การตรวจจับก๊าซในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน | การเกิดความร้อนสูงเกินควบคุม

เหตุใดโรงงานผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจึงต้องการระบบตรวจจับก๊าซโดยเฉพาะ

การผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ห้องเก็บพลังงาน (ESS) และโรงงานรีไซเคิล มีความเสี่ยงต่อการเกิดอัคคีภัยที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากโรงงานเคมีหรือโรงงานน้ำมันและก๊าซทั่วไป ลักษณะความเสียหายไม่ได้เกิดขึ้นจากการปล่อยก๊าซไวไฟอย่างฉับพลัน แต่เป็นการลุกลามต่อเนื่องที่เรียกว่า การเกิดความร้อนสูงเกิน ควบคุม (thermal runaway ) ซึ่งเซลล์ที่เสียหายเพียงเซลล์เดียวสามารถทำให้เซลล์ข้างเคียงร้อนขึ้นจนกระทั่งทั้งแผงปล่อยก๊าซพิษและก๊าซไวไฟผสมกันออกมา เมื่อคุณเห็นควันหรือเปลวไฟ ระยะการปล่อยก๊าซอันตรายก็เริ่มขึ้นแล้ว

ระบบตรวจจับก๊าซโดยเฉพาะเป็นระบบเตือนภัยที่เชื่อถือได้เร็วที่สุด ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานมีเวลาในการระบายอากาศ ตัดกระแสไฟฟ้า และอพยพก่อนที่ไฟจะลุกลามจนควบคุมไม่ได้ ซึ่งมักจะเร็วกว่าการใช้เซ็นเซอร์ตรวจจับควันหรือความร้อนเพียงอย่างเดียวหลายนาที

ก๊าซที่นำไปสู่ภาวะความร้อนสูงเกินควบคุม

เมื่อเซลล์ร้อนจัดและอิเล็กโทรไลต์ภายในเซลล์สลายตัว จะเกิดการปล่อยสัญญาณที่สามารถระบุได้ชัดเจน สารตั้งต้นและผลพลอยได้ที่สำคัญที่สุดที่ต้องตรวจสอบ ได้แก่:

ไฮโดรเจน (H2) — จะถูกปล่อยออกมาในช่วงแรกเมื่ออิเล็กโทรไลต์และส่วนประกอบภายในเสื่อมสภาพ เป็นก๊าซไวไฟสูงและเป็นก๊าซแรกที่ปล่อยออกมาในปริมาณมากเมื่อเกิดไฟไหม้แบตเตอรี่หลายครั้ง
คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) — เป็นตัวบ่งชี้เบื้องต้นที่เชื่อถือได้ของการเกิดการเผาไหม้แบบค่อยเป็นค่อยไป/การสลายตัวจากความร้อน และเป็นตัวบ่งชี้ที่ดีสำหรับเซลล์ความร้อนที่ยังไม่ลุกไหม้เป็นเปลวไฟ
ไฮโดรเจนฟลูออไรด์ (HF) — เกิดจากการสลายตัวของเกลืออิเล็กโทรไลต์ที่มีฟลูออรีนเป็นองค์ประกอบ มีความเป็นพิษสูงแม้ในความเข้มข้นต่ำ และเป็นอันตรายร้ายแรงต่อผู้ปฏิบัติงานที่เข้าช่วยเหลือ
ไอระเหยของอิเล็กโทรไลต์ (VOCs) — สารละลายอินทรีย์ระเหยง่าย เช่น DMC, EMC และ DEC ซึ่งติดไฟได้และระคายเคืองทางเดินหายใจเมื่อถูกพ่นออกมา

หากต้องการทราบรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับก๊าซที่เครื่องตรวจวัดมาตรฐานสามารถตรวจจับได้และตรวจจับไม่ได้ โปรดดูคู่มือของเราเกี่ยวกับสิ่งที่เครื่องตรวจวัดก๊าซ 4 ชนิดตรวจจับไม่ได้

การตรวจจับไอระเหยอิเล็กโทรไลต์และสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOC) ด้วย PID

เซ็นเซอร์ LEL แบบเร่งปฏิกิริยามาตรฐานตอบสนองต่อตัวทำละลายอิเล็กโทรไลต์ แต่เซ็นเซอร์เหล่านี้อาจทำงานช้า เสื่อมสภาพง่าย และต้องการออกซิเจนในการทำงาน เครื่องตรวจจับการแตกตัวเป็นไอออนด้วยแสง (PID) ที่ใช้หลอดไฟที่เหมาะสม มักเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าสำหรับไอระเหยของอิเล็กโทรไลต์ที่มีการระบายอากาศ เนื่องจากตอบสนองได้อย่างรวดเร็วและวัดความเข้มข้นในระดับส่วนต่อล้านส่วน (ppm) ก่อนที่จะถึงระดับที่ติดไฟได้ สำหรับคำแนะนำในการเลือกพลังงานของหลอดไฟ โปรดดูบทความของเราเกี่ยวกับการเลือกหลอดไฟ PID สำหรับการตรวจจับ VOC

