國(guó)內(nèi)外消防設(shè)施設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介及存在問題
轉(zhuǎn)載。劉植蓬
采用下列簡(jiǎn)稱:
1.《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2014(2018年版)簡(jiǎn)稱:《建規(guī)》
2.《汽車庫(kù)、修車庫(kù)、停車場(chǎng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范 》GB50067-2014簡(jiǎn)稱:《車火規(guī)》
3.《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》GB50974-2014簡(jiǎn)稱:《消水規(guī)》
4.《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50084-2017簡(jiǎn)稱:《噴規(guī)》
5.《鋰離子電池工廠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB51377-2019《鋰廠標(biāo)》
6.《鋰離子電池企業(yè)安全生產(chǎn)規(guī)范》T/CIAPS0002-2017簡(jiǎn)稱:《鋰安規(guī)》
7.《預(yù)制艙式磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能電站消防技術(shù)規(guī)范》T/CEC373-2020簡(jiǎn)稱:《磷酸鐵鋰》
8.《電化學(xué)儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB51048-2014簡(jiǎn)稱:《儲(chǔ)能電站規(guī)范》
9.《電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全規(guī)程》GB/T42288-2022簡(jiǎn)稱:《儲(chǔ)能電站規(guī)程》
10.《Standard for the Installation of Stationary Energy Storage Systems》NFPA855-2020簡(jiǎn)稱:NFPA855-2020
11.《Standard for the Installation of Stationary Energy Storage Systems》NFPA855-2023簡(jiǎn)稱:NFPA855-2023
12.FM Global Property Loss Prevention Data Sheets 5-33《ELECTRICAL ENERGY STORAGE SYSTEMS》簡(jiǎn)稱:FM5-33
13.儲(chǔ)能系統(tǒng) ( Energy Storage Systems)簡(jiǎn)稱:ESS
00
前言
上文介紹了鋰離子電池火災(zāi)的特點(diǎn),綜合大量的火災(zāi)事故,提出電池火災(zāi)事故消防應(yīng)對(duì)機(jī)制,強(qiáng)調(diào)鋰離子電池火災(zāi)目前不存在可行的滅火劑,只能抑制和控制,通過眾多的鋰離子電池火災(zāi)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)表面,抑制和控火的唯一可行的方式是淋水降溫。但是,我國(guó)相關(guān)消防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)均忽視了降溫這一唯一可行方式,在消防設(shè)施投入巨大且沒有實(shí)際效果(花錢干壞事),與國(guó)外的消防標(biāo)準(zhǔn)差距大。分析常用的各種消防設(shè)施在鋰離子電池場(chǎng)所的應(yīng)用及存在問題,提高整體對(duì)鋰離子電池火災(zāi)治理上的技術(shù)認(rèn)識(shí)水平,是本系列文章的重點(diǎn)內(nèi)容,本文先將鋰離子電池危險(xiǎn)場(chǎng)所的國(guó)內(nèi)外消防設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)的情況做一下介紹,并分析對(duì)比。
01
國(guó)際儲(chǔ)能電站消防標(biāo)準(zhǔn)概況
對(duì)于大型交通工具內(nèi)部、建筑內(nèi)部?jī)?chǔ)存配置的建筑及生產(chǎn)自用的蓄電池,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、歐美標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)很成熟很詳細(xì),如美國(guó)1997版《統(tǒng)一消防規(guī)范》開始針對(duì)固定式鉛酸電池系統(tǒng)提出消防設(shè)計(jì)要求,2006版擴(kuò)大到多種新型電池,包括鋰離子電池。對(duì)于室內(nèi)充電設(shè)施,國(guó)外目前有應(yīng)用但還較少,NFPA沒有此類標(biāo)準(zhǔn),其他規(guī)范筆者沒有接觸到(限于筆者個(gè)人技術(shù)資料的貧乏),估計(jì)還沒有,因此下面著重介紹專業(yè)儲(chǔ)能電站消防標(biāo)準(zhǔn)。
