锂电池产业链相关生产企业消防安全管理初探

2022-09-02肖哲鹏

中国人民警察大学学报 2022年8期

林志，肖哲鹏

湖南省消防救援总队，湖南长沙 410006

锂电池主要应用于手机、电动汽车、储能电站等领域。据统计，2021年全国锂电池产量324 GWh，总产值突破6 000亿元。锂电池产业链相关生产企业主要包括原材料生产制造场所、测试加工场所、电池成品生产场所、废旧电池回收利用场所等。金立华[1]对锂电池材料热稳定性、电池使用的安全性等进行分析；朱江等[2]对集装箱式锂电池储能系统火灾危险性进行分析并提出相应防范措施；阮文[3]、陈坚[4]等研究了锂电池生产企业火灾风险及防控对策；周会会等[5]对锂电池火灾的灭火技战术进行了研究。前人研究主要集中在锂电池起火爆炸原因和灭火措施方面，对造成火灾蔓延扩大、人员伤亡原因进行系统分析较少，总结加强锂电池产业链相关生产企业安全防范工作的对策不够全面。笔者结合事故调查和对锂电池产业链相关生产企业的走访调研，分析锂电池产业链相关生产企业主要消防安全风险，并提出针对性管理对策。

一、事故案例

(一)某锂电池回收利用企业厂房燃爆事故

2021年1月7日，某锂电池回收利用企业厂房发生燃爆事故，过火面积约6 000 m2，共造成1人死亡、18人受伤。事故地点位于公司PMC铝渣储存区，事故原因为铝渣堆垛自热反应引燃编织袋，因用水扑救不当产生氢气引发爆炸。该事故主要暴露出以下问题：(1)未严格依法组织项目建设。企业在组织项目新建过程中，未落实安全设施“三同时”建设要求，未依法依规组织危险废物暂存库的建设、设计，危险废物暂存库建设未批先建。(2)对风险辨识存在偏差。企业未辨识铝渣遇水、遇酸发生化学反应可能产生的后果，导致公司培训教育、隐患排查、应急预案制定和演练缺少金属火灾防范和处置的相关内容。(3)危险废物暂存库管理措施缺失。单位未建立危险废物暂存安全管理制度，未明确铝渣酸洗脱水后的水和硫酸残留控制指标，未制定铝渣入库、出库的安全管理措施。(4)消防安全责任不落实。危险废物暂存库建设未依法进行消防设计审核和消防竣工验收；未根据危险废物暂存库储存物资可能引发的火灾属性设置相应消防设施；发生事故后，错误地采用水扑救铝金属火灾引发爆炸，扩大了事故影响范围。

(二)某锂电池正极材料生产企业火灾

2022年1月23日，某锂电池正极材料生产企业湿法实验室发生火灾，过火坍塌面积约1 600 m2，无人员伤亡。起火部位为厂区独立建造的湿法实验室北侧前驱体材料干燥区，起火点为真空干燥房，起火原因为真空干燥箱电气线路故障引发火灾。该事故主要暴露出以下问题：(1)消防安全主体责任未落实。单位主管领导及实验室负责人履行安全管理职责不到位，实验室未按要求落实防火巡查制度，对员工的消防安全培训不到位，未对重点部位开展针对性消防演练，火灾自动报警系统、自动喷水灭火系统等消防设施未保持完好有效。(2)安全管理制度执行不严。火灾发生当天为星期日，湿法实验室设备处于运转状态，但企业未安排人员值守看护；实验室监控摄像头故障未及时修复，无法有效监控实验室相关情况，导致火灾发生初期未能及时发现和有效处置。(3)对实验室火灾风险认识不到位。实验室内烘箱设备采用电热棒加热，使用导热油作为传热介质，周边物料存在一定腐蚀性，连续工作时间长。单位未根据设备特点、使用频率、环境等因素采取针对性防护措施，设备高温连锁保护装置缺失，维护保养不及时，导致故障引发火灾，设备内油品外溢加速火灾蔓延。

二、锂电池产业链相关生产企业主要消防安全风险

锂电池的主要工艺流程[6]有混料、涂布、压片、分切、卷绕、装配、焊接、注液、化成、封口、陈化等。锂电池生产原料和工序都不同程度存在消防安全风险[7]。

(一)起火爆炸风险

1.明火源风险

锂电池的部分原料化学特性活泼，容易挥发自燃。锂电池原材料生产过程中要进行高温煅烧、烘烤，锂电池成品生产过程中进行焊接、注液等作业的人员未按规定着装进入生产区等，均存在明火源风险。

