鋰電池廠房設計和施工8個要點1個總結(jié)建設方案

       隨著新能源電動汽車行業(yè)興起，帶動著動力電池生產(chǎn)企業(yè)的迅速發(fā)展，同時也帶動著對鋰電池潔凈廠房的建設需求。較多企業(yè)新涉足此行業(yè)，對廠房建設停留在依葫蘆畫瓢的階段，或怕出問題一味的提高建設要求，最終導致施工過程經(jīng)常出現(xiàn)邊建邊拆邊改的情況，造成投資的浪費。

       為使?jié)撛谕顿Y企業(yè)了解鋰電潔凈廠房的基本建設需求，避免盲目投資，合景凈化工程公司從以下分別從廠房結(jié)構(gòu)、消防、內(nèi)裝、空調(diào)、工藝管道、電氣方面做簡單綜述。

一、廠房結(jié)構(gòu)

       廠房分自建廠房和租賃廠房，因鋰電潔凈廠房整體建筑面積大，比較難找到合適廠房租賃，大多數(shù)企業(yè)選擇自建廠房。

       自建廠房又分為混凝土框架結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)，各有優(yōu)劣。混凝土框架結(jié)構(gòu)土建施工周期長，投資預算高，使用周期長，適合做長遠發(fā)展的大中型企業(yè)；鋼結(jié)構(gòu)廠房施工周期短，投資預算低，使用周期短，適合需要迅速發(fā)展的中小型企業(yè)。以上不管何種結(jié)構(gòu)廠房，均不宜建多層廠房，且均需充分考慮地基承重、樓面沉重、設備房大小、廠房消防等級等。設備房及輔助用房建議統(tǒng)一設置在某一側(cè)或某個集中區(qū)域。

       荷載按照800KG/M2。

       層高按照6.6M~7.2M~8M

       柱網(wǎng)按照9 M ~12M

二、消防

       由于鋰材料的特殊化學性，又需滿足消防驗收要求，在節(jié)約投資的情況下也也需要充分考慮到危險的防范，此部分需特別注意。一般廠房為丙類廠房，消防涵蓋排煙、噴淋、報警、應急照明等。注液區(qū)、電解液存放區(qū)、高溫房等危險性較高區(qū)域，需單獨隔離防火分區(qū)，各類設備考慮防爆及耐腐蝕要求等。

       注意一定要設計為丙類廠房，否則消防有可能驗收不過。

       化成間、分容間、二次高溫靜置房設計消防卷盤，用于非消防人員在火災初期有效撲救；卷盤長度25M。

三、內(nèi)裝

       隔墻布局需綜合消防逃生、人流物流通道、生產(chǎn)設備的擺放等多方面因素。生產(chǎn)設備由于生產(chǎn)材料的不同（如三元鋰、磷酸鐵鋰等）及設備自動化程度或廠家的不同，尺寸規(guī)格有較大出入。建設單位需在確定產(chǎn)品、生產(chǎn)設備后再結(jié)合考慮整體布局，有出入再做調(diào)整。由于存在高溫和低濕度環(huán)境的特殊性，隔墻、天花、門窗的選擇都需要注意。高溫房一般為單獨隔離分區(qū)，圍護采用巖棉板材質(zhì)，門體采用防火門。低濕度區(qū)域圍護采用隔墻巖棉板，天花玻鎂巖棉板，門體采用成型密閉門，玻璃采用雙層真空玻璃窗。

       1）地面：3MM 環(huán)氧自流平+高耐磨聚氨酯罩面+啞光，配料車間（正負極攪拌間）、涂布機頭、涂布機尾區(qū)、清洗間、電解液存放間地面采用厚度2mm的304不銹鋼板材焊接，清洗墻面沿地面上翻1200mm

       2）車間墻面采用50型手工玻鎂雙面巖棉凈化板，鋼板厚度0.472mm；

       3）輥壓機重量35噸，設備基礎采用雙層雙向鋼筋結(jié)構(gòu) ；

四、空調(diào)

       鋰電潔凈廠房一般廠區(qū)面積大，制冷總負荷大，需綜合計算全區(qū)域的總冷負荷，確定制冷主機冷量及安裝位置，考慮節(jié)能的需求，制冷主機盡量集中在冷凍站，并充分考慮后期擴建連通預留管路閥門，再通過冷凍水管分區(qū)輸送冷源。北方省份還需考慮冬季防凍措施。