由于鋰離子電池的生產(chǎn)和應(yīng)用歷史很多,早期,由于缺乏鋰離子電池火災(zāi)的認(rèn)識(shí),往往只有是實(shí)驗(yàn)室的一些結(jié)論,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制訂,重點(diǎn)在于電氣安全,消防設(shè)施上比較欠缺,在多次儲(chǔ)能電站火災(zāi)及爆炸之后,開始重視消防設(shè)施,制訂出相關(guān)的消防標(biāo)準(zhǔn),前期的消防特點(diǎn)是廣泛應(yīng)用了氣體抑制系統(tǒng)。2019年美國(guó)亞利桑那州麥克米肯(McMicken)儲(chǔ)能項(xiàng)目爆炸事件之后,NFPA于2021年7月發(fā)布針對(duì)McMicken火災(zāi)的消防技術(shù)總結(jié)《ESS特別報(bào)告》,這個(gè)時(shí)候,國(guó)外基本上解決ESS消防上的分歧,充分認(rèn)識(shí)到氣體滅火系統(tǒng)可以滅火(外火)和抑制火災(zāi),但無法阻止熱失控或電池?fù)p壞時(shí)產(chǎn)生的廢氣,無法限制惰化期間熱失控造成單個(gè)單元柜(簇)泄出的巨量易燃易爆氣體,從而造成潛在的爆炸環(huán)境;與天然氣火災(zāi)類似,如果允許氣體積聚,可能會(huì)出現(xiàn)更危險(xiǎn)的情況;防爆通風(fēng)比抑制火災(zāi)更重要。如果氣體檢測(cè)系統(tǒng)在抑制過程中繼續(xù)看到可燃?xì)怏w或有毒氣體的水平增加,則可能需要通過與氣體檢測(cè)系統(tǒng)的直接連接或手動(dòng)操作來開始排氣。抑制系統(tǒng)可能還沒有達(dá)到它們的保持時(shí)間,藥劑可能會(huì)被排出。即使火災(zāi)已經(jīng)撲滅并達(dá)到了保持時(shí)間,在發(fā)生任何后續(xù)事件時(shí),包括由于滯留能量導(dǎo)致的回流,仍應(yīng)監(jiān)測(cè)氣體檢測(cè)系統(tǒng)和降溫。
ESS消防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中,最具備影響力的是美國(guó)NFPA標(biāo)準(zhǔn)和FM標(biāo)準(zhǔn)。2016年NFPA標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)批準(zhǔn)成立NFPA儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)委員會(huì),開展NFPA855(固定式儲(chǔ)能系統(tǒng)安裝標(biāo)準(zhǔn))的制訂工作,第一版(NFPA855-2020)于2019年8月5日發(fā)布,2022年8月12日發(fā)布第二版(NFPA855-2023)。同期,F(xiàn)M Global 于2017年1月發(fā)布FM全球財(cái)產(chǎn)損失預(yù)防數(shù)據(jù)表5-33《電能存儲(chǔ)系統(tǒng)》,并于2020年7月發(fā)布修訂版。
鋰離子儲(chǔ)能設(shè)施需要解決的危險(xiǎn)包括火災(zāi)和爆炸危險(xiǎn)、化學(xué)危險(xiǎn)、電氣危險(xiǎn)、滯留或儲(chǔ)存能量危險(xiǎn)以及物理危險(xiǎn)。NFPA855中,防火設(shè)計(jì)主要要求有防火分隔、儲(chǔ)能設(shè)施規(guī)??刂啤⒒馂?zāi)探測(cè)與撲救、爆炸控制、排氣通風(fēng)、氣體探測(cè)等要求。
儲(chǔ)能設(shè)施規(guī)??刂坪头阑鸱指羯?,如要求可移動(dòng)建筑或集裝箱應(yīng)具有2小時(shí)耐火極限,室外集裝箱最小防火間距20英尺(若增設(shè)3h防火墻可減?。?,室內(nèi)空間上,也限制儲(chǔ)能容器之間、與可燃物和疏散門、安全出口之間的最小間距。儲(chǔ)能單元需要限制最大規(guī)模,是因?yàn)槿我桓裟K熱失控基本上會(huì)造成整個(gè)單元的所有模塊熱失控,控制規(guī)模可以減少或者損失,更重要的是控制火災(zāi)或爆炸閾值。所以NFPA855限制最大儲(chǔ)能規(guī)模,除偏遠(yuǎn)地區(qū)室外安裝,其他場(chǎng)所通過火災(zāi)和防爆測(cè)試機(jī)消防分析兩種情況外,所有類型儲(chǔ)能系統(tǒng)(ESS)限制最大規(guī)模為600KWh(見下表,一個(gè)ESS電站往往由多個(gè)ESS組成),限制鋰離子電池簇最大存儲(chǔ)能量為50 kWh,電池簇之間或距離墻壁的最小距離3英尺(0.9米)。保證間距和限制規(guī)模目的是防止單個(gè)儲(chǔ)能裝置內(nèi)的火災(zāi)輕易蔓延到相鄰的儲(chǔ)能裝置或蔓延出安裝ESS的火災(zāi)區(qū)域,還能降低一個(gè)裝置內(nèi)的火勢(shì)通過輻射傳熱點(diǎn)燃相鄰裝置或沖破墻壁的可能性。
在火災(zāi)探測(cè)上,要求房間或空間應(yīng)配備由吸氣式煙霧探測(cè)器系統(tǒng)或輻射能探測(cè)系統(tǒng)啟動(dòng)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng),鋰離子電池ESS推薦同時(shí)使用極早期探測(cè),需要在內(nèi)部空間的頂部和下部均設(shè)置CO氣體探測(cè)器,并最后在頂部增加H2探測(cè)器。當(dāng)然,極早期探測(cè)也是設(shè)置氣體抑制滅火系統(tǒng)(惰化系統(tǒng))所必備的觸發(fā)信號(hào)系統(tǒng)。
鋰離子電池ESS被要求設(shè)置自動(dòng)滅火設(shè)施,滿足防火及爆炸試驗(yàn)要求的專用ESS建筑或室外步入式封閉箱,不需要自動(dòng)防火控制和滅火系統(tǒng)的保護(hù)。滅火設(shè)施沒有明確何種系統(tǒng),但將噴淋以外的系統(tǒng);列入備用自動(dòng)控火和抑制系統(tǒng)(Alternate Automatic Fire Control and Suppression Systems),本意應(yīng)是推薦使用噴淋系統(tǒng),儲(chǔ)能單元(簇)規(guī)模低于50KWh的噴淋系統(tǒng)噴水強(qiáng)度不低于12L/(min·m2),超過50KWh電池簇則應(yīng)通過試驗(yàn)確定噴水強(qiáng)度(任何設(shè)施都需要通過測(cè)試,否則不允許超過50KWh)。
