航空锂电池特殊运输装备现状及其适航要求

随着我国民航产业的快速发展，航空货运量逐年增加，锂电池等易燃易爆危险品相关的特殊航空货运需求也大幅增加。以锂电池为例，全球每年有价值55 亿美元的锂电池需要通过陆地和海洋进行运输，运输效率远不及使用航空运输。另外根据FAA 对全美运输的统计，最近20 年里一共发生了129 起与锂电池及其相关产品发生燃烧的事故。锂电池着火后的热量温度高达650℃，足以融化铝合金航空集装设备，国际民用航空组织从2015 年起禁止使用铝合金类航空集装箱设备用于锂电池运输，现有锂电池采用托盘装载，只能使用全货机，且货舱等级为C 级以内，不能使用客机腹舱。如果采用航空锂电池特殊运输设备—耐火航空集装箱将使危险性大为降低，从而在保障航空安全运输的同时释放庞大的货运需求，提高运输效率。

1 航空锂电池特殊运输装备必要性

美国国家运输安全委员会（NTSB） 调查了从2006 年开始发生的三起重大事故，发现原因主要是集装箱内货物（主要是锂电池） 燃烧迅速，集装箱由于不防火被迅速烧穿，烟雾从货舱进入驾驶舱，导致驾驶员没有时间反应，从而造成两起坠机、一起飞机烧毁的重大航空安全事故。

（1） 2010 年UPS 航空6 号班机空难。2010 年UPS 波音B747-400F 在迪拜坠毁，飞行员遇难。调查后发现是由于货机搭载了大量锂电池（8 100 粒），起火后火势迅速蔓延，烟雾进入驾驶舱，导致机组人员无法操纵飞机，如图1 所示。

图1 UPS 货机迪拜坠毁

（2） 2011 年韩亚航空991 号班机空难。2011 年韩亚航空波音B747-400F 从由首尔仁川机场起飞，前往上海浦东，货机搭载58 吨货物，包括大批的手提电话、锂电池、半导体、发光二极管和液晶显示器等，余下货物（约400kg） 则有树脂、油漆和其他化学品，坠毁于济州岛附近海域，飞行员遇难。韩国ARAIB 调查结果显示，火灾导致操作系统失效，起火原因为两个集装板搭载的锂电池爆炸，如图2 所示。

图2 韩亚货机坠毁

（3） 2006 年UPS 航空1307 号班机烧毁。2006 年UPS 货机Douglas DC-8-71F 在费城机场降落时起火，随后在机场烧毁。NTSB 调查结果显示，火灾是起源于编号12、13、14 号集装箱中货物（装有锂电池的笔记本电脑） 的阴燃，如图3 所示。

图3 UPS1307 航班烧毁

2 锂电池危险性及特殊运输装备现状

由于锂电池等易燃易爆危险品在初燃阶段会伴随轻微爆炸，在发生二次燃烧的同时，会伴随强烈爆炸，且燃烧十分剧烈。为研究各种类型锂电池的燃烧特性，FAA 在2004 年、2006 年和2008 年分别提交了三个技术报告：在DOT/FAA/AR-04/26 中对不可充电锂电池火灾对飞机潜在的威胁进行了测试，并得出以下结论：一个相对小的火源就可以引燃单一电池燃烧，而单一电池燃烧后能量很大。

单一电池可以产生很大的能量（将50kg 以上的实验平台各边均击出3～5cm），而空运锂电池时最小包装也为100 枚，在一个集装箱中甚至可以容纳上万枚以上，任何一枚电池的热失控均可产生足够的威力引起周围电池及包装瓦楞纸箱的燃烧，进而产生多米诺响应，发生连锁爆炸，该爆炸威力不仅可能引起货舱其他可燃物的燃烧，更甚者可以击穿航空器，直接造成失压，最终导致航空器失控或在空中解体，酿成空难事故。

航空耐火集装箱是目前已知的可以安全运输锂电池的特殊运输装备，到目前止，公开报道中全球只有UPS、DHL 是通过规模化使用耐火集装箱运输锂电池等危险品来保证航空运输安全。2013 年，UPS 在2010 年迪拜货机因锂电池起火原因导致坠机后，订购了1 821 个耐火集装箱来保障运输安全，后续还增加了约700 个的订单，如图4 所示。DHL 曾订购了400 个耐火集装箱来保障运输安全，如图5 所示。

图4 UPS 使用的耐火集装箱

图5 DHL 使用的耐火集装箱

3 航空锂电池特殊运输装备适航测试要求

耐火集装箱作为航空集装箱，首先要满足CTSO-C90《集装板、集装网和集装箱（集装器）》以及SAE AS36100《航空货运集装器的性能要求和试验参数》关于航空集装箱的要求；其次，其设计和测试还应符合ISO 19281《空运耐火集装箱设计、性能及测试要求》，除了通过标准规定的材料燃烧试验、环境试验外，还要通过全尺寸静力试验和全尺寸耐火试验。

（1） 材料燃烧试验主要是火焰渗透试验，即在施加约1 000℃火焰源后5 分钟内不得有任何试样渗入火焰，并且在水平试验上表面上方100mm（4.0in） 处测得峰值温度不得超过204℃（400℉）。

（2） 环境试验是耐火集装箱需要通过耐磨、穿刺、霉菌等试验。

（3） 全尺寸试验是耐火集装箱在A 类着火、峰值温度约700℃的情况下坚持6 个小时而不产生破坏，国外某厂的试验曲线及过程如图6、图7 所示。

图6 全尺寸燃烧试验过程曲线

图7 全尺寸试验中的耐火集装箱

4 结论与建议

航空用耐火集装箱可以有效保障航空货运的安全，当航空货物发生险情时可以争取更多的应急反应和处理时间，由于耐火集装箱的使用最近8 年再无货机因为货物燃爆导致重大安全事故发生的现象。国内航空货运正处于蓬勃发展时期，应重视航空货物的安全运输，提高耐火集装箱的使用比例，加快推进耐火集装箱的普及。