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蓄电池危害及其防范

2019-01-23 09:27:43    803次浏览

蓄电池作为一种方便适用的直流电源广泛用于发电厂,工矿企业变配电所和各类机动车。由于在铅酸蓄电池的装配过程中涉及到铅中毒、易燃、易爆等危险特性,因而确保铅酸蓄电池的安全生产十分重要。目前,铅酸蓄电池已被列入《危险化学品名录》,我国也一直重视铅酸蓄电池的安全生产,加强了对蓄电池生产装配的安全防范措施,制定了《铅作业安全生生规程》等规范标准。

废电池污染及其处理已经成为目前社会最为关注的环保焦点之一。国家环保总局科技标准司有关人士认为,随着我国电池的种类、生产量和使用量的不断扩大,废旧电池的数量和种类也在不断增加。废旧电池含有汞、铅、镉、镍等重金属及酸、碱等电解质溶液,对人体及生态环境有不同程度的危害。据了解,其中对人体健康和生态环境危害较大、列入危险废物控制名录的废电池主要有:含汞电池,主要是电池;铅酸蓄电池;含镉电池,主要是镍镉电池。有关资料显示,一节一号电池烂在地里,能使1平方米的土壤永久失去利用价值;一粒纽扣电池可使600吨水受到污染,相当于一个人一生的饮水量。在对自然环境威胁的几种物质中,电池里就包含了汞、铅、镉等多种,若将废旧电池混入生活垃圾一起填埋,或者随手丢弃,渗出的汞及重金属物质就会渗透于土壤、污染地下水,进而进入鱼类、农作物中,破坏人类的生存环境,间接威胁到人类的健康。

人体一旦吸收这些重金属以后,会出现哪些病症呢?据有关专家介绍,汞是一种毒性很强的重金属,对人体中枢神经的破坏力很大。目前我国生产的含汞碱性干电池的汞含量达1%-5%,中性干电池的汞含量为0.025%,我国电池生产消耗的汞每年就达几十吨之多。镉在人体内极易引起慢性中毒,主要病症是肺气肿、骨质软化、贫血,很可能使人体瘫痪。而铅进入人体后最难排泄,它干扰肾功能。

专家们认为,由于电池污染具有周期长、隐蔽性大等特点,其潜在危害相当严重,处理不当还会造成二次污染。据杨毅夫博士介绍,我国沿海某省的一些农民在回收铅酸蓄电池中的铅时,因为回收处理不当,把含有铅和硫酸的废液倒掉,不仅造成了铅中毒,而且使当地农作物无法生长。如何及时安全地回收和处理废电池,已日益突出地摆在人们面前。

一、 铅酸蓄电池装配过程中的主要危害因素分析

铅酸蓄电池装配过程中可能产生的危险、危害主要是中毒、火灾、爆炸,以及高温灼烫、机械伤害、腐蚀伤害等。限于篇幅,仅对中毒、火灾和爆炸3种因素进行分析。

称片、包片区,存在着大量的铅尘,属于铅的重污染区,易发生慢性铅中毒。铅中毒对人体的危害主要集中在消化系统和神经系统,在蓄电池厂工作的操作工患职业性慢性铅中毒的比例高达25%~30%。更为严重的是,铅中毒不仅局限在蓄电池厂里的成年操作工铅中毒反应,甚至周边许多儿童也出现了铅中毒的反应。2004年6月,某县曾经发生数百名铅中毒事件。

引起这些中毒事故的原因主要有厂区内缺乏必要的排风环保设备,有的厂家虽然有,但是工作期间不开启,形同虚设,工人缺少必要的劳保用品以及工人的自我保护意识不强等。称片、包片是引起铅中毒的重点部位,必须有完善的防护措施和排风系统。

根据工艺要求,焊接区使用的乙炔、液化石油气火灾危险为甲类,氧气火灾危险为乙类。乙炔在空气中的爆炸极限为2.1%~80.0%(υ/υ),引燃温度在305℃左右;液化石油在空气中的爆炸极限为2.25%~9.65%(υ/υ),引燃熳度在426~537℃左右。因此,生产过程中危险因素是火灾和爆炸,如果在焊接极群和极柱过程中操作不当,剧烈碰撞或离明火过近,温度太高等都可能引起火灾、爆炸。

