某特种车辆海上闭舱行驶时舱室内有害气体的测试分析

闫金海，韩卫敏，考希宾，万红，夏宝清，孔巍

(兵器工业卫生研究所 中国兵器工业集团人-机-环境重点实验室，西安 710065)

1 引言

当特种车辆在海上闭舱行驶时，各种泄漏工作液体的挥发以及发动机尾气的倒灌都直接影响到舱室内空气的质量，产生有害气体[1]。出于安全的设计和考虑，当特种车辆在海上进行浮渡行驶时，均要求必须完全闭舱行驶，这样才能够保证车辆的密度小于海水的密度而始终浮在水面不下沉水中。由于特种车辆舱室密闭性较强，空间较小，在水上行驶作训时，其舱室要求严格密闭，致使内部有害气体蓄积现象较为严重[2]。随着行驶时间的不断增加，特种车辆舱室内的有害气体浓度会不断增加直至达到相对稳定的状态。操控特种车辆的乘员长时间在此环境下工作将会导致工作持续能力下降，工作效率降低。过高的有害气体浓度，短时间内即可造成特种车辆乘员工作能力的丧失，甚至危及生命[1]。根据作者以往的实际测试经验总结，特种车辆受试人员可以耐受的并且有害气体浓度基本能够达到相对稳定状态的时间约2 h。本试验借助某特种车辆海上行驶试验，以某特种车辆作为试验测试模型，对其三次海上闭舱2 h行驶过程中舱室内无机类有害气体浓度进行了测试分析。

2 对象与方法

2.1 试验对象

某型特种车辆，处于正常的作业状态。

2.2 测试设备及方法

测试设备采用PGM系列复合气体检测仪、CENTER 313型数显温度计以及BY-2003P大气压计，测量范围及分辨率如下：

测量范围：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；温度：-20℃～60℃；气压：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；温度：0.1℃；气压：0.10 KPa。

本次测试所用设备均经陕西省计量院检定合格。按照GJB59.89-2011《装甲车辆试验规程第89部分：车内有害气体测定》[3]中规定要求，在海上闭舱作业行驶条件下，分别将3套有害气体连续自动测试记录仪平乘载员的呼吸带固定于特种车辆的驾驶员位和两个具有代表性的载员位，在特种车辆海上闭舱2 h行驶过程中同步测试记录舱室内的6种无机类有害气体的浓度变化情况,同时还要测试环境的温度和大气压力。共连续进行3次测试实验，后两次实验对舱室内的密封材料进行了加固密封。由于无机类有害气体的变化属于缓变参数，因此在安装固定有害气体测试设备前通过专用设置软件设置采样率为1个样/30 s。

2.3 数据处理

在连续动态三次测试某特种车辆海上闭舱2小时作业行驶时舱室内有害气体浓度的变化后，通过ppm转换mg/m3的公式，按照GJB5834-2006规定的有害气体浓度限值的计算方法计算MAC、TWA以及STEL[4]，此实验结果作为相应受试车辆、相应时刻、相应作业区测试位置处空气的有害气体浓度值。

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

上式中：M——为气体分子量

ppm——测定的体积浓度值

T——温度

Ba——压力

3 结果

驾驶员位CO的TWA值分别为59.7 mg/m3、40.7 mg/m3、19.0 mg/m3，CO2的TWA值为5332.0 mg/m3、1 182 mg/m3、1 106 mg/m3，NO2的TWA值为10.0 mg/m3、0.1 mg/m3、0 mg/m3,SO2的TWA值为8.6 mg/m3、0 mg/m3、0 mg/m3；CO的STEL值分别为337.9 mg/m3、265.6 mg/m3、138.7 mg/m3，CO2的STEL值为34 097 mg/m3、6 046 mg/m3、4 672 mg/m3，NO2的STEL值为61.6 mg/m3、0.4 mg/m3、0 mg/m3，SO2的STEL值为53.2 mg/m3、0.4 mg/m3、0 mg/m3。载员舱左前位CO的TWA值分别为85.6 mg/m3、60.93 mg/m3、50.5 mg/m3，CO2的TWA值为6 429.9 mg/m3、865.9 mg/m3、772 mg/m3,NO2的TWA值为11.5 mg/m3、0.1 mg/m3、0 mg/m3,SO2的TWA值为15.0 mg/m3、0.2 mg/m3、0 mg/m3；CO的STEL值分别为449.7 mg/m3、326.44 mg/m3、311.1 mg/m3，CO2的STEL值为3 7601.6 mg/m3、3 725 mg/m3、3 777 mg/m3，NO2的STEL值为80.4 mg/m3、0.6 mg/m3、0 mg/m3，SO2的STEL值为113.3 mg/m3、0 mg/m3、0 mg/m3。载员舱右后位CO的TWA值分别为129.2 mg/m3、64.4 mg/m3、75.6 mg/m3，CO2的TWA值分别为2 969 mg/m3、938 mg/m3、573 mg/m3，NO2的TWA值183.5为mg/m3、0.1 mg/m3、0 mg/m3；CO的STEL值分别为665.5 mg/m3、347.6 mg/m3、462.7 mg/m3，CO2的STEL值为24 579 mg/m3、4 672 mg/m3、2571 mg/m3，NO2的STEL值为1148.7 mg/m3、1.4 mg/m3、0 mg/m3,详见表1。