2.电气火灾风险

锂电池生产过程特别是在产品试验、质量检验和测试过程中，要使用大量的电气设备和设施，电气线路敷设不规范以及线路设备老化、故障等容易引发火灾。

3.物料起火爆炸风险

锂电池生产以及回收利用过程涉及金属锂、铝以及强还原性碳化锂等活性较高的材料，与水或酸均能反应产生可燃气体(如氢气)，释放大量热，容易引发火灾或爆炸，同时粉体物料容易引发粉尘爆炸。生产过程中使用的有机溶剂多数为甲乙类液体，遇热易分解、遇火易燃烧，起火风险高。

4.电池故障起火爆炸风险

锂电池受到碰撞、挤压、震动等外界因素，或者产品质量缺陷等内部因素的影响时，容易造成隔膜破损引发短路。正负极活性材料与电解液发生链反应，释放大量热并产生可燃气体，温度越高，链反应越快，继而引发热失控，当热量累积一定程度后会引发火灾或爆炸[8]。锂电池在外界高温、环境湿度过高时，同样可能导致短路引发火灾或爆炸[9]。

(二)蔓延扩大风险

1.原料和产品密集堆放，火灾荷载大

部分生产企业为节约空间和成本，原料和产品堆放密集，存在未分区存放或者功能分区防火间距不足等现象，加之原料和产品具有易燃易爆特性，一旦发生火灾，极易引燃周边区域，导致火灾迅速蔓延。组装后的电池需要进行化成和陈化，电池成品将存放于仓库，此时大量电池存放在一起，单体电池的热失控引发起火爆炸将殃及周边，造成灾害范围扩大。

2.厂房仓库内部空间大，火灾蔓延快

锂电池产业链相关生产企业多数为大跨度钢结构厂房，部分地区根据《建筑设计防火规范》相关规定，将锂电池生产车间火灾危险性综合认定为丙类，单层二级耐火等级的厂房防火分区最大允许建筑面积为8 000 m2，内部空间大，起火后容易造成大面积燃烧[10]。

3.传统消防设施作用不理想

锂电池早期火灾征兆是表面和内部温度升高，以及少量有毒刺激性气体的释放，只有在剧烈燃烧或爆炸的瞬间才会产生大量黑色烟气。因此，大部分锂电池产业链相关生产企业安装的感烟探测器先期预警作用不明显，无法达到早期发现和扑救火灾的目的。锂电池由于内部热失控连锁反应，火灾易复燃，部分生产企业设置的自动喷水灭火系统或者干粉、二氧化碳灭火器，对锂电池火灾扑救效果不理想[11]。

(三)人员伤亡风险

1.燃烧大量放热，产物有毒有害

锂电池火灾能多次喷发射流火，同时释放大量热，容易对人员造成热伤害。电解液具有毒性，燃烧产物含HF、CO、SO2等有毒有害气体，容易造成人员伤亡[12]。

2.爆炸和建筑物倒塌，易造成人员伤亡

钢结构厂房在高温作用下容易倒塌，造成人员伤亡并影响人员逃生。爆炸的冲击波或飞溅物也容易造成人员伤亡。

3.火灾爆炸蔓延迅速，疏散逃生困难

锂电池热失控蔓延迅速，数十秒即可产生大量烟气，短时间内组织大量人员疏散难度大。同时，锂电池生产车间多为洁净车间，密闭性好，且场所内最远疏散距离按照国家标准可达60 m[13]，疏散逃生距离长，加之浓烟影响，人员逃生困难。

三、锂电池产业链相关生产企业消防安全管理对策

(一)落实行业监管责任，加大研发力度，完善相关标准

目前，锂电池产业链相关生产企业准入暂无相关标准，部分应用场景的电池产品安全尚无强制性要求，企业安全生产标准为团体标准，锂电池产品和生产安全标准规范滞后于安全需求。

