苗爭 何鵬

摘要：本文以國內某電池生產企業(yè)的鋰離子動力電池廠房消防設計作為實際的案例，根據我國電池生產相關規(guī)定，針對鋰離子電池廠房消防設計中的難點、要點展開論述研究，提出消防設計意見和若干優(yōu)化整改的策略，為類似廠房的消防設計提供更多參考和借鑒。

關鍵詞：消防設計；鋰離子動力電池；火災；風險

國內某類鋰離子動力電池生產廠房位于江蘇鎮(zhèn)江市新區(qū)鎮(zhèn)，是某能源科技企業(yè)的租賃廠房，每年可以生產1億Ah鋰電池，為新建項目生產線。該項目是給新能源電動汽車生產鋰離子動力電池，在該廠房周邊有研發(fā)樓、新生產制造車間、三棟廠房，分別為電子類的工業(yè)廠房，廠區(qū)的實際占地面積是33400平方米，建筑面積為1456平方米。

一、工藝流程和原材料火災危險的類型分析

（一）工藝及原料火災的危險性

生產制造人員攪拌電解液時，將正負極材料、粘結劑、溶劑根據一定的配比方案，確定好配置的比例，然后加入攪拌均勻，放置在攪拌罐中。在攪拌機設備內要將電解液材料攪拌均勻，然后再將其放在儲存罐中，放置一段時間之后再將漿料使用于電池的生產制作過程。配置均勻的漿液，要求工作人員均勻的涂抹，并使用涂漿機進行定量化的涂抹。在涂抹的基料中，如果涂抹在鋁箔上，要放置在涂抹設備及烘干區(qū)。在一定的溫度條件下，將這些材料的溶劑都烘干之后，再使用通道將風力送入到涂抹車間，烘干以后的電池芯片是由脫模機和收卷機設備使用。在碾壓期間，將涂抹完成之后的整卷機片拆掉，使用碾壓棍來碾壓，要使得基材內的活性物質碾壓到位，其厚度達到工程技術標準。在碾壓期間，要管控好碾壓縫隙和施加壓力的數(shù)據。在此期間，不使用原材料，而在使用剪切工具上，要在碾壓完之后，根據其要求剪切成寬度比較小的卷積片。卷狀形的電極片是通過電動升降設備將其放置在烘干設施上，設定烘干溫度，用真空來烘干，烘干的方法是電加熱烘干箱。

當烘干作業(yè)完成之后，再使用電動升降平臺將極片從周轉車內取出來，然后送到繞卷機去展開下一道工序的操作。將電池正極片、電池內部隔膜、電池負極片依次擺放到位，然后經過卷繞至形成電池機組，工序全部改進為機械上料，而且卷繞完成之后可以自動換料，產出的材料可以自動下料，系統(tǒng)運轉到下一道工序，就能夠避免由于員工操作失誤帶來的負面影響，提高了換料的速度和生產的效能。在電芯裝配時，將卷入好的極片打包，形成一組，再使用連接片進行超聲的焊接。以此推進，就能夠形成一個整體的電極，電池裝配整個過程是由自動線去完成，減少人為要素所帶來影響，保證生產線能夠穩(wěn)定，提高生產效能。

（二）注入電池殼的電解質成分分析研究

電池內部的電解質物質是由碳酸脂和六氟磷酸鹽構成，配置而形成的碳酸酯類的溶劑材料具有更好的電化學特性，具有比較高的閃點及很低的熔點。在制作鋰離子電池時，其閃點是150度，電池內部使用的六氟磷酸鋰鹽是固體材料，生產時使用的電解液是采用不銹鋼桶容器來密封包裝，不銹鋼桶的容積是200升，在內部有惰性氣體保護。在筒內部，使用快插接頭將不銹鋼管道與注液設備緊密聯(lián)系，之后再使用高精度的注液泵來將電解液注入到電池內部。在灌入電池液時，注液設備往往是在密封環(huán)境下運轉，可以對每個電池真空加注，并且加注壓力，使電池電解液都被灌入到電池內部，確保沒有泄露發(fā)生。在完成作業(yè)之后，電池注液的設備都會自動密封。封口之后，對電池還要進行密封檢查，檢測注漿機都需要使用密封罩封裝起來，罩體內部的壓力多數(shù)都是負壓力，防止電解液的氣味被溢出來［1］。

（三）廠房的火災危險性研究分析

通過以上的論述，可以看到廠房所需要的原材料、輔助材料多數(shù)都是丙類及戊類，結合電池生產工藝流程，在電池充放電期間，不會產生有害氣體，也沒有氣體排出到電池外部。在完成充放電過程中，整個電池是由電動車輛自動的運輸至電池靜置區(qū)來靜置的充電，該區(qū)域內會由空調將其溫度控制在25度左右，電池在充電期間也不會排放出有害氣體。電池的老化及后續(xù)處理：將裝配完之后的電池使用車輛放置在生產車間內，然后生產制造人員再使用專用的電池充放電設施對電池進行自動化的充電放電測試，要針對每個車輛來進行，選出優(yōu)質合格的鋰離子動力電池［2］。