       鋰電潔凈廠房與其它行業(yè)的最大不同是對濕度控制要求較高，除濕機組是保障環(huán)境露點的核心設備。除濕機組的選擇，車間圍護的密閉性，風管的密閉性，人員數(shù)量，車間的管控都需綜合考慮。除濕機組盡量選擇市場知名度較高的品牌，車間隔墻天花嚴格施工工藝，門窗采用定制成型密閉型，風管采用角鐵法蘭，注液等低濕度區(qū)域采用不銹鋼風管?？照{(diào)部分的控制建議采用PLC控制，為便于操作使用整合安裝于各空調(diào)控制柜上。

       有投資預算的企業(yè)還可以采用中央控制，集中監(jiān)視。五、工藝管道 鋰電池生產(chǎn)過程需要冷卻水、壓縮空氣、氮氣、真空、給排水、排氣等。根據(jù)設備需求，統(tǒng)計整體用量，確定設備型號及安裝位置，根據(jù)生產(chǎn)設備布局及需求量布置管道走向。需要注意的氣管部分是由于廠區(qū)面積大，管路損耗大，需要考慮在遠端增加儲氣罐及環(huán)管。真空設備及管路部分需要區(qū)分電解液區(qū)域及普通區(qū)域。

       局部會有很多亞克力微環(huán)境結(jié)構(gòu)，以便節(jié)能降耗。

重點關注問題：

       1.凈化空調(diào)風管必須用法蘭連接，1%相對濕度區(qū)域的送回風管采用不銹鋼管，焊接連接,為滿足風量泄漏量及密封要求，應按照高壓系統(tǒng)施工。在相對濕度小于10%的區(qū)域的鍍鋅鋼板厚度干管應采用風管厚度1.2mm。在法蘭鉚釘處及其他風管連接處打密封膠，保證風管的允許漏風量不大于1.64m3 /(h*m2 )

       2.轉(zhuǎn)輪除濕機組 再熱采用蒸汽， 帶熱回收裝置，可節(jié)省制熱量；

       3.空調(diào)風機、排風機采用變頻風機，可根據(jù)實際所需風量調(diào)節(jié)電能消耗，節(jié)省電能；

       4.空調(diào)系統(tǒng)風管、水管均嚴格保溫，減少熱量損失；

       5.空調(diào)系統(tǒng)均設有溫濕度自動控制系統(tǒng)（DDC），精確控制溫濕度，節(jié)省了冷熱量;

       6.空調(diào)新風量設計滿足每人不小于40m3/h的工業(yè)衛(wèi)生標準,保證生產(chǎn)區(qū)人員工作環(huán)境要求;

       7.風冷熱泵機組采用環(huán)保冷媒R407C，減少環(huán)境污染。

       8.冷熱源由水冷螺桿/離心機組或設置在屋頂上的一體式一體化雙冷高效冷水機組提供,冷凍水為7/12°c，熱水為45/40°c。,一臺為熱泵機組，冬季可制熱；冷水機組還提供設備工藝冷凍水設置一套板式換熱器，與冷凍水進行交換得到20/35°c的冷卻水為空壓機降溫，配兩臺水泵，一用一備。智能補水定壓綜合水處理裝置放在屋面上，接至冷卻水回水管，為冷卻水系統(tǒng)定壓補水。

       9.鋰電池廠的氣體需求一般為壓縮空氣（無油的）、氮氣（99.99%或99.999%）、真空、具體要求視工藝設備需求，管道可采用比銹鋼管或鋁合金管道、閥門采用不銹鋼球閥或蝶閥。

       10.給排水除了工藝冷卻水需求之外，還需要純水。

六、電氣

       鋰電潔凈廠房生產(chǎn)設備及空調(diào)等輔助設備較多，用電功率大。電房布置及變壓器大小選擇需考慮整體用電負荷。供電分區(qū)、橋架走向、分級控制等為便于后期維護使用及用電安全需綜合考慮。 很多鋰電池廠優(yōu)先靠近電廠等，這樣成本優(yōu)勢就很大。

       電柜斷路器及電纜建議使用市場知名度較高的品牌，電線電纜均采用阻燃型，穿線管采用鍍鋅線管。照明部分建議采用LED光源，車間部分照度控制在250Lux至300Lux左右照度，倉庫及設備房100Lux左右照度，應急照明按消防規(guī)范及房間布局安裝，并考慮其它檢修照明及檢修插座等。 燈具一定要避讓我們的設備，很多設計燈具沒有避讓工藝設備。

七、總結(jié)

       由于電池生產(chǎn)環(huán)境要求的嚴苛，需充分考慮設計的完整和合理性、施工工藝的嚴格管控、節(jié)能、生產(chǎn)工藝及投資預算，兼顧平衡，確保鋰電潔凈廠房的順利建設投產(chǎn)。

