航空鋰電池特殊運輸裝備現狀及其適航要求

隨著我國民航產業的快速發展，航空貨運量逐年增加，鋰電池等易燃易爆危險品相關的特殊航空貨運需求也大幅增加。以鋰電池為例，全球每年有價值55 億美元的鋰電池需要通過陸地和海洋進行運輸，運輸效率遠不及使用航空運輸。另外根據FAA 對全美運輸的統計，最近20 年里一共發生了129 起與鋰電池及其相關產品發生燃燒的事故。鋰電池著火后的熱量溫度高達650℃，足以融化鋁合金航空集裝設備，國際民用航空組織從2015 年起禁止使用鋁合金類航空集裝箱設備用于鋰電池運輸，現有鋰電池采用托盤裝載，只能使用全貨機，且貨艙等級為C 級以內，不能使用客機腹艙。如果采用航空鋰電池特殊運輸設備—耐火航空集裝箱將使危險性大為降低，從而在保障航空安全運輸的同時釋放龐大的貨運需求，提高運輸效率。

1 航空鋰電池特殊運輸裝備必要性

美國國家運輸安全委員會（NTSB） 調查了從2006 年開始發生的三起重大事故，發現原因主要是集裝箱內貨物（主要是鋰電池） 燃燒迅速，集裝箱由于不防火被迅速燒穿，煙霧從貨艙進入駕駛艙，導致駕駛員沒有時間反應，從而造成兩起墜機、一起飛機燒毀的重大航空安全事故。

（1） 2010 年UPS 航空6 號班機空難。2010 年UPS 波音B747-400F 在迪拜墜毀，飛行員遇難。調查后發現是由于貨機搭載了大量鋰電池（8 100 粒），起火后火勢迅速蔓延，煙霧進入駕駛艙，導致機組人員無法操縱飛機，如圖1 所示。

圖1 UPS 貨機迪拜墜毀

（2） 2011 年韓亞航空991 號班機空難。2011 年韓亞航空波音B747-400F 從由首爾仁川機場起飛，前往上海浦東，貨機搭載58 噸貨物，包括大批的手提電話、鋰電池、半導體、發光二極管和液晶顯示器等，余下貨物（約400kg） 則有樹脂、油漆和其他化學品，墜毀于濟州島附近海域，飛行員遇難。韓國ARAIB 調查結果顯示，火災導致操作系統失效，起火原因為兩個集裝板搭載的鋰電池爆炸，如圖2 所示。

圖2 韓亞貨機墜毀

（3） 2006 年UPS 航空1307 號班機燒毀。2006 年UPS 貨機Douglas DC-8-71F 在費城機場降落時起火，隨后在機場燒毀。NTSB 調查結果顯示，火災是起源于編號12、13、14 號集裝箱中貨物（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 鋰電池危險性及特殊運輸裝備現狀

由于鋰電池等易燃易爆危險品在初燃階段會伴隨輕微爆炸，在發生二次燃燒的同時，會伴隨強烈爆炸，且燃燒十分劇烈。為研究各種類型鋰電池的燃燒特性，FAA 在2004 年、2006 年和2008 年分別提交了三個技術報告：在DOT/FAA/AR-04/26 中對不可充電鋰電池火災對飛機潛在的威脅進行了測試，并得出以下結論：一個相對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。

單一電池可以產生很大的能量（將50kg 以上的實驗平臺各邊均擊出3～5cm），而空運鋰電池時最小包裝也為100 枚，在一個集裝箱中甚至可以容納上萬枚以上，任何一枚電池的熱失控均可產生足夠的威力引起周圍電池及包裝瓦楞紙箱的燃燒，進而產生多米諾響應，發生連鎖爆炸，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輸鋰電池的特殊運輸裝備，到目前止，公開報道中全球只有UPS、DHL 是通過規模化使用耐火集裝箱運輸鋰電池等危險品來保證航空運輸安全。2013 年，UPS 在2010 年迪拜貨機因鋰電池起火原因導致墜機后，訂購了1 821 個耐火集裝箱來保障運輸安全，后續還增加了約700 個的訂單，如圖4 所示。DHL 曾訂購了400 個耐火集裝箱來保障運輸安全，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 航空鋰電池特殊運輸裝備適航測試要求

耐火集裝箱作為航空集裝箱，首先要滿足CTSO-C90《集裝板、集裝網和集裝箱（集裝器）》以及SAE AS36100《航空貨運集裝器的性能要求和試驗參數》關于航空集裝箱的要求；其次，其設計和測試還應符合ISO 19281《空運耐火集裝箱設計、性能及測試要求》，除了通過標準規定的材料燃燒試驗、環境試驗外，還要通過全尺寸靜力試驗和全尺寸耐火試驗。

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

（2） 環境試驗是耐火集裝箱需要通過耐磨、穿刺、霉菌等試驗。

（3） 全尺寸試驗是耐火集裝箱在A 類著火、峰值溫度約700℃的情況下堅持6 個小時而不產生破壞，國外某廠的試驗曲線及過程如圖6、圖7 所示。

圖6 全尺寸燃燒試驗過程曲線

圖7 全尺寸試驗中的耐火集裝箱

4 結論與建議

航空用耐火集裝箱可以有效保障航空貨運的安全，當航空貨物發生險情時可以爭取更多的應急反應和處理時間，由于耐火集裝箱的使用最近8 年再無貨機因為貨物燃爆導致重大安全事故發生的現象。國內航空貨運正處于蓬勃發展時期，應重視航空貨物的安全運輸，提高耐火集裝箱的使用比例，加快推進耐火集裝箱的普及。