一种新型环境应急监测车的结构设计

2012-02-01崔丽影

商用汽车 2012年14期

崔丽影

本文介绍了一种在有害环境下进行环境监测工作的新型环境应急监测车及其结构设计。该车采用客车底盘，车内设计的车载正压系统与车载实验平台、大气采样系统、水系统、监测分析设备、空气调节系统及供配电系统等有机融合，构成一处移动式环境应急监测站，能保证其在恶劣环境下顺利完成监测任务。

随着我国环境保护日益得到社会的重视，传统的环境监测站已经不能完全满足环境应急监测的需求，我国对各大、中城市及其突发灾害事故的环境进行实时监测已纳入到预案，并将实施常态化管理。因此，环境监测车因具有机动、灵活、功能集成性的特点，能够快速、高效地完成特定区域内环境应急的监测工作，其发展前景看好。本文将介绍一种以客车底盘为平台的新型环境监测车，其内部所设计的车载正压系统与车载实验监测等设备有机地相融合，可深入到中度、重度污染区域进行环境质量监测，能够进行样品采集、监测分析、样品保存，储备第一手现场资料等，在任务完成之后还能保障工作人员安全地撤离被检环境。

1 环境监测车总体结构设计

总体设计须遵循以下设计理念：选用合理底盘车型以有效地控制整备质量与整车质心，车身结构安全可靠性和密封防水性好，功能集成性佳，上装部件牢固与抗震性好，车辆通过性与环境适应性、使用方便性与维修便利性等良好。

为保证车辆出行具有机动灵活、安全可靠和高效便捷，客车底盘的动力性、制动性、通过性、承载能力等技术特性是第一要素；而为了满足环境现场监测工作的需要和工作人员的人身安全，该车配备有环境监测设备、大气采样系统、气体分析气源与分析设备、数据传输系统、空气调节系统及车载正压系统，能适用于对中度、重度污染环境进行污染物的各种指标的检测与分析，为环境管理、污染源控制、环境规划等提供准确、及时和全面地反映环境质量的科学依据。

1.1 底盘选型

该环境应急监测车根据车辆功能需求配置改装部件、空间需求及其总质量等进行底盘选型。车辆左右两侧质量分配合理，前后轴载荷分配合理，不得超过车轴规定载荷。

满足监测工作需求的空间(正压区域)长度在3 m左右，后部储物区空间不少于1.3 m，驾驶室满足乘坐5人(包含驾驶员和场外服务人员各1人、进入正压区域工作人员3人)，底盘总长度在7 m左右、内部有效空间为5 m左右。目前具有国家新产品公告的特种车辆底盘，如依维柯23座客车、考斯特23座客车、奔驰凌特524、奔驰615D可满足上述要求。但是，后两者为进口底盘，超出了项目预算；前两者的性价比适中，然而考斯特23座客车乘坐舒适性相对较优，内部有效空间更大，且为方便加注汽油的发动机驱动，故选用考斯特底盘。基于客车底盘为平台改装的车辆，对改装部件自质量进行合理分配与控制后，改装完后车辆的整备质量和总质量一般不会超过相应国家公告产品的车辆整备质量和总质量。

本车上装部件自质量较大，可减重部分主要是车身改制加强部分和正压系统，设计及生产过程中要对这两部分严格控制。

1.2 车身加强与改制

车身进行改制时，严格遵循“改制与加强相结合”的设计原则。车顶换气扇及分体空体室外机布置在后部储物区，以免破坏正压系统。车顶换气扇和升降杆对应车顶安装位置开孔，周边做加强骨架与预埋钢板加强。侧围发电机和分体驻车空调室外机安装处，开舱制作上翻式舱门，舱门制作通风隔栅。在安装车顶检修平台、工程警示灯、车顶升降照明灯处，倒栽不锈钢螺栓，在其底部做传递梁，与车顶横梁焊接为一体。内部设备柜体、隔断墙体对应车身的固定位置焊接预埋板，以便与车体更有效地固定。

车辆顶盖开采样管、过线管、倒栽不锈钢螺栓等孔，后部区域地板上开排气孔，在接触面与外露缝隙间进行密封处理，保证车辆的防水防尘性能。

2 环境监测车功能结构设计

整车平面布置如图1所示。整车按功能及区域分为3个分区：驾乘区，内部布置有5把座椅、2套呼吸器；监测分析区(正压区域)，配备正压系统、应急空气呼吸器、实验系统、空调系统等；储物区，配备发电机、正压用气源、实验用气源、设备柜等。此外，对其他配套装置也需进行合理的布局和设计。

2.1 驾乘区设计

驾乘区安装有正、副驾驶座椅和3把乘用座椅。在乘客门旁边位置配备有2套个人呼吸系统(如图2)，每套呼吸系统配备有8 L高压钢瓶、面罩供气阀及外接接头，通过气路连接，可满足驾驶员配戴；仪表盘处安装有倒车监视器和倒车雷达，保证车辆驾驶的安全性。

