航空鋰電池特殊運(yùn)輸裝備現(xiàn)狀及其適航要求

隨著我國(guó)民航產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，航空貨運(yùn)量逐年增加，鋰電池等易燃易爆危險(xiǎn)品相關(guān)的特殊航空貨運(yùn)需求也大幅增加。以鋰電池為例，全球每年有價(jià)值55 億美元的鋰電池需要通過(guò)陸地和海洋進(jìn)行運(yùn)輸，運(yùn)輸效率遠(yuǎn)不及使用航空運(yùn)輸。另外根據(jù)FAA 對(duì)全美運(yùn)輸?shù)慕y(tǒng)計(jì)，最近20 年里一共發(fā)生了129 起與鋰電池及其相關(guān)產(chǎn)品發(fā)生燃燒的事故。鋰電池著火后的熱量溫度高達(dá)650℃，足以融化鋁合金航空集裝設(shè)備，國(guó)際民用航空組織從2015 年起禁止使用鋁合金類(lèi)航空集裝箱設(shè)備用于鋰電池運(yùn)輸，現(xiàn)有鋰電池采用托盤(pán)裝載，只能使用全貨機(jī)，且貨艙等級(jí)為C 級(jí)以?xún)?nèi)，不能使用客機(jī)腹艙。如果采用航空鋰電池特殊運(yùn)輸設(shè)備—耐火航空集裝箱將使危險(xiǎn)性大為降低，從而在保障航空安全運(yùn)輸?shù)耐瑫r(shí)釋放龐大的貨運(yùn)需求，提高運(yùn)輸效率。

1 航空鋰電池特殊運(yùn)輸裝備必要性

美國(guó)國(guó)家運(yùn)輸安全委員會(huì)（NTSB） 調(diào)查了從2006 年開(kāi)始發(fā)生的三起重大事故，發(fā)現(xiàn)原因主要是集裝箱內(nèi)貨物（主要是鋰電池） 燃燒迅速，集裝箱由于不防火被迅速燒穿，煙霧從貨艙進(jìn)入駕駛艙，導(dǎo)致駕駛員沒(méi)有時(shí)間反應(yīng)，從而造成兩起墜機(jī)、一起飛機(jī)燒毀的重大航空安全事故。

（1） 2010 年UPS 航空6 號(hào)班機(jī)空難。2010 年UPS 波音B747-400F 在迪拜墜毀，飛行員遇難。調(diào)查后發(fā)現(xiàn)是由于貨機(jī)搭載了大量鋰電池（8 100 粒），起火后火勢(shì)迅速蔓延，煙霧進(jìn)入駕駛艙，導(dǎo)致機(jī)組人員無(wú)法操縱飛機(jī)，如圖1 所示。

圖1 UPS 貨機(jī)迪拜墜毀

（2） 2011 年韓亞航空991 號(hào)班機(jī)空難。2011 年韓亞航空波音B747-400F 從由首爾仁川機(jī)場(chǎng)起飛，前往上海浦東，貨機(jī)搭載58 噸貨物，包括大批的手提電話(huà)、鋰電池、半導(dǎo)體、發(fā)光二極管和液晶顯示器等，余下貨物（約400kg） 則有樹(shù)脂、油漆和其他化學(xué)品，墜毀于濟(jì)州島附近海域，飛行員遇難。韓國(guó)ARAIB 調(diào)查結(jié)果顯示，火災(zāi)導(dǎo)致操作系統(tǒng)失效，起火原因?yàn)閮蓚€(gè)集裝板搭載的鋰電池爆炸，如圖2 所示。

圖2 韓亞貨機(jī)墜毀

（3） 2006 年UPS 航空1307 號(hào)班機(jī)燒毀。2006 年UPS 貨機(jī)Douglas DC-8-71F 在費(fèi)城機(jī)場(chǎng)降落時(shí)起火，隨后在機(jī)場(chǎng)燒毀。NTSB 調(diào)查結(jié)果顯示，火災(zāi)是起源于編號(hào)12、13、14 號(hào)集裝箱中貨物（裝有鋰電池的筆記本電腦） 的陰燃，如圖3 所示。

