中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
作者：蔡興初 1 朱一鳴 1姜可尚 2席旭峰 1張藝超 2林惟實(shí) 1
單位：1. 中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司；2. 安徽中科久安新能源 有限公司
引用： 蔡興初,朱一鳴,姜可尚等.全氟己酮?dú)怏w滅火系統(tǒng)在磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能預(yù)制艙的應(yīng)用[J].儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù),2022,11(08):2497-2504.
DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0252
摘 要 “雙碳”目標(biāo)下，需要建設(shè)大量與“風(fēng)”“光”等新能源配套的磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能電站，但磷酸鐵鋰電池具有較大火災(zāi)危險(xiǎn)性，其滅火措施研究尚不完善。全氟己酮滅火劑是一種新型哈龍和氫氟烴類(lèi)滅火劑的優(yōu)良替代品，對(duì)其是否適用于撲滅儲(chǔ)能鋰電池火災(zāi)并抑制其熱失控存有爭(zhēng)議?；谌和獞?yīng)用于磷酸鐵鋰電池火災(zāi)的既往研究成果，優(yōu)化了全氟己酮?dú)怏w應(yīng)用于磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能電池艙的滅火方式，采用“局部應(yīng)用”與“全淹沒(méi)”滅火方式相結(jié)合，通過(guò)模型試驗(yàn)驗(yàn)證了滅火效果并得出了相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，以工程案例詳細(xì)論述了全氟己酮?dú)怏w滅火系統(tǒng)在儲(chǔ)能電池艙的應(yīng)用方案。
碳達(dá)峰、碳中和背景下，與“風(fēng)”“光”等新能源配套的儲(chǔ)能電站建設(shè)需求猛增，市場(chǎng)上又多以磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能預(yù)制艙(以下簡(jiǎn)稱(chēng)儲(chǔ)能電池艙)為主要儲(chǔ)能設(shè)備。儲(chǔ)能電池艙內(nèi)的磷酸鐵鋰電池具有較大火災(zāi)危險(xiǎn)性，國(guó)內(nèi)外已發(fā)生多起儲(chǔ)能電池艙起火并燒毀的事故，其中2021年4月16日北京豐臺(tái)儲(chǔ)能電站起火爆炸致2名消防人員犧牲，經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響均較大。全氟己酮滅火劑是一種新型哈龍和HFCs類(lèi)滅火劑的優(yōu)良替代品，具備良好的火災(zāi)抑制能力，保護(hù)對(duì)象不會(huì)產(chǎn)生次生災(zāi)害，本文結(jié)合模型試驗(yàn)和工程案例研究全氟己酮?dú)怏w滅火系統(tǒng)在儲(chǔ)能電池艙的應(yīng)用。
1 儲(chǔ)能電池艙火災(zāi)危險(xiǎn)性及滅火介質(zhì)特征