備用自動(dòng)控火和抑制系統(tǒng)則需要提供火災(zāi)和爆炸試驗(yàn)的報(bào)告,測(cè)試的代表性電池、模塊和單元(簇),包括任何可選的整體滅火系統(tǒng),除增加用于電池?zé)崾Э貑?dòng)的電池失效裝置外,必須與預(yù)定的安裝配置相符。不接受安裝配置(包括模塊和單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu))與測(cè)試參數(shù)(如尺寸和分隔、電池類型或能量密度)有不一致的改變,除非能證明該配置提供了等效的結(jié)果。例如,高度、深度和間距等比例需要符合測(cè)試的配置。變化還可能包括多層單元(簇)相互疊加、位于上面的夾層或背靠背單元(簇),測(cè)試應(yīng)由經(jīng)批準(zhǔn)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行或見證并報(bào)告,報(bào)告需要鑒定產(chǎn)生的氣體成分,證明一個(gè)ESS單元(簇)的火災(zāi)不會(huì)蔓延到相鄰單元(簇)。
也就是說,測(cè)試必須是完全真實(shí)的測(cè)試,而不是在相同尺寸的大空間內(nèi)放置一個(gè)電池機(jī)柜,甚至一片電池模塊便可忽悠。
防爆設(shè)施,NFPA855-2020要求采用符合NFPA69所要求的抑爆系統(tǒng)(一般采用氣體惰化系統(tǒng)),或者按照NFPA68設(shè)置防爆通風(fēng)系統(tǒng)(二選一),NFPA855-2023取消了這一建議,并不斷強(qiáng)調(diào),防爆通風(fēng)比抑制火災(zāi)更重要。如果氣體檢測(cè)系統(tǒng)在抑制過程中繼續(xù)看到可燃?xì)怏w或有毒氣體的水平增加,則可能需要通過與氣體檢測(cè)系統(tǒng)的直接連接或手動(dòng)操作來開始排氣。抑制系統(tǒng)可能還沒有達(dá)到它們的保持時(shí)間,藥劑可能會(huì)被排出。即使火災(zāi)已經(jīng)撲滅并達(dá)到了保持時(shí)間,在發(fā)生任何后續(xù)事件時(shí),包括由于滯留能量導(dǎo)致的回流,仍應(yīng)監(jiān)測(cè)氣體檢測(cè)系統(tǒng)和降溫。
FM Global于2017年1月首次發(fā)布FM全球財(cái)產(chǎn)損失預(yù)防數(shù)據(jù)表FM5-33《電能存儲(chǔ)系統(tǒng)》,2019年美國(guó)亞利桑那州McMicken儲(chǔ)能項(xiàng)目爆炸事件之后,F(xiàn)M迅速反應(yīng),臨時(shí)修訂并于2020年7月發(fā)布。進(jìn)行了以下實(shí)質(zhì)性修改:
(1)添加了 ESS 組件選擇的建議。
(2)更新了位置建議以反映當(dāng)前技術(shù)。
(3)添加了建造專用建筑物的建議。
(4)添加了機(jī)械通風(fēng)(防爆通風(fēng))的建議。
(5)添加了有關(guān)機(jī)架之間間隔距離的建議。
(6)添加了供水持續(xù)時(shí)間的建議。
(7)添加了電池管理系統(tǒng)安全功能的建議。
(8)添加了在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)的建議。
(9)添加了對(duì)事故后消防值班的建議。
(10)擴(kuò)展了與 FM Global Research 有關(guān)噴頭保護(hù)和間隔距離的支持材料。
FM5-33在ESS設(shè)置位置上,特別推薦設(shè)置在遠(yuǎn)離關(guān)鍵建筑物或設(shè)備的圍蔽結(jié)構(gòu)內(nèi),其次在專用建筑內(nèi),再次是附建的專用外部隔斷室內(nèi),再次附建內(nèi)角隔斷室,最起碼靠近外墻的專用房間,如圖:
在防火分隔上,與NFPA855差不多但有微小區(qū)別,尤其在ESS隔斷單元內(nèi)部防火間距更加詳細(xì),如規(guī)定提供至少1小時(shí)的防火房間、地板、墻壁、天花板及防火門(包括外門);不燃建筑構(gòu)件與相鄰機(jī)架(見下圖)的過道面之間最小間距6英尺(1.8米),與可燃建筑構(gòu)件之間的距離至少為9英尺(2.7米);單排或背靠背安裝的多個(gè)機(jī)架,在相鄰機(jī)架之間安裝堅(jiān)固、不燃的防火屏障。
在滅火設(shè)施上,F(xiàn)M自始至終且在各種場(chǎng)所均比較推薦噴淋,要求超過2500平方英尺(230㎡)的房間需要提供設(shè)計(jì)噴水強(qiáng)度不低于12L/(min·m2)的噴淋系統(tǒng),并為室內(nèi)消火栓提供供250gal/min(約15L/s)的流量,若供水量不足,則應(yīng)在儲(chǔ)存區(qū)域內(nèi)進(jìn)行防火分隔:垂直于機(jī)架門或開口的相鄰機(jī)架之間安裝不燃的從地板到天花板的隔墻,其貫穿件由防火擋板保護(hù),以防止火災(zāi)蔓延;確保隔板從機(jī)架表面延伸至少12英寸(0.3米)。在每個(gè)機(jī)架的背面(非過道)安裝一個(gè)實(shí)心金屬隔板,以防止熱量傳遞到下一排的相鄰機(jī)架。
與NFPA855-2023不同地上,前者雖然不再要求設(shè)置氣體保護(hù)系統(tǒng)(滅火機(jī)惰化),但也沒有反對(duì),F(xiàn)M特別強(qiáng)調(diào)不建議ESS應(yīng)用氣體保護(hù)系統(tǒng),理由如下:
(1)相對(duì)于危險(xiǎn)的有效性。截至 2019 年,沒有證據(jù)表明氣體保護(hù)系統(tǒng)能有效撲滅或控制涉及儲(chǔ)能系統(tǒng)的火災(zāi)。氣體保護(hù)系統(tǒng)可能會(huì)惰化或中斷火災(zāi)的化學(xué)反應(yīng),但只能持續(xù)一段時(shí)間。保持時(shí)間一般為十分鐘,不足以完全撲滅 ESS 火災(zāi)或防止熱失控蔓延到相鄰模塊或機(jī)架。
(2)冷卻。FM Global的研究表明,冷卻周圍環(huán)境是保護(hù)結(jié)構(gòu)或周圍占用的關(guān)鍵因素,因?yàn)槟壳斑€沒有辦法用噴淋灑水器撲滅ESS火災(zāi)。氣體保護(hù)系統(tǒng)不提供ESS或周圍使用(空間)的冷卻。
