Litija bateriju drošība nozarē vienmēr ir bijusi problēma. To īpašās materiāla struktūras un sarežģītās darbības vides dēļ, ja notiek ugunsnelaime, tā var izraisīt aprīkojuma bojājumus, īpašuma zaudējumus un pat cilvēkus. Pēc litija akumulatora aizdegšanās to likvidēšana ir sarežģīta, aizņem ilgu laiku un bieži vien ir saistīta ar liela daudzuma toksisku gāzu veidošanos. Tāpēc savlaicīga ugunsgrēka dzēšana var efektīvi kontrolēt uguns izplatīšanos, izvairīties no plašas sadedzināšanas un nodrošināt darbiniekiem vairāk laika izkļūšanai.

Litija jonu akumulatoru termiskās izplūdes procesā bieži notiek dūmi, aizdegšanās un pat eksplozija. Tāpēc termiskās izplūdes un difūzijas problēmas kontrole ir kļuvusi par galveno izaicinājumu, ar ko saskaras litija akumulatoru izstrādājumi lietošanas procesā. Izvēloties pareizo ugunsdzēšanas tehnoloģiju, var novērst tālāku akumulatora siltuma izplatīšanos, kam ir liela nozīme ugunsgrēka novēršanā.

Šajā rakstā tiks iepazīstināti ar vispārējiem ugunsdzēšamajiem aparātiem un dzēšanas mehānismiem, kas pašlaik ir pieejami tirgū, kā arī analizētas dažādu veidu ugunsdzēšamo aparātu priekšrocības un trūkumi.

Ugunsdzēšamo aparātu veidi

Pašlaik tirgū esošie ugunsdzēšamie aparāti galvenokārt tiek iedalīti gāzes ugunsdzēšamos aparātos, ūdens bāzes ugunsdzēšamos aparātos, aerosola ugunsdzēšamos aparātos un sausā pulvera ugunsdzēšamos aparātos. Tālāk ir sniegts ievads par katra veida ugunsdzēšamo aparātu kodiem un īpašībām.

Perfluorheksāns: Perfluorheksāns ir iekļauts ESAO un ASV EPA PFAS sarakstā. Tāpēc, izmantojot perfluorheksānu kā ugunsdzēšanas līdzekli, ir jāatbilst vietējiem likumiem un noteikumiem un jāsazinās ar vides regulējošām aģentūrām. Tā kā perfluorheksāna termiskās sadalīšanās produkti ir siltumnīcefekta gāzes, tas nav piemērots ilgstošai, lielas devas nepārtrauktai izsmidzināšanai. Ieteicams to lietot kopā ar ūdens smidzināšanas sistēmu.

Trifluormetāns:Trifluormetāna līdzekļus ražo tikai daži ražotāji, un nav īpašu valsts standartu, kas regulētu šāda veida ugunsdzēšanas līdzekļus. Apkopes izmaksas ir augstas, tāpēc tā lietošana nav ieteicama.

Heksafluorpropāns:Šis ugunsdzēšanas līdzeklis lietošanas laikā var sabojāt ierīces vai aprīkojumu, un tā globālās sasilšanas potenciāls (GWP) ir salīdzinoši augsts. Tāpēc heksafluorpropānu var izmantot tikai kā pārejas ugunsdzēšanas līdzekli.

Heptafluorpropāns:Siltumnīcas efekta dēļ tas pakāpeniski tiek ierobežots dažādās valstīs un tiks likvidēts. Pašlaik heptafluorpropāna līdzekļu ražošana ir pārtraukta, kas radīs problēmas ar esošo heptafluorpropāna sistēmu uzpildīšanu apkopes laikā. Tāpēc tā lietošana nav ieteicama.

Inertā gāze:Tostarp IG 01, IG 100, IG 55, IG 541, starp kuriem IG 541 ir plašāk izmantots un starptautiski atzīts kā zaļš un videi draudzīgs ugunsdzēsības līdzeklis. Tomēr tam ir trūkumi: augstās būvniecības izmaksas, liels pieprasījums pēc gāzes baloniem un liela platība.

