鎖熱失控燃燒反應(yīng)。當(dāng)其中存有失控電池時(shí)，便可能引發(fā)火災(zāi)事故。當(dāng)存在人為或電氣異常時(shí)也可能引發(fā)火災(zāi)事故。因此，成品倉發(fā)生火災(zāi)的可能性較一般區(qū)域大。

另一方面，成品倉庫存儲數(shù)量眾多，一旦火災(zāi)失控，火災(zāi)規(guī)模將可能非常大。部分企業(yè)倉庫防火分區(qū)面積大，倉庫總建筑面積大，倉庫內(nèi)存放的電池量非常大，危險(xiǎn)性高。

電解液具有易燃特性，當(dāng)電芯發(fā)生熱失控時(shí)，電解液會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并釋放出易燃性氣體混合物（主要成分為H2、C3H6、C2H4、CH4等），易燃?xì)怏w在空氣中很容易達(dá)到爆炸極限，形成爆炸環(huán)境。燃燒產(chǎn)生的大量高溫易燃?xì)怏w蔓延到周邊區(qū)域，導(dǎo)致溫度急劇升高，電芯發(fā)生連鎖熱失控燃燒，放出更大量的易燃性氣體，易燃?xì)怏w濃度達(dá)到爆炸極限，遇火源將會發(fā)生爆炸[10-12]。

鋰離子電池倉庫的火災(zāi)危險(xiǎn)性突出表現(xiàn)為產(chǎn)煙量巨大、燃燒劇烈、火場溫度高、火災(zāi)蔓延迅速、易產(chǎn)生爆炸性氣體環(huán)境。煙氣產(chǎn)生情況見圖3。

1.3? 鋰電池倉庫火災(zāi)滅火救援難點(diǎn)分析

鋰電池外部正負(fù)極接觸形成短路或內(nèi)部短路，電芯發(fā)熱升溫；火災(zāi)外部高溫環(huán)境導(dǎo)致電芯升溫；升溫后電池內(nèi)部的電解液受熱分解釋放易燃?xì)怏w；達(dá)到氣體燃點(diǎn)后氣體燃燒，同時(shí)內(nèi)部的電解液和隔離膜被引燃。燃燒過程非常劇烈，火場控制火勢非常困難。

成品倉庫存儲鋰電池?cái)?shù)量眾多，一旦火災(zāi)失控，火災(zāi)規(guī)模可能會非常大。部分企業(yè)倉庫防火分區(qū)面積大，倉庫總建筑面積大，倉庫內(nèi)存放的電池量非常大，危險(xiǎn)性極高。

鋰電池火災(zāi)的特點(diǎn)之一就是產(chǎn)煙量非常大。煙氣蔓延迅速，容易產(chǎn)生火災(zāi)的快速蔓延。倉庫建筑由于具有區(qū)別于一般建筑的特有結(jié)構(gòu)和空間特點(diǎn)，火災(zāi)時(shí)煙氣排放非常困難，同時(shí)加速了火災(zāi)在建筑物內(nèi)部的蔓延。因此，對于鋰電池倉庫火災(zāi)撲救，應(yīng)急排煙是滅火救援過程中的難點(diǎn)之一。

2 鋰離子電池倉庫火災(zāi)滅火救援策略

2.1? 火場供水滅火

基于鋰電池火災(zāi)試驗(yàn)和燃燒機(jī)理，溫度是鋰電池持續(xù)熱失控的主要因素。控制燃燒溫度能夠有效阻止各類放熱反應(yīng)。水的比熱容大，且取用方便，價(jià)格廉價(jià)，是控制鋰電池火災(zāi)較為適用的滅火劑。

盡管鋰離子電池過充、過放電時(shí)會有析鋰現(xiàn)象，但存在的鋰金屬是非常少量的，極少量的鋰金屬與水反應(yīng)，釋放出H2。極少量的鋰金屬與水反應(yīng)是用水滅火的副反應(yīng)，但相較于大量水的冷卻降溫效果，水撲滅鋰電池火災(zāi)的效果仍是明顯的。

為此，開展了用水滅火的驗(yàn)證試驗(yàn)，將著火的鋰電池用夾具扔入水箱中，火焰及時(shí)撲滅，燃燒終止。驗(yàn)證了可將單個(gè)或幾個(gè)電芯著火可以將著火電芯放入水箱中處置。

2.2? 應(yīng)急排煙防爆

鋰電池燃燒時(shí)，電池內(nèi)部的電解液會發(fā)生裂解等化學(xué)反應(yīng)并釋放出易燃性氣體混合物。因此，易燃?xì)怏w在空氣中很容易達(dá)到爆炸極限，形成爆炸環(huán)境。

分析鋰電池火災(zāi)事故，發(fā)生閃爆事故的案例也充分證實(shí)了鋰電池火災(zāi)有可能形成爆炸性氣體環(huán)境。滅火救援過程中，必須設(shè)法破壞鋰電池火場可能產(chǎn)生的爆炸性氣體環(huán)境。良好通風(fēng)，及時(shí)將燃燒產(chǎn)生的烴類氣體和電解液蒸汽排出著火建筑物，是防范發(fā)生燃爆次生事故的根本保障。