2.2 监测区(正压区)设计

2.2.1 正压舱

监测区，为整车的核心区域，本区域设计制作成整体密闭的正压舱。为控制改装质量，正压舱采用铝板制作，地板、侧围、前后围、顶盖之间整体满焊。首先在正压舱内对应内部部件安装位置焊接固定筋板，在整体制作完毕之后，在铝胆内表面喷刷一层环保密封胶，以便更好地保证舱体的气密性。正压舱的保温层分为2层，一层在车身与铝胆之间，另一层在铝胆和内饰之间。正压舱内部所有线路和气路全部布置好后，表面再封内饰板，内饰板选用防酸碱、耐磨、抗滑、易清洗的白色ABS内饰板。安装完内饰后，墙体上不允许再进行开孔。正压舱墙体上过管、过线孔处均需作密封处置。正压气密门的门框和包边采用铝制材料，门框与铝胆满焊连接。

2.2.2 正压控制系统

正压系统由正压舱、气源和控制系统构成。正压舱的气源布置在正压舱外的后部储物区内，根据正压区内工作人数和工作时间要求，对高压储气钢瓶的规格进行选型。正压自动控制系统由减压阀、气路控制模块、电磁阀、压差传感器、气路球阀、压差表等组成。正压状态开启时，正压舱内压力要大于舱外压力，且差值控制在15～100 Pa范围，这是一种极微压差状态，人体一般感觉不到，可通过控制系统自行调节实现，也可由压差表和球阀相结合实现压差控制。系统自动控制时，当压差低于15 Pa，电磁阀将自动开启给正压舱充气；当压差高于100 Pa，电磁阀自动关闭，停止向正压舱充气。

正压舱内同时配备了手动控制系统，通过手动打开、关闭阀门，控制气源给正压舱内充气与停气的操作，保证正压状态监测工作继续进行。

同时，考虑到泄压的情况，即当电控元件失效或管路漏气、破裂等导致舱内压力急速升高的情况，正压舱体配备了泄压装置，当压差超过400 Pa时，由自控系统自动打开或手动打开泄压阀进行泄压，当舱内压差回落到100 Pa时，泄压阀门被自动关闭，如此反复循环。

上述控制方式的共同作用，实现了监测分析区内压力的调节与平衡，保证了实验区的正压状态。

2.2.3 除臭、CO2吸附系统

除臭、CO2吸附系统如图3所示。为净化正压舱内空气的纯度，配备除臭、CO2吸附系统。此套系统采用集成式，分为主箱体、送风机、吸附剂托盘等，送风机装在主箱体下部，吸附剂装在托盘的上部，空气经过滤后，由上部排出，达到除臭、净化的效果。吸附剂呈蜂窝多孔状结构，吸附效率高，每100 g吸附剂可吸收高达68 g的CO2，吸附效率是普通吸附材料的5倍以上，装载试剂的托盘也为多孔状，增大吸附面积；1人在8 h呼出的CO2需要0.85 kg的吸附剂，根据人员的数量，配备相应的吸附剂。吸附剂提前装入真空袋内，存放在监测分析区。当监测分析区采用正压状态时，打开真空袋放在托盘上即可。

2.2.4 观察窗与对讲系统

观察窗与对讲系统如图4所示。正压舱前围设计了一套密闭观察窗，并配备有对讲系统，可方便与驾乘区人员相互联系。此观察窗同时具备逃生窗功能，窗户旁边配备了安全锤，在应急状态下可启用。

2.2.5 空气呼吸器

空气呼吸器装备有6.8 L碳纤维背负式高压钢瓶，内含压缩空气。当监测区在正压状态工况下，正压气源的气量不足出现低压报警时，进行启用。该装置为便携装备，配有手提设备箱，固定在监测区内。空气呼吸器如图5所示。

2.2.6 实验分析用气路设计

实验区为实验仪器配备有氦气和氮气2种实验用气，气源存放在正压舱外部的8 L高压钢瓶内，各有2瓶；通过不锈钢管路输送到正压舱内，出口位置在对应监测设备处。

2.2.7 大气采样与废气排放系统

通常的大气采样装置，不适于在正压监测车上应用。本车的大气采样系统，采气初始端固定在现场升降照明灯的顶端，可到达高出车顶上方1.2 m处的高度；近端出口连接监测仪器；动力源采用单向抽气泵；设备排气口连接管路远端接口。该种方式的采样系统在正压监测车上应用更为合理与便捷。

2.2.8 设备柜与实验工作台

在车内，根据监测设备的安装要求和工作的便利性，而设计定做了设备柜。其中减震设备柜的下方，设计安装专业车载减震器，并使设备柜与周边墙体缝隙均匀。设备柜内部可放置便携设备和实验用具。设备柜上方平铺安装实验工作台面。工作台面为耐酸碱、防腐蚀、易擦洗理化板，台面上方安装专利产品——便携设备固定地锁，包含地轨及张紧固定带。如图6所示。