儲(chǔ)能電池艙是化學(xué)儲(chǔ)能電站主要設(shè)備，一般利用標(biāo)準(zhǔn)集裝箱建造，箱內(nèi)設(shè)置數(shù)百塊磷酸鐵鋰電池模組；每塊電池模組由幾十只單體電池組成(圖1)；按電氣接線(xiàn)，數(shù)十塊電池模組組成一個(gè)電池簇。儲(chǔ)能電池艙內(nèi)的磷酸鐵鋰電池在過(guò)充、過(guò)載等條件下，電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而不斷產(chǎn)熱，熱量聚集致熱失控引起火災(zāi)甚至爆炸，具有較大的火災(zāi)危險(xiǎn)性。研究成果表明磷酸鐵鋰電池的火災(zāi)危險(xiǎn)性主要體現(xiàn)在：①發(fā)生熱失控的溫度較低(約140 ℃)；②在熱失控過(guò)程產(chǎn)生大量可燃?xì)怏w，在儲(chǔ)能電池艙(密閉空間)內(nèi)具有爆炸風(fēng)險(xiǎn)；③電池燃燒溫度較高，電池模組燃燒時(shí)最高溫度可達(dá)700 ℃以上，而簇級(jí)電池燃燒時(shí)最高溫度則超過(guò)1000 ℃；④儲(chǔ)能電池艙布置了數(shù)量眾多的單體電池(1座儲(chǔ)能電池艙最多可放置約1萬(wàn)只單體電池)，其火災(zāi)隱患與單體電池?cái)?shù)量成正比。總結(jié)各方研究成果：適用于撲滅磷酸鐵鋰電池火災(zāi)的滅火劑最重要的特征是其在迅速滅火的同時(shí)還具有較強(qiáng)的持續(xù)冷卻能力，水基滅火劑具有良好的冷卻效能，可有效抑制鋰電池?zé)崾Э?，是較好的滅火介質(zhì)，也是一般采用的終極滅火措施。但水基滅火劑可能存在水漬影響引起磷酸鐵鋰電池發(fā)生次生危害，且水基滅火系統(tǒng)(如細(xì)水霧滅火系統(tǒng))在高寒地區(qū)平時(shí)的防凍壓力較大。全氟己酮滅火劑具備良好的火災(zāi)抑制能力，不會(huì)對(duì)保護(hù)對(duì)象產(chǎn)生危害、損害作用，優(yōu)點(diǎn)較為突出，但對(duì)其是否適用于撲滅儲(chǔ)能鋰電池火災(zāi)并抑制其熱失控尚有爭(zhēng)議，且相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范缺乏。
圖1 儲(chǔ)能電池艙布置示意
2 針對(duì)鋰電池火災(zāi)的全氟己酮滅火系統(tǒng)相關(guān)研究進(jìn)展
2.1 全氟己酮滅火機(jī)理
全氟己酮滅火劑常溫下是一種透明、無(wú)色、絕緣的液體，是哈龍和HFCs類(lèi)滅火劑的優(yōu)良替代品，最先由美國(guó)3M公司研制開(kāi)發(fā)，商標(biāo)為Novec1230，主要參數(shù)見(jiàn)表1。全氟己酮是以物理吸熱為主的潔凈氣體滅火劑，具有較高熱容量，在合適的濃度下，滅火劑釋放后與空氣形成氣態(tài)混合物，吸收足夠多熱量，使環(huán)境溫度降到熄滅溫度點(diǎn)以下[9]。此外全氟己酮含氟滅火劑受熱易發(fā)生脫HF反應(yīng)、C—C鍵斷裂反應(yīng)，產(chǎn)生CF3、CF2、CFO等自由基可以捕捉、消耗火焰中的自由基，中斷燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。
表1 全氟己酮滅火劑主要參數(shù)
劉昱君等研究了全氟己酮對(duì)38 Ah三元鋰離子電池火災(zāi)的抑制效果，研究結(jié)果顯示全氟己酮滅火劑能快速熄滅電池明火，其抑制溫升效果僅次于水基滅火劑，優(yōu)于HFC、ABC干粉。各類(lèi)滅火劑對(duì)三元鋰離子電池火災(zāi)的抑制能力見(jiàn)圖2。張煒鑫等采用32650磷酸鐵鋰圓柱鋰電池(3并2串)進(jìn)行滅火及降溫能力測(cè)試，以全氟己酮為核心，搭配降溫劑和防腐材料開(kāi)發(fā)出了一種鋰離子電池專(zhuān)用滅火劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該滅火劑具有10 s撲滅明火能力，并可實(shí)現(xiàn)電池降到室溫時(shí)間小于15 s，72 h無(wú)復(fù)燃。
