基于集装箱平车的轨道交通应急综合保障车的研制

冯德祥，田贞全，刘 兵，廖晓锋

(1.中国铁路成都局集团有限公司，四川 成都 610082；2.中车眉山车辆有限公司，四川 眉山 620010；3.威特龙消防安全集团股份公司，四川 成都 610081)

为解决在线轨道应急综合保障，尤其是消防需求，中国铁路成都局集团有限公司(以下简称“成都局集团公司”)安排车辆部牵头，组织中车眉山车辆有限公司、威特龙消防安全集团股份公司开展了轨道交通应急综合保障车(以下简称“综保车”)的研制。综保车是在X4K型集装箱专用平车[1]上装载消防设备，该车于2018年5月完成方案确认，7月完成技术及图样设计，9月完成样车试制及综合应急保障相关试验。

1 研制背景和目的

近年来，成都局集团公司管内动车组大量开行，安全压力倍增，管内部分铁路车站不通公路，多数铁路沿线旁与公路不相邻。一旦发生动车组、客车火灾事故，地方消防部门鞭长莫及，现场施救困难重重。2018年1月25日在安徽定远站发生的G281次动车组火灾事故更是一个警醒。如果该动车组火灾事故发生在区间、高架上或隧道内，造成损失和影响会更大。为防患于未然，最大限度减少事故损失，很有必要在管内铁路沿线部分工区、站区配置轨道消防用车，而且针对高铁应急处置及救援体系研究，推进高铁救援技术装备研发应用也是原中国铁路总公司2018年的重点工作之一。为此，研制综保车，以解决在线轨道消防等应急保障需求。轨道消防主体设备经过辅助配套后，还能满足供水、供电、冲刷隧道等应急保障功能。

2 总体技术要求

2.1 运用条件

综保车在成都局集团公司管内使用。使用温度范围：车辆0～40 ℃，消防装置0～50 ℃。车辆轴重23 t，最高运行速度120 km/h。限界符合GB146.1—1983《标准轨距铁路机车车辆限界》的规定。

2.2 主要特点

(1) 工作时间长。综保车采用了2个24 t罐式供水集装箱，每个储水罐可储存23 t清水，共可提供46 t灭火用清水，相当于11辆小型消防车的储水量。采用高压喷雾技术，水枪出口压力达10 MPa,双支水枪流量仅为2.6 L/s，可连续工作5 h以上。

(2) 保护半径广。在消防设计之初明确了要用重联动车组的长度485 m作为综保车的保护半径，水枪供水管路采用高压软管，除了100 m高压软管卷盘，还配有移动式高压软管总成，采用快速接口，可轻松实现接长485 m仍能达到10 m以上充实水柱。

(3) 可扑救A类和B类火灾。综保车本身设置水系灭火剂储箱，通过可调式比例混和器，一般按照3%的比例输出泡沫混合液。配备的高压水枪除了高压直流模式外，还有高压喷雾模式，不论对A类火灾还是B类火灾均有良好的扑救效果。

(4) 运行速度快，通信可靠。X4K型集装箱平车装用转K6型转向架，最高运行速度达120 km/h。工务轨道车可与综保车连挂实现快速行进。通信采用轨道车自身携带的“大三角”铁路专用通信[2]，保证和铁路车站值班室、行车调度中心之间的通信畅通。

(5) 操作便捷，所需的编制人数少。单支水枪灭火仅需2人操作，双支水枪灭火仅需3人操作。水枪供水管路的高压软管直径仅为φ16 mm，还采用了自密封快速接口，单人即可携带和操作。

除上述特点外，综保车自身配备的64 kW柴油发电机可在加满柴油的情况下连续工作12 h以上，且由于其储水罐蓄水量大，在各类铁路抢险救灾现场可肩负应急供水供电的任务。另外，除了配备喷雾灭火枪外，配备的2把直流水枪可兼顾冲洗沿线隧道的任务。

2.3 消防装置要求

(1) 单支消防枪的灭火效率能力应满足：20A木垛模型灭火时间≤80 s，144B油盆灭火时间≤35 s；

(2) 高压喷雾灭火装置应具有国家检验机构出具的型式检验报告、中国国家强制性产品认证证书或消防产品技术鉴定证书；

(3) 消防泵出口与消防枪进口间的软管性能参数要求：公称通径φ16 mm ,爆破压力≥72 MPa，最小弯