Aģents uz ūdens bāzes:Smalkas ūdens miglas ugunsdzēšamie aparāti tiek plaši izmantoti, un tiem ir vislabākais dzesēšanas efekts. Tas galvenokārt notiek tāpēc, ka ūdenim ir liela īpatnējā siltumietilpība, kas var ātri absorbēt lielu siltuma daudzumu, atdzesējot akumulatora iekšpusē neizreaģējušās aktīvās vielas un tādējādi kavējot tālāku temperatūras paaugstināšanos. Tomēr ūdens rada ievērojamus bojājumus akumulatoriem un nav izolējošs, izraisot akumulatora īssavienojumus.

Aerosols:Pateicoties tā videi draudzīgumam, netoksicitātei, zemām izmaksām un vienkāršai apkopei, aerosols ir kļuvis par galveno ugunsdzēsības līdzekli. Tomēr izvēlētajam aerosolam jāatbilst ANO noteikumiem un vietējiem likumiem un noteikumiem, un ir nepieciešama vietējā nacionālā produkta sertifikācija. Tomēr aerosoliem trūkst dzesēšanas iespēju, un to lietošanas laikā akumulatora temperatūra saglabājas salīdzinoši augsta. Pēc tam, kad ugunsdzēšanas līdzeklis pārstāj izdalīties, akumulators ir pakļauts atkārtotai aizdegšanās iespējai.

Ugunsdzēsības līdzekļu efektivitāte

Ķīnas Zinātnes un tehnoloģijas universitātes Valsts galvenā ugunsdzēsības zinātnes laboratorija veica pētījumu, kurā salīdzināja ABC sausā pulvera, heptafluorpropāna, ūdens, perfluorheksāna un CO2 ugunsdzēšamo līdzekļu ugunsdzēšanas efektus uz 38A litija jonu akumulatoru.

Ugunsdzēsības procesu salīdzinājums

ABC sausais pulveris, heptafluorpropāns, ūdens un perfluorheksāns var ātri nodzēst akumulatora ugunsgrēkus bez atkārtotas aizdegšanās. Tomēr CO2 ugunsdzēšamie aparāti nevar efektīvi nodzēst akumulatoru ugunsgrēkus un var izraisīt atkārtotu aizdegšanos.

Ugunsgrēka dzēšanas rezultātu salīdzinājums

Pēc termiskās aizbēgšanas litija bateriju darbību ugunsdzēšamo līdzekļu iedarbībā var aptuveni iedalīt trīs posmos: dzesēšanas stadijā, straujas temperatūras paaugstināšanās stadijā un lēnas temperatūras pazemināšanās stadijā.

Pirmais posmsir dzesēšanas stadija, kurā akumulatora virsmas temperatūra samazinās pēc ugunsdzēsības līdzekļa izlaišanas. Tas galvenokārt ir divu iemeslu dēļ:

• Akumulatora atgaisošana: pirms litija jonu akumulatoru termiskās izplūdes akumulatora iekšpusē uzkrājas liels daudzums alkānu un CO2 gāzes. Kad akumulators sasniedz spiediena robežu, drošības vārsts atveras, izdalot augstspiediena gāzi. Šī gāze izvada aktīvās vielas akumulatorā, vienlaikus nodrošinot akumulatora dzesēšanas efektu.
• Ugunsdzēsības līdzekļa iedarbība: Ugunsdzēsības līdzekļa dzesēšanas efekts galvenokārt rodas no divām daļām: siltuma absorbcijas fāzes maiņas laikā un ķīmiskās izolācijas efekta. Fāzes maiņas siltuma absorbcija tieši noņem akumulatora radīto siltumu, savukārt ķīmiskās izolācijas efekts netieši samazina siltuma veidošanos, pārtraucot ķīmiskās reakcijas. Ūdenim ir visnozīmīgākais dzesēšanas efekts, jo tam ir augsta īpatnējā siltumietilpība, kas ļauj tam ātri absorbēt lielu siltuma daudzumu. Tālāk seko perfluorheksāns, savukārt HFC-227ea, CO2 un ABC sausais pulveris neuzrāda būtisku dzesēšanas efektu, kas ir saistīts ar ugunsdzēšamo līdzekļu raksturu un mehānismu.