圖2 各類(lèi)滅火劑對(duì)三元鋰離子電池火災(zāi)的抑制能力
2.2 全氟己酮應(yīng)用于儲(chǔ)能電池艙的滅火方式研究進(jìn)展
作為氣體滅火劑，全氟己酮在儲(chǔ)能電池艙的應(yīng)用可采用全淹沒(méi)滅火方式，即將噴頭在艙內(nèi)頂部均勻布置，將滅火劑均勻地充滿(mǎn)整個(gè)電池艙。王銘民等搭建1∶1真實(shí)儲(chǔ)能電池艙，將某一類(lèi)儲(chǔ)能用磷酸鐵鋰電池模組置于儲(chǔ)能電池艙內(nèi)，全氟己酮滅火劑通過(guò)儲(chǔ)能電池艙頂部的噴頭均勻注入艙內(nèi)，以全淹沒(méi)方式滅火，滅火濃度為6%。試驗(yàn)結(jié)果表明滅火劑噴放14 s后，電池明火熄滅，但靜置3 min19 s后電池復(fù)燃(爆燃)。
全氟己酮滅火劑為高沸點(diǎn)氣體滅火劑，噴放后不易迅速氣化擴(kuò)散，也可用于開(kāi)放空間的局部應(yīng)用滅火。需要說(shuō)明的是，《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50370—2005)并沒(méi)有局部應(yīng)用滅火的概念。黃強(qiáng)等選用某一類(lèi)儲(chǔ)能用磷酸鐵鋰電池模組(規(guī)格600 mm×420 mm×240 mm，由32塊單體電池4并8串組成，模組容量344 Ah)，將16 kg全氟己酮通過(guò)1只噴頭在60 s內(nèi)注入電池模組殼內(nèi)，以局部應(yīng)用方式滅火，試驗(yàn)結(jié)果表明：①滅火劑撲滅明火速度較快，對(duì)電池模組火災(zāi)有一定抑制作用，模組表面溫度有所下降；②停止釋放滅火劑后，隨滅火劑濃度下降，模組溫度再次上升，引起模組復(fù)燃。
王銘民等、黃強(qiáng)等的試驗(yàn)表明單獨(dú)采用“全淹沒(méi)”“局部應(yīng)用”滅火模式均無(wú)法有效抑制磷酸鐵鋰電池的熱失控。
2.3 全氟己酮滅火系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范
前述研究表明，全氟己酮具有快速撲滅磷酸鐵鋰電池明火的能力，并具有一定的冷卻效能。但是若不能保持一定滅火劑濃度和足夠的浸漬時(shí)間，全氟己酮無(wú)法抑制磷酸鐵鋰電池的熱失控?？刂屏姿徼F鋰電池火災(zāi)的關(guān)鍵是抑制其熱失控，全氟己酮的滅火濃度及浸漬時(shí)間等參數(shù)是其關(guān)鍵點(diǎn)。目前全氟己酮?dú)怏w滅火系統(tǒng)作為新型滅火系統(tǒng)尚缺乏有指導(dǎo)意義的設(shè)計(jì)規(guī)范(標(biāo)準(zhǔn))，僅山東省發(fā)布了地方標(biāo)準(zhǔn)《全氟己酮滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)范》(DB 37/T 3642—2019，以下稱(chēng)“山東地標(biāo)”)[2]，但“山東地標(biāo)”中并沒(méi)有給出鋰電池類(lèi)火災(zāi)的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，因此需要通過(guò)模型試驗(yàn)確定相關(guān)數(shù)據(jù)。
3 模型試驗(yàn)及結(jié)論
3.1 火災(zāi)發(fā)生的邏輯分析