八、其它相關資料

       鋰電池目前被廣泛應用于各類數(shù)碼產(chǎn)品 ， 受國家產(chǎn)業(yè)政策支持的電動汽車 、電動自行車等發(fā)展較快 ，動力鋰電成為鋰電池的潛力領域 。 然而其制造過程極為嚴苛 ，需要非常干燥的環(huán)境 ，通常要求環(huán)境空氣露點溫度達到－40℃以下。 鋰電池類的制造過程有著極為嚴苛的生產(chǎn)環(huán)境要求 ， 因此在設計 、施工過程中任何一部分出現(xiàn)偏差都會給整個系統(tǒng)帶來損失 。另外 ，為了對液晶 、有機發(fā)光顯示屏等新型電子元件的高性能化進行研究 ，或為了提高生產(chǎn)效率 、降低生產(chǎn)成本等常常需要在超低露點（－85℃）以下環(huán)境中生產(chǎn) 。因此 ，隨著各種高性能電子元件的開發(fā) 、制造過程的實用化 ，對超低露點干燥空氣環(huán)境的需求會越來越多。

       常用的超低露點環(huán)境是利用吸附技術(shù)對空氣中的水分進行吸附除濕 ，獲得干燥空氣 。而采用硅膠或分子篩吸附除濕的方式已經(jīng)逐步成為主流，吸附式除濕裝置又可以分為吸附塔式和轉(zhuǎn)輪式吸附除濕機2種 。轉(zhuǎn)輪式除濕技術(shù)已被國內(nèi)企業(yè)接受和掌握 ，并取得了長足的發(fā)展 ，在核心部件采用進口除濕轉(zhuǎn)輪的基礎上 ，已完全能夠勝任鋰電池生產(chǎn)過程中所要求的低露點和超低露點濕度控制 ，并成為代表技術(shù)被各個行業(yè)所采用。

1、現(xiàn)行超低露點空調(diào)除濕系統(tǒng)存在的主要問題

1.1現(xiàn)行超低露點空調(diào)除濕系統(tǒng)流程

       合景凈化工程公司m.hardtofindfoods.com以鋰電池干燥房的露點溫度要求 （－50℃） 為例。 在空氣處理過程中 ， 空氣處理系統(tǒng)分為2個子系統(tǒng) ： 工作間空氣處理系統(tǒng)和轉(zhuǎn)輪再生空氣處理系統(tǒng) 。

       工作間空氣處理流程 ： 室外新風 Ａ 經(jīng)初效過濾后進入前表冷器一 ， 通過冷卻除濕得到低溫飽和濕空氣 Ｂ， 經(jīng)一級轉(zhuǎn)輪除濕至 Ｃ 工況 ， 再與室內(nèi)回風 Ｈ１ 混合至 Ｄ 工況 ， 經(jīng)過前表冷器二降溫后得到 Ｅ， 其中大部分空氣進入二級轉(zhuǎn)輪進行深度除濕 ， 得到低露點空氣 Ｆ， 再經(jīng)后表冷器和中效過濾器至 Ｇ 工況后送至工作間 。

       轉(zhuǎn)輪再生空氣處理流程 ：① 一級轉(zhuǎn)輪再生系統(tǒng)的再生空氣來自二級轉(zhuǎn)輪再生空氣的排氣 ， 具體在二級轉(zhuǎn)輪再生系統(tǒng)中陳述 。② 由于室外空氣含濕量較高 ， 盡管加熱后 ， 其水蒸氣分壓力降低 ， 但仍高于二級轉(zhuǎn)輪再生段吸濕劑的水蒸氣分壓力 ， 不能滿足二級轉(zhuǎn)輪再生氣體的含濕量要求 。 因此 ， 采用相對干燥的空氣進行轉(zhuǎn)輪再生才能克服這個難題 。 所以 ， 在二級轉(zhuǎn)輪再生系統(tǒng)中 ， 二級轉(zhuǎn)輪再生氣體采用了經(jīng)一級轉(zhuǎn)輪處理與室內(nèi)回風混合并經(jīng)除濕的干燥空氣 Ｅ１（ 含濕量為 ０．４４ｇ／ｋｇ 干空氣 ）， 經(jīng)二級轉(zhuǎn)輪冷卻后至 Ｊ 工況 ， 空氣中的含濕量變?yōu)榧s １ｇ／ｋｇ 干空氣 。 在電加熱的作用下 ， 該氣體溫度升高至 Ｋ 工況 ， 空氣中的水蒸氣分壓力降低 ， 并將其用于二級轉(zhuǎn)輪的再生 ， 空氣狀態(tài)變?yōu)?nbsp;Ｌ。 盡管經(jīng)過二級轉(zhuǎn)輪的再生使用 ， 該空氣與室外新風比較還是相對干燥的 ， 將二級轉(zhuǎn)輪再生空氣的部分排氣加熱至 Ｍ 工況后 ， 用于一級轉(zhuǎn)輪的再生空氣 ， 從而提高了一級轉(zhuǎn)輪處理空氣的能力 。

