某特種車輛海上閉艙行駛時(shí)艙室內(nèi)有害氣體的測(cè)試分析

閆金海，韓衛(wèi)敏，考希賓，萬(wàn)紅，夏寶清，孔巍

(兵器工業(yè)衛(wèi)生研究所 中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)人-機(jī)-環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710065)

1 引言

當(dāng)特種車輛在海上閉艙行駛時(shí)，各種泄漏工作液體的揮發(fā)以及發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的倒灌都直接影響到艙室內(nèi)空氣的質(zhì)量，產(chǎn)生有害氣體[1]。出于安全的設(shè)計(jì)和考慮，當(dāng)特種車輛在海上進(jìn)行浮渡行駛時(shí)，均要求必須完全閉艙行駛，這樣才能夠保證車輛的密度小于海水的密度而始終浮在水面不下沉水中。由于特種車輛艙室密閉性較強(qiáng)，空間較小，在水上行駛作訓(xùn)時(shí)，其艙室要求嚴(yán)格密閉，致使內(nèi)部有害氣體蓄積現(xiàn)象較為嚴(yán)重[2]。隨著行駛時(shí)間的不斷增加，特種車輛艙室內(nèi)的有害氣體濃度會(huì)不斷增加直至達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。操控特種車輛的乘員長(zhǎng)時(shí)間在此環(huán)境下工作將會(huì)導(dǎo)致工作持續(xù)能力下降，工作效率降低。過(guò)高的有害氣體濃度，短時(shí)間內(nèi)即可造成特種車輛乘員工作能力的喪失，甚至危及生命[1]。根據(jù)作者以往的實(shí)際測(cè)試經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，特種車輛受試人員可以耐受的并且有害氣體濃度基本能夠達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間約2 h。本試驗(yàn)借助某特種車輛海上行駛試驗(yàn)，以某特種車輛作為試驗(yàn)測(cè)試模型，對(duì)其三次海上閉艙2 h行駛過(guò)程中艙室內(nèi)無(wú)機(jī)類有害氣體濃度進(jìn)行了測(cè)試分析。

2 對(duì)象與方法

2.1 試驗(yàn)對(duì)象

某型特種車輛，處于正常的作業(yè)狀態(tài)。

2.2 測(cè)試設(shè)備及方法

測(cè)試設(shè)備采用PGM系列復(fù)合氣體檢測(cè)儀、CENTER 313型數(shù)顯溫度計(jì)以及BY-2003P大氣壓計(jì)，測(cè)量范圍及分辨率如下：

測(cè)量范圍：CO：0-1 000 ppm；CO2：0-15 000 ppm；NO2：0-20 ppm；NH3：0-50 ppm； H2S：0-500 ppm；SO2：0-20 ppm；溫度：-20℃～60℃；氣壓：0 KPa～120.0 KPa。

分辨率：CO：1.0 ppm；CO2：10 ppm；NO2：0.1 ppm；NH3：1 ppm；H2S：1.0 ppm；SO2：0.1 ppm；溫度：0.1℃；氣壓：0.10 KPa。

本次測(cè)試所用設(shè)備均經(jīng)陜西省計(jì)量院檢定合格。按照GJB59.89-2011《裝甲車輛試驗(yàn)規(guī)程第89部分：車內(nèi)有害氣體測(cè)定》[3]中規(guī)定要求，在海上閉艙作業(yè)行駛條件下，分別將3套有害氣體連續(xù)自動(dòng)測(cè)試記錄儀平乘載員的呼吸帶固定于特種車輛的駕駛員位和兩個(gè)具有代表性的載員位，在特種車輛海上閉艙2 h行駛過(guò)程中同步測(cè)試記錄艙室內(nèi)的6種無(wú)機(jī)類有害氣體的濃度變化情況,同時(shí)還要測(cè)試環(huán)境的溫度和大氣壓力。共連續(xù)進(jìn)行3次測(cè)試實(shí)驗(yàn)，后兩次實(shí)驗(yàn)對(duì)艙室內(nèi)的密封材料進(jìn)行了加固密封。由于無(wú)機(jī)類有害氣體的變化屬于緩變參數(shù)，因此在安裝固定有害氣體測(cè)試設(shè)備前通過(guò)專用設(shè)置軟件設(shè)置采樣率為1個(gè)樣/30 s。