(3)有限噴放。FM Global 的研究表明,ESS 火災(zāi)可能會(huì)在最初的火災(zāi)被認(rèn)為撲滅數(shù)小時(shí)后死灰復(fù)燃。由于氣體保護(hù)系統(tǒng)只能噴放一次,因此隨后的復(fù)燃將發(fā)生在未受保護(hù)的場(chǎng)所。
火災(zāi)探測(cè)要求,有電池自身監(jiān)控系統(tǒng),如提供電池管理系統(tǒng)安全功能,包括高電池溫度跳閘(電池級(jí)別)、熱失控跳閘(電池級(jí))、機(jī)架交換機(jī)故障跳閘(機(jī)架級(jí))、逆變器/充電器故障跳閘(監(jiān)控級(jí)),提供在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。消防上主要側(cè)重提供具有高位報(bào)警的溫度監(jiān)控,以及要求設(shè)置防爆通風(fēng)及為防爆通風(fēng)服務(wù)的可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)。
由于FM5-33重視噴淋降溫和防火分隔,通過內(nèi)部分隔和噴淋保護(hù),能夠避免任一機(jī)架內(nèi)電池?zé)崾Э赜绊懙较噜彽臋C(jī)架,因此FM5-33沒有限制ESS系統(tǒng)或隔斷單元及電池簇最大能量規(guī)模,筆者認(rèn)為這是不合適的,因?yàn)閲娝y免也會(huì)影響其他機(jī)架內(nèi)電池外部短路而產(chǎn)生熱失控。
戶用儲(chǔ)能,在歐美較多,都是既有建筑住戶自行增設(shè),難以管理,而且經(jīng)常設(shè)置在通風(fēng)不良的地下室,目前國(guó)外在這方面也比較亂,消防隱患大,事故不少。NFPA855以及FM5-33均有相關(guān)消防規(guī)定,也難以有效執(zhí)行。中國(guó)由于居住條件比歐美存在巨大的差距,獨(dú)立居住建筑較少,戶用儲(chǔ)能缺乏設(shè)置基礎(chǔ)。
02
我國(guó)相關(guān)ESS消防標(biāo)準(zhǔn)
在介紹國(guó)內(nèi)消防標(biāo)準(zhǔn)之前,先介紹一個(gè)火災(zāi)案例,或者說是娛樂幽默,這則笑話看似與ESS消防無關(guān),但這種笑話的邏輯,是目前國(guó)內(nèi)科研的普遍思維,一直在誤導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展。
2010年2月,浙江省寧波市寧海縣科技園區(qū)科園北路的一家熱處理廠,一臺(tái)熱處理設(shè)備起火,不少員工端著盆子,一盆一盆地往起火的設(shè)備上澆淬火油,火越燒越旺,消防員到達(dá)后制止了這一愚蠢行為,并用泡沫滅火槍滅火。工廠一負(fù)責(zé)人說本廠曾經(jīng)發(fā)生過火災(zāi),工人成功用淬火油滅火,但是這次越潑火越大。“假如在第一時(shí)間采用滅火器滅火,而不是用淬火油潑的話,也許這火也就燒不起來了”,一名參與救援的消防隊(duì)員說。
淬火油是丙類可燃液體,為避免淬火造成淬火油起火,一般說來閃點(diǎn)應(yīng)比應(yīng)用油溫要高出60-80℃,如常用的多功能淬火油閃點(diǎn)要求不低于235℃,燃點(diǎn)不低于260℃。相對(duì)于柴油是難燃一些,但相對(duì)木柴等固體可燃物,更加易燃,火場(chǎng)高溫下蒸汽濃度達(dá)到爆炸極限也會(huì)爆炸。用油滅火這種想法,一般人聽著就想笑,為何這家工廠的領(lǐng)導(dǎo)和員工怎么具備與普通人不同的認(rèn)識(shí)呢?原因是生產(chǎn)上經(jīng)驗(yàn),誤導(dǎo)了他們的認(rèn)識(shí)。
1000℃左右的高溫鋼鐵制品,浸入淬火油中淬火,這是他們每天不斷重復(fù)的工作,高溫鋼鐵制品剛接觸淬火油時(shí),高溫(超過閃點(diǎn))造成淬火油表面產(chǎn)生閃燃,但由于制品很快沒入油中降溫,不會(huì)繼續(xù)燃燒。因此,淬火油容積必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鐵件,才能迅速降溫,達(dá)到淬火的目的,同時(shí)也能夠避免燃燒。因而,缺乏燃燒學(xué)常識(shí)的群體,容易被這種表面跡象所誤導(dǎo):一個(gè)幾百公斤的燒紅鐵件,溫度接近1000℃,浸入淬火油僅僅是產(chǎn)生閃燃,鐵件幾秒鐘后降溫幾百℃,電線短路絕緣層起火,有時(shí)候點(diǎn)風(fēng)扇就能吹滅,何況潑淬火油?所以,這家工廠,曾經(jīng)用淬火油成功滅火,對(duì)于燃燒發(fā)熱量小的初期火災(zāi)來說,不是不可行,但是,燃燒發(fā)熱量超過潑油的降溫能力時(shí),就不能滅火,反而是火上加油。這道理很簡(jiǎn)單,過去使用煤油燈,一般用口吹滅,不需要大風(fēng),而燃煤鍋爐,需要配置大功率鼓風(fēng)機(jī),提供極大風(fēng)量助燃,而不是吹熄燃煤。這個(gè)道理很淺顯,換成大家都熟悉的語(yǔ)言就是“量變?cè)斐少|(zhì)變”。
很多科學(xué)實(shí)驗(yàn),由于無法做到全尺寸實(shí)驗(yàn),往往按比例縮小了規(guī)模,本來是可行的方式,只要在實(shí)驗(yàn)結(jié)論上分析比例模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果與全尺寸實(shí)驗(yàn)的區(qū)別便可。當(dāng)分析后存在相反結(jié)論可能的或存疑的,宜再進(jìn)行全尺寸實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。但我國(guó)經(jīng)常在非全尺寸實(shí)驗(yàn)得出錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)結(jié)論并誤導(dǎo),如所有的鋰離子電池ESS火災(zāi)事故,已經(jīng)表明沒有任何合適的滅火劑,但我國(guó),幾乎所有的實(shí)驗(yàn)都是采用基本模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn),報(bào)告沒有考慮量變與質(zhì)變的關(guān)系,得出結(jié)論是幾乎所有的滅火系統(tǒng)和滅火劑都能有效。