1.2 運行過程中存在的主要問題

       １） 現(xiàn)行超低露點除濕系統(tǒng)通常采用一級和二級轉(zhuǎn)輪串聯(lián)方式 。 需要干燥的空氣除了一部分作為新風進入工作間 ， 還有一大部分作為二級轉(zhuǎn)輪的再生空氣 ［５］。 因此 ， 一級轉(zhuǎn)輪的空氣處理量較大 ， 運行成本較高 。

       ２） 由于各級除濕轉(zhuǎn)輪均配有再生加熱器 ， 且為了保證除濕效果 ， 經(jīng)計算一級轉(zhuǎn)輪的再生溫度需要 １１０℃， 二級轉(zhuǎn)輪的再生溫度需要 １４０℃， 在系統(tǒng)運行時會消耗大量的再生能源 。

       ３） 由于鋰電池生產(chǎn)環(huán)境要求極為苛刻 ， 任何一部分設計 、 施工出現(xiàn)偏差 ， 都會給整個系統(tǒng)帶來難以估量的損失 。 現(xiàn)行轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)較為復雜 ， 導致存在裝置大型化 、 設備投資高 、 控制點多 、 運行調(diào)試較復雜等問題 。

2、新型超低露點空調(diào)除濕系統(tǒng)構(gòu)成及特點

2.1新型超低露點空調(diào)除濕系統(tǒng)流程

       新型超低露點空調(diào)除濕系統(tǒng)流程如圖 ２ 所示 。 整個空氣處理系統(tǒng)分為 ２ 個子系統(tǒng) ， 但是 ２ 個子系統(tǒng)相對較為獨立 。

       工作間空氣處理流程 ： 室外新風經(jīng)過轉(zhuǎn)輪再生系統(tǒng)表冷器除濕后 （Ｄ２ 狀態(tài)點 ， 具體在轉(zhuǎn)輪再生空氣處理系統(tǒng)中陳述 ） 與回風 Ｊ１ 以及 Ｇ１ 經(jīng)轉(zhuǎn)輪預冷后的空氣混合至 Ｆ 點工況 。 此時 Ｆ 工況空氣的含濕量已經(jīng)很低 ， 經(jīng)過中效過濾器和表冷器后至 Ｇ 工況 ， 一部分 （Ｇ１） 經(jīng)過轉(zhuǎn)輪預冷段和經(jīng)除濕處理后的新風 Ｄ２ 混合 ， 另一部分 Ｇ２ 進入二級轉(zhuǎn)輪進行深度除濕至工況 Ｈ， 然后經(jīng)過表冷器達到送風狀態(tài)點 Ｉ 后進入工作間 。 轉(zhuǎn)輪再生空氣處理流程 ： 室外新風 Ａ１ 經(jīng)過初效過濾器和表冷器后至 Ｂ 工況 ， 與經(jīng)過二級轉(zhuǎn)輪再生后的空氣混合至 Ｂ１， 經(jīng)過表冷器后進入一級轉(zhuǎn)輪至 Ｄ 工況 ， 其中一部分空氣作為新風 Ｄ２ 與工作間的回風混合 ， 另一部分空氣 Ｄ１ 被加熱之后用于二級轉(zhuǎn)輪的再生至工況Ｅ， 此時空氣較室外空氣相對干燥 。 為了節(jié)能 ， 將其經(jīng)過顯熱換熱器后與處理的新風 Ｂ 混合 ， 再經(jīng)過表冷器后進入一級轉(zhuǎn)輪進行除濕處理 ， 如此循環(huán) 。

2.2新型超低露點空調(diào)除濕系統(tǒng)特點

       １） 系統(tǒng)運行穩(wěn)定后 ， 室外空氣處理量就是工作間所需的新風量 。 因此 ， 無論是二級轉(zhuǎn)輪還是一級轉(zhuǎn)輪的除濕量都大大減少 。 新風量對整個系統(tǒng)的沖擊較小 ， 工作間的濕度得到較好控制 。

