Запрещенный риск
В случае неправильной установки возможно воспламенение литиевых аккумуляторов. Как минимизировать риск возникновения пожара и какие именно огнетушители должны быть на борту для чрезвычайных ситуаций
Запрещенный риск

Текст Леона Шульца

Сначала хорошие новости: «В отношении пожароопасности парусные яхты с литиевыми аккумуляторами занимают второстепенное место», – говорит Хольгер Флиндт, страховщик яхт Pantaenius. По-другому обстоит на моторных лодках с электроприводом, рулевому которых нравится сверхбыстрая зарядка.

Химия

Насколько быстро, интенсивно и каким образом разгорается огонь от лития, зависит от типа аккумулятора. Литиевая батарея – это собирательный термин для целого семейства аккумуляторов. Наиболее компактные и легкие типы, литий-ионный полимер (LiPo) и литий-кобальт (LiCo) являются наиболее опасными, поэтому они не подходят для аккумуляторов большого судна. Тем не менее они присутствуют на каждой яхте, так как попадают на борт внутри мобильных телефонов, планшетов и ноутбуков. Несмотря на свой маленький размер, они несут риск перегрева. На легковых автомобилях или электрических велосипедах часто устанавливают литий-никель-кобальтовый микс (NMC или LiNiCoAl 2O2) или литий-магниевые элементы (LiМО или LiMn2O4). Тип NMC, установленный, например, в автомобилях Тесла, также интересен и для яхт за счет высокой плотности энергии, но при этом, однако, представляет угрозу безопасности. Благодаря наличию свободного кислорода в NMC-миксе эти аккумуляторы продолжают гореть даже под водой.

Гораздо лучше подходит аккумулятор типа литий-фосфата железа (LiFe или LiFePO4). У него нет такой плотности энергии, как у элементов Li-NMC, но его технология работы гораздо безопаснее.

Помимо наличия свободного кислорода типы батарей различаются по так называемой «температуре разгона». Она выражает величину, при достижении которой батарею больше не получится охладить, отключая ее от сети. Для Li-NMC разгон происходит уже при 160–180 градусах, в то время как у LiFePO4 – только при температуре свыше 250 градусов.

Система безопасности

В традиционном смысле литиевые аккумуляторы в комплексе – это не одни только батареи, а часть установки элементов, датчиков и системы управления аккумуляторами (BMS), которая должна соответствовать встроенным зарядным устройствам и кабелям. Установка литиевых аккумуляторов на судах пока что еще не стандартизирована в отличие от автомобильной промышленности, требования по контролю качества для частных яхт не существует. Кроме того, водителю электромобиля или гибридного автомобиля предоставляется в части зарядки ничуть не больше свободы действий, чем подключение вилки к зарядным станциям. Ситуация отличается от яхты, на которой все возможные системы могут быть смонтированы самим капитаном. При этом замена свинцово-кислотных батарей без учета поперечного сечения кабеля, зарядного устройства или системы контроля на литиевые батареи может стать русской рулеткой.

Многие пожары из-за литиевых элементов могут быть связаны с неверным монтажом: например, отсутствовала система управления батареями или использовалось неподходящее зарядное устройство.

Большая часть опасности может быть исключена с помощью интегрированной системы. В этом случае BMS подключается непосредственно к аккумулятору, автоматически обеспечивает балансировку напряжения элементов, контролирует температуру и состояние заряда и отсоединяет аккумулятор при необходимости от электрической системы. Некоторые модели BMS передают информацию, например, по шине CAN или по протоколу Bluetooth на внешний дисплей. Тогда экипаж не только своевременно узнает о состоянии заряда по ходу процесса, но и может вовремя обнаружить любые проблемы, которые могут возникнуть.

Такие надежные системы более дороги, чем простое решение с одним элементом, но они и более отказоустойчивы.

А если горит?

Существуют три предпосылки к возгоранию: легковоспламеняющийся материал, кислород и тепло. Как только исчезает лишь один из этих компонентов, пожар можно сравнительно быстро потушить. Однако это не относится к литиевым аккумуляторам – особенно к Li-NMC, которые продолжают гореть даже без подачи кислорода! Попытки подать только воду для тушения могут сделать ситуацию еще хуже и привести к смертельному исходу в результате взрыва. При литиевых пожарах наблюдаются чрезвычайно высокие температуры до 3000 градусов по Цельсию. В этих условиях вода расщепляется на кислород и водород, в результате чего образуется взрывоопасная гремучая смесь. В то же время образуются высокотоксичные вещества: помимо окиси углерода и двуокиси углерода выделяется чрезвычайно токсичная плавиковая кислота. Эта кислота поглощается сразу при контакте с кожей; результатом может быть поражение глубоких слоев ткани до кости без немедленного ощущения боли. Поэтому «литиевый пожар» является одним из самых опасных и сложных в борьбе с пожарами в целом.