由于質(zhì)量瑕疵或長(zhǎng)期使用老化，儲(chǔ)能電池艙內(nèi)的磷酸鐵鋰電池在過(guò)充、過(guò)載等條件下發(fā)生熱失控從而引起火災(zāi)，這里我們可以推導(dǎo)出最先著火的是那塊質(zhì)量最差或老化最嚴(yán)重的單體電池。而觸發(fā)火災(zāi)報(bào)警后(通過(guò)煙感、溫感、有害氣體探測(cè)系統(tǒng))，儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)(BMS)將儲(chǔ)能艙內(nèi)數(shù)千塊單體電池全部切斷電源，艙內(nèi)后續(xù)火災(zāi)的擴(kuò)大將由內(nèi)部原因(過(guò)充、過(guò)載)轉(zhuǎn)為電池燃燒所產(chǎn)生的熱輻射導(dǎo)致的連鎖反應(yīng)。基于以上分析，可以認(rèn)為內(nèi)部原因?qū)е聼崾Э仄鸹鸬膯误w電池只有1塊，后續(xù)火災(zāi)的擴(kuò)大是該燃燒電池周邊的單體電池受熱后觸發(fā)熱失控引起。
3.2 模型設(shè)計(jì)與滅火策略
基于火災(zāi)發(fā)生的邏輯分析，火災(zāi)模型設(shè)計(jì)儲(chǔ)能電池預(yù)制艙內(nèi)初期同一時(shí)間起火單元為1只單體電池，模型選定某塊單體電池為試驗(yàn)電池致其熱失控著火，一定反應(yīng)時(shí)間后注入全氟己酮滅火劑滅火。待滅火后，觀(guān)察試驗(yàn)電池引起的連鎖反應(yīng)范圍，同時(shí)記錄相關(guān)的全氟己酮滅火系統(tǒng)參數(shù)。
結(jié)合黃強(qiáng)等、王銘民等的試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，采用“局部應(yīng)用”與“全淹沒(méi)”相結(jié)合的滅火模式?？紤]噴頭、探測(cè)器布置的可行性及經(jīng)濟(jì)性，以1個(gè)電池簇為局部應(yīng)用單位，整個(gè)儲(chǔ)能電池艙為全淹沒(méi)滅火系統(tǒng)對(duì)象。擬將1個(gè)磷酸鐵鋰電池簇模型放置于1個(gè)相對(duì)密閉的空間，引燃1塊單體電池，初期通過(guò)快速注入全氟己酮滅火劑，以撲滅磷酸鐵鋰電池明火，后通過(guò)有規(guī)則地?cái)嗬m(xù)注入全氟己酮滅火劑以維持局部及整艙空間內(nèi)一定的滅火劑濃度，抑制其熱失控。
3.3 火災(zāi)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥?shù)
試驗(yàn)所用電池簇模型均采用全尺寸模型，包括：?jiǎn)误w鋰電池選用容量為150 Ah的方形磷酸鐵鋰電池(產(chǎn)品實(shí)體)，外形尺寸為174 mm×170 mm×48 mm；試驗(yàn)用電池模組(電池箱)模型尺寸為655 mm×510 mm×190 mm，內(nèi)部布置如圖3所示，其中實(shí)體電池5塊，其余位置為等尺寸模型替代；電池簇模型尺寸為1781 mm×658 mm×2369 mm。電池簇中，除試驗(yàn)電池模組外，實(shí)際工況擺放的其他電池模組均為空箱，見(jiàn)圖4。將電池簇模型放置于儲(chǔ)能電池試驗(yàn)方艙內(nèi)，儲(chǔ)能電池試驗(yàn)方艙尺寸為3500 mm×2450 mm×3200 mm，見(jiàn)圖3～4。選定某塊單體電池為試驗(yàn)電池，在其下部安裝加熱設(shè)備，并在試驗(yàn)電池周?chē)贾枚鄠€(gè)測(cè)溫裝置，監(jiān)測(cè)相鄰位置處電池的溫度和電池箱內(nèi)溫度，見(jiàn)圖3。全氟己酮滅火劑通過(guò)6只霧化噴頭注入，霧化噴頭布置在電池簇后側(cè)。
圖3 電池模組(電池箱)模型示意
圖4 試驗(yàn)艙及電池簇模型示意
3.4 火災(zāi)試驗(yàn)及結(jié)論
