Liitiumakude ohutus on tööstuses alati muret tekitanud. Tänu nende erilisele materjalistruktuurile ja keerukale töökeskkonnale põhjustab tuleõnnetus kord seadmete kahjustusi, vara kaotust ja isegi inimohvreid. Pärast liitiumaku põlemist on kõrvaldamine keeruline, võtab kaua aega ja sageli kaasneb sellega suure hulga mürgiste gaaside teke. Seetõttu saab tulekahju õigeaegne kustutamine tõhusalt kontrollida tule levikut, vältida ulatuslikku põlemist ja anda töötajatele rohkem aega põgenemiseks.

Liitium-ioonakude termilise põgenemisprotsessi käigus tekib sageli suits, tulekahju ja isegi plahvatus. Seetõttu on liitiumpatareitoodete peamiseks väljakutseks kasutusprotsessis muutunud termilise põgenemise ja difusiooniprobleemi kontrollimine. Õige tulekustutustehnoloogia valimine võib ära hoida aku termilise lekke edasist levikut, millel on tulekahju tõkestamisel suur tähtsus.

See artikkel tutvustab praegu turul saadaolevaid peamisi tulekustuteid ja kustutusmehhanisme ning analüüsib eri tüüpi tulekustutite eeliseid ja puudusi.

Tulekustutite tüübid

Praegu jagunevad turul olevad tulekustutid peamiselt gaasi-, vee-, aerosool- ja pulbertulekustutiteks. Allpool on sissejuhatus igat tüüpi tulekustutite koodide ja omaduste kohta.

perfluoroheksaan: Perfluorheksaan on loetletud OECD ja USA EPA PFAS-i loendis. Seetõttu peaks perfluoroheksaani kasutamine tulekustutusainena vastama kohalikele seadustele ja määrustele ning suhtlema keskkonnaalaste reguleerivate asutustega. Kuna perfluoroheksaani termilise lagunemise saadused on kasvuhoonegaasid, ei sobi see pikaajaliseks, suurtes annustes pidevaks pritsimiseks. Soovitatav on kasutada seda koos veepihustussüsteemiga.

Trifluorometaan:Trifluorometaanaineid toodavad vaid mõned tootjad ja seda tüüpi tulekustutusaineid reguleerivad konkreetsed riiklikud standardid puuduvad. Hoolduskulud on suured, mistõttu ei ole selle kasutamine soovitatav.

Heksafluoropropaan:See kustutusaine võib kasutamise ajal seadmeid või seadmeid kahjustada ning selle globaalse soojenemise potentsiaal (GWP) on suhteliselt kõrge. Seetõttu saab heksafluoropropaani kasutada ainult üleminekuaja tulekustutusainena.

Heptafluoropropaan:Kasvuhooneefekti tõttu piiravad seda järk-järgult erinevad riigid ja see kaotatakse. Praegu on heptafluoropropaani ainete tootmine lõpetatud, mis põhjustab hoolduse ajal probleeme olemasolevate heptafluoropropaani süsteemide täitmisel. Seetõttu ei ole selle kasutamine soovitatav.

Inertgaas:Sealhulgas IG 01, IG 100, IG 55, IG 541, mille hulgas on IG 541 laialdasemalt kasutusel ja rahvusvaheliselt tunnustatud kui roheline ja keskkonnasõbralik tulekustutusaine. Selle puuduseks on aga kõrge ehituskulu, suur nõudlus gaasiballoonide järele ja suur ruumihõive.

Veepõhine aine:Peent veeudu tulekustuteid kasutatakse laialdaselt ja neil on parim jahutusefekt. Seda peamiselt seetõttu, et veel on suur erisoojusmaht, mis suudab kiiresti absorbeerida suure hulga soojust, jahutades aku sees olevaid reageerimata toimeaineid ja pidurdades seeläbi temperatuuri edasist tõusu. Kuid vesi kahjustab oluliselt akusid ega ole isoleeriv, mis põhjustab aku lühiseid.

Aerosool:Tänu oma keskkonnasõbralikkusele, mittetoksilisusele, madalatele kuludele ja lihtsale hooldusele on aerosool muutunud peamiseks tulekustutusaineks. Siiski peaks valitud aerosool vastama ÜRO eeskirjadele ning kohalikele seadustele ja määrustele ning nõutav on kohaliku riikliku toote sertifikaat. Kuid aerosoolidel puudub jahutusvõime ja nende kasutamise ajal püsib aku temperatuur suhteliselt kõrge. Pärast tulekustutusaine eraldumise lõpetamist võib aku uuesti süttida.

Tulekustutusvahendite tõhusus

Hiina teaduse ja tehnoloogia ülikooli riiklik tuleteaduste võtmelabor viis läbi uuringu, milles võrreldi ABC kuivpulbri, heptafluoropropaani, vee, perfluoroheksaani ja CO2 tulekustutite tulekustutusefekte 38A liitiumioonakul.

Tulekustutusprotsesside võrdlus

ABC kuivpulber, heptafluoropropaan, vesi ja perfluorheksaan võivad kõik akupõlengud kiiresti kustutada ilma uuesti süttimata. CO2 tulekustutid ei suuda aga akupõlenguid tõhusalt kustutada ja võivad põhjustada uuesti süttimist.