Обычные огнетушители на основе CO2, порошка или пены, установленные на борту, плохо работают против огня литиевых батарей. Однако из-за растущего использования новой аккумуляторной технологии растет спрос на более надежные методы пожаротушения.

Специальные противопожарные средства

Как только температура разгона достигнута, она взрывообразно растет, и тушение пожара становится практически невозможным. Огнетушители, предназначенные для «металлических пожаров» высокого номера, имеют пока что крайне ограниченное применение на яхтах, так как они предназначены для борьбы с огнем, вызванным воспламенением чистых металлов, таких как алюминий, магний, натрий, калий или литий. В качестве огнетушащего вещества в них используют в основном сухой песок или сухой цемент, которые предназначены для температур свыше 1000 градусов.

Модифицированная вода

Огнетушащий агент F-500 из США добавляют в обычную воду с концентрацией 1,8 %. В результате водородные связи разрушаются, температура испарения воды при этом падает с 100 градусов до примерно 70 градусов. С добавлением F-500 капли воды во время испарения ведут себя как очищаемый от шелухи лук, испаряясь послойно. Производитель утверждает, что поглощение энергии огня при этом возрастает многократно, так как каждая капля воды используется неоднократно: сначала испаряется внешняя оболочка капели, затем следующий пласт воды и т.д. В сравнении с общепринятыми методами вода с помощью добавленного F-500 должна поглощать в пять раз больше энергии огня. Практический побочный эффект: маленькие капли воды могут затем связывать до 90 % опасных газов, как сообщает производитель.

Вторичный ущерб, вызванный пожаротушением, который может быть значительным при использовании порошковых огнетушителей, для F-500 не хуже, чем для обычной воды, поскольку 98,2 % огнетушащего вещества состоит из воды. Например, фабрика Tesla в Неваде оснащена системой пожаротушения F-500. Ручные огнетушители доступны в объемах 3, 6 и 9 литров и стоят 130 евро и более.

Прозрачные хлопья слюды

Здесь огнетушащим веществом является минерал вермикулит. Слюдяные хлопья толщиной 150 нанометров смешаны с микроскопическими частицами воды. При тушении вода немедленно испаряется, и вследствие этого температура понижается. Капли чрезвычайно малы и имеют большую поверхность испарения. Средство огнетушения для автомобилей AVD состоит из 17 % вермикулитовых хлопьев и 83 % воды. После испарения вермикулит образует тонкую пленку и закрывает источник возгорания, так что кислород больше не может попасть в аккумулятор.

Так как F-500 в основном является водой и может использоваться при «обычных» пожарах без значительных вторичных повреждений, AVD с большей вероятностью будет использоваться специально при возгорании лития. Поэтому для «обычных» небольших пожаров твердых или жидких материалов на борту должен быть стандартный огнетушитель с CO2, пеной или порошком.

Пока на рынке представлено всего несколько моделей. 400 мл огнетушащего средства стоит около 50 евро.

Стеклянные гранулы

Огнетушитель Extover работает как барьер преграждающий кислороду путь к огню. Хотя литий-NMC аккумуляторы могут продолжать гореть и без внешней подачи кислорода. Идея такова: опасное для окружающей среды пламя изолируется негорючим материалом, и поэтому литиевая батарея под защитой Extover может сгореть под контролем, не нанеся сильного вреда.

Extover состоит из стеклянных гранул диаметром от одного до четырех миллиметров, которые насыпаются, например, лопатой или ведром на огонь; когда температура стекла достигает точки плавления от 1000 до 1600 градусов, стекло плавится, огонь лишается энергии, и, следовательно, температура понижается.

На яхте этот метод тушения непрактичен. Более интересно использовать огнетушитель Extover профилактически. Материал используется в качестве наполнителя в упаковке опасных грузов для поврежденных литиевых батарей: аккумуляторы при транспортировке заключены в защитную оболочку из стеклянных частиц.

Будет ли эта идея применяться на яхтах, и будут ли будущие литиевые батареи установливаться в батарейных коробках, заполненных Extover, время покажет. Но такие огнетушители идеально подходят для использования с небольшими батареями для мобильных телефонов и ноутбуков и по этой причине должны иметь постоянное место на борту.

Но на крупных литиевых установках такой огнетушитель может использоваться лишь до достижения температуры разгона; после этого становится слишком опасным, и не позволяет достаточно приблизиться к источнику огня.