       ２） 經(jīng)過計算得出 ， 一級轉(zhuǎn)輪再生溫度需要 １００℃， 二級轉(zhuǎn)輪的再生溫度則是 ８０℃， 較現(xiàn)行系統(tǒng)的再生溫度大大降低 ， 減少了轉(zhuǎn)輪再生能耗 ， 運行過程中節(jié)能降耗非常顯著 。 二級轉(zhuǎn)輪的使用壽命得到延長 ， 并為以后利用低溫熱源創(chuàng)造了有利條件 。 若與高溫熱泵結(jié)合在一起 ， 將進一步提升新型系統(tǒng)的節(jié)能效果 。

       ３） 由于一級轉(zhuǎn)輪和二級轉(zhuǎn)輪相對獨立 ， 系統(tǒng)調(diào)試較為簡單 ， 且實際運行過程中由于二級轉(zhuǎn)輪的除濕量極少 ， 且較低的再生溫度使二級轉(zhuǎn)輪的使用壽命得到延長 （ 其價格在整機中比重較大 ）， 后期的維護費用相應降低 。潔凈車間m.hardtofindfoods.com

3、改造前后系統(tǒng)運行狀態(tài)和節(jié)能性比較

       以無錫新區(qū)某日資企業(yè)鋰電池的轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)改造項目為例 。 由于除濕轉(zhuǎn)輪使用壽命和除濕效率的下降 ，導致原有空調(diào)除濕系統(tǒng) 無法滿足工作間送風參數(shù) ，故對該系統(tǒng)進行節(jié)能改造。所需干燥空氣送風量為5000ｍ3／ｈ，露點溫度為－50℃。 

       2014年一級轉(zhuǎn)輪和二級轉(zhuǎn)輪空氣再生加熱溫度的月平均值?？梢钥闯?，二級轉(zhuǎn)輪再生加熱溫度全年穩(wěn)定， 年平均溫度是101.5℃。一級轉(zhuǎn)輪再生加熱月平均溫度在5月和6月較高， 最高值6月份達到105.5℃。這是由于無錫5月和 6月室外空氣相對濕度較大 ，而一級轉(zhuǎn)輪再生用的就是室外新風 ， 因此再生加熱溫度較高。 但總體較為穩(wěn)定 ， 年平均溫度是101.5 ℃。新風全年 空氣狀態(tài)參數(shù)的變化對整個系統(tǒng)的影響較小，工作間的濕度控制較好 。 實際使用時考慮留有一些安全裕量 ，一級轉(zhuǎn)輪再生溫度設定為102℃，二級轉(zhuǎn)輪的再生溫度為82℃，工作間空氣露點的實測平均值達到－59.6℃，滿足要求 。新型除濕系統(tǒng)能耗由額定工況參數(shù) 算出，與現(xiàn)行除濕系統(tǒng)的能耗比較結(jié)果在表3中給出?？梢钥闯?，新型除濕系統(tǒng)總冷負荷與現(xiàn)行系統(tǒng)相當 ，但總熱負荷比現(xiàn)行除濕系統(tǒng)降低約46.7％，大大節(jié)約了除濕轉(zhuǎn)輪的再生能耗。

4、結(jié)論

       筆者對新開發(fā)的超低露點空調(diào)除濕系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成 、 操作條件 、 節(jié)能性能等進行研究 ， 得出以 下結(jié)論 ：

       １） 新型轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)中經(jīng)過一級轉(zhuǎn)輪的空氣量就是工作間所需的新風量 ， 使得一級轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)輪規(guī)格比改良前系統(tǒng)小 ， 在前期的設備投入方面節(jié)省了部分費用 。

       ２） 新型轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)中二級轉(zhuǎn)輪和一級轉(zhuǎn)輪的再生溫度較改良前系統(tǒng)大大降低 ， 這使得二級轉(zhuǎn)輪的使用壽命得到延長 ， 并為以后利用低溫熱源創(chuàng)造了有利條件 。 較低的再生溫度可以節(jié)省轉(zhuǎn)輪再生能耗 ， 運行過程中節(jié)能降耗顯著 。

       ３） 一級轉(zhuǎn)輪和二級轉(zhuǎn)輪相對獨立 ， 使得新型轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)調(diào)試較為簡單 。

       ４） 考慮到節(jié)約能耗和降低成本的要求 ， 還需要結(jié)合現(xiàn)場的生產(chǎn)工藝通盤考慮 ， 為后期生產(chǎn)建沒提供有益的幫助 。