試驗(yàn)過(guò)程(以0 min0 s為相對(duì)計(jì)時(shí)點(diǎn)，過(guò)程節(jié)點(diǎn)位置見(jiàn)圖5)：①0 min0 s時(shí)啟動(dòng)加熱裝置對(duì)試驗(yàn)電池加熱；②13 min23 s時(shí)探測(cè)裝置發(fā)出聲光報(bào)警；③25 min15 s時(shí)單體電池釋放大量氣體(圖6)，此時(shí)關(guān)閉加熱裝置電源；④25 min43 s時(shí)單體電池安全閥開(kāi)啟，采用明火引燃可燃?xì)怏w，持續(xù)燃燒約3 min(圖7)，此時(shí)被加熱電池背面溫度為149 ℃；⑤28 min17 s手動(dòng)啟動(dòng)火災(zāi)滅火裝置；⑥28 min21 s明火撲滅；⑦約30 min后除試驗(yàn)電池兩側(cè)的測(cè)溫點(diǎn)外(圖3)，電池模組(箱)內(nèi)其他測(cè)溫點(diǎn)的溫度最高為89.8 ℃。電池模組(箱)內(nèi)各測(cè)點(diǎn)溫度變化見(jiàn)圖5。滅火裝置第一次噴射15 s，后續(xù)間隔固定時(shí)間點(diǎn)噴一定量的滅火劑，在滅火時(shí)間(從第一次噴放滅火劑到最后一次點(diǎn)噴結(jié)束，共20 min)內(nèi)共噴射20次，滅火劑累計(jì)用量38.2 L。
圖5 電池模組(箱)火災(zāi)試驗(yàn)溫度曲線(xiàn)
圖6 試驗(yàn)對(duì)象釋放大量氣體
圖7 試驗(yàn)對(duì)象燃燒
試驗(yàn)結(jié)果：①電池模組中僅試驗(yàn)電池發(fā)生了熱失控，其他鄰近電池均保持完整且電壓正常，即火災(zāi)初期(3 min內(nèi))僅1只單體電池起火；②電池明火撲滅迅速，20 min的浸漬時(shí)間內(nèi)無(wú)復(fù)燃，“局部應(yīng)用”與“全淹沒(méi)”相結(jié)合的模式適用于儲(chǔ)能電池艙滅火。
試驗(yàn)表明：①加熱裝置上的單體電池以及通過(guò)電池壁面熱傳導(dǎo)的單體電池升溫較為緩慢，說(shuō)明電池在非明火的加熱狀態(tài)下升溫速度較慢；②在明火直接熱輻射下的單體電池升溫較快，但明火撲滅后，在失去了火焰的熱輻射后，試驗(yàn)電池(失控電池)降溫明顯；③全氟己酮滅火劑能快速熄滅電池明火，但釋放完滅火劑后，模組溫度會(huì)上升，故需要多次點(diǎn)噴抑制再次降溫。
3.5 模型試驗(yàn)的滅火機(jī)制分析
模型試驗(yàn)采用“局部應(yīng)用”與“全淹沒(méi)”相結(jié)合的滅火模式：將磷酸鐵鋰電池放置于一個(gè)相對(duì)密閉的空間，初期通過(guò)快速注入全氟己酮滅火劑，實(shí)現(xiàn)撲滅磷酸鐵鋰電池明火，后通過(guò)有規(guī)則地?cái)嗬m(xù)注入全氟己酮滅火劑以維持空間內(nèi)一定的滅火濃度，抑制其熱失控。不同于全淹沒(méi)滅火系統(tǒng)所要求的噴頭在艙內(nèi)均勻布置方式，模型試驗(yàn)中的滅火劑霧化噴頭布置在試驗(yàn)電池簇側(cè)，即著火點(diǎn)附近?；馂?zāi)發(fā)生后，霧化噴頭向著火的電池簇噴放15 s全氟己酮滅火劑，在電池簇附近形成封閉罩，此時(shí)滅火劑流量大于其擴(kuò)散量時(shí)，在封閉罩內(nèi)形成局部的較高濃度，通過(guò)迅速降低電池簇周?chē)鷾囟?，撲滅磷酸鐵鋰電池可燃?xì)怏w(甲烷等)引發(fā)的明火，其噴頭布置及滅火方式為局部應(yīng)用方式。此后滅火劑擴(kuò)散淹沒(méi)整個(gè)試驗(yàn)方艙，形成了全淹沒(méi)系統(tǒng)。后續(xù)通過(guò)有規(guī)則地?cái)嗬m(xù)點(diǎn)噴滅火劑，保持了電池簇局部及整艙的滅火劑濃度，從而抑制磷酸鐵鋰電池?zé)崾Э?。?jīng)估算，15 s內(nèi)噴射的全氟己酮滅火劑量對(duì)應(yīng)整艙滅火濃度約為4.5%，滅火劑完全噴射后，整艙滅火濃度約為14%。
圖8 火災(zāi)試驗(yàn)結(jié)束后的電池簇狀態(tài)