Otrais posms ir strauja temperatūras paaugstināšanās stadija, kurā akumulatora temperatūra strauji paaugstinās no minimālās vērtības līdz maksimumam. Tā kā ugunsdzēšamie līdzekļi nevar pilnībā apturēt sadalīšanās reakciju akumulatora iekšienē, un lielākajai daļai ugunsdzēšanas līdzekļu ir vājš dzesēšanas efekts, akumulatora temperatūra uzrāda gandrīz vertikālu augšupejošu tendenci dažādiem ugunsdzēšamajiem līdzekļiem. Īsā laikā akumulatora temperatūra paaugstinās līdz maksimumam.

Šajā posmā ir ievērojama atšķirība dažādu ugunsdzēsības līdzekļu efektivitātei, lai kavētu akumulatora temperatūras paaugstināšanos. Efektivitāte dilstošā secībā ir ūdens > perfluorheksāns > HFC-227ea > ABC sausais pulveris > CO2. Kad akumulatora temperatūra paaugstinās lēni, tas nodrošina ilgāku reakcijas laiku akumulatora ugunsgrēka brīdinājumam un ilgāku reakcijas laiku operatoriem.

Secinājums

1. CO2: Ugunsdzēšamajiem līdzekļiem, piemēram, CO2, kas galvenokārt darbojas ar nosmakšanu un izolāciju, ir vāja inhibējoša iedarbība uz akumulatoru ugunsgrēkiem. Šajā pētījumā ar CO2 radās smagas atkārtotas aizdegšanās parādības, kas padarīja to nepiemērotu litija bateriju ugunsgrēkiem.
2. ABC sausais pulveris / HFC-227ea: ABC sausais pulveris un HFC-227ea ugunsdzēšamie līdzekļi, kas galvenokārt darbojas ar izolāciju un ķīmisku slāpēšanu, var daļēji kavēt ķēdes reakcijas akumulatorā. Tiem ir nedaudz labāks efekts nekā CO2, taču, tā kā tiem trūkst dzesēšanas efekta un tie nevar pilnībā bloķēt iekšējās reakcijas akumulatorā, akumulatora temperatūra joprojām strauji paaugstinās pēc ugunsdzēšamā līdzekļa izlaišanas.
3. Perfluorheksāns: Perfluorheksāns ne tikai bloķē iekšējās akumulatora reakcijas, bet arī absorbē siltumu, iztvaicējot. Tāpēc tā inhibējošā iedarbība uz akumulatoru ugunsgrēkiem ir ievērojami labāka nekā citiem ugunsdzēšamajiem līdzekļiem.
4. Ūdens: no visiem ugunsdzēšamajiem līdzekļiem ūdenim ir visredzamākā ugunsdzēšanas iedarbība. Tas galvenokārt ir tāpēc, ka ūdenim ir liela īpatnējā siltuma jauda, ​​kas ļauj tam ātri absorbēt lielu siltuma daudzumu. Tas atdzesē nereaģējušās aktīvās vielas akumulatora iekšpusē, tādējādi kavējot turpmāku temperatūras paaugstināšanos. Tomēr ūdens rada ievērojamus bojājumus akumulatoriem, un tam nav izolācijas efekta, tāpēc tā izmantošanai jābūt īpaši piesardzīgai.

Ko mums vajadzētu izvēlēties?

Esam apsekojuši vairāku šobrīd tirgū esošo enerģijas uzkrāšanas sistēmu ražotāju ugunsdrošības sistēmas, galvenokārt izmantojot šādus ugunsdzēšanas risinājumus:

• Perfluorheksāns + ūdens
• Aerosols + ūdens

To var redzētsinerģiski ugunsdzēšanas līdzekļi ir litija bateriju ražotāju galvenā tendence. Piemēram, perfluorheksāns + ūdens var ātri nodzēst atklātas liesmas, atvieglojot smalkas ūdens miglas saskari ar akumulatoru, savukārt smalka ūdens migla var to efektīvi atdzesēt. Kooperatīvai darbībai ir labāki ugunsdzēšanas un dzesēšanas efekti, salīdzinot ar viena ugunsdzēšanas līdzekļa izmantošanu. Pašlaik saskaņā ar ES jauno akumulatoru regulu turpmākajās bateriju etiķetēs ir jāiekļauj pieejamie ugunsdzēsības līdzekļi. Ražotājiem arī jāizvēlas piemērots ugunsdzēšanas līdzeklis, pamatojoties uz saviem produktiem, vietējiem noteikumiem un efektivitāti.