后續(xù)在滅火系統(tǒng)上繼續(xù)深入探討這個(gè)問題,下面回過頭來繼續(xù)介紹我國(guó)的鋰離子電池消防標(biāo)準(zhǔn)。
2014年我國(guó)出臺(tái)《儲(chǔ)能電站規(guī)范》,規(guī)定儲(chǔ)能電站在消防設(shè)計(jì)原則上基本按丁戊類廠房標(biāo)準(zhǔn)考慮,幾乎沒有任何消防設(shè)施:電站內(nèi)建筑物滿足耐火等級(jí)不低于二級(jí),體積不超過3000m3,且火災(zāi)危險(xiǎn)性為戊類時(shí),可不設(shè)消防給水(11.2.1 );耐火等級(jí)為一、二級(jí)且可燃物較少的丁、戊類建筑物, 室內(nèi)設(shè)有生產(chǎn)、生活給水管道,室外消防用水取自貯水池且建筑物體積不超過5000m3的建筑物,均不用設(shè)置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)(11.2.2 ),基本上,只有不是與工業(yè)民用建筑合建的獨(dú)立電站,都不需要室內(nèi)消火栓;鈉硫電池室應(yīng)配置砂池,鋰電池室宜配置砂池。單個(gè)砂池容量不應(yīng)小于1m3,最大保護(hù)距離為30m(11.2.3 );建議電池室要求設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)并建議安裝感煙或吸氣式感煙探測(cè)器,對(duì)于可能產(chǎn)生可燃?xì)怏w的電池,電池室宜裝設(shè)可燃?xì)怏w報(bào)警裝置(11.4.1 、11.4.3)?;旧?,將儲(chǔ)能電站視同為丁戊類建筑進(jìn)行設(shè)計(jì),這是嚴(yán)重違反消防原則的問題,原因是早期國(guó)內(nèi)在電池消防上的認(rèn)識(shí)嚴(yán)重不足,同時(shí)缺乏消防科研機(jī)構(gòu)及專家的參與。
2020年出臺(tái)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《磷酸鐵鋰》,由于國(guó)內(nèi)外發(fā)生了幾十宗儲(chǔ)能電站起火爆炸事故,國(guó)內(nèi)逐步認(rèn)識(shí)到儲(chǔ)能電站的火災(zāi)危險(xiǎn)性,也參照了國(guó)際上比較原始版的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定需要設(shè)置消防給水系統(tǒng)(預(yù)制艙只能使用室外消火栓系統(tǒng)),并要求預(yù)制艙內(nèi)應(yīng)設(shè)置細(xì)水霧、氣體等固定自動(dòng)滅火系統(tǒng),滅火系統(tǒng)類型、技術(shù)參數(shù)應(yīng)經(jīng)電力儲(chǔ)能用模塊級(jí)磷酸鐵鋰電池實(shí)體火災(zāi)模擬試驗(yàn)驗(yàn)證(4.8.1);提出固定自動(dòng)滅火系統(tǒng)的啟動(dòng)應(yīng)根據(jù)先斷電、后滅火的原則實(shí)施(4.8.3);增加艙內(nèi)設(shè)置可燃?xì)怏w探測(cè)器的要求(4.9.3);增加環(huán)形消防車道的設(shè)置要求(4.12.1 )。與《儲(chǔ)能電站規(guī)范》相比,不過是將ESS儲(chǔ)存建筑從丁戊類建筑提升到丙類建筑,最大的轉(zhuǎn)變是增加了室內(nèi)自動(dòng)滅火系統(tǒng),相應(yīng)低增加啟動(dòng)滅火系統(tǒng)的探測(cè)系統(tǒng)的要求,但遺憾的是拋棄了國(guó)際上常用的噴淋系統(tǒng),選擇了細(xì)水霧或氣體滅火系統(tǒng),存在相當(dāng)多問題。
在滅火設(shè)施上的規(guī)定,《磷酸鐵鋰》存在較大的問題,限制必須設(shè)置設(shè)置細(xì)水霧、氣體滅火系統(tǒng),已經(jīng)不合適,雖然要求選用的滅火系統(tǒng)應(yīng)經(jīng)電力儲(chǔ)能用模塊級(jí)磷酸鐵鋰電池實(shí)體火災(zāi)模擬試驗(yàn)驗(yàn)證,并要求自動(dòng)滅火系統(tǒng)應(yīng)滿足撲滅火災(zāi)和持續(xù)抑制復(fù)燃的要求,這種要求,目前是不存在的滿足這種功能的滅火系統(tǒng),測(cè)試能夠滿足,說明是測(cè)試設(shè)計(jì)出問題。附錄也提供了實(shí)體火災(zāi)模擬試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),如要求試驗(yàn)環(huán)境與實(shí)際預(yù)制艙一致,但是,僅要求放置至少一組電池架,一組電池架內(nèi)有多少電池不明,都沒有限制一組電池架內(nèi)部的電池?cái)?shù)量和規(guī)格必須與實(shí)際儲(chǔ)存一致,且實(shí)際預(yù)制艙內(nèi)部有多少組電池機(jī)架?電池架之間是否存在防火分隔?間距多少,一個(gè)機(jī)架火災(zāi)后能否蔓延到其他機(jī)架?能否造成相鄰機(jī)架上的電池級(jí)聯(lián)熱失控?大量的電池若熱失控后噴射大量的氣體,環(huán)境溫度可以到達(dá)多少溫度?維持多長(zhǎng)時(shí)間?圍蔽結(jié)構(gòu)泄壓導(dǎo)致氣體抑制濃度下降后是否還有效?氣體抑制時(shí)間內(nèi)如何降溫?開門進(jìn)入空氣后能否復(fù)燃或者爆炸?這些都是試驗(yàn)需要弄清楚的關(guān)鍵問題。因?yàn)殡姵靥嗔?,風(fēng)險(xiǎn)難以預(yù)估,而試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)提供的空間內(nèi)電池太少了,稍加分析就知道任何滅火系統(tǒng)均能有效控火(具體見后續(xù)文章)。與淬火油滅火的案例相同,邏輯上等同于采用食用油能澆滅香煙煙頭,證明食用油可以滅火。少量電池的測(cè)試,與密集儲(chǔ)存的ESS,完全是兩種不同性質(zhì)的火災(zāi),量變導(dǎo)致質(zhì)變。