การตรวจจับก๊าซแบบติดตั้งอยู่กับที่เทียบกับการตรวจจับก๊าซแบบพกพาสำหรับโรงงานผลิตแบตเตอรี่

เครื่องตรวจจับแบบติดตั้งอยู่กับที่ การติดตั้งไว้ใกล้กับชั้นวางอุปกรณ์ ช่องชาร์จ และช่องระบายอากาศ จะช่วยให้ครอบคลุมพื้นที่ได้อย่างต่อเนื่องตลอด 24 ชั่วโมง 7 วันต่อสัปดาห์ และสามารถเชื่อมต่อเข้ากับระบบเตือนภัยและระบบระงับเหตุเพลิงไหม้ของอาคารได้
เครื่องตรวจจับแบบพกพา อุปกรณ์เหล่านี้จำเป็นอย่างยิ่งสำหรับการเข้าบำรุงรักษา การทดสอบระบบ และการรับมือกับเหตุการณ์การรั่วไหล แต่ไม่สามารถใช้ทดแทนการติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟรั่วแบบถาวรในห้อง ESS ที่ไม่มีผู้ดูแลได้

ผู้ประกอบการส่วนใหญ่ใช้ทั้งสองอย่าง: อุปกรณ์ตรวจสอบแบบติดตั้งอยู่กับที่เพื่อความปลอดภัยอย่างต่อเนื่อง และเครื่องมือแบบพกพาสำหรับการเข้าถึงพื้นที่และแก้ไขปัญหา

การเลือกเซ็นเซอร์สำหรับสัญญาณเตือนล่วงหน้าของการเกิดภาวะความร้อนสูงเกินควบคุม

การเลือกใช้สารเคมีในเซ็นเซอร์ที่เหมาะสมนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากโรงงานผลิตแบตเตอรี่มีการรวมเอาสารไวไฟและสารพิษที่เป็นอันตรายไว้ในพื้นที่เดียวกัน:

H2 และ CO — เซลล์ไฟฟ้าเคมีเป็นตัวเลือกมาตรฐาน เนื่องจากมีความเลือกจำเพาะ ไม่ขึ้นอยู่กับออกซิเจนในการตรวจจับ และใช้พลังงานต่ำ หากมีไฮโดรเจนอยู่ร่วมกับ CO ให้ใช้เซ็นเซอร์ CO ที่ชดเชยไฮโดรเจนเพื่อหลีกเลี่ยงการอ่านค่าที่ผิดพลาด คู่มือของเราเกี่ยวกับ เซ็นเซอร์ CO ที่ทนต่อไฮโดรเจน อธิบายความแตกต่าง
อิเล็กโทรไลต์ไวไฟ (LEL) — เซ็นเซอร์อินฟราเรดทำงานได้โดยไม่ต้องใช้ออกซิเจนและทนต่อสารพิษ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในห้องปิดสนิท ห้องที่เติมก๊าซเฉื่อย หรือห้องที่ไล่ก๊าซไนโตรเจนออกไปแล้ว ส่วนลูกปัดเร่งปฏิกิริยายังคงมีประโยชน์ในกรณีที่ต้นทุนต่ำและความเรียบง่ายมีความสำคัญมากกว่าข้อเสียเหล่านี้ เปรียบเทียบทั้งสองอย่างได้ในบทความของเราเกี่ยวกับ ลูกปัดเร่งปฏิกิริยาเทียบกับเซ็นเซอร์ LEL อินฟราเรด.
HF — ต้องใช้เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่มีองค์ประกอบตรวจจับเฉพาะสำหรับ HF; อย่าใช้เซ็นเซอร์ CO/H2S ทั่วไปในการตรวจจับ

จุดตั้งค่าสัญญาณเตือนและการบูรณาการระบบ

เนื่องจากก๊าซที่เกิดจากปฏิกิริยาความร้อนสูงเกินไปจะปรากฏขึ้นตามลำดับที่คาดการณ์ได้ การตั้งค่าจุดเตือนภัยเป็นลำดับจึงช่วยให้ได้รับคำเตือนล่วงหน้าอย่างมีประโยชน์:

ขั้นตอนที่ 1 (สัญญาณเตือนล่วงหน้า): ตรวจพบ CO และ VOC ในระดับต่ำ (ppm) — แจ้งผู้ปฏิบัติงานและเริ่มการตรวจสอบ
ขั้นตอนที่ 2 (การดำเนินการ): ระดับ H2 หรือ CO เพิ่มสูงขึ้นใกล้ระดับที่ต้องดำเนินการ — ตัดกระแสไฟฟ้า เริ่มการระบายอากาศ อพยพเจ้าหน้าที่ที่ไม่จำเป็นออกไป
ระยะที่ 3 (วิกฤต): ระดับ LEL ที่ติดไฟได้หรือ H2 สูง — เริ่มดำเนินการดับเพลิง อพยพทั้งหมด และตอบสนองเหตุฉุกเฉิน

เชื่อมต่ออุปกรณ์ตรวจจับเข้ากับระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ระบบควบคุมการระบายอากาศ และตัวควบคุมการตรวจจับก๊าซ เพื่อให้โรงงานสามารถตอบสนองได้โดยอัตโนมัติ ไม่ใช่แค่ส่งสัญญาณเตือนเฉพาะจุดเท่านั้น

ประเภทของสิ่งอำนวยความสะดวกและลำดับความสำคัญในการตรวจจับ

การผลิตเซลล์และโมดูล — เน้นการตรวจสอบการปล่อยสาร VOC จากอิเล็กโทรไลต์ในระหว่างการเติมและการขึ้นรูป รวมถึงไอระเหยของ HF และตัวทำละลายไวไฟใกล้กับสายการเคลือบและการอบแห้ง
ห้องระบบจัดเก็บพลังงาน (ESS) และชั้นวางแบบตู้คอนเทนเนอร์ — การตรวจวัดแบบต่อเนื่องและครอบคลุมพื้นที่คงที่สำหรับ H2, CO และ HF ภายในพื้นที่ปิด โดยใช้ตัวตรวจจับที่ติดตั้งไว้ตามเส้นทางระบายอากาศ
การรีไซเคิลและการแยกชิ้นส่วนแบตเตอรี่ — เป็นการผสมผสานระหว่างอันตรายจากความร้อน การระบายอากาศของเซลล์ที่เสียหาย และคลื่นความถี่สูง โดยทั่วไปแล้วจำเป็นต้องมีการป้องกันทั้งแบบติดตั้งถาวรและแบบพกพา

การปฏิบัติตามข้อกำหนดและมาตรฐานที่ใช้อ้างอิง

การจัดวางระบบตรวจจับให้สอดคล้องกับมาตรฐานที่เป็นที่ยอมรับจะช่วยเสริมทั้งความปลอดภัยและความพร้อมสำหรับการตรวจสอบ มาตรฐานสำคัญ ได้แก่ NFPA 855 (ระบบจัดเก็บพลังงาน), IEC 62619 (ความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมรอง) และ UL 9540A (การทดสอบการลุกลามของไฟจากความร้อนสูงเกิน) สำหรับคำแนะนำทั่วไปเกี่ยวกับระยะห่างและการครอบคลุมของเครื่องตรวจจับ โปรดดูบทความของเราเกี่ยวกับการคำนวณการครอบคลุมการตรวจจับก๊าซตามมาตรฐาน OSHA/ ATEX

สรุป: ตรวจจับร่องรอยก่อนเกิดเหตุเพลิงไหม้

การเกิดปฏิกิริยาความร้อนสูงเกินไปไม่ได้เกิดขึ้นทันทีทันใด — มันมักจะมีสัญญาณของก๊าซที่ตรวจจับได้นำมาก่อน โดยการตรวจสอบ H2, CO, HF และไอระเหยของอิเล็กโทรไลต์ด้วยเครื่องมือแบบติดตั้งอยู่กับที่และแบบพกพาที่เหมาะสม และการบูรณาการเครื่องตรวจจับเหล่านั้นเข้ากับระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) และตรรกะการตอบสนอง โรงงานแบตเตอรี่สามารถเปลี่ยนเหตุการณ์ที่อาจก่อให้เกิดความเสียหายร้ายแรงให้เป็นการตอบสนองที่ควบคุมได้และทันท่วงที ใช้ตารางด้านล่างเป็นรายการตรวจสอบเบื้องต้นสำหรับการออกแบบระบบตรวจจับของคุณ

อันตราย	ก๊าซหลัก	เซ็นเซอร์ที่แนะนำ
การสลายตัวทางความร้อนในระยะเริ่มต้น	คาร์บอนไดออกไซด์ H2	กระบวนการทางไฟฟ้าเคมี (CO ที่ชดเชยด้วย H2)
การปล่อยไอระเหยอิเล็กโทรไลต์	DMC, EMC, DEC (สารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย)	PID ที่มีหลอดไฟที่เหมาะสม
บรรยากาศที่ติดไฟได้	แอลอีแอล (ตัวทำละลายผสม)	IR LEL (ไม่ขึ้นกับออกซิเจน)
การสัมผัสสารพิษ HF	HF	เคมีไฟฟ้าเฉพาะ HF