Разработка безопасного хранения литий-ионных аккумуляторов и новые правила пожарной безопасности

Цели обучения

• Узнайте, как IFC 2024 года и NFPA 855 устанавливают требования к хранению литий-ионных и литий-металлических батарей на складах.
• Узнайте, как такие факторы, как уровень заряда, конфигурация хранилища и расстояния между устройствами, влияют на противопожарную защиту аккумулятора и соответствие нормам.
• Знайте, когда для проектов по хранению аккумуляторов необходимы анализ опасностей, обнаружение пожара, проектирование спринклеров и координация с компетентным органом.

Информация об аккумуляторе

• Хранение аккумуляторов на складах теперь требует подхода с учетом опасностей в соответствии со стандартами IFC 2024 года и соответствующими стандартами NFPA, при этом требования привязаны к таким факторам, как уровень заряда, разделительное расстояние, обнаружение пожара и конструкция спринклеров.
• Стратегии защиты аккумуляторов больше не могут опираться только на традиционные классификации товаров, поскольку крупномасштабные литий-ионные аккумуляторы представляют собой явные риски пожара, газовыделения и дефлаграции, которые требуют предварительного согласования с компетентным органом и квалифицированным инженером по пожарной безопасности.

Растущее использование продуктов с питанием от литий-ионных аккумуляторов создало новые проблемы противопожарной защиты и нормирования во многих секторах, от производства и транспортировки до хранения и конечного использования. На складах эти проблемы становятся особенно важными, поскольку хранение больших объемов товаров создает опасности, которые традиционные подходы к проектированию с учетом количества товаров/занятости не полностью устраняют.

Требования к коду для хранения аккумулятора

Исторически сложилось так, что типовые нормы пожарной безопасности касались аккумуляторов в первую очередь в контексте свинцово-кислотных систем, установленных в системах хранения энергии. До цикла норм пожарной безопасности 2024 года Международный кодекс пожарной безопасности (IFC) не содержал особых требований к хранению литий-ионных/литий-металлических батарей. В главе, посвященной хранению горючих материалов с большим количеством горючих материалов, литий-ионные батареи были признаны товаром «высокоопасного» в выпуске 2021 года, но до сих пор не существовало специальной системы требований к хранению.

Ситуация изменилась в кодовом цикле 2024 года, когда IFC добавила раздел 320 «Литий-ионные и литий-металлические батареи для хранения». Международные строительные нормы и правила 2024 года также определяют помещения, используемые для хранения литий-ионных и литий-металлических батарей, в пределах складских помещений умеренной опасности группы S-1 в соответствии с разделом 311.2.

Из требований раздела 320 IFC имеется несколько исключений. К ним относятся:

• Новые или отремонтированные батареи, установленные в оборудовании, устройствах или транспортных средствах, для питания которых они предназначены.
• Батареи упакованы для использования с таким оборудованием.
• Батареи в оригинальной розничной упаковке мощностью не более 300 Втч (Втч) для литий-ионных батарей или содержащие не более 25 граммов металлического лития для литий-металлических батарей.
• Временное хранение во время производства аккумуляторов перед окончательным контролем качества.
• Временное хранение во время производства или ремонта автомобиля.

Эти пороговые значения важны, поскольку они помогают отличить непредвиденные/небольшие розничные хранилища от более крупных хранилищ, которые вызывают более конкретные требования раздела 320 IFC.

Там, где эти исключения не применяются, нормативные требования становятся гораздо более важными. В соответствии с разделом 320.2 IFC требуется разрешение на эксплуатацию, если оно принято органом, обладающим юрисдикцией (AHJ), для хранения литий-ионных или литий-металлических батарей объемом более 15 кубических футов (обычно объем двух 55-галлонных бочек). Это требование разрешения на эксплуатацию позволяет AHJ рассмотреть предлагаемую схему хранения и определить меры защиты, необходимые в соответствии с местным кодексом. Кодекс также требует, чтобы в плане пожарной безопасности были предусмотрены меры экстренного реагирования на инцидент, связанный с таким аккумуляторным хранилищем.

Требования к хранению батарей в помещении

При хранении в помещении кодекс связывает требования к защите не только с местом хранения, но и с уровнем заряда (SoC). Раздел 320.4 IFC может потребовать отчет о техническом заключении для оценки возможности дефлаграции горючих газов, выделяющихся во время теплового явления, и для определения основы проектирования автоматической спринклерной системы. Дополнительные требования могут включать

• Двухчасовое разделение по огнестойкости
• Автоматические разбрызгиватели
• Системы автоматического обнаружения и сигнализации
• Контроль взрыва

Кодекс также признает снижение опасности при более низких уровнях энергии. Если SoC ограничен 30% или ниже, то заключение технического заключения, двухчасовое разделение пожара и контроль взрыва не требуются. Однако автоматическая спринклерная система и система пожарной сигнализации по-прежнему необходимы. Для проектировщиков опасность больше оценивается не только по количеству или площади склада, но и по опасностям, исходящим от хранимого материала.

Требования к хранению аккумуляторов на открытом воздухе

Условия хранения на открытом воздухе следуют той же логике, что и условия хранения в помещении, но они устраняют опасность за счет разделительного расстояния, площади штабеля и высоты хранения. Согласно разделу 320.4.3 IFC, хранение литий-ионных или литий-металлических батарей на открытом воздухе обычно должно находиться на расстоянии не менее 20 футов от зданий, линий участков, общественных улиц, общественных переулков/путей и средств выхода. Проектировщик может сократить это расстояние до 3 футов, если предусмотреть дополнительные защитные функции.

Рис. 2. Барабан для переработки аккумуляторов для хранения и транспортировки, с маркировкой опасных материалов и предупреждениями об обращении с ними. Контейнер иллюстрирует использование специальной упаковки для обращения с поврежденными, отработанными или переработанными батареями. С разрешения: Telgian Engineering & Консалтинг

Сама организация хранения также ограничена. Требования к сваям на открытом воздухе следующие:

• Ограничение: 900 квадратных футов.
• Высота не должна превышать 10 футов
• Должно быть отделено от соседних свай не менее 10 футами открытого пространства
• Необходимо использовать автоматическое обнаружение пожара, использующее технологию измерения лучистой энергии для активации системы

Координация с кодами NFPA

Структура IFC тесно связана с NFPA 855: Стандарт по установке стационарных систем хранения энергии, и многие требования раздела 320 основаны на главе 14 NFPA 855, в которой рассматривается хранение литий-металлических и литий-ионных батарей.

Требование главы 14 NFPA 855 следует аналогичному подходу к разделению, обнаружению и оценке опасности. Он также признает некоторые методы сбора и хранения, такие как металлические бочки, наполненные огнетушащим материалом, и контейнеры, разрешенные для перевозки.

В соответствии с разделом 14.5 зарегистрированный специалист по проектированию, обладающий опытом в области противопожарной защиты, должен подготовить письменный анализ опасностей, чтобы он мог оценить возможность дефлаграции в результате выделения горючих паров во время термического разгона, как это требуется в отчете о техническом заключении в IFC.

Обнаружение и тушение пожара

Для хранения на открытом воздухе NFPA 855 также требует автоматического обнаружения пожара, но только тогда, когда общая площадь хранения превышает 400 квадратных футов. Издание 2023 года было более конкретным, в нем для автоматического обнаружения пожара в помещении упоминались только воздушно-аспирационные или тепловизионные системы обнаружения. В редакции 2026 года эта формулировка была расширена, чтобы разрешить установку систем обнаружения в соответствии с NFPA 72: Национальный кодекс пожарной сигнализации и сигнализации.

Рисунок 3: Проектирование склада и стратегия противопожарной защиты для хранения литий-ионных аккумуляторов. С разрешения: Telgian Engineering & Консалтинг

Хотя и IFC, и NFPA 855 направляют пользователей к NFPA 13: Стандарт установки спринклерных систем, NFPA 13 по-прежнему не обеспечивает предписывающую схему защиты для литий-ионных батарей и других химических элементов батарей, содержащих горючий электролит. Это остается одним из наиболее сложных вопросов для дизайнеров.

В результате текущая складская практика часто во многом опирается на рекомендации страховщиков, особенно на лист данных FM (DS) 7-112 «Производство и хранение литий-ионных аккумуляторов». FM DS 7-112 особенно полезен, поскольку он связывает защиту спринклеров с практическими условиями хранения, включая SoC, упаковку и условия хранения. В то же время следует внимательно понимать его масштаб; он не включает литий-металлические батареи и не распространяется на производственные и складские помещения, которые перепрофилируют или обеспечивают повторное использование литий-ионных элементов.

Для новых и отремонтированных аккумуляторов/ячеек/модулей в пределах его объема подход к защите меняется в зависимости от того, находится ли SoC выше или ниже 60 %. Схема защиты зависит от используемых упаковочных материалов, а также от того, имеется ли в них внутренний или внешний пластик или использование вспененного пластика, поскольку они могут существенно повлиять на серьезность пожара.

Однако литий-ионные батареи можно хранить на высоте до 15 футов под потолком высотой не более 45 футов в виде сплошных свай или на поддонах без спринклеров в стойках, при условии, что глубина штабелей не превышает 15 футов, а проходы имеют ширину не менее 10 футов и защищены в соответствии с FM DS 8-9 – Хранение товаров классов 1, 2, 3, 4 и пластмасс с использованием спринклеров быстрого реагирования.

При превышении этих пределов или SoC выше 60 % хранилище необходимо будет хранить на стеллажах со встроенными в стойки спринклерами и горизонтальными барьерами через каждые 12 футов.

Подход к батареям с учетом опасностей

При проектировании складов хранение литий-ионных аккумуляторов больше нельзя рассматривать как обычное хранение товаров. Классификация помещений, исключения из правил, пороговые значения разрешений, разделительные расстояния, анализ опасностей и основы проектирования спринклеров — все это необходимо решать заранее и обдуманно с привлечением опытного инженера по пожарной безопасности.

Рис. 4. Большой транспортировочный ящик для аккумулятора электромобиля, хранящийся на уровне пола с грузовыми ремнями и закрепленной деревянной упаковкой. На изображении показаны специальные рекомендации по упаковке и обращению с аккумуляторами при складском хранении и транспортировке. С разрешения: Telgian Engineering & Консалтинг

Требования кодов хранения литий-ионных аккумуляторов отходят от общих допущений о товарах и переходят к подходу, более ориентированному на конкретные опасности, основанному на SoC, сепарации, выделении газов, потенциале дефлаграции и характеристиках спринклеров. Поскольку NFPA 800: Кодекс безопасности аккумуляторов также находится в стадии разработки в качестве предварительного стандарта, эта тенденция, вероятно, сохранится.

Многие AHJ также принимают местные поправки, которые могут изменить применение этих требований на практике. Кроме того, хранение литий-ионных аккумуляторов не всегда является простым, поскольку некоторые производители используют специальную упаковку, тепловые барьеры или подавляющие материалы, которые могут повлиять на опасность иначе, чем изначально предполагалось в нормах или опубликованных руководствах.

Публикация «Проектирование безопасного хранения литий-ионных аккумуляторов и новые нормы противопожарной безопасности»