锂离子电池道路运输事故风险分析及消防对策_周会会.pdf

24锂离子电池道路运输事故风险分析及消防对策*周会会1张亮2刘敏2杨旭2（1.应急管理部消防救援局 昆明训练总队，云南 昆明 650208；2.云南省消防救援总队，云南 昆明 650206）摘要针对运输过程中事故风险因素、不同类型锂电池运输火灾进行分析，提出锂电池运输火灾的处置措施，以期为基层消防救援人员处置该类灾情提供参考。关键词道路运输风险防范战术Risk Analysis and fire prevention measures of road transportation accident of lithium ion batteryZHOU Huihui1ZHANG Liang2LIU Min2YANG Xu2（1.Kunming training team of Fire Rescue Bureau of emergency management department，Kunming Yunnan 650208，China）AbstractThis paper analyzes the accident risk factors and transport fires of different types of lithium batteries，putforward the disposal measures of lithium battery transport fire，in order to provide reference for grassroots fire rescuepersonnel to deal with such disasters.Key wordsroad transport risk prevention tactical0引言伴随着国家能源战略的推进，以电动汽车和预制舱储能为代表的新能源成为拉动锂离子电池运输增长的主要动力。锂电池作为第九类危险品，在道路运输过程中受到不同程度的机械挤压、碰撞等因素的影响，使锂离子电池发生一系列放热反应引发冒烟、起火甚至爆炸等风险，易造成人员伤亡和财产损失，尤其是灭火后的废水会对生态环境造成极难逆转的破坏。2021 年安徽六安“815”锰酸锂电池运输货车火灾事故，2021 年湖北武汉“112”京港澳高速磷酸铁锂电池运输货车火灾事故。这两起火灾事故暴露出锂离子电池在道路运输上存在许多安全隐患且缺乏有效的消防处置，因此，加强锂离子电池运输火灾的战术战法研究已刻不容缓。目前，国内外的研究主要集中于锂电池热失控机理、锂电池热管理方法、锂电池电解液及正负极材料对锂电池安全性的影响、锂电池热失控在成组货物中的传递、不同灭火方式对锂电池的灭火效果研究以及针刺等引发的热失控特性研究。杜珺等1通过分析指标体系在锂电池航空运输中的风险性并提出了控制措施。黄鲲2从航空运输条件对锂电池航空运输安全性的影响出发，分析了锂电池测试的重要性。LISBONAD 等3研究发现：电池在存储、运输或回收过程中存在的潜在不安全因素高于使用过程中，通过建立锂电池不安全事件数据库来预防锂电池事故的发生。MAIER J4研究了锂电池大小对锂电池大规模运输及储存的影响，从纯粹的锂电池的几何大小对热力学的影响，来改善锂电池电解质和电极。国内外学者主要从锂电池自身材料、锂电池运输存在风险、运输事故等方面进行大量研究。而关于锂电池在道路运输中事故安全管控及处置对策研究较少。因此，锂离子电池运输事故处置关乎公共安全，消防救援人员必须重视这一新业态事故。1事故分类电池的滥用情形可分为3类：机械、电和热滥用；其中挤压、针刺和碰撞属于机械滥用，内短路、过充（放）电属于电滥用，过热和火焰灼烧等为热滥用5。锂离子电池在正常运输中可能出现颠簸、冲撞击或者由于生产制造工艺造成的内短路等因素。因此，锂离子电池的运输属于机械和电滥用。锂离子电池火灾事故诱因如图 1。图 1锂离子电池火灾事故诱因*项目基金：消防救援局昆明训练总队教改课题项目(JG202108)。