根据铅酸蓄电池工作原理,铅酸蓄电正极活性物质是二氧化铅,负极活性物质是海绵铅,电解液是稀硫酸溶液,当充电到70%~80%电量时,正极开始产生氧气,当充电基本完成约90%时,负极开始产生氢气。氢气是易燃易爆的甲类物质,在空气中的爆炸极限为4.1%~74.1%,引燃温度在450℃左右,因此充电室内氢气浓度极易达到爆炸极限,一遇火源就会生产燃爆。例如,1991年7月3日,某电站铅酸蓄电池室发生燃爆事故,造成1名巡检工死亡,充电设备和蓄电池严重损坏。事故主要原因是该蓄电池通风设备失效,造成室内氢气聚积,而巡检工严重违章在巡检时抽烟,明火引起燃爆。

二、安全预防措施与建议

通过上述分析可知,蓄电池装配过程中存在的主要危害因素为中毒、火灾、爆炸等。为确保安全生产建议采取以下安全措施:

1.厂址选择与周围居民及公共设施保持必要的安全防护距离,同时必须满足《建筑设计防火规范》,《铅作业安全卫生规程》,《工业企业设计卫生标准》和《使用有毒物品作业场所劳动保护条例》的要求。

2.在作业前尽可能先将操作环境湿润,防止铅尘飞扬;作业时工人除穿戴相应的工作服、防尘口罩外,必须使用能保证新鲜空气供给的通风设施;操作台上清出的铅粉尘,必须放置在专用容器内,不得与其他垃圾等堆放在一起;作业后,工人必须洗澡,并将工作服和防尘口罩在厂内集中洗涤;同时作业场所所应禁止吸烟,饮食等;班中喝水前必须洗手,洗脸及漱口,严禁穿工作服进食堂,出厂。

此外,为防止杂质侵入和水分蒸发,采用了仅有极桩外露的全封闭式外壳。

为防止蓄电池损坏和爆炸,在密封式壳体上设有排气孔和安全阀。安全阀中装有催化剂,可使氢气与氧气合成为水蒸气,冷却后再返回电解液内。

为有效防止外来火花造成危害,在其内部还装有火花捕捉器。

免维护蓄电池的工作原理与普通铅蓄电池相同。放电时,正极板上的二氧化铅和负极板上的海绵状铅与电解液内的硫酸反应生成硫酸铅和水,硫酸铅分别沉积在正、负极板上,而水则留在电解液内;充电时,正、负极板上的硫酸铅又分别还原成二氢化铅和海绵状铅。

普通铅蓄电池,在充电接近终了时,其充电电流除了用来使正、负极板的硫酸铅还原成二氧化铅和海绵状铅外,还有一部分电流被用在水的分解上,致使蓄电池内产生根多气泡。特别是充电终了时产生和外逸的气泡就更多,从而造成电解液内水分大量散失。

免维护蓄电池,由于其负极板上的硫酸铅含量比正极板上多,因此,充足电时正极板的硫酸铅全部转变成了二氧化铅,而负极板上仍有一部分硫酸铅残留。这样,过充电时,充电电流只在正极板上用来产生氧气,而在负极板上则被用于使多余的硫酸铅转变成海绵状铅。同时,在正极板上所产生的氧气也不会外逸,而是迅速与负极板上的活性物质(海绵状铅)发生反应生成二氧化铅,再与电解液中的硫酸反应变成硫酸铅和水。

由此可见,免维护蓄电池在过充电时,其负极板上的硫酸铅永远不会消失,即负极板上不会产生氢气。即从理论上讲,免维护蓄电池即使在过充电时,其电解液中的水也不会散失。

3.车间内的气体钢瓶不得随意堆放或不同气体钢瓶混放。虽然乙炔、液化石油气及氧气用最较少,但气体钢瓶仍需单独存放。存放处应在生产车间外墙处用砖墙和预制板砌两间作为石油液化气和氧气的中间仓库,选用下端带百页窗的门,两侧墙留通风口,并安装钢丝网,保持良好的通风。门开在车间外面,并在醒目位置贴上禁止明火和吸烟的标志。根据《建筑设计防火规范》的规定,该存放处只能作为车间中间库房,且乙炔的存放数量不应超过25m3(标准状态下),。液化石油气的存放数量不应超过50m3(标准状态下)。氧气和乙炔的保管和使用要设专人负责,严禁超压使用和人为加热气瓶,严禁用带油污的手套开启氧气瓶阀门;操作人员作业前必须先检查软管与焊接的连接处是否牢固,软管是否有打结处。

4.充电区应保持良好的通风,必要时应增加防爆型通风设备,同时设置可燃气体浓度检漏报警装置,并达到《火灾自动报警系统设计规范》的相关要求。充电区不准使用不防爆的电器设备(如开关、插座、熔断及灯具等),严禁在充电区吸烟,用明火照明或取暖;不准在室内动火作业。室内各电气线路应穿管敷设,电气连接处应接触良好、牢靠,不得松动,避免产生火花放电。不冷穿化纤服装进入充电区,以免摩擦产生放电。

三、影响UPS电池寿命及容量的几个因素

正常情况下的电池寿命是以电池充放电次数量来决定。并不以使用时间来计量。过充、小电流长时间放电、电池长时间处于充电不足状态均可讯速导致电池失效。随着电池充放次数量的增加电池逐渐老化,低于标称容量的80%时即认为电池寿命终止。目前金丽温高速公路电池的主要失效原因有以下几个方面:

1、温度对阀控铅酸蓄电池寿命的影响

阀控电池对温度颇为敏感,环境温度的变化对电池的运行寿命、放电容量、浮充电压都有影响。持续过高的环境温度,会造成浮充电流加大,内部热量增加,失水过快,最终导致热失控,电池损坏;过低的温度则会降低电池容量。

温度与电池寿命的影响,由于阀控蓄电池本身散热条件比较差,热量积累的增加引起恶性循环易造成热失控。当环境温度超过25度时,温度每升高10度,使用寿命减少一半,所以当环境温度在非25度时,温度升高一度,浮充电压应降3MV/每只,防止过充。反之温度降低时低于25度时,每低一度浮充电压应增3MV/每只,防止出现亏电现象。

譬如,电池在35度下长期运行,如在25度下电池设计寿命为8年(电池普遍设计),实际寿命则只有5年,若长期在15度下运行,电池寿命则有20年。不难看出,金丽温高速高路丽青段电池过早失效不得不说温度才是电池的第一。因为以丽青段而言,配电房基本无空调配置。夏天温度均在40度以上。

2、大电池和小电流放电对电池的影响

相同放电深度下,小电流放电损害大的原因。相同放电深度下,电流越小,过饱和度降低,生成的晶核越少。同时硫酸铅的结晶沉淀速度就越慢。生成的晶核少,放出相同的容量,生成的硫酸铅量是相同的。则生成的硫酸铅晶体的颗粒就大一些,同时,结晶沉淀速度越慢,生成的晶体就越完善,从而更难以充电。同时,这些颗粒同样会造成极板的微孔的堵塞。这样充电后很难还原成海绵状纯铅,从而影响到电池的容量。而电池大电流放电比小电流放电损害大的原因。因为大电流放电,在固液交界处形成的硫酸铅的过饱和度大,从而形成的较多的硫酸铅晶体沉淀,一方面,堵塞极板微孔,一方面也堵塞隔板微孔。更容易生成枝晶。还使许多微晶在当时或充电时脱落。从而对电池造成伤害。还有,同时也由于硫酸的扩散速度慢,只能到达浅层而使更多的阿尔法二氧化铅放电转化。从而使极板易与软化。大电池放电容量不能全部放出,如获使用1小时放电率放出的容量仅为额定容量的55%,而半小时放电率则为35%。小电流放电则可以放出更多的容量,使用价20小时放电率则可以放出额定容量的110%。

3、落后电池对容量的影响

计算蓄电池容量是以某只电池最先达到终止电压为止的容量,若是UPS蓄电池组中出现落后电池则会影响整组电池的容量。以-48V系统为例,系统放电终止电压为1.8V/只,(即43.2V)以10小时放电率放电的话从48至43.2用时10小时,一旦出现落后电池则系统电压48-2V=46V系统46V到43.2V放电时间将大大下降。因些这些落后电池就应该及时剔除,根据电信部门经验规定,当电池组中电池个数少于3只时单个更换,落后电池大于3时则整体更换。落后电池的发现就须我们在日常维护中通过容量测试或日常维护中的端电压测量中发现。但目前金丽温高速此项工作基本为空白。

额定容量:在规定的工作条件下,蓄电池能放出的电量称为额定容量。VRLA蓄电池的额定容量规定工作条件为:在10小时放电率电流放电,电池温度为25度,放电终了电压为1.80V(12V电池为6×1.80=10.8V)。实际容量:在特点的放电电流,电解液温度和放电终了电压等条件下,蓄电池实际放出的电量称为实际容量。影响实际放出容量的主要因素有:放电电流、放电温度和电解液温度。

四、关注免维护蓄电池

所谓免维护蓄电池,是指在规定的使用条件下,使用期间不需要进行维护的蓄电池。对于车用铅蓄电池来讲,也就是使用期间不需经常添加蒸馏水的蓄电池。

1.免维护蓄电池的结构特点

为了提高铅蓄电池的使用寿命,随着其使性能,免维护蓄电池的正极板栅架一般采用铅钙合金或低锑合金制作,而负极栅架均用铅钙合金制作。为了减小极板短路和活性物质脱落,其隔板大多采用超细玻璃纤维棉制作,或将其正极板装在袋式隔板内。为了防止氧气、氢气垂直上溢,减小水分损失和活性物质脱落,极板组多采用紧凑结构。为了缩短联接条的长度,减小内阻,提高蓄电池的起动性能,各单格极板组之间采用内连式接法,露在密封式壳体外面的只有正、负极桩。为了更有效地避免水分损失,在壳体上部设有收集水蒸气和硫酸蒸气的集气室,待其冷却后变成液体重新流回电解液内。为了便于检查电解液密度,了解存电情况,在其内部设有的温度补偿式密度计。密度计的指示器用不同的颜色指示蓄电池的存电情况和电解液液面高低。电解液密度正常时,指示器显示绿色,表示蓄电池存电充足;指示器显示黑色,表示电解液密度低于标准值,应进行补充充电;指示器显示黄色,表示电解液液面过低,需添加蒸馏水。

2.免维护蓄电池的性能特点

如上所述,免维护蓄电池与普通铅蓄电池的区别是极板材料不同。由于采用铅钙合金制作栅架,消除了铅锑合金栅架的一些弱点(如水分蒸发、过量充电、热破坏和自行放电),因此,不仅使其使用性能得到改善,而且还延长了其使用寿命和储存寿命。

免维护蓄电池失水量少,一般仅为普通铅蓄电池的1/10左右,使用中一般不需添加蒸馏水。这一方面是由于铅钙合金的析氢过电位比铅锑合金高,充电时析氢量少,从而水分逸出量大大降低;另一方面是由于免维护蓄电池设有集气室,可使收集到的水蒸气冷却后重新返回电解液内,避免了水分散失。因此,使用中免维护蓄电池不需要添加蒸馏水。

普通铅蓄电池的栅架,一般用铅锑合金制作,且含锑量较高。充电时,正极栅架上的锑被逐渐溶解到电解液中,并不断地在负极板表面上沉积,与负极板上的活性物质形成微电池,使其自行放电量增大。免维护蓄电池的栅架采用的是铅钙合金,其特点是晶粒较细,耐腐蚀,不易形成微电池,自行放电量小。

普通铅蓄电池,其内部经常有硫酸气体逸出,并聚集在蓄电池的顶盖部位。这些硫酸气体在金属接头处凝结,形成短路通道,产生短路电流,并对极桩和连接件造成腐蚀。严重时,甚至影响到蓄电池功率输出。由于维护蓄电池设有集气室和新型的通气装置,不仅可避免水分散失,而且可有效地防止酸气外逸,从而大大降临了酸气对极桩连接件的腐蚀。

免维护蓄电池的起动电流比普通铅蓄电池大,起动性能好。这一方面是由于铅钙合金的导电性能比铅锑合金好,蓄电池内阻小,输出电流大;另一方面是由于免维护蓄电池采用内连式连接,缩短了连线长度,功率损失小,放电电压高。

由于免维护蓄电池采用铅钙合金制作栅架,既增加了机械强度又提高了耐充性,再加上采用袋装式隔板结构,可有效防止活性物质脱落,因此,其使用寿命显著提高。同时,由于自行放电量小,其储存寿命也大大增长,一般为普通铅蓄电池的2~3倍。

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