圖3 UPS1307 航班燒毀

2 鋰電池危險(xiǎn)性及特殊運(yùn)輸裝備現(xiàn)狀

由于鋰電池等易燃易爆危險(xiǎn)品在初燃階段會(huì)伴隨輕微爆炸，在發(fā)生二次燃燒的同時(shí)，會(huì)伴隨強(qiáng)烈爆炸，且燃燒十分劇烈。為研究各種類(lèi)型鋰電池的燃燒特性，F(xiàn)AA 在2004 年、2006 年和2008 年分別提交了三個(gè)技術(shù)報(bào)告：在DOT/FAA/AR-04/26 中對(duì)不可充電鋰電池火災(zāi)對(duì)飛機(jī)潛在的威脅進(jìn)行了測(cè)試，并得出以下結(jié)論：一個(gè)相對(duì)小的火源就可以引燃單一電池燃燒，而單一電池燃燒后能量很大。

單一電池可以產(chǎn)生很大的能量（將50kg 以上的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)各邊均擊出3～5cm），而空運(yùn)鋰電池時(shí)最小包裝也為100 枚，在一個(gè)集裝箱中甚至可以容納上萬(wàn)枚以上，任何一枚電池的熱失控均可產(chǎn)生足夠的威力引起周?chē)姵丶鞍b瓦楞紙箱的燃燒，進(jìn)而產(chǎn)生多米諾響應(yīng)，發(fā)生連鎖爆炸，該爆炸威力不僅可能引起貨艙其他可燃物的燃燒，更甚者可以擊穿航空器，直接造成失壓，最終導(dǎo)致航空器失控或在空中解體，釀成空難事故。

航空耐火集裝箱是目前已知的可以安全運(yùn)輸鋰電池的特殊運(yùn)輸裝備，到目前止，公開(kāi)報(bào)道中全球只有UPS、DHL 是通過(guò)規(guī)模化使用耐火集裝箱運(yùn)輸鋰電池等危險(xiǎn)品來(lái)保證航空運(yùn)輸安全。2013 年，UPS 在2010 年迪拜貨機(jī)因鋰電池起火原因?qū)е聣嫏C(jī)后，訂購(gòu)了1 821 個(gè)耐火集裝箱來(lái)保障運(yùn)輸安全，后續(xù)還增加了約700 個(gè)的訂單，如圖4 所示。DHL 曾訂購(gòu)了400 個(gè)耐火集裝箱來(lái)保障運(yùn)輸安全，如圖5 所示。

圖4 UPS 使用的耐火集裝箱

圖5 DHL 使用的耐火集裝箱

3 航空鋰電池特殊運(yùn)輸裝備適航測(cè)試要求

耐火集裝箱作為航空集裝箱，首先要滿(mǎn)足CTSO-C90《集裝板、集裝網(wǎng)和集裝箱（集裝器）》以及SAE AS36100《航空貨運(yùn)集裝器的性能要求和試驗(yàn)參數(shù)》關(guān)于航空集裝箱的要求；其次，其設(shè)計(jì)和測(cè)試還應(yīng)符合ISO 19281《空運(yùn)耐火集裝箱設(shè)計(jì)、性能及測(cè)試要求》，除了通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的材料燃燒試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)外，還要通過(guò)全尺寸靜力試驗(yàn)和全尺寸耐火試驗(yàn)。

（1） 材料燃燒試驗(yàn)主要是火焰滲透試驗(yàn)，即在施加約1 000℃火焰源后5 分鐘內(nèi)不得有任何試樣滲入火焰，并且在水平試驗(yàn)上表面上方100mm（4.0in） 處測(cè)得峰值溫度不得超過(guò)204℃（400℉）。

（2） 環(huán)境試驗(yàn)是耐火集裝箱需要通過(guò)耐磨、穿刺、霉菌等試驗(yàn)。

（3） 全尺寸試驗(yàn)是耐火集裝箱在A 類(lèi)著火、峰值溫度約700℃的情況下堅(jiān)持6 個(gè)小時(shí)而不產(chǎn)生破壞，國(guó)外某廠的試驗(yàn)曲線(xiàn)及過(guò)程如圖6、圖7 所示。

圖6 全尺寸燃燒試驗(yàn)過(guò)程曲線(xiàn)

圖7 全尺寸試驗(yàn)中的耐火集裝箱

4 結(jié)論與建議

航空用耐火集裝箱可以有效保障航空貨運(yùn)的安全，當(dāng)航空貨物發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)可以爭(zhēng)取更多的應(yīng)急反應(yīng)和處理時(shí)間，由于耐火集裝箱的使用最近8 年再無(wú)貨機(jī)因?yàn)樨浳锶急瑢?dǎo)致重大安全事故發(fā)生的現(xiàn)象。國(guó)內(nèi)航空貨運(yùn)正處于蓬勃發(fā)展時(shí)期，應(yīng)重視航空貨物的安全運(yùn)輸，提高耐火集裝箱的使用比例，加快推進(jìn)耐火集裝箱的普及。