2022年出臺(tái)推薦性標(biāo)準(zhǔn)《儲(chǔ)能電站規(guī)程》,在消防設(shè)計(jì)上,與《儲(chǔ)能電站規(guī)范》、《磷酸鐵鋰》相比,變化不大,要求設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng),不限制為細(xì)水霧、氣體兩種固定自動(dòng)滅火系統(tǒng),但要求滅火介質(zhì)應(yīng)具有良好的絕緣性和降溫性能,自動(dòng)滅火系統(tǒng)應(yīng)滿足撲滅火災(zāi)和持續(xù)抑制復(fù)燃的要求,這樣的規(guī)定,與《磷酸鐵鋰》一樣無法解決問題,因?yàn)槟壳叭虿淮嬖谀苓_(dá)到這個(gè)目標(biāo)的滅火系統(tǒng)。
《儲(chǔ)能電站規(guī)程》增加了要求:鋰離子電池室/艙自動(dòng)滅火系統(tǒng)的最小保護(hù)單元宜為電池模塊,每個(gè)電池模塊可單獨(dú)配置滅火介質(zhì)噴頭或探火管。這個(gè)規(guī)定令人費(fèi)解,電池模塊(module)是由電池單體(電芯)采用串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)連接方式,且只有一對(duì)正負(fù)極輸出端子的電池組合體,還宜包括外殼,管理與保護(hù)裝置等部件(見下圖),普通的電池模塊容量和體積都很小,一般的標(biāo)準(zhǔn)電池模塊尺寸為622x213x161(單位:mm),即使是儲(chǔ)能電池模組(module),尺寸大些,如某產(chǎn)品43kWh最大尺寸也只是810x1094x250,沒有空間內(nèi)置噴頭和探火管。
實(shí)際上,《磷酸鐵鋰》規(guī)定能量型電池模塊不宜超過15kWh/塊(4.2.2),磷酸鐵鋰是最安全的尚且如此,其他電池模塊理該更小。
這個(gè)規(guī)定不可能實(shí)現(xiàn),一個(gè)儲(chǔ)能電站,存在多少無數(shù)電池模塊,每個(gè)電池模塊不可能單獨(dú)配置滅火介質(zhì)噴頭或探火管。或許規(guī)范的本意是不是每個(gè)電池機(jī)架(箱)這只是筆者的猜測(cè)了,因?yàn)閲?guó)內(nèi)外市場(chǎng)上均有一體柜的產(chǎn)品,即就是將機(jī)架封閉起來,高度一般在2300左右,內(nèi)部配置冷卻系統(tǒng)、滅火設(shè)施等。這種一體柜更適合室外單獨(dú)使用,也可以在建筑內(nèi)陣列安裝,但不宜在預(yù)制艙內(nèi)安裝。
目前我國(guó)的儲(chǔ)能電站示范工程建設(shè)都執(zhí)行這些規(guī)范的要求,基本上都采用了氣體滅火系統(tǒng),上圖的某產(chǎn)品配備了氣溶膠。
國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能電站消防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),存在嚴(yán)重的問題,與國(guó)外主流規(guī)范相比較,明顯落后于幾個(gè)時(shí)代,出現(xiàn)了鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)先世界,消防技術(shù)嚴(yán)重拖后腿的狀態(tài),這也影響我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)品的世界影響力。例如,國(guó)外產(chǎn)品在嚴(yán)格控制機(jī)架的防火分隔,我們還習(xí)慣生產(chǎn)火燒連營(yíng)預(yù)制艙:
03
我國(guó)相關(guān)鋰離子電池工廠消防標(biāo)準(zhǔn)
關(guān)于鋰離子電池生產(chǎn)方面,2017年出臺(tái)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《鋰安規(guī)》,《鋰安規(guī)》在消防上的主要貢獻(xiàn)是將生產(chǎn)企業(yè)的各種場(chǎng)所火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行細(xì)分,但遺憾的是,將注液、化成、老化和靜置車間劃入甲乙類和丙類場(chǎng)所兩種,區(qū)別在于兩種條件,一是貨架高度及是否貨架自帶滅火排煙裝置,二是有沒有充足的通風(fēng)設(shè)施,通風(fēng)滿足要求的為丙類,沒有設(shè)置或通風(fēng)量不滿足則為甲乙類,這是一條顛覆傳統(tǒng)消防觀念的標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)閭鹘y(tǒng)消防觀點(diǎn)認(rèn)為,有泄漏甲類氣體的場(chǎng)所為甲類場(chǎng)所,必須滿足事故通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn),若不存在甲類氣體泄漏,只有普通可燃物的場(chǎng)所為丙類,不需要事故通風(fēng),這里變成甲類不需要通風(fēng),丙類需要通風(fēng)。雖然《鋰安規(guī)》在化成、注液車間另有要求事故通風(fēng)達(dá)到12次/h 的能力,但自身就存在矛盾。
2019年出臺(tái)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋰廠標(biāo)》,在消防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)上與《鋰安規(guī)》缺乏聯(lián)系,有改進(jìn)的,如要求化成車間必須通過防火分隔成獨(dú)立的防火單元。但總體上,《鋰廠標(biāo)》在消防標(biāo)準(zhǔn)上,還不如《鋰安規(guī)》詳盡,如各種場(chǎng)所的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類,《鋰安規(guī)》相比更加詳細(xì)。在滅火設(shè)施的規(guī)定上,存在一定的問題,如要求“采用高架堆垛形式的分容、化成工藝區(qū)域,宜采用早期抑制快速響應(yīng)噴頭”,采用ESFR噴頭,應(yīng)用在鋰離子電池火災(zāi)中是違反技術(shù)原則的(見后述),而且,化成、靜置、老化車間,不應(yīng)采用高架堆垛形式,原因是下層電池?zé)崾Э?,迅速造成上面的電池?zé)崾Э兀鸹鸬奖ㄖg的時(shí)間極短,應(yīng)嚴(yán)禁這種高架堆垛形式。即使按《鋰安規(guī)》,高架堆垛化成、靜置、老化車間劃成甲類場(chǎng)所并按照甲類場(chǎng)所進(jìn)行設(shè)計(jì)限制,往往不具備設(shè)計(jì)條件。
