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科普 | 可燃纳米材料在电池制造中的危险性

科普 | 可燃纳米材料在电池制造中的危险性 Nederman 尼的曼
2023-08-04
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电池制造商需要知道什么,以防止可燃性粉尘爆炸?


纳米材料正在越来越多地用于电池生产,以提高能量密度和改善电池性能。这些可能包括金属纳米颗粒、金属氧化物、导电聚合物、锂盐和硅或碳基纳米材料的纳米颗粒。

     

用于电池生产的纳米材料具有独特的物理和化学特性,在一定的条件下会产生很大的燃烧风险。使用可燃纳米材料的电池制造商应进行粉尘危害分析(DHA),并实施粉尘安全策略,以减轻可燃粉尘爆炸的风险。

可燃粉尘爆炸是如何发生的?


当五种元素聚集在一起时,可燃粉尘爆炸,统称为“爆炸五边形” 其中包括:


1)燃料源(即可燃粉尘)

2)氧气(容易存在于空气中)

3)粉尘云

4)密闭空间(例如,在封闭的工艺设备、存储箱或除尘系统中)

5)点火源


五种元素必须同时存在才能发生爆炸。

什么是粉尘危害分析?

何时需进行粉尘危害分析?


· 粉尘危害分析(DHA)是对存在可燃粉尘的设施、过程和操作的系统评估。它识别危害并评估粉尘爆炸的潜在风险。当制造或加工设施中存在潜在的可燃粉尘(定义为ST级大于零的任何粉尘)时,就需要使用DHA。ST级是衡量潜在爆炸严重程度的指标,等级从0到3不等。




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如何判断应用中产生的灰尘是否具有爆炸性?


粉尘的爆炸性等级(ST级)通常要通过实验室检测确定。粉尘有几个特征可以表明其爆炸性,如颗粒大小、水分含量、形态和化学成分。一般来说,较小的颗粒有较高的爆炸风险。直径小于420微米的粉尘颗粒通常被认为是可燃的。


纳米材料要比这个小得多,尺寸范围为1到100纳米(0.001到0.1微米)。这种小尺寸创造了更多的表面积与氧气反应,而它们的重量轻,使它们更有可能在云中通过空气传播。因此,大多数纳米材料被认为是可燃的,它们通常比相同材料的较大颗粒具有更高的燃烧风险。


测试旨在测量火灾燃烧指数(Kst)、最大爆炸压力(Pmax)、最小点火能量(MIE)、最小爆炸浓度(MEC)和其他指数。


然而,由于纳米材料的高度可变性,一般建议对生产过程中使用或产生的特定粉尘进行测试(在某些情况下可能是需要的)。



粉尘危害分析的步骤是什么?

DHA工艺将根据工厂和工艺的具体情况而有所不同,但通常将包括以下步骤


· 可燃性粉尘的识别(如有要求,进行粉尘测试)


· 确定粉尘云产生、积聚或扩散的位置,以及每个点的特定风险,如点火源、氧气存在或粉尘云的产生


· 危害识别,包括生产过程中每个点的风险量化(基于可能性和严重性),并记录当前的安全措施


· 针对已查明的危害提出缓解建议


· 一旦作出缓解,记录和核实这些努力



谁可以进行粉尘危害分析?


DHA应由具有识别和评估可燃粉尘危害经验的专业人员进行。这可以是一个合格的内部团队,但通常建议制造商聘请在粉尘爆炸危险方面具有特定专业知识的外部顾问。




如何降低可燃粉尘爆炸的危险


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电池制造商可以采取几个步骤来保护员工、设备和设施免受可燃性粉尘爆炸的影响。

01

使用工业除尘系统

防止纳米材料通过设施积累或迁移。应特别注意避免粉尘在封闭空间内堆积。

02

改变工艺或设备设置

以降低爆炸风险,如移除点火源、增加火花控制、使用惰性环境或修改工艺以尽量减少粉尘云的形成。因此,可能需要对设备设计或工艺步骤进行修改。

03

良好的清洁和物料处理

防止灰尘在表面堆积,并减少灰尘云的形成。应使用专为收集可燃材料而设计的真空设备,或采用湿式清洗方法。

04

使用爆炸泄放和爆炸隔离

以减轻爆炸对除尘系统或外壳的影响。




除尘系统需要哪些安全元件?

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除尘系统是可燃性粉尘安全的一个重要因素,同时也是最大的爆炸风险点之一。与可燃材料一起使用的除尘器必须具有安全元件,以降低爆炸风险并减轻爆燃事件的影响。


2


确保系统有足够的气流,以防止灰尘达到爆炸浓度积聚在外壳或除尘系统中。


3


收集爆炸性物质的除尘系统必须使用爆炸泄放装置。泄爆口设计为在爆炸压力上升到除尘器最大承受压力之前打开释放多余的压力。

4

除尘器还应配备一个灭火系统和其他爆燃元件,如一个隔离阀,防止爆炸危险物传播到车间,以及一个锁气卸灰阀,隔断脏气室与灰箱(袋)。随时进行维护,例如更换过滤器和清空集尘箱,并定期清洁和检查系统以确保其正常工作。


*本文为尼的曼原创,转载请注明出处。



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