2.3 數(shù)據(jù)處理

在連續(xù)動(dòng)態(tài)三次測(cè)試某特種車輛海上閉艙2小時(shí)作業(yè)行駛時(shí)艙室內(nèi)有害氣體濃度的變化后，通過(guò)ppm轉(zhuǎn)換mg/m3的公式，按照GJB5834-2006規(guī)定的有害氣體濃度限值的計(jì)算方法計(jì)算MAC、TWA以及STEL[4]，此實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為相應(yīng)受試車輛、相應(yīng)時(shí)刻、相應(yīng)作業(yè)區(qū)測(cè)試位置處空氣的有害氣體濃度值。

mg/m3=M/22.4×ppm×[273/(273+T)](Ba/101325)

上式中：M——為氣體分子量

ppm——測(cè)定的體積濃度值

T——溫度

Ba——壓力

3 結(jié)果

駕駛員位CO的TWA值分別為59.7 mg/m3、40.7 mg/m3、19.0 mg/m3，CO2的TWA值為5332.0 mg/m3、1 182 mg/m3、1 106 mg/m3，NO2的TWA值為10.0 mg/m3、0.1 mg/m3、0 mg/m3,SO2的TWA值為8.6 mg/m3、0 mg/m3、0 mg/m3；CO的STEL值分別為337.9 mg/m3、265.6 mg/m3、138.7 mg/m3，CO2的STEL值為34 097 mg/m3、6 046 mg/m3、4 672 mg/m3，NO2的STEL值為61.6 mg/m3、0.4 mg/m3、0 mg/m3，SO2的STEL值為53.2 mg/m3、0.4 mg/m3、0 mg/m3。載員艙左前位CO的TWA值分別為85.6 mg/m3、60.93 mg/m3、50.5 mg/m3，CO2的TWA值為6 429.9 mg/m3、865.9 mg/m3、772 mg/m3,NO2的TWA值為11.5 mg/m3、0.1 mg/m3、0 mg/m3,SO2的TWA值為15.0 mg/m3、0.2 mg/m3、0 mg/m3；CO的STEL值分別為449.7 mg/m3、326.44 mg/m3、311.1 mg/m3，CO2的STEL值為3 7601.6 mg/m3、3 725 mg/m3、3 777 mg/m3，NO2的STEL值為80.4 mg/m3、0.6 mg/m3、0 mg/m3，SO2的STEL值為113.3 mg/m3、0 mg/m3、0 mg/m3。載員艙右后位CO的TWA值分別為129.2 mg/m3、64.4 mg/m3、75.6 mg/m3，CO2的TWA值分別為2 969 mg/m3、938 mg/m3、573 mg/m3，NO2的TWA值183.5為mg/m3、0.1 mg/m3、0 mg/m3；CO的STEL值分別為665.5 mg/m3、347.6 mg/m3、462.7 mg/m3，CO2的STEL值為24 579 mg/m3、4 672 mg/m3、2571 mg/m3，NO2的STEL值為1148.7 mg/m3、1.4 mg/m3、0 mg/m3,詳見(jiàn)表1。

表1 有害氣體測(cè)試結(jié)果匯總表

注：MAC：最高容許濃度；TWA：時(shí)間加權(quán)平均容許濃度；STEL：短時(shí)間接觸容許濃度。

4 討論

按照GJB5834-2006《裝甲車輛艙室內(nèi)有害氣體濃度限值》要求：本次對(duì)某特種車輛三次實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果的分析，其在海上閉艙2 h作業(yè)行駛過(guò)程中，存在部分有害氣體濃度不符合GJB 5834-2006中規(guī)定的要求。特別需要指出,在車輛狀況不是很好,艙室內(nèi)密封材料密封不是很嚴(yán)密的狀態(tài)下,艙室內(nèi)CO2氣體經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的累積，也是會(huì)超過(guò)GJB 5834-2006中規(guī)定的限制要求。