鋰電池火災(zāi)的特點(diǎn)之一就是產(chǎn)煙量非常大。煙氣蔓延迅速，容易產(chǎn)生火災(zāi)的快速蔓延。同時(shí)，外部滅火救援力量很難準(zhǔn)確撲救內(nèi)部火災(zāi)、排煙困難，滅火救援非常困難。

2.3? 火場供水與應(yīng)急排煙方案

批量的鋰離子電芯或電池著火燃燒需要用大量水撲救處置，因此對于消防供水能力需求較高。對于著火部位，可采用流量160L/s、射程120m以上的超大流量滅火消防車，增加著火部位的應(yīng)急滅火用水。

鑒于目前多數(shù)地區(qū)市政供水能力受限的現(xiàn)狀，不能滿足火場多點(diǎn)高強(qiáng)度供水滅火的應(yīng)急供水能力需求，預(yù)先規(guī)劃建設(shè)應(yīng)急取水點(diǎn)，配置遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)，補(bǔ)充市政供水能力的缺口，是解決火場應(yīng)急供水能力不足的有效方案。

目前，部分工業(yè)建筑前期設(shè)計(jì)階段，排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致實(shí)際排煙效果不佳，無法提供有效的滅火救援撲救場地，將嚴(yán)重影響該類場所的滅火救援效率。破拆形成排煙和事故通風(fēng)條件，采用大功率移動鼓風(fēng)機(jī)強(qiáng)行排煙和事故通風(fēng)，破除受限空間的爆炸性環(huán)境。

開展火情探測，判定火災(zāi)發(fā)展階段。根據(jù)火場火情和火災(zāi)發(fā)展階段選擇局部內(nèi)攻或外部壓制的滅火救援策略。實(shí)時(shí)研判爆炸性條件，及時(shí)作出撤離的戰(zhàn)術(shù)安排。及時(shí)獲取準(zhǔn)確火場信息，制定科學(xué)滅火救援策略，減少人員傷亡[13-16]。

3 結(jié)語

第一，溫度是鋰電池持續(xù)熱失控的主要因素?？刂迫紵郎囟饶軌蛴行ё柚垢黝惙艧岱磻?yīng)。水的比熱容大，且取用方便，價(jià)格廉價(jià)，是控制鋰電池火災(zāi)較為適用的滅火劑。批量的鋰離子電芯或電池著火燃燒需要用大量水撲救處置，因此對于消防供水能力需求較高。良好通風(fēng)，及時(shí)將燃燒產(chǎn)生的烴類氣體和電解液蒸汽排出著火建筑物，是防范發(fā)生燃爆次生事故的根本保障。

第二，鋰離子電池火災(zāi)產(chǎn)生大量的煙，特別是在倉庫或車間等通風(fēng)條件不良區(qū)域，電解液和隔離膜發(fā)生不完全燃燒，產(chǎn)生大量的黑色煙霧。燃燒時(shí)也會產(chǎn)生爆炸性白色電解液蒸汽。防止鋰電池火災(zāi)發(fā)生爆炸或爆燃事故的重要措施為加強(qiáng)應(yīng)急排煙，將火災(zāi)時(shí)鋰電池釋放出的易燃?xì)怏w及時(shí)排出，將室內(nèi)空間易燃?xì)怏w濃度控制在爆炸下限以下。

第三，對于鋰電池倉庫火災(zāi)，應(yīng)及時(shí)采用大流量消防車供水滅火并破拆形成排煙和事故通風(fēng)條件，采用大功率移動鼓風(fēng)機(jī)強(qiáng)行排煙和通風(fēng)，破除受限空間的爆炸性環(huán)境。開展火情探測，判定火災(zāi)發(fā)展階段。根據(jù)火場火情和火災(zāi)發(fā)展階段選擇局部內(nèi)攻或外部壓制的滅火救援策略。實(shí)時(shí)研判爆炸性條件，及時(shí)作出撤離的戰(zhàn)術(shù)安排。及時(shí)獲取準(zhǔn)確火場信息，制定科學(xué)滅火救援策略，減少人員傷亡，實(shí)現(xiàn)科學(xué)救援。

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Research on fire fighting and rescue strategy of lithium-ion battery warehouse fire

Gao Jinqiang

（Guangdong Construction Engineering Quality and Safety Inspection Station Co.， Ltd.， Guangdong Guangzhou 510530）

Abstract： The fire characteristics of lithium battery warehouses are obviously different from conventional material fire accidents. It is difficult to extinguish and rescue， and an explosive environment may be generated. Therefore， a lithium battery combustion test is carried out. Based on the results of lithium battery combustion test and fire accident cases， the fire characteristics of finished lithium battery warehouses and the difficulties of fire extinguishing and rescue are analyzed. Combined with the lithium battery fire mechanism， for the lithium battery warehouse fire， a fire extinguishing and rescue strategy combining a large amount of water fire extinguishing and enhanced smoke exhaust is proposed. Aiming at the difficulties of emergency water supply and smoke exhaust in the process of fire fighting and rescue， a plan to strengthen the emergency water supply capacity and the emergency smoke exhaust capacity of the fire site is proposed， which provides references for the fire fighting and rescue of large lithium battery warehouses.

Keywords： lithium battery fire; warehouse; fire fighting and rescue; smoke spread; emergency water supply