該廠房的生產線都是自動化的倉儲設備，而且使用自動化的機器人，機器人可以自動選址，也可以自動去定位。在系統(tǒng)內利用機器人程序來生產，可將帶電及不帶電的電池分離出來，完全阻隔，能夠減少帶電電池所產生的危害，消除風險隱患。

二、鋰離子動力電池廠房的消防設計注意事項研究

（一）廠房的疏散距離合理性分析

在我國政府部門發(fā)布的GB50016-2014建筑設計消防規(guī)范中，規(guī)定了二級的丙類單層廠房內部的任何一點到最近的安全出口的直線距離不能夠大于80米。該廠房消防設計的兩個車間疏散距離都需要小于80米，能夠滿足人群疏散的要求。

（二）防煙分區(qū)的合理劃分問題研究

結合政府防煙分區(qū)的劃分規(guī)定，如果地下室內的窗戶占用該建筑面積超出200平，同時地下室如果有人經常停留，可燃物質比較多，那么要建立起防煙分區(qū)，設置防煙設施，房間的吊頂高度小于6米，此時每個房間就會建立形成房間分區(qū)，劃分為40個房間分區(qū)。

（三）室內消火栓流量分析

在工業(yè)廠房內，所有區(qū)域都會建立噴淋管道，覆蓋到生產區(qū)，環(huán)境相對安全。國內政府部門發(fā)布的工業(yè)廠房消防給水技術規(guī)范要求工業(yè)廠房建造單位根據該技術去設置消防栓，布設消防管道，建立可靠的消防系統(tǒng)，根據企業(yè)生產經營需要，適當縮減消防栓的用水量。對于單層的工業(yè)廠房來講，消滅火災的難易程度較小，而多層建筑物難度大，到場地內設置消防水池條件很有限。因此，動力鋰離子電池工廠消防可采用減半設計方法，能夠保障消防優(yōu)勢。在工廠與隔壁的車間都用消防管道串通起來，采用兩路的消防用水，進而使得鋰離子動力電池工業(yè)廠房內部空間更加安全可靠［3］。

（四）有毒氣體的探測設置研究

該工廠內，粉漿蒸汽上都會使用MP溶劑，這種溶劑揮發(fā)性低，而且化學性質比較穩(wěn)定。但是，目前國內并沒有關于燃燒后是否會生成有毒性氣體的完備資料。有關消防部門就要結合生產供應資料進行詳細的分析，在發(fā)生火災時，消防員進出現(xiàn)場滅火時，要保證消防員自身的人身安全。在進行綜合的研究分析后，消防部門在電池廠房安裝探測器裝置［4］。

（五）滅火系統(tǒng)的選擇分析

鋰離子動力電池的生產廠房有些區(qū)域不太適合使用水具滅火，該生產廠房每個區(qū)域是三類著火場所，有些區(qū)域著火之后就會散發(fā)毒氣，要使用裝有高壓的吸水系統(tǒng)。具備撲救火災的高壓吸水系統(tǒng)，對于著火之后產生的廢氣煙塵具有凈化作用。相比其他系統(tǒng)來講，更加安全更加環(huán)保。消防部門要建議工程單位使用高壓細水霧的自動滅火噴淋設備。

三、在廠房設計中提高消防安全設計的質量

在消防安全管理方面，鋰離子動力電池廠房的施工時，還要著重考慮到當?shù)氐乩淼匦?、天氣，如風沙、雨水，產生強風沙、晝夜溫差偏大的氣候條件。廠房的建筑物墻體要更加厚實，選擇的墻體材料要以當?shù)氐耐潦臑橹?。另外，要根據廠房內用的具體功能和存儲產品來設計墻體的厚度，要使墻體具有更好的隔熱性和節(jié)能效果。夏天溫度較高，會達到40度，厚墻就可以減緩熱能的傳導和紫外線給室內帶來的熱量影響，這些舉措都能夠實現(xiàn)易燃物品的有效隔熱控制。

（一）整體與廠房內環(huán)境的設計

在工業(yè)廠房內部結構中，室內的框架要使用鋼鐵結構。由于存在著可燃物質的移動，可燃物質數(shù)量和空間都會隨著環(huán)境變化而產生動態(tài)變化。如果外界風沙天氣偏大，廠房內使用的木質易燃材料作為框架，就可能會誘發(fā)火源，進而產生火災擴大的趨勢。