2023 年第 49 卷第 3 期March 202325由火灾事故诱因图可以发现，造成锂离子电池运输中火灾事故的风险主要有：泄漏。由于电池内的温度上升慢，而电池外壳温度升高使得塑料融化，导致腐蚀性的电解液泄漏。爆炸。由于设计、制造不当，锂离子电池短路会导致单体内部温度骤然上升，产生的巨大压力引起冒烟、燃烧甚至爆炸，也可能诱发模组甚至电池簇发生更大规模的灾害事故。火灾。锂离子电池在道路运输中震动、碰撞时导致其相互挤压造成电极短路，进而会出现大规模自燃的情况，最后引燃塑料外壳和与之接触的易燃物，进而造成火灾事故。运输过程中事故风险因素主要有以下 3 种：1）由于不同省份存在海拔差异，造成高低压运输环境，易使得电池漏液、分解，一旦有条件就会引发火灾、爆炸等事故。2）横跨省份运输锂离子电池，由于存在温差差异，造成不同的气候条件下（高低温环境）容易破坏电池内部电化学体系的稳定性，导致电池漏液、分解、爆炸、起火等事故。3）锂离子电池在运输过程中会经过上下坡、交通事故等环境，可能出现震动、颠簸、冲击、碰撞等状况，这些都有可能会导致电池漏液、分解、起火等事故。2锂电池运输火灾的处置措施锂离子电池运输时的形式灵活，通常分为 3 种形式，一是货车单独运输锂电池。包括运输废旧电池、半成品电池及经过检测的成品电池。相较于成品锂离子电池，报废的电池在回收运输时更容易受到电池破损、外部短路以及环境温度的变化等造成的燃爆风险。二是锂离子电池储能预制仓整体运输；三是锂离子电池与设备一起运输。不同生命周期的锂离子电池运输火灾事故处置手段也有差异，针对锂离子电池运输事故的特点和运输形式，分析锂离子电池火灾的处置措施，以期达到快速灭火的目的。2.1途中询情第一时间询问货车司机和联系咨询厂家技术人员，做好风险评估，确定战术战法，及时调集增援力量和充足的灭火药剂。了解锂离子电池种类与体量、容量、荷电状态（SOC）、车辆与货物的连接形式、车辆加注的燃料类型、现场车辆所处的环境、发生事故的部位、有无人员被困。同时，指挥员应该对消防员进行综合评估，评估人员的体技能、学历、业务培训经历、专业特长、器材装备熟练度、救援人员适合的岗位、参与处置灾害事故的类型、空呼余量报警等事项。2.2安全管控优先设置安全管控小组，落实安全管控措施，对进出人员安全防护检查登记，进入警戒区域内的人员着全套战斗服。由于电池发生热失控时，不同SOC磷酸铁锂电池热失控过程释放能量和耗水量也不同，见表 16。指挥员应将火场的重点部位、灭火救援过程中的重点环节、次生灾害以及物质燃烧的态势等方面存在的安全风险纳入整个作战行动环节。合理根据现场火灾发展态势和力量到场情况，准确评估和预判安全风险形势，及时调整作战阵地。对于运输车辆发生在高架桥、高速公路、隧道等情形下的事故，还应考虑封闭道路，确保现场作战人员的生命安全，同时应注意单桥墩及重型车辆的停放位置，以防高架桥坍塌。其中，锂离子电池在热失控过程中释放的总能量值为 Qr。表1不同SOC磷酸铁锂电池热失控过程释放能量取值范围SOC/%Qr/kJTNT 当量/kJ耗水量/kg1001911 2 3420.46 0.566.1 7.5501182 1 3390.28 0.323.8 4.30673 7780.16 0.192.1 2.52.3攻击式灭火1）单体锂离子电池运输火灾扑救。通过外部观察和现场询情，查明运输锂离子电池货车所处的燃烧态势及火势向毗邻的危险区域，制定由远及近，确保重点的战术措施，重点设防保护毗邻区域不受火势热辐射影响和炸裂物飞出的冲击。从东西南北设置安全员观察电池堆垛发生复燃复爆情况，保持 15m 的安全距离，并及时报告险情。从车厢两侧布置水枪阵地，交替掩护向前推进，待火情态势锐减后，更换泡沫枪持续不间断灭火。特别注意废旧动力电池组处于生命周期的末尾阶段，具有非常高的安全风险。在火灾清理阶段，使用火钩对车内阴燃部位彻底清理，并持续对车厢进行冷却降温，防止再次复燃。