表1 有害气体测试结果汇总表

注：MAC：最高容许浓度；TWA：时间加权平均容许浓度；STEL：短时间接触容许浓度。

4 讨论

按照GJB5834-2006《装甲车辆舱室内有害气体浓度限值》要求：本次对某特种车辆三次实验测试结果的分析，其在海上闭舱2 h作业行驶过程中，存在部分有害气体浓度不符合GJB 5834-2006中规定的要求。特别需要指出,在车辆状况不是很好,舱室内密封材料密封不是很严密的状态下,舱室内CO2气体经过一定时间的累积，也是会超过GJB 5834-2006中规定的限制要求。

在海上闭舱2 h行驶作业条件下，特种车辆舱室内无机类有害气体的主要来源是由于舱室内空间狭小，设备较多，闭舱作业行驶时车辆内、外气体交换不畅，而且各舱与发动机之间密闭不良，另外加之持续行驶作业过程中车内高温，特别是柴油发动机温度急剧上升过程中造成燃油蒸发，大量废气倒灌，使CO、SO2、NO2、NH3等有害气体大量蓄积,尤以减速、制动和加速时为重[5]。特种车辆舱室内有害气体浓度会随着行驶时间延长而逐渐增加，直至达到稳定状态。长时间接触这些有害气体，会对呼吸系统、视觉、听觉以及中枢神经系统产生一定的危害，最终会导致对作业人员的作业工效产生影响[5]。经理论分析，特种车辆在完全闭舱行驶作业过程中，其舱室内有害气体形成的过程应该表现为先上扬然后慢慢进入平台期。本次对实验车辆三个位点的三次测试结果都基本符合这一特征，详见图1-6。由于本次实验测试的特种车辆是前置发动机，因此在发动机尾气渗漏和倒灌的表现中，车辆三个测试位点中驾驶员位表现最为敏感。如图1、图4所示，车辆在第一次测试过程中的两次加速并短暂保持最大行驶速度时，驾驶员位的有害气体浓度均出现了两次波峰的表现，载员舱两个测试位点的有害气体浓度变化不是很明显。

本文的三次试验测试过程中，第二次与第三次测试分别对受试车辆内饰材料进行了一次密封加固和二次密封加固。三种状态测试结果对比后，后一种状态的有害气体浓度明显低于前一种状态，如图1-图6变化曲线所示。说明发动机尾气的倒灌和渗漏对舱室内有害气体的浓度影响是很明显的。

图1 驾驶员位有害气体测试曲线图

图2 载员舱左前位有害气体测试曲线图

图3 载员舱右后位有害气体测试曲线图

图4 驾驶员位CO2测试曲线图

图5 载员舱左前位CO2测试曲线图

图6 载员舱右后位CO2测试曲线图

5 小结

特种车辆舱室内有害气体形成的因素很多,产生的大小也受多种因素的影响。本文所测特种车辆舱室内有害气体产生的影响因素，主要有行驶速度、发动机尾气的渗漏、闭舱时间以及舱室内装饰材料的密封状况等[6]。另外，本次测试的车辆舱室内均有不同种类的有害气体未满足GJB 5834-2006的要求，特别是一氧化碳。这与其它研究人员研究的有害气体的含量在平时对乘载员的战斗能力产生不了明显的影响，可以忽略不做评价的观点略有不同[7]。出于安全考虑，特种车辆在海上闭舱作业行驶时要求必须严格完全闭舱，这样势必会造成有害气体浓度的累积，而作业人员长时间处于这样的工作环境中，不但会对其作业功效产生一定影响，还可能会对其身体造成不可逆的损伤。因此，建议加强对特种车辆舱内有害气体的治理，增强舱室的密封性能，有效防止舱室外和动力舱有害气体的倒灌和渗漏[8]。