04
我國(guó)相關(guān)室內(nèi)充電設(shè)施消防標(biāo)準(zhǔn)
關(guān)于建筑內(nèi)部鋰離子電池交通工具使用空間的消防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),尤其是室內(nèi)充電設(shè)施的消防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),所有消防專業(yè)機(jī)構(gòu)和消防專家集體回避了這些標(biāo)準(zhǔn)(后述文章會(huì)專題討論室內(nèi)充電設(shè)施的問題)。
2014年出臺(tái)了GB50966-2014《電動(dòng)汽車充電站設(shè)計(jì)規(guī)范》,適用于采用整車充電模式的獨(dú)立建設(shè)的電動(dòng)汽車充電站的設(shè)計(jì),與2015年出臺(tái)的GB/T51077-2015《電動(dòng)汽車電池更換站設(shè)計(jì)規(guī)范》,消防定位完全與《儲(chǔ)能電站規(guī)范》相同?;景闯潆娫O(shè)施及電動(dòng)汽車按戊類設(shè)計(jì)。
2017年12月29日,公安部發(fā)布《關(guān)于規(guī)范電動(dòng)車停放充電加強(qiáng)火災(zāi)防范的通告》,是我國(guó)電池消防的一個(gè)重要里程碑,在多如牛毛的火災(zāi)事故中吸取教訓(xùn),針對(duì)電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車和電動(dòng)三輪車,嚴(yán)禁在建筑內(nèi)的共用走道、樓梯間、安全出口處等公共區(qū)域停放或者充電。且要求公民應(yīng)盡量不在個(gè)人住房?jī)?nèi)停放或充電,確需停放和充電的,應(yīng)當(dāng)落實(shí)隔離、監(jiān)護(hù)等防范措施,防止發(fā)生火災(zāi)。然而,對(duì)于特別分散的居民用戶,難以有效管理,事故仍然此起彼伏。
2018年底出臺(tái)了GB/T51313-2018《電動(dòng)汽車分散充電設(shè)施工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》,適應(yīng)范圍明確僅適應(yīng)用戶居住地停車位、單位停車場(chǎng)、公共建筑物停車場(chǎng)、社會(huì)公共停車場(chǎng)、路內(nèi)臨時(shí)停車位等配建的為電動(dòng)汽車提供電能的設(shè)施,包括充電設(shè)備、供電系統(tǒng)、配套設(shè)施等。但內(nèi)容卻有幾條涉及到汽車庫(kù)建筑,有點(diǎn)此地?zé)o銀三百兩的感覺,也造成本推薦性標(biāo)準(zhǔn)被廣泛應(yīng)用于獨(dú)立及附建停車庫(kù)的充電設(shè)施區(qū)域。GB/T51313消防上基本按照燃油汽車庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)《車火規(guī)》的思路,不具備針對(duì)性,與《車火規(guī)》的主要區(qū)別是的在車庫(kù)防火分區(qū)內(nèi)增加了設(shè)立防火單元的要求,將防火分區(qū)再分隔成4個(gè)防火單元。并將滅火器配置標(biāo)準(zhǔn)提高到嚴(yán)重危險(xiǎn)級(jí),推薦使用干粉滅火器。
2021年出臺(tái)了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/ASC17-2021《電動(dòng)汽車充換電設(shè)施系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》,是適應(yīng)于所有建筑內(nèi)部電動(dòng)汽車充換電設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn),但是,由于缺乏消防專家的參與,存在不少消防隱患,首先是在允許電動(dòng)汽車充換電設(shè)施進(jìn)入建筑室內(nèi)的根本問題,缺乏研究成果支持,而且在室內(nèi)電動(dòng)汽車充換電設(shè)施消防措施上也缺乏針對(duì)性,基本也是沿用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容,不同的要求如下:噴淋系統(tǒng)最小出水設(shè)計(jì)時(shí)間從1h改為2h;增加了充電設(shè)備配電保護(hù)開關(guān)設(shè)置分勵(lì)脫扣器,用于發(fā)生火災(zāi)聯(lián)動(dòng)斷電;電池更換站應(yīng)配備消防沙箱或沙坑,其內(nèi)存儲(chǔ)的沙子應(yīng)能掩埋整塊電池。