2.2.9 实验水系统

实验水系统安装在水系统柜内，净水桶、污水箱、蒸馏水桶布置在水系统柜下方柜体内，实验水槽、实验水龙头、紧急洗眼器、试管冲刷枪安装在实验台面上。水系统台面上方靠侧围处设计有挡水沿，外侧下方设计有返水沿。

2.2.10 车载冰箱

配备50 L车载冰箱，有冷藏和冷冻功能，结构紧凑，完全安装于工作台面下方。用于样品或试剂的冷藏、保存与运输。

2.2.11 空气调节系统

车辆空调系统分为2部分：行车空调系统和驻车空调系统。行车空调为底盘自带空调，由驾驶区控制；监测分析区内非正压状态时，可开启本空调。驻车空调采用1.5 P分体壁挂空调，室内机安装在正压舱侧壁上，室外机布置在后部的储物区，排水管在末端制作U型造型，满足正压状态监测区的工作温度。储物区车顶部安装双向换气扇，保证储物区内空气的更新，为工作人员在监测现场提供一个舒适的作业环境。

正压舱后围墙壁上的功能通风口在非正压使用状态时，与储物区相通；而在正压状态时，此口安装有预留的堵板，用胶木螺栓进行柠紧，可保证正压舱的密闭。

2.3 储物区设计

2.3.1 发电机

配备车载超静音发电机，电启动方式。底部安装有高强度抽拉托盘，在拉出和闭合状态可自锁。车身制作密闭发电机舱，外部为上翻式舱门。

2.3.2 正压用气路与实验用气路

正压用气源与实验用气源如图7所示。正压用气源选用2个大容积高压储气钢瓶，固定牢固，配套减压阀和高压软管；实验用气源选用8 L高压钢瓶。正压气路和实验气路由不锈钢管路穿过正压舱后部墙体，将气源分别送到正压舱内。为使测量数据准确，正压出气口要尽量远离压差传感器和压差表。

2.4 其他配套装置设计

2.4.1 视频现场监控系统

车顶配备升降照明摄像一体机，摄像机可以360°旋转。正压区内配置视频服务器、工控机、显示器、摄像机，监控车顶和现场状况，摄像记录保存在硬盘刻录机内。

2.4.2 工程警示灯

长排工程警灯横装在车顶前上方，侧频闪灯根据需要配备。工程警示灯在车辆点火启动后可以开启，对环境进行警示，便于开展工作。使用单位需要具备使用资质才能在国家规定的车辆上进行安装。

2.4.3 照明系统

正压区、驾驶区、储物区均配备12 V照明灯和220 V照明灯。12 V照明灯由仪表台处控制；正压区和储物区的220 V双管日光灯，各自有开关单独控制。按区域特点配置灯具，灯光充足、柔和，符合各区域照明要求。

车顶外部安装倒伏式照明灯，灯头可360°旋转；灯头为聚光灯束，射程远；也可选用泛光灯，射程近，照明范围大。

2.4.4 车顶检修平台

为方便车顶外部设备的安装与检修，车顶配备有铝合金平台，表面铺设防滑花纹铝板。为加强对车顶工作人员的安全保护，平台周边设计有一圈护栏。车身后围还装备有登车梯，便于工作人员上下车顶。

2.4.5 电动平衡支撑

车辆底部设计为4点支撑机构，驻车时对底盘进行辅助支撑，并可自动对车辆地板找平，保证车辆地板的水平度和底盘的稳定性，使监测数据和结果更准确。

2.4.6 供配电系统设计

为满足车辆在各种工况下的工作要求，车辆配备功率匹配的车载静音发电机、UPS电源系统、稳压电源、市电接口。一般情况下，小功率检测设备及车载摄像系统，采用车内的蓄电池通过UPS供电，持续供电时间≥2 h；工程警示灯、倒车监视与GPS导航系统，由底盘车电瓶供电。有外接市电的情况下，通过车内所配的电缆线盘，将市电引入车内，可对检测设备、驻车空调、外部照明镝灯供电，同时还可对车内的蓄电池充电，以备无交流电源输入时使用；多数大功率检测设备的用电是经过稳压电源稳压后接入。现场需要较长时间用电而无外接市电时，则采用车载发电机给检测设备、车顶镝灯及驻车空调进行供电。

2.4.7 防雷接地系统

整车设置接地装置，为避免干扰，分为电源接地、设备接地、信号接地、车体接地，汇总成统一的对外地线。配备接地钎，电阻要求≤5 Ω，驻车时插入地下，与大地接触良好。车内安装电源防雷器，为防止感应雷电波从电源线缆引入口进入车内，在电源入口处安装电源防雷器和滤波器；气动升降杆顶端还配置有避雷针。符合国家防雷接地标准规范，保证系统设备及车辆安全。