1.明确相关企业准入标准

锂电池为第九类危险化学品，其生产、回收应取得相应资质，特别是在锂电池回收利用方面，然而，违规从事旧电池翻新屡禁不止。主管部门应明确相关企业准入标准，建议将锂电池纳入危险化学品生产许可范围，加大准入方面的监督执法力度，杜绝非法生产。

2.完善产品质量管理标准

我国现行锂电池质量安全标准多为行业性标准且要求参差不齐，建议相关标准化部门加强研究，建立和完善产品质量管理体系，利用“一池一码”身份识别，强化产品溯源。依托3C认证管理，切实提高产品质量，完善不合格产品召回制度，切实维护消费者权益，保护人民生命财产安全。

3.制定安全生产技术标准

部分地区对锂电池生产、储存企业火灾危险等级划分标准不一，依据《建筑设计防火规范》《锂电池工厂设计标准》进行防火防爆设计，与现实安全风险不相匹配。建议主管部门尽快出台锂电池生产、储存企业安全技术标准，填补空白。

4.强化科学技术支撑赋能

相关行业部门要加快推进锂电池产业链技术研发，推动电池制造工艺、产品质量管控、环境控制等技术提升。要深化科研院所、大专院校与生产企业的合作，建立“政、产、学、研、用”协同创新机制，充分利用社会科技发展新技术、新成果赋能产业安全。

(二)落实企业主体责任，强化物防技防人防措施

锂电池的工作机理、产品设计等决定了其产品本质安全水平，生产原料和过程产物的理化特性以及生产工艺的复杂性影响生产过程的安全，物防技防人防措施有待进一步强化。

1.强化物防技防措施

在物防技防方面，要加大研发力度和投入，加强新材料、新工艺的研发应用，强化安全设施的配备，全流程、全方位管控安全风险。

(1)提升本质安全。要加大研发力度，研制安全性更高的材料替代高风险原料，如热封闭隔膜、凝胶态或固态电解液等。要进一步优化、改进产品设计和工艺条件，如优化电池结构、改变过程产物、引进全自动生产线等，降低生产过程安全风险。要加强工艺全流程管控，提高各环节产品质量，提升电池本质安全。

(2)加强对重点部位的防范。锂电池充电后处于一种高能量状态，化成、陈化生产车间及成品仓库是重点防护部位，要从建筑物耐火等级、温湿度控制条件、物品存放方式、灭火器材设施配置、火灾爆炸监控和应急救援等方面进行针对性预防。建议采用2.00 h防火隔墙与其他部位进行有效分隔[13]，落实产品电极绝缘保护并分类存储，存储货架采用不燃材料分隔。废旧电池存放区与其他区域应保持一定距离。

(3)加强对重点工序的管控。在生产过程中，要严格落实工艺流程和操作规程，加强对配料、注液、化成、陈化等重点工序的管控，配置相关报警和灭火设施，配置建议见表1。配料过程应重点防止粉尘爆炸和易燃液体引发火灾；注液过程要利用可燃气体探测仪加强可燃气体浓度监测，落实电气防爆和通风要求，预防电解液过充和泄漏引发事故；化成和陈化过程要设置事故处理柜，配备火灾报警和自动灭火装置，满足电池故障事故的处理要求。

表1 锂电池产业链相关生产企业火灾报警和自动灭火装置配置建议

(4)配置针对性和实效性强的消防设施设备。根据部分专家学者研究成果，在火灾监测预警方面，由于锂电池起火在射流火喷发前无明显烟气释放，可选取感温探测设备或锂电池火灾专业探测报警器(目前国内已有定型产品)用于监测预警。在火灾扑救方面，锂电池起火可能多次喷发射流火，且火焰温度高达1 000 ℃[12]，需配置高效能自动灭火设施，既要能熄灭火焰阻蔓延，又要能有效降温防复燃。在个人防护装备选取方面，要选用能够有效防范热伤害和氟化氢等有毒气体的防护装备(如空气呼吸器、隔热服等)。

2.强化人防措施

在强化人防方面，要认真落实消防安全责任制，逐级明确并压实各岗位消防责任，加强消防宣传培训演练，强化消防安全管理。

(1)落实消防安全责任。在项目建设时，企业要依法取得相关审批手续，特别是要依法通过消防设计审核和竣工验收备案。在投入使用时，要建立健全消防安全组织和管理制度，逐级明确各岗位消防责任，通过定期检查抽查、严格兑现奖惩等方式压实全员消防责任。