К счастью, повышение температуры до критического нагрева происходит относительно медленно. Таким образом, у вас есть около десяти минут, чтобы отключить аккумулятор от сети и позволить ему остыть.

Заключение

Благодаря технологии лития-фосфата железа и интегрированному контролю температуры и элементов литиевые аккумуляторы при правильной установке могут использоваться вполне безопасно.

Рекомендации по безопасной эксплуатации
1. Используйте на яхте только литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4)
2. Используйте зарядные устройства с литиевой программой, чтобы избежать перезарядки
3. Проверьте проводку и адаптируйте ее к значительно более высоким токам зарядки
4. При подключении нескольких литиевых элементов параллельно к блоку аккумуляторов необходимо установить систему управления батареями (BMS). В дополнение к выравниванию напряжений отдельных элементов она также должна выполнять контроль температуры и аварийное отключение аккумуляторов
5. Защита от пониженного напряжения и перезарядки является обязательной, но не всегда предназначена для одноэлементных систем
6. Установите аккумуляторы в закрытом, но вентилируемом корпусе. В случае элементов LiFePO4 вентиляция должна быть блокируемой снаружи, чтобы в случае пожара доступ кислорода мог быть прекращен
7. Выберите укомплектованную систему аккумуляторов, добавьте в нее систему контроля температуры с аварийным отключением и технологию зарядки от производителя аккумуляторов или, по крайней мере, соберите ее в специализированной компании

Сокращенный вариант. Полностью статья опубликована в Yacht Russia №6/119, 2019 г.

Популярное
Идеальная яхта для дальнего плавания

Если вы запланировали круизную прогулку на яхте, то, скорее всего, уже решили, через какие именно экзотические места будет пролегать ваш маршрут. Однако подобрать судно для путешествия не так-то просто. Наши эксперты знают, на что нужно обращать внимание при выборе подходящей яхты

Oyster. Подъем с глубины

Всякое время и всякое дело имеют свои символы. Нередко в качестве вечных символов называются архитектурные сооружения: Кремль, египетские пирамиды, Тауэр, Биг Бен. Часто в качестве понятных знаковых вещей упоминаются некоторые бренды, символизирующие те или иные качества товара и обладающие очень высокой – а порой и вовсе «незыблемой»! – репутацией высококлассных изготовителей. Например, автомобили Bentley. До недавнего времени к таким незыблемым брендам относилась и британская компания Oyster Yachts, яхты которой считались образцом качества, надежности и долговечности. Однако все изменилось…

Мотылек с острова Дьявола
Он был преступником. Арестантом. Заключенным. И бежал снова и снова. Его ловили, а он опять бежал. Потому что... Жить, жить, жить! Каждый раз, находясь на грани отчаяния, Анри Шарьер повторял: «Пока есть жизнь, есть надежда».
Неоконченная кругосветка Сергея Жукова

Сергей Жуков в одиночку дошел до Австралии на собственноручно построенной яхте... и там потерял ее. Но главное - остался жив и не расстался с мечтой о кругосветном путешествии

Дональд Кроухерст: лестница вниз

Его называют мошенником чаще, чем героем. Его судьба неразрывно связана с первой безостановочной кругосветной гонкой 19068-1969 годов. Он пропал в океане...

Жизнь на яхте

Все чаще мы узнаем о том, что кто-то из сограждан, устав от жизни на берегу, бросил налаженный быт, приобрел яхту и отправился в море, выбрав себе (а, порой, и семье) судьбу морского скитальца. Что это – форма эмиграции, эскапизм, здоровый авантюризм или своего рода впадение в детство, когда игра в кораблики важнее реальных проблем? Ради чего люди разрывают привычные стереотипы?

Борода - краса и гордость моряка

Издавна считается, что борода моряка - символ мужской силы, отваги, воли, мудрости, гордости. Особенно если эта борода шкиперская, фирменная.

Дауншифтинг под парусом, или В плену стереотипов

Бытует мнение… И пусть оно ошибочное, оно все равно бытует. Путешествовать на яхте могут себе позволить только миллионеры. Купить яхту это безумно дорого, а уж жить такой жизнью это вообще только олигархам доступно.

Гром и молния!

В гавани, на якоре или в открытом море – в любом случае встреча с грозой для яхтсмена является сильным переживанием. Неготовность к этой встрече только усиливает негативные эмоции. 

На якорь – без стресса!

Поскольку спокойный отдых на якорной стоянке относится к важнейшим вещам во время плавания под парусами, то мы попытались систематизировать все ключевые моменты, касающиеся постановки на якорь. К тому же, у каждой лодки свои особенности выполнения маневров постановки на якорь…