Tulekustutustulemuste võrdlus

Pärast termilist põgenemist võib liitiumakude käitumise tulekustutite toimel jagada laias laastus kolmeks etapiks: jahtumise etapp, kiire temperatuuritõusu etapp ja aeglase temperatuuri languse etapp.

Esimene etappon jahutusaste, kus aku pinna temperatuur langeb pärast tulekustuti vabanemist. See on peamiselt tingitud kahest põhjusest:

• Aku õhutustamine: enne liitiumioonakude termilist äravoolu koguneb aku sisse suur hulk alkaane ja CO2 gaasi. Kui aku saavutab rõhupiiri, avaneb kaitseklapp, vabastades kõrgsurvegaasi. See gaas kannab aku sees olevad aktiivsed ained, pakkudes samal ajal akut jahutavat mõju.
• Tulekustuti mõju: tulekustuti jahutav toime tuleneb peamiselt kahest osast: soojuse neeldumisest faasimuutuse ajal ja keemilisest isolatsiooniefektist. Faasimuutuse soojuse neeldumine eemaldab otseselt aku tekitatud soojuse, samas kui keemilise isolatsiooni efekt vähendab kaudselt soojuse teket, katkestades keemilisi reaktsioone. Kõige olulisem jahutav toime on veel vee erisoojusmahu tõttu, mis võimaldab suurel hulgal soojust kiiresti neelata. Järgneb perfluorheksaan, samas kui HFC-227ea, CO2 ja ABC kuivpulber ei avalda märkimisväärset jahutavat toimet, mis on seotud tulekustutite olemuse ja mehhanismiga.

Teine etapp on kiire temperatuuritõusu etapp, kus aku temperatuur tõuseb kiiresti minimaalsest väärtusest maksimumini. Kuna tulekustutid ei suuda täielikult peatada aku sees toimuvat lagunemisreaktsiooni ja enamikul tulekustutitel on halb jahutusefekt, näitab aku temperatuur erinevate tulekustutite puhul peaaegu vertikaalset tõusutrendi. Lühikese aja jooksul tõuseb aku temperatuur haripunkti.

Selles etapis on oluline erinevus erinevate tulekustutite efektiivsuses aku temperatuuri tõusu pärssimisel. Tõhusus kahanevas järjekorras on vesi > perfluorheksaan > HFC-227ea > ABC kuivpulber > CO2. Kui aku temperatuur tõuseb aeglaselt, annab see aku tulekahjuhoiatuse jaoks rohkem reageerimisaega ja operaatoritele rohkem reageerimisaega.

Järeldus

1. CO2: Tulekustutusvahenditel, nagu CO2, mis toimivad peamiselt lämbumise ja isolatsiooni teel, on akupõlenguid halvasti inhibeeriv toime. Selles uuringus ilmnesid CO2-ga tõsised taassüttimisnähtused, mistõttu liitiumpatareide tulekahjude jaoks ei sobinud.
2. ABC kuivpulber / HFC-227ea: ABC kuivpulber ja HFC-227ea tulekustutid, mis toimivad peamiselt isoleerimise ja keemilise summutamise kaudu, võivad aku sees toimuvaid ahelreaktsioone teatud määral pärssida. Neil on veidi parem toime kui CO2, kuid kuna neil puudub jahutav toime ja nad ei suuda täielikult blokeerida aku sisemisi reaktsioone, tõuseb aku temperatuur pärast tulekustuti vabanemist siiski kiiresti.
3. Perfluorheksaan: Perfluoroheksaan mitte ainult ei blokeeri aku sisemisi reaktsioone, vaid neelab ka aurustumise kaudu soojust. Seetõttu on selle inhibeeriv toime akude tulekahjude korral oluliselt parem kui teistel tulekustutitel.
4. Vesi: Kõigist tulekustutitest on kõige ilmsem tulekustutusmõju veel vesi. Seda peamiselt seetõttu, et vee erisoojusmaht on suur, võimaldades sellel kiiresti suurel hulgal soojust neelata. See jahutab aku sees olevaid reageerimata aktiivseid aineid, takistades seeläbi temperatuuri edasist tõusu. Vesi kahjustab aga oluliselt akusid ja sellel puudub isolatsiooniefekt, mistõttu tuleks selle kasutamisel olla äärmiselt ettevaatlik.

Mida peaksime valima?

Oleme üle vaadanud mitmete praegu turul olevate energiasalvestite tootjate kasutuses olevad tuletõrjesüsteemid, milles on kasutatud eelkõige järgmisi tulekustutuslahendusi:

• Perfluoroheksaan + vesi
• Aerosool + vesi

Seda on nähasünergistlikud tulekustutusained on liitiumakude tootjate peamine trend. Võttes näiteks perfluoroheksaani + vee, võib perfluorheksaan kiiresti kustutada lahtise tule, hõlbustades peene veeudu kokkupuudet akuga, samas kui peen veeudu võib seda tõhusalt jahutada. Koostööl on parem tulekustutus- ja jahutusefekt võrreldes ühe tulekustutusaine kasutamisega. Praegu nõuab ELi uus akude määrus, et tulevased akude märgised sisaldaksid saadaolevaid tulekustutusaineid. Samuti peavad tootjad valima sobiva tulekustutusaine, lähtudes oma toodetest, kohalikest eeskirjadest ja tõhususest.