總結(jié)模型試驗(yàn)成功滅火并抑制熱失控經(jīng)驗(yàn)，其關(guān)鍵點(diǎn)有：①滅火系統(tǒng)快速啟動(dòng)，此時(shí)發(fā)生火災(zāi)的單體電池僅1塊，火災(zāi)未擴(kuò)大；②采用“局部應(yīng)用”與“全淹沒(méi)”相結(jié)合的一種滅火方式，以1個(gè)電池簇為局部應(yīng)用單位，整個(gè)儲(chǔ)能電池艙為全淹沒(méi)滅火系統(tǒng)對(duì)象，是一種滅火劑有效利用的較好方式；③撲滅明火后間歇噴射全氟己酮，通過(guò)滅火劑的持續(xù)補(bǔ)充，維持了局部及全淹沒(méi)的濃度，利于抑制熱失控；④需要強(qiáng)調(diào)的是，試驗(yàn)采用了較高的滅火濃度，包括局部應(yīng)用滅火濃度和整艙全淹沒(méi)滅火濃度。
4 工程應(yīng)用
4.1 工程概況
某“風(fēng)光儲(chǔ)”一體化項(xiàng)目位于內(nèi)蒙古自治區(qū)境內(nèi)，其中儲(chǔ)能部分由中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司EPC總承包，其建設(shè)規(guī)模為14萬(wàn)kW×2 h，布置88座儲(chǔ)能電池艙，儲(chǔ)能電池采用磷酸鐵鋰電池。儲(chǔ)能電池艙利用標(biāo)準(zhǔn)集裝箱建造，規(guī)格為12.2 m×2.4 m×2.8 m。每座儲(chǔ)能電池艙內(nèi)置10個(gè)電池簇，每個(gè)電池簇由33塊磷酸鐵鋰電池模組組成，每塊電池模組則有3并8串單體電池24只，整個(gè)儲(chǔ)能電池艙布置有7920只單體電池，單體電池額定容量為150 Ah。考慮到當(dāng)?shù)氐臉O端低溫天氣(極端低溫近-40 ℃)，通過(guò)模型試驗(yàn)后確定采用全氟己酮滅火系統(tǒng)防護(hù)儲(chǔ)能電池艙。
4.2 工程設(shè)計(jì)方案
基于模型試驗(yàn)結(jié)論，結(jié)合本工程儲(chǔ)能電池艙布置及實(shí)際凈空間，每座儲(chǔ)能電池預(yù)制艙設(shè)置1套全氟己酮?dú)怏w滅火系統(tǒng)(圖9)，該系統(tǒng)由全氟己酮主機(jī)(包括存儲(chǔ)裝置、輸送裝置、控制系統(tǒng)等)、分區(qū)控制閥、管網(wǎng)和霧化噴頭等組成。全氟己酮滅火劑采用泵組輸送，主管為DN15的鍍鋅鋼管，支管采用DN8軟管，每個(gè)電池簇設(shè)置1只分區(qū)控制閥(電動(dòng)球閥)及3根支管，每根支管設(shè)置4只噴頭，每個(gè)電池簇共計(jì)12只噴頭。經(jīng)過(guò)溫度、海拔修正后，滅火劑量設(shè)計(jì)取值90 L，其對(duì)應(yīng)滅火濃度與模型試驗(yàn)相應(yīng)濃度相當(dāng)。
圖9 全氟己酮?dú)怏w滅火系統(tǒng)示意
每個(gè)電池簇設(shè)置8個(gè)監(jiān)測(cè)模塊，并設(shè)置一個(gè)中繼模塊，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)信號(hào)傳輸，并且聯(lián)動(dòng)分區(qū)電動(dòng)球閥。當(dāng)某單體電池發(fā)生熱失控致火，安裝在對(duì)應(yīng)電池簇的監(jiān)測(cè)模塊探測(cè)到火情，并反饋到滅火裝置主機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)聯(lián)動(dòng)打開(kāi)該區(qū)電動(dòng)球閥，該電池簇的12只霧化噴頭同時(shí)噴放滅火劑。霧化噴頭采用多點(diǎn)間歇式點(diǎn)噴，第一次噴射以撲滅明火為主，后續(xù)點(diǎn)噴抑制熱失控，其噴射程序同模型試驗(yàn)。系統(tǒng)具有自動(dòng)控制、本地手動(dòng)、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制和應(yīng)急操作等功能。
4.3 備用及應(yīng)急措施
4.3.1 滅火劑備用
《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50370—2005)以及“山東地標(biāo)”均要求：氣體滅火系統(tǒng)的存儲(chǔ)裝置72 h內(nèi)不能重新充裝恢復(fù)工作的，應(yīng)按系統(tǒng)原存儲(chǔ)量的100%設(shè)置備用量。本工程設(shè)計(jì)同一時(shí)間火災(zāi)發(fā)生次數(shù)為1起，對(duì)全氟己酮滅火劑采用公共備用，即整個(gè)儲(chǔ)能站備用1套全氟己酮滅火系統(tǒng)的滅火劑量(90 L)。
4.3.2 應(yīng)急備用措施
工程設(shè)計(jì)中考慮儲(chǔ)能電池預(yù)制艙內(nèi)同一時(shí)間起火單元為1只單體電池，但儲(chǔ)能電池艙電池堆積密集，鋰電池?zé)崾Э剌^為復(fù)雜，如果全氟己酮滅火系統(tǒng)未能及時(shí)撲滅初期火災(zāi)而大范圍著火(多只單體電池，甚至多個(gè)電池模組、電池簇著火)，將致使全氟己酮滅火劑量不足，從而使得儲(chǔ)能電池艙火災(zāi)不可控。鑒于此，本工程在每個(gè)儲(chǔ)能電池艙設(shè)置半固定開(kāi)式水噴淋系統(tǒng)(圖10)：該半固定開(kāi)式水噴淋系統(tǒng)由開(kāi)式噴頭、水泵接合器、管道等組成，在儲(chǔ)能電池艙內(nèi)頂部設(shè)置開(kāi)式噴頭，并在艙外設(shè)置水泵接合器，設(shè)計(jì)用水量為1個(gè)水泵接合器的流量，即15 L/s。平時(shí)該半固定開(kāi)式水噴淋系統(tǒng)為空管狀態(tài)，不存在管道凍脹、系統(tǒng)誤噴等風(fēng)險(xiǎn)。一旦全氟己酮滅火系統(tǒng)失效時(shí)，外部消防用水則可通過(guò)半固定開(kāi)式水噴淋系統(tǒng)注入艙內(nèi)浸漬滅火，實(shí)現(xiàn)滅火控火，防止火災(zāi)事故進(jìn)一步擴(kuò)大。需要說(shuō)明的是，采用該應(yīng)急措施后，整個(gè)儲(chǔ)能電池預(yù)制艙將基本報(bào)廢。
圖10 半固定開(kāi)式水噴淋系統(tǒng)示意
5 結(jié)論
全氟己酮滅火劑具有快速撲滅磷酸鐵鋰電池明火的能力，具有一定的冷卻效能。但對(duì)其是否適用于儲(chǔ)能鋰電池火災(zāi)并有效抑制其熱失控尚有爭(zhēng)議，且相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范不完善。
采用“局部應(yīng)用”與“全淹沒(méi)”相結(jié)合的一種全氟己酮滅火方式可以在火災(zāi)初期快速撲滅儲(chǔ)能電池艙內(nèi)磷酸鐵鋰電池明火，并抑制其熱失控。
該滅火方式以電池簇為局部應(yīng)用防護(hù)單元，以整個(gè)儲(chǔ)能電池艙為全淹沒(méi)滅火對(duì)象；通過(guò)探測(cè)系統(tǒng)快速定位電池簇火災(zāi)，啟動(dòng)著火電池簇控制閥，該區(qū)域噴頭快速釋放滅火劑撲滅磷酸鐵鋰電池明火；此后通過(guò)間歇式點(diǎn)噴滅火劑，維持局部應(yīng)用及全淹沒(méi)的滅火濃度，抑制磷酸鐵鋰電池?zé)崾Э?；該滅火方式采用了較高的整艙滅火濃度。具體參數(shù)應(yīng)結(jié)合工程條件開(kāi)展模型試驗(yàn)后確定。
作為應(yīng)急備用措施，建議設(shè)置全氟己酮滅火系統(tǒng)的儲(chǔ)能電池艙設(shè)置半固定開(kāi)式水噴淋系統(tǒng)。
