A lítium akkumulátorok biztonsága mindig is aggodalomra ad okot az iparban. Speciális anyagszerkezetüknek és összetett működési környezetüknek köszönhetően a tűzbaleset egy alkalommal berendezési károkat, anyagi veszteségeket, sőt személyi sérüléseket is okoz. A lítium akkumulátor kigyulladása után az ártalmatlanítás nehézkes, hosszú ideig tart, és gyakran nagy mennyiségű mérgező gáz keletkezésével jár. Ezért az időben történő tűzoltás hatékonyan szabályozhatja a tűz terjedését, elkerülheti a kiterjedt égést, és több időt biztosít a személyzetnek a menekülésre.

A lítium-ion akkumulátorok termikus kifutása során gyakran előfordul füst, tűz, sőt robbanás is. Ezért a hőkifutási és diffúziós probléma kezelése a fő kihívás, amellyel a lítium akkumulátortermékek szembesülnek a használat során. A megfelelő tűzoltási technológia megválasztásával megelőzhető az akkumulátoros hőelvezetés további terjedése, aminek nagy jelentősége van a tűzesetek elfojtása szempontjából.

Ez a cikk bemutatja a piacon jelenleg elérhető főbb tűzoltó készülékeket és tűzoltó mechanizmusokat, valamint elemzi a különböző típusú tűzoltó készülékek előnyeit és hátrányait.

A tűzoltó készülékek típusai

Jelenleg a piacon lévő tűzoltó készülékek főként gázzal, vízbázisú tűzoltó készülékekre, aeroszolos tűzoltó készülékekre és szárazporos tűzoltó készülékekre oszthatók. Az alábbiakban bemutatjuk az egyes típusú tűzoltó készülékek kódjait és jellemzőit.

perfluor-hexán: A perfluor-hexán szerepel az OECD és az US EPA PFAS jegyzékében. Ezért a perfluor-hexán tűzoltóanyagként történő felhasználásának meg kell felelnie a helyi törvényeknek és előírásoknak, és kommunikálnia kell a környezetvédelmi hatósággal. Mivel a perfluor-hexán termikus bomlástermékei üvegházhatású gázok, hosszú távú, nagy dózisú, folyamatos permetezésre nem alkalmas. Használata vízpermetező rendszerrel együtt javasolt.

Trifluor-metán:A trifluor-metán anyagokat csak néhány gyártó gyártja, és nincsenek speciális nemzeti szabványok, amelyek szabályoznák az ilyen típusú tűzoltóanyagokat. A karbantartási költség magas, ezért használata nem javasolt.

Hexafluorpropán:Ez az oltóanyag hajlamos az eszközök vagy berendezések károsodására használat közben, és globális felmelegedési potenciálja (GWP) viszonylag magas. Ezért a hexafluor-propán csak átmeneti tűzoltóanyagként használható.

Heptafluorpropán:Az üvegházhatás miatt a különböző országok fokozatosan korlátozzák, és megszüntetésre kerül. Jelenleg a heptafluor-propán szerek forgalmazása megszűnt, ami problémákhoz vezet a meglévő heptafluorpropán rendszerek karbantartás során történő újratöltésében. Ezért használata nem javasolt.

Inert gáz:Ide tartozik az IG 01, IG 100, IG 55, IG 541, amelyek között az IG 541 szélesebb körben elterjedt, és nemzetközileg is elismert zöld és környezetbarát tűzoltóanyagként. Hátránya azonban a magas építési költség, a gázpalackok iránti nagy kereslet és a nagy helyfoglalás.

Víz alapú szer:A finom vízködös tűzoltó készülékeket széles körben használják, és ezek rendelkeznek a legjobb hűtő hatással. Ennek elsősorban az az oka, hogy a víznek nagy fajlagos hőkapacitása van, amely gyorsan képes nagy mennyiségű hőt felvenni, lehűti az akkumulátor belsejében lévő, el nem reagált aktív anyagokat, és így gátolja a további hőmérséklet-emelkedést. A víz azonban jelentős károkat okoz az akkumulátorokban, és nem szigetel, ami az akkumulátor rövidzárlatához vezet.

Aeroszol:Környezetbarát, nem mérgező, alacsony költsége és egyszerű karbantartása miatt az aeroszol a fő tűzoltóanyag lett. A kiválasztott aeroszolnak azonban meg kell felelnie az ENSZ-előírásoknak és a helyi törvényeknek és előírásoknak, és helyi nemzeti terméktanúsítás szükséges. Az aeroszoloknak azonban nincs hűtési képességük, és alkalmazásuk során az akkumulátor hőmérséklete viszonylag magas marad. Miután a tűzoltóanyag már nem szabadul fel, az akkumulátor hajlamos újragyulladásra.

A tűzoltószerek hatékonysága

A Kínai Tudományos és Technológiai Egyetem Állami Kulcsfontosságú Tűztudományi Laboratóriuma tanulmányt végzett az ABC szárazpor, a heptafluor-propán, a víz, a perfluor-hexán és a CO2 tűzoltószerek tűzoltó hatásának összehasonlításában egy 38A-es lítium-ion akkumulátoron.

A tűzoltási folyamatok összehasonlítása

Az ABC száraz por, a heptafluor-propán, a víz és a perfluor-hexán mind gyorsan, újragyulladás nélkül eloltják az akkumulátortüzeket. A CO2 tűzoltó készülékek azonban nem tudják hatékonyan eloltani az akkumulátortüzeket, és újragyulladást okozhatnak.

A tűzoltás eredményeinek összehasonlítása

A hőkiürítés után a lítium akkumulátorok viselkedése a tűzoltószerek hatására nagyjából három szakaszra osztható: a hűtési szakaszra, a gyors hőmérséklet-emelkedés szakaszára és a lassú hőmérsékletcsökkenés szakaszára.

Az első szakasza hűtési szakasz, ahol az akkumulátor felületének hőmérséklete a tűzoltóanyag felszabadulását követően csökken. Ennek elsősorban két oka van:

• Akkumulátor légtelenítése: A lítium-ion akkumulátorok termikus kifutása előtt nagy mennyiségű alkán és CO2 gáz halmozódik fel az akkumulátor belsejében. Amikor az akkumulátor eléri a nyomáshatárát, a biztonsági szelep kinyílik, és nagynyomású gáz szabadul fel. Ez a gáz szállítja az aktív anyagokat az akkumulátor belsejében, miközben némi hűtő hatást is biztosít az akkumulátornak.
• A tűzoltóanyag hatása: A tűzoltóanyag hűtő hatása alapvetően két részből fakad: a fázisváltás során fellépő hőelnyelésből és a kémiai szigetelő hatásból. A fázisváltó hőelnyelés közvetlenül eltávolítja az akkumulátor által termelt hőt, míg a kémiai szigetelő hatás közvetve csökkenti a hőtermelést a kémiai reakciók megszakításával. A víznek nagy fajlagos hőkapacitása miatt a legjelentősebb hűtőhatása van, így nagy mennyiségű hőt gyorsan képes felvenni. A perfluorhexán következik, míg a HFC-227ea, a CO2 és az ABC száraz por nem mutat szignifikáns hűtőhatást, ami a tűzoltószerek természetével és mechanizmusával függ össze.

A második szakasz a gyors hőmérséklet-emelkedés szakasza, ahol az akkumulátor hőmérséklete gyorsan emelkedik a minimális értékről a csúcsra. Mivel a tűzoltószerek nem tudják teljesen megállítani az akkumulátoron belüli bomlási reakciót, és a legtöbb tűzoltó anyagnak gyenge a hűtőhatása, az akkumulátor hőmérséklete szinte függőlegesen emelkedő tendenciát mutat a különböző tűzoltószerek esetében. Rövid időn belül az akkumulátor hőmérséklete a csúcsra emelkedik.

Ebben a szakaszban jelentős különbség mutatkozik a különböző tűzoltószerek hatékonyságában az akkumulátor hőmérséklet-emelkedésének gátlásában. A hatékonyság csökkenő sorrendben: víz > perfluorhexán > HFC-227ea > ABC száraz por > CO2. Ha az akkumulátor hőmérséklete lassan emelkedik, az hosszabb reakcióidőt biztosít az akkumulátor tűzjelzésére, és több reakcióidőt biztosít a kezelőknek.

Következtetés

1. CO2: Az olyan tűzoltószerek, mint a CO2, amelyek elsősorban fulladás és elszigetelés révén hatnak, gyenge gátló hatást fejtenek ki az akkumulátortüzeknél. Ebben a tanulmányban súlyos újragyulladási jelenségek fordultak elő a CO2-vel, ami alkalmatlanná tette a lítiumelemek tüzére.
2. ABC Dry Powder / HFC-227ea: Az ABC száraz por és HFC-227ea tűzoltó szerek, amelyek elsősorban izoláción és kémiai elnyomáson keresztül hatnak, bizonyos mértékig részben gátolhatják az akkumulátoron belüli láncreakciókat. Valamivel jobb hatást fejtenek ki, mint a CO2, de mivel nincs hűtőhatásuk, és nem tudják teljesen blokkolni az akkumulátor belső reakcióit, az akkumulátor hőmérséklete a tűzoltóanyag felszabadulását követően is gyorsan emelkedik.
3. Perfluor-hexán: A perfluor-hexán nemcsak blokkolja az akkumulátor belső reakcióit, hanem elpárologtatja a hőt is. Ezért az akkumulátorok tüzére gyakorolt ​​​​gátló hatása lényegesen jobb, mint más tűzoltószerek.
4. Víz: Az összes tűzoltószer közül a víznek van a legnyilvánvalóbb tűzoltó hatása. Ennek elsősorban az az oka, hogy a víznek nagy fajlagos hőkapacitása van, ami lehetővé teszi, hogy gyorsan nagy mennyiségű hőt vegyen fel. Ez lehűti az el nem reagált aktív anyagokat az akkumulátor belsejében, ezáltal gátolja a további hőmérséklet-emelkedést. A víz azonban jelentős károkat okoz az akkumulátorokban, és nincs szigetelő hatása, ezért használata rendkívül óvatos.

Mit válasszunk?

Felmértük a jelenleg piacon lévő több energiatároló rendszer gyártó által alkalmazott tűzvédelmi rendszereket, elsősorban az alábbi tűzoltási megoldásokat alkalmazva:

• Perfluor-hexán + víz
• Aeroszol + víz

Ez láthatószinergikus tűzoltószerek a lítium akkumulátor gyártók fő irányzata. A perfluor-hexán + víz például a perfluor-hexán gyorsan eloltja a nyílt lángot, megkönnyítve a finom vízköd érintkezését az akkumulátorral, míg a finom vízköd hatékonyan lehűtheti azt. A kooperatív működés jobb tűzoltó és hűtő hatást fejt ki, mint egyetlen tűzoltóanyag használata. Jelenleg az EU új akkumulátor-szabályozása megköveteli, hogy a jövőbeni akkumulátorcímkéken szerepeljenek a rendelkezésre álló tűzoltószerek. A gyártóknak termékeik, helyi szabályozásaik és hatékonyságuk alapján is ki kell választaniuk a megfelelő tűzoltó anyagot.