在海上閉艙2 h行駛作業(yè)條件下，特種車輛艙室內(nèi)無(wú)機(jī)類有害氣體的主要來(lái)源是由于艙室內(nèi)空間狹小，設(shè)備較多，閉艙作業(yè)行駛時(shí)車輛內(nèi)、外氣體交換不暢，而且各艙與發(fā)動(dòng)機(jī)之間密閉不良，另外加之持續(xù)行駛作業(yè)過(guò)程中車內(nèi)高溫，特別是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)溫度急劇上升過(guò)程中造成燃油蒸發(fā)，大量廢氣倒灌，使CO、SO2、NO2、NH3等有害氣體大量蓄積,尤以減速、制動(dòng)和加速時(shí)為重[5]。特種車輛艙室內(nèi)有害氣體濃度會(huì)隨著行駛時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸增加，直至達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。長(zhǎng)時(shí)間接觸這些有害氣體，會(huì)對(duì)呼吸系統(tǒng)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生一定的危害，最終會(huì)導(dǎo)致對(duì)作業(yè)人員的作業(yè)工效產(chǎn)生影響[5]。經(jīng)理論分析，特種車輛在完全閉艙行駛作業(yè)過(guò)程中，其艙室內(nèi)有害氣體形成的過(guò)程應(yīng)該表現(xiàn)為先上揚(yáng)然后慢慢進(jìn)入平臺(tái)期。本次對(duì)實(shí)驗(yàn)車輛三個(gè)位點(diǎn)的三次測(cè)試結(jié)果都基本符合這一特征，詳見(jiàn)圖1-6。由于本次實(shí)驗(yàn)測(cè)試的特種車輛是前置發(fā)動(dòng)機(jī)，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣滲漏和倒灌的表現(xiàn)中，車輛三個(gè)測(cè)試位點(diǎn)中駕駛員位表現(xiàn)最為敏感。如圖1、圖4所示，車輛在第一次測(cè)試過(guò)程中的兩次加速并短暫保持最大行駛速度時(shí)，駕駛員位的有害氣體濃度均出現(xiàn)了兩次波峰的表現(xiàn)，載員艙兩個(gè)測(cè)試位點(diǎn)的有害氣體濃度變化不是很明顯。

本文的三次試驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中，第二次與第三次測(cè)試分別對(duì)受試車輛內(nèi)飾材料進(jìn)行了一次密封加固和二次密封加固。三種狀態(tài)測(cè)試結(jié)果對(duì)比后，后一種狀態(tài)的有害氣體濃度明顯低于前一種狀態(tài)，如圖1-圖6變化曲線所示。說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的倒灌和滲漏對(duì)艙室內(nèi)有害氣體的濃度影響是很明顯的。

圖1 駕駛員位有害氣體測(cè)試曲線圖

圖2 載員艙左前位有害氣體測(cè)試曲線圖

圖3 載員艙右后位有害氣體測(cè)試曲線圖

圖4 駕駛員位CO2測(cè)試曲線圖

圖5 載員艙左前位CO2測(cè)試曲線圖

圖6 載員艙右后位CO2測(cè)試曲線圖

5 小結(jié)

特種車輛艙室內(nèi)有害氣體形成的因素很多,產(chǎn)生的大小也受多種因素的影響。本文所測(cè)特種車輛艙室內(nèi)有害氣體產(chǎn)生的影響因素，主要有行駛速度、發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的滲漏、閉艙時(shí)間以及艙室內(nèi)裝飾材料的密封狀況等[6]。另外，本次測(cè)試的車輛艙室內(nèi)均有不同種類的有害氣體未滿足GJB 5834-2006的要求，特別是一氧化碳。這與其它研究人員研究的有害氣體的含量在平時(shí)對(duì)乘載員的戰(zhàn)斗能力產(chǎn)生不了明顯的影響，可以忽略不做評(píng)價(jià)的觀點(diǎn)略有不同[7]。出于安全考慮，特種車輛在海上閉艙作業(yè)行駛時(shí)要求必須嚴(yán)格完全閉艙，這樣勢(shì)必會(huì)造成有害氣體濃度的累積，而作業(yè)人員長(zhǎng)時(shí)間處于這樣的工作環(huán)境中，不但會(huì)對(duì)其作業(yè)功效產(chǎn)生一定影響，還可能會(huì)對(duì)其身體造成不可逆的損傷。因此，建議加強(qiáng)對(duì)特種車輛艙內(nèi)有害氣體的治理，增強(qiáng)艙室的密封性能，有效防止艙室外和動(dòng)力艙有害氣體的倒灌和滲漏[8]。