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附录B (资料性附录)粉尘爆炸性测试及控制


B.1 锂离子电池湿法工艺过程中产生的粉尘,需要测试其没有烘干前的粉尘的可燃性。简易方法是将粉尘堆积为厚度 50mm宽度 10mm长度 500mm的形状粉尘,用打火机或酒精喷灯从一头点燃,观察线性粉尘燃烧蔓延情况,初步判断工艺现场的粉尘特别是带湿度的粉尘、混合粉尘有无爆炸性;发现工艺现场的粉尘有蔓延燃烧的特征,则送外部测试机构进一步核实。
B.2 外部检测机构报告显示无爆炸性的粉尘有:钴酸锂、磷酸铁锂、锂镍钴锰、石墨、炭黑、正极极片粉尘(90%的钴酸锂混合少量炭黑、PVDF胶),负极极片粉尘(90%的石墨混合少量炭黑、SBR胶);有爆炸性粉尘有烘干的隔离膜涂布粉尘、激光焊接工艺产生的含有可燃金属粉尘的混合粉尘(铝粉、铜粉混合石墨、钴酸锂、锂镍钴锰)等。理论上硅粉也具备爆炸性,要具体测试在现场工序中混合粉尘有无爆炸性。参考NFPA的标准中惰性物质:爆炸粉尘≥5:1 则混合物不再有爆炸性。
B.3 依照表 2 对隔膜水剂涂布处理的工序,需要测试工艺现场的湿润粉尘、干透后的粉尘的爆炸性。通常湿润粉尘不燃不爆炸,而干透的粉尘会爆炸。因此要对生产现场做粉尘防爆的分区,控制措施SM1到SM4,计算采取控制措施后的残余风险到可接收水平即百年一遇,在设备做好防爆处理,则建筑物无须防爆处理,仍为戊类厂房。如果设备没有做好防爆处理,则建筑物要做防爆设计,粉尘爆炸风险的厂房为乙类。
B.4 用于多台设备的除尘系统,涉及到爆炸性粉尘(如单纯烘干的硅粉、铝粉、铜粉等),则各台设备的除尘管道或除尘设备之间有合理的隔爆或泄爆措施(SM4 措施),避免相互波及。验证工艺现场无须烘干的粉尘,特别是混合了钴酸锂、磷酸铁锂、锂镍钴锰、石墨,石灰惰化剂等不燃不爆炸的惰性粉尘后,混合粉尘没有爆炸性,则该部分无须采取设备防爆措施。涉及到爆炸性粉尘的除尘系统应有备用系统,可以多用一备,方便清理检修故障维修时刻备用系统继续作用。或安装连锁装置,除尘设备故障时设备连锁停机。
B.5 如表 2,装配工序用到锂粉末,锂粉遇水受潮都会自燃,为甲类车间,要求采取一系列的防火防爆措施。包括温度湿度监控、氢气浓度监控、烟雾温度监控、连锁报警等;消除和控制周边设备和设施的水源;人员穿戴连体衣物和戴手套防水;现场配置干燥沙土、或食盐、或D类金属灭火器,高温手套和灭火毯。设备采取防爆设计,建筑物配套防爆设计。
B.6 如表 2,装配车间用到金属锂带或锂箔,专业检验报告证明受潮、少量滴水不燃,释放气体速度为 1550 升/(公斤分钟), 仓储存储、厂外大量运输为甲类危险货物(标准从放气速率判断),在低湿度车间生产采取一系列措施为丙类;未采取合适措施为甲类。低湿度车间生产的一系列措施围绕避免遇水(雨水、设备工艺水、人员汗水、车间湿度变化冷凝水、不同温度替代变化的冷凝水)、产生氢气稀释到 5%LEL、粉尘防爆等方面来开展。采取措施如下措施为丙类车间,无须建筑防火设计;未采取这些措施为甲类车间,考虑建筑物防爆。
B.6.1 控制水。车间采用低湿度车间,至少两套除湿机相互冗余,有应急预案及时密封带有锂箔的物料防潮。车间的工艺水管、消防水管移到室外,必须在室内如空调冻水水管、激光冷却水管等要采取地面布置,避开使用、存储锂箔的设备或货架;有关断阀门和应急预案,宜设置紧急导流装置。车间用露点仪监控湿度,温度,露点,连锁报警。管控人员数量,双门不同时对开。人员穿连体衣,戴口罩手套。废弃物要分开存放,沾染汗液的口罩、手套和沾染锂箔的物料分开。沾有锂箔的物料用密封袋套装运出,宜用焚烧方式处理,不适合用大量水会引起燃烧甚至局部气体爆炸。
B.6.2 控制氢气浓度。涉及锂箔的设备、货架设计局部分隔,顶部金属导气管,汇总氢气到厂房导气管或者导气槽,在导气装置合理使用斜度导引比空气轻的氢气汇总到高处的定期排放点,距离长看选择防爆风扇抽气导走。合理安装氢气探测头到这些导气装置,氢气连锁报警。氢气避免非防爆电气、静电、热表面、机械火花等11类潜在点火源。独立设计空调、干燥风等系统,避免氢气混入,测试浓度低于5%LEL才可以循环使用回风,超过5%LEL则风不打循环。
B.6.3 防范粉尘爆炸。推理计算和实际验证,涉及锂箔的设备、料架、除湿机、空调系统等可能锂箔受潮产生氢气、锂箔破损形成的锂粉的浓度,在采取了SM1措施后稀释后浓度,划分防爆分区;对防爆分区类内的11类潜在火源进行辨识编号,采取SM2,SM3,SM4措施来降低风险,实现设备防爆,特别是除尘设备防爆,计算浓度接触概率(包括正常生产、异常救援情况)的残余风险在可接收水平,不超过百年一遇。
B.6.4 控制蔓延。涉及锂箔的设备、料架合理分隔,包括水平方向和垂直方向的间隔,不用流水线,间隔距离至少1.5米,避免火灾蔓延。设备或料架使用锂箔部分的部件宜设置局部金属罩构成容器,紧急救援可以盖住避免蔓延和方便接纳沙土等掩埋灭火。使用阻燃或不燃隔墙间隔其他工艺车间。现场配置火灾报警系统,干燥沙土、或食盐、或D类金属火灾灭火器(重要灭火剂为食盐)。

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