(2)加强宣传培训演练。要准确、全面辨识生产全流程安全风险，科学制定工作流程和操作规程并严格执行，特种作业人员应持证上岗。要加强员工岗前消防培训和定期轮训，提升员工消防安全防范和逃生自救能力。要结合实际制定火灾爆炸事故等应急处置预案，组建工艺处置队和应急救援分队，定期组织应急演练，每年至少开展一次全员实战演练，切实提升应急处置能力。

(3)避免失控漏管。企业在加强生产区消防安全管理的同时，要加强对单位实验室、办公楼、食堂、员工宿舍等配套设施的消防管理，逐一明确消防管理责任人，加强日常消防安全检查巡查，确保本单位所有建筑全部纳入监管视线，避免失控漏管。

(三)落实监管部门责任，加强消防监管服务

在调研中发现，企业改建生产线、扩充产能无需政府部门把关审批，而监管部门由于人力和专业知识不足，难以实施有效监督。

1.加强建设项目源头监管

相关部门要对锂电池产业链相关生产企业建设项目的设计审核和竣工验收进行严格审核把关。根据《建筑设计防火规范》对甲类火灾危险性的规定，锂电池属于易于自燃物质，建议将锂电池厂房仓库火灾危险性归为甲类，提升建筑防火、防爆设计要求，改善建筑安全条件。

2.深化企业生产监管服务

相关部门要组织对本辖区锂电池产业链相关生产企业进行全面排查整治，找准隐患问题和安全风险，严格督促指导企业按期整改到位。消防监管部门要按照重点单位界定标准，对符合条件的锂电池产业链相关生产企业加强日常消防监督检查；要组织相关工作人员进行岗位专题培训，使其掌握锂电池产业链相关生产企业安全生产风险指南、检查指引等，提升监管服务专业化水平。

3.强化安全责任倒查追责

要强化事前追责，依据《中华人民共和国安全生产法》《中华人民共和国消防法》等法律，对安全生产责任不落实的单位和个人严肃追责问责，用足用好执法措施，倒逼责任落实。要严格事故责任追究，对发生安全生产事故的，按照“四不放过”要求，依法追究相关人员责任。特别要落实行刑衔接工作制度，对涉嫌违法犯罪的，依法移送司法机关追究刑事责任。对追责问责典型案例要主动公开曝光，形成强大震慑。

(四)聚焦科学高效处置，优化灭火救援

锂电池产业链相关生产企业多为大跨度大空间建筑，起火后蔓延迅速，火焰温度高且易复燃，燃烧产生大量有毒有害、易燃易爆烟气，现场存在爆炸、中毒危险，火灾扑救难度大，灭火救援实效有待进一步加强[10]。

1.明“锂”知性，开展针对性训练

鉴于锂电池特殊的成分、结构及机理，救援人员日常要掌握锂电池生产、储存、回收产业链等相关生产企业在不同工艺环节发生火灾、爆炸的处置要求，应邀请专家指导，对侦察检测、器具堵漏、进攻防毒、冷却保护等重点科目进行强化训练。按照“一厂一策”制定灭火救援预案，定期开展熟悉演练，提升处置能力。在确保常规灭火、抢险救援器材完好的前提下，加强温度监测、毒气侦检等专业器材工具的配备，以满足应急救援工作需要。

2.科学施救，确保安全高效

要严控初起火灾，将明火扑灭后，需持续对电池降温至内部电能释放完毕，才能防止复燃。如有条件，可将起火物品浸没在水中，灭火效果较好。若锂电池热失控扩散后发生大规模燃烧，扑救难度加大，则救援重点应为防扩散，待燃烧峰值过后，再实施灭火作战。救援过程中要密切观察火场烟、热释放情况，持续监测火场温度和有毒气体，保持安全距离，时刻做好个人安全防护。

3.外聚合力，提供专业支撑

加强与研究机构、生产单位的互助合作，探索建立联合救援处置制度，为重大灾害事故处置提供专业技术支持。生产单位还应将生产过程使用的原料理化特性以及化学品安全技术说明书、储量等信息及时向当地消防救援机构备案，并在单位大门口岗亭或值班室存放，方便消防救援队伍第一时间获取。实施灭火救援时单位工艺处置队员和技术人员应在场协助。