加油站設置電動汽車換電站的消防設計范文

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【摘要】隨著國家大力發展和推廣新能源汽車，新能源汽車的市場保有量越來越多，急需建設大量電動汽車換電站來滿足日益增加的電動汽車換電需求。基于現有消防技術規范，探討對加油站設置換電站的消防設計，規范換電站的設計、施工和維護管理，保障加油站和換電站的安全運行。同時，通過已有試點的加油站設置的換電站經驗，完善換電站的建設相關消防規范標準。

【關鍵詞】電動汽車換電站；消防設計

1引言

新能源電動汽車電池更換站（簡稱電池更換站，也叫換電站），英文名稱battery-swapstation，是采用電池更換模式為電動汽車提供電能的場所，電池更換站內可包括充電設備、電池箱更換設備、電池箱存儲設備、電池箱轉運設備、車輛導引系統、電池檢測與維護設備、監控室、配電室、安全防護設施、行車道、停車位、營業室以及其他輔助設施。按功能劃分，電池更換站分為A類和B類，A類電池更換站是同時具備為電池箱充電的能力和為電動汽車用戶進行電池箱更換的能力。B類電池更換站是具備為電動汽車用戶提供電池箱更換能力，電池箱在電池配送中心完成充電。目前，多品牌新能源車型共享換電服務已在換電實踐中成為事實。據調研，某品牌換電站每車換電30s左右全程僅需1.5min，有效解決新能源汽車充電裝置充電慢、低溫氣候充電難、用戶里程焦慮、電池壽命短以及安全隱患等問題。現場調研某換電站面積約100㎡，整體為鋼結構，內有巖棉防火材料。一般容納60塊電池的倉位。電池充電時間平均1.5h左右，充滿后自動切斷充電電源。電池為密封式磷酸鐵鋰電池，額定能量50kW•h，容量131Ah，標稱電壓384V。單體電壓3V～4V。電池充電電流65A，充電機380V三相充電。換電站可實現無人值守，駕駛員自助操作完成換電，換電站外觀見圖1。依據《汽車加油加氣站設計與施工規范》GB50156-2012（2014年版）3.0.2加油加氣站可與電動汽車充電設施聯合建站。其條文解釋為，電動汽車是國家政策大力推廣的新能源汽車，利用加油站、加氣站網點建電動汽車充電設施（包括電池更換設施）是一種便捷的方式[1]。參考國外經驗，本條規定加油站、加氣站可與電動汽車充電設施聯合建站。本文主要探討加油站建設換電站的防火安全問題。

2防火間距

《汽車加油加氣站設計與施工規范》GB50156-2012（2014年版）5.0.7電動汽車充電設施應布置在輔助服務區內。根據國外經驗，利用加油站網點建電動汽車充電或更換電池設施是一種簡便易行的形式。電動汽車充電或電池更換設備一般沒有防爆性能，所以要求“電動汽車充電設施應布置在輔助服務區內”。輔助服務區為加油加氣站用地紅線范圍內加油加氣作業區以外的區域。加油加氣作業區為加油加氣站內布置油（氣）卸車設施、儲油（儲氣）設施、加油機、加氣機、加（卸）氣柱、通氣管（放散管）、可燃液體罐車卸車停車位、車載儲氣瓶組拖車停車位、LPG（LNG）泵、CNG（LPG）壓縮機等設備的區域。該區域的邊界線為設備爆炸危險區域邊界線加3m，對柴油設備為設備外援加3m。按以上規范條文要求，換電站應設置在加油站輔助服務區。按照《電動汽車電池更換站設計規范》GB/T51077-2015規定，換電站的火災危險性為丁戊類，耐火等級二級[2]。對照《汽車加油加氣站設計與施工規范》GB50156-2012規范中的丙、丁、戊類廠房或庫房與加油機、通氣管管口距離不小于15m。但是考慮加油站火災危險性太大，建議增加防火防爆墻將加油站和換電站進行物理分隔，且防火墻應高出換電站1m。對于占地面積較小的加油站，設置換電站無法滿足防火間距要求時，可以建設B類電池更換站，即只換電池，換下的電池運輸至電池配送中心進行集中充電養護，降低換電站的火災風險[1]。

3耐火等級

換電站的火災危險性為丁戊類，耐火等級二級。圍護結構的燃燒性能應為不燃材料，室內裝修材料也應采用不燃材料和難燃材料。換電站內的電氣線路應采用阻燃或耐火電線電纜，電線電纜穿越墻體、進出配電箱處應進行防火封堵。

4平面布置

換電站應該設置在加油站全年最小頻率風向的下風側，防止加油站的油氣進入換電站區域。換電站內電池充電間通風換氣裝置應安裝在遠離加油站的一側，防止靜電進入加油站工作區域，因為靜電是加油站最大的危險源之一。另外，換電站內所有電氣設備應當做好接地，消除靜電。

5防爆要求

《電動汽車電池更換站通用技術要求》（GB/T29772-2013）6.3條規定，電池更換站的選址應符合防火安全的要求，不應設在有爆炸危險環境場所的正上方或正下方，遠離易燃、易爆等危險源[3]。《電動汽車電池更換站設計規范》（GB/T51077-2015）3.0.4條規定，電池更換站的站址不宜選在下列場所：第2款，有潛在火災或爆炸危險的地方，當與有爆炸危險的建筑物毗鄰時，應滿足現行國家標準《爆炸危險環境電力裝置設計規范》GB50058的有關要求。

5.1爆炸危險區域的等級定義

爆炸危險區域的等級定義應符合現行國家家標準《爆炸和火災危險火災電力裝置設計規范》（GB50058-92）的規定。①0區：連續出現或長期出現爆炸性氣體混合物的環境。②1區：在正常運行時可能出現爆炸性氣體混合物的環境。③2區：在正常運行時不可能出現爆炸性氣體混合物的環境，即使出現也僅是短時存在爆炸性氣體混合物的環境。汽油和液化石油設施的爆炸危險區域內地坪以下的坑或溝應劃分為1區。