除了國(guó)家層面上的標(biāo)準(zhǔn),一些地方陸續(xù)出臺(tái)電動(dòng)汽車充電設(shè)施、電動(dòng)非機(jī)動(dòng)車充電設(shè)施的地方標(biāo)準(zhǔn),最為知名的是廣東省標(biāo)準(zhǔn)《電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)程》DBJ/T15-150-2018,率先明確允許電動(dòng)汽車充換電設(shè)施進(jìn)入建筑室內(nèi),且不限制位置,破天荒地采用泡沫噴淋滅火系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車的滅火系統(tǒng),受到社會(huì)的廣泛批評(píng)。其他地方標(biāo)準(zhǔn),基本上也是在廣東省標(biāo)的基礎(chǔ)上略有變化,都取消泡沫噴淋滅火系統(tǒng)的規(guī)定,防火單元?jiǎng)澐稚想m然不同但方向相同,對(duì)室內(nèi)充電設(shè)施場(chǎng)所也有所限制,如《海南省電動(dòng)汽車充電設(shè)施建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》DBJ46-041-2022限制室內(nèi)充電設(shè)施僅可設(shè)于1~3層及地下1層。
同樣,電動(dòng)自行車充電設(shè)施也全面進(jìn)入建筑內(nèi)部,北京、海南、江蘇等地也出臺(tái)了相關(guān)地方標(biāo)準(zhǔn),消防基本思路與電動(dòng)汽車一致。
總體來說,充電設(shè)施進(jìn)入建筑內(nèi),是國(guó)情的需要,但也帶來極大的火災(zāi)隱患,在消防設(shè)計(jì)上需要深入研究,明顯的,上述這些標(biāo)準(zhǔn),尤其是地方標(biāo)準(zhǔn),消防上偏離了鋰離子電池火災(zāi)的特點(diǎn)。
05
我國(guó)相關(guān)室內(nèi)自用蓄電池消防標(biāo)準(zhǔn)
對(duì)于建筑內(nèi)部?jī)?chǔ)存配置的建筑及生產(chǎn)自用的蓄電池儲(chǔ)存,美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)制定歷史較久,規(guī)定非常詳細(xì),也很成熟。國(guó)內(nèi)相關(guān)消防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一片空白,實(shí)際應(yīng)用上一片混亂,存在嚴(yán)重的火災(zāi)隱患。筆者了解的僅有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL5027-2015《電力設(shè)備典型消防規(guī)程》,還不是設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),有涉及到的僅僅是要求鋰電池、鈉硫電池應(yīng)設(shè)置在專用房間,消防設(shè)施竟然是設(shè)置消防砂箱及設(shè)置氣體滅火系統(tǒng),明顯是缺乏消防專家參與的標(biāo)準(zhǔn)。DL5027最大的進(jìn)步是鋰電池、鈉硫電池設(shè)置專用房間,實(shí)際上,所有電化學(xué)電池都需要(NFPA有要求設(shè)置專用房間),目前普遍是混合儲(chǔ)存,沒有專用蓄電池室:
筆者也多次提出相關(guān)建議及呼吁重視蓄電池室火災(zāi),配套相應(yīng)的消防設(shè)施[1],但目前國(guó)內(nèi)消防標(biāo)準(zhǔn)仍然是一片空白,而且作為備用電源的室內(nèi)電池儲(chǔ)存的消防研究和較少見,室內(nèi)自用蓄電池火災(zāi)常見報(bào)道。
06
小結(jié)
我國(guó)鋰離子電池技術(shù)發(fā)展、生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)先于全球,國(guó)外主要方向在于較高危險(xiǎn)性的三元鋰離子電池,經(jīng)過多年的火災(zāi)教訓(xùn),特斯拉汽車宣布會(huì)逐步放棄而改用中國(guó)產(chǎn)的磷酸鐵鋰電池,同樣,ESS也將會(huì)更多使用中國(guó)電池。
鋰離子電池的廣泛生產(chǎn)和應(yīng)用,也僅僅為10余年的時(shí)間,雖然目前全球上沒有合適的滅火劑,國(guó)外主流消防標(biāo)準(zhǔn),已經(jīng)經(jīng)歷了幾次蛻變,在防火的綜合措施上,已經(jīng)具備較高的可靠度。但我國(guó)相關(guān)消防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),技術(shù)上嚴(yán)重滯后,消防投入不少,但不一定能夠防范火災(zāi),筆者多年來說得最多的一句口頭禪形容中國(guó)消防設(shè)計(jì)就是“花錢干壞事”,而ESS、充電設(shè)施消防,就是典型的一個(gè)方面。
鋰離子工廠消防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)卻相反,與其他相同危險(xiǎn)性或更低危險(xiǎn)性的工廠相比較,消防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)上降低了不少要求。原因是生產(chǎn)企業(yè)主導(dǎo)的專業(yè)工廠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中,比通用標(biāo)準(zhǔn)降低了要求,這是不應(yīng)該的,需要更多的消防專家介入到標(biāo)準(zhǔn)的修訂和完善。
對(duì)于室內(nèi)自用蓄電池組,國(guó)外相關(guān)消防標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有近30年的歷史,并多次改版和完善,我國(guó)目前還是空白,連最起碼的防火分隔保護(hù)措施都沒有要求,這是嚴(yán)重滯后的,值得消防行業(yè)檢討和反思。
[1]《電房消防設(shè)計(jì)探討》,劉植蓬,本公眾號(hào)文章
(https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg5MDUxOTUxMg==&mid=2247484103&idx=1&sn=e76857b6330d8218a83016d23e7d662b&chksm=cfda2870f8ada166563eb384383fa6943a7022ee9581db8fcad52e736b3c885cfbc3e6e0fb06&token=1682682206&lang=zh_CN#rd)