做好与现场交警的移交处理，并告知锂离子电池具有可复燃的特点，途中注意观察。2）储能预制仓运输火灾扑救。到达现场，查明锂离子电池的类型（三元锂还是磷酸铁锂电池），电话咨询技术人员和征求专家意见，制定梯次掩护进攻、逐片分割冷却的战术措施。出一支水枪对准车厢里面装载的锂电池储能装置进行浇淋降温，另一只水枪也从车厢到车头进行冷却灭火。同时使用移动炮、带架水枪从运输车辆两侧进行灭火和冷却控制，保持 50m的安全距离，确保供液持续不间断，待冷却一段时间后使用泡沫枪对车厢内部电池进行持续泡沫液覆盖。有条件的优先采用消防机器人前置26部署阵地，利用拆房机破拆厢体，开辟外部射水作业面和通风稀释途径。同时，指挥员应把握火场的关键点，及时调整力量部署，如水枪、水炮全部替换成泡沫枪、泡沫炮，以减轻后期环保处理的压力。为防止复燃，利用撬棍、挖斧、火钩等工具，对车厢的火灾残骸进行清理，在确定均无复燃危险的情况下，将现场移交政府相关部门。2.4防御式灭火消防救援人员到达现场后，架设无人机高空抵近侦察，查明事故处于初期火灾（黑烟）还是猛烈燃烧阶段（白烟）。根据现场情况考虑车辆停靠、人员撤离、进攻路线问题。同时，设置警戒线，在高速公路、高架桥上要扩大警戒范围，视情况封闭两侧车道，警戒组协助高速交警进行警戒。在情况不明的状况下，现场指挥员应全面贯彻以防为主，外部控火的战术措施，禁止盲目向集装箱内射水，采取喷雾水、水幕水等形式在运输车辆外围设置水雾保护，实施对可燃、有毒或者高温气体的阻隔、稀释和冷却，在供水充足的情况下，优先使用水力自摆消防水炮、高喷消防车臂架水炮等远距离控制火势、冷却降温，减少一线作战人员风险。2.5环保处置应第一时间联系环保部门，便于后期对现场废水进行处置。在灭火过程中，由于部分区域灭火强度要求高，首先，指挥员应树立生态保护、环保处置的原则。根据现场条件，合理构筑围堤控制污水流淌或挖坑导流收集废水、废液。其次，根据火场情况，及时更换灭火药剂灭火（如换用泡沫灭火剂），科学精准降低水炮水枪数量和灭火强度等措施，减少环保压力，严防生态环境污染事件发生。2.6健康防护消防救援人员必须到安全区域方可更换空气呼吸器，处置结束后必须对灭火防护服、装备和受到沾染的水带使用小苏打溶液洗消后，装进污染衣物输转袋，转送至专业环保清洗公司洗消晾晒。3结语电子设备的小型化和轻便化促进了锂离子电池能量密度的不断升高，加之锂离子电池市场蓬勃向上、需求不断上升，其道路交通运输行业也呈现指数型增长，同时也带来了更大的火灾风险。政府相关部门应严格落实锂离子电池道路运输行业的监管体制、机制及安全监管责任，综合考量锂离子电池道路运输运输风险防范和安全管控，保证其运输安全。针对道路运输新业态灾情，消防救援队伍应加强对锂离子电池道路运输事故战术战法、联战联动、作战编成等相关方面的研究，提出锂离子电池运输火灾事故的规范化处置规程和安全风险评估程序。参考文献1 杜珺，梁晓瑜.锂电池航空运输安全风险管理研究 J.安全与环境学报，2012，12（6）：212-215.2 黄鲲.航空运输条件对锂电池安全性能的影响 J.环境技术，2008（1）：16-18.3 LISBONA D，SNEE T.A review of hazards associatedwith primary lithium and lithium-ion batteries J.ProcessSafety and Environmental Protection 2011，89（6）：434-442.4 MAIER J.Sizeeffects onmasstransportandstorageinlith-ium batteries J.Journal of Power Sources，2007，174（2）：569-574.5 赖沛清.电动汽车动力电池应用的安全性提升策略研究J.低碳世界，2020（4）：52-54.6 张明杰，张坚，杨凯，等.磷酸铁锂电池热失控过程中释放能量分析 J.电源技术，2020，4