5.2加油站站內爆炸危險區域的劃分

①加油機殼體內部空間劃分為1區；②以加油機中心線為中心線，以半徑為4.5m的地面區域為底面和以加油機頂部以上0.15m半徑為3m的平面為頂面的圓臺形空間劃分2區。油罐車卸汽油時爆炸危險區域劃分應符合下列規定：①油罐車內部的油品表面以上空間劃分為0區；②以通氣口為中心半徑，半徑為1.5m的球形空間和以密閉和油口為中心，半徑為0.5m的球形空間劃分為1區；③以通氣口為中心，半徑為3m的球形并延至地面的空間和以密閉卸油口為中心，半徑為1.5m的球形并延至地面的空間劃分為2區。埋地臥式汽油儲罐爆炸危險區域劃分應符合下列要求：①罐內部油品表面以上的空間劃分為0區；②人孔（閥）井內部空間、以通氣管管口為中心，半徑為1.5m（0.75m）的球形空間和以密閉卸油口為中心，半徑為0.5m的球形空間劃分為1區；③距人孔（閥）井外邊緣1.5m以內，自地面算起1m高的圓柱形空間、以通氣管管口為中心，半徑為3m(2m)的球形空間和以密閉卸油口為中心，半徑為1.5m的球形并延至地面的空間劃分為2區。換電站建設在加油站輔助區域，屬于非爆炸危險區域，換電站無需進行防爆設計。但仍然建議換電站內設備設計為無火花型電氣設備。

6消防設施

由于換電站是新能源領域新產品，沒有國家強制標準進行消防設施設計安裝。根據現場調研，換電站內電池充電間一般安裝感煙探測器，電池充電架每層電池安裝感溫光纖火災探測器，火災自動報警后聯動切斷充電電源。同時針對電池充電管理，安裝電池監控管理系統，有效監控電池的溫度和充電狀態。發現電池異常時，設置有電池一鍵取出按鈕，將問題電池快速取出并放置于室外消防桶進行隔離處置。另外，換電站內配電箱應安裝電氣火災監控系統，報警信號也要傳輸到值班室。電池充電間內設置溫控自動換氣風機和空調，保持充電間內的溫度恒定，防止電氣設備溫度過高引發火災。按規范要求，有些加油站可不設計消防給水系統。增建換電站后，換電站火災危險性參照丁戊類廠房要求，按火災延續時間2h計算消防用水量，應當增加消防給水系統設計。換電站設置干粉、二氧化碳和水基型滅火器，配置消防水槍水帶。可參照《預制艙式磷酸鐵鋰電池儲能電站消防技術規范》T/CEC373-2020設置氣體滅火系統，由感煙（溫）探測器報警，確認火災后自動聯動啟動七氟丙烷氣體噴放滅火。氣體滅火雖然無法撲滅電池內部深位火災，但能撲滅電池的第一次明火火災，給一鍵取出電池操作提供時間保障。具體設計要求按照《氣體滅火系統設計規范》GB50370，而且七氟丙烷氣體滅火噴放后無殘留物質，不會對電池和其他電氣設施產生污染，也可以無人值守、遠程監控，不會增加人力成本的投資。同時也可以深化設計，結合現行規范，增加感溫電纜的報警信號，作為第一點觸發報警信號，啟動聲光報警器，由點式感煙（溫）探測器作為第二點觸發報警信號，聯動啟動七氟丙烷氣體滅火裝置噴放滅火氣體。

7管理方面

換電站作為新能源汽車充電裝置，目前沒有作為建筑物或者構筑物的定性，也沒有明確的消防專業設計防火規范進行防火設計，只能結合已有消防規范和類似建筑的相關規范，同時更需要加強自身消防安全管理。首先，應開展換電站消防安全評估。因為換電站目前沒有明確的消防規范標準進行設計，消防設施安裝和管理只能參照其他相關規范要求，因此建議進行第三方安全評估，并邀請行業專家進行消防安全論證，提供更多、更專業、更全面的防火設計和管理經驗。其次，運營過程中，要制定消防安全檢查制度，對員工進行消防教育培訓。最后，還要制定滅火工作預案，作為消防安全重點部位，定期開展預案演練。

8結語

相較于新能源汽車充電裝置，換電模式對于電池安全管控更有利，可以高效解決電池安全、延長電池壽命、降低新能源汽車整車成本、合理使用電力能源與土地資源等產業難題。同時，將電池集中充電，相對于單臺車輛充電，更有利于電池的安全管理，防止電動汽車充電火災的發生。換電模式正在成為解決環境污染和溫室效應的一個重要方案，國家正在大力推廣發展新能源汽車換電模式。鑒于目前換電站設計沒有強制性的國家規范標準，急需有關部門制定電動汽車換電站的消防安全標準。目前按照已有規范，對加油站建設換電站，應當與加油設施保持足夠的防火間距，參照相關專業防火設計規范設置消防設施，補強室外消防給水設施，設置感溫電纜、感溫光纖等早期火災預警系統，有條件設置七氟丙烷氣體滅火系統。加強設施投入使用后的消防安全管理，特別是消防培訓和滅火演練工作，保障換電站和加油站安全穩定運行。

參考文獻

[1]GB50156-2012（2014年版）.汽車加油加氣站設計與施工規范[S].

[2]GB/T51007-2015.電動汽車電池更換站設計規范[S].

[3]GB/T29772-2013.電動汽車電池更換站通用技術要求[S].

作者：袁焱華 單位：應急管理部上海消防研究所 上海倍安實業有限公司