（二）確定消防安全等級

結合鋰離子動力電池生產廠房防火規(guī)定，火災危險性大小要根據目前廠房生產狀況去確定消防等級標準。生產廠房要按照火災危險等級去配備防火設施，鋰離子動力電池廠房內部的火災危險區(qū)中的較大區(qū)域占到防火分區(qū)面積小于5%，達到國家政府部門的工廠消防防火規(guī)定。鋼結構廠房要加強消防設施的布設，管控臨時堆放的可燃性物質，保證消防通道更加暢通。在遇到火災事故時，要快速疏散人群，這也是多數(shù)動力電池廠房消防的具體規(guī)范。［5］

（三）防排煙的設計

在進行工業(yè)廠房內防排煙窗設計時，設計人員要考慮到當?shù)氐娘L力。在多風沙天氣下，廠房的窗戶設計都比較狹小，以便減少外界熱量向室內的傳導，如果產生火災，這將不利于煙氣排放。可以采用單個鋁合金排煙方法，平常關閉，一旦發(fā)生火災，就可以開啟這種模式達到排煙的效果。

（四）提升廠房的耐火極限

在鋰離子動力電池的工業(yè)廠房設計時，要提高廠房內部整體的防火極限，采用外包防火層或者采用發(fā)泡的防火漆方法。采用外包防火層給工業(yè)廠房的鋼結構外表面外包一層，這種方法應用在許多領域，并且使用澆筑成型的噴頭方法。采用鋼絲鋼筋連接限制裂縫，可以保證外部強度。涂抹方法就是涂抹砂漿液，其中發(fā)泡的防火機是使用多種多樣材料制作而成的，耐火材料具有更強的阻燃特性。在干燥之后會形成噴涂漆膜，達到阻燃效果，而且可以推遲燃燒物燃燒時間，可以使用發(fā)泡防火漆涂滿鋼結構，從而將火災限制在一定范圍之內［6］。

（五）降低火災現(xiàn)場溫度和快速排出煙氣熱氣

為了使消防工作穩(wěn)定的推進，獲取更多的滅火時間空間，該設計具有更好的消防防火性能。在工業(yè)廠房設計消防設施時，動力鋰電池的廠房窗戶要放在高位，同時其通風口也要放置在高位。當現(xiàn)場生成許多煙氣時，煙氣向上流動，就會通過高處窗戶通風口向外界傳遞。窗戶位置比較高，有助于煙氣的排放，降低廠房內部所產生的溫度，消除廠房內所生成的濃煙氣體［7］。如果排除濃煙熱氣速率比產生的速率大出許多，那么鋰離子動力電池廠房內的溫度不會上升太多，也不會給被困人員產生惡劣的影響后果。在廠房內展開排煙時，要經常使用排煙器。使用機器送風進行排煙排熱，是排煙比較常用的一類方法，不需要投入太多的資金，會節(jié)省更多的空間。鋰離子動力電池的工業(yè)廠房進行消防設計，一般不會用防火墻或者防火卷簾，這種消防方式會給生產帶來一些影響，維修不太方便，可以考慮使用水幕或者消防炮方式來滅火。盡管這種技術有一定缺陷，需要消防人員對該技術進行深度研究，不斷優(yōu)化改進消防設計方案，使得消防設計更加合理，避免火災影響范圍擴大，降低火災煙氣濃度，保證工人們的安全［8］。

結束語

近年來，我國科學技術快速發(fā)展，鋰離子動力電池安全性、經濟性也獲得了人們的關注。群眾對于鋰離子電池的需求量日益增多，廠房也在日漸增多。本研究針對鋰離子動力電池消防設計中涉及到的廠房材料，分析廠房內部人員疏散距離，研究防煙分區(qū)，圍繞建筑物構造的相關難點問題展開論述。根據國家政府部門的具體規(guī)定要求，對相關問題逐一研究分析，合理總結提煉，推進優(yōu)化整改，為后期的鋰離子動力電池生產廠房消防設計提供更多的借鑒參考。

參考文獻

［1］ 任翔青.中小型化工廠的消防給排水設計［J］.中國戰(zhàn)略新興產業(yè)，2021（15）：79-80.

［2］ 秦振林.精細化工廠消防給水泵房設計若干問題探討［J］.中國戰(zhàn)略新興產業(yè)，2021（14）：195.

［3］ 穆育紅，王斌.軌道交通裝配式消防泵站設計與應用研究［J］.給水排水，2021，47（05）：112-115.

［4］ 宮瑤，唐勇，尹奇，等.非電行業(yè)大型輸煤、鍋爐島消防設計介紹［J］.今日消防，2021，6（05）：46-47.

［5］ 梁志佳.化工廠消防安全標準化管理分析［J］.化工設計通訊，2021，47（09）：138-139.

［6］ 畢見霖，馬斌，張淑珍，等.淺談石油化工的消防給排水設計［J］.文淵（中學版），2021（09）：3494.

［7］ 彭仕森.化工廠消防給水排水設計思路［J］.建材與裝飾，2022，18（33）：69-71.

［8］ 王麗娜.關于化工消防給水排水設計分析［J］.建筑·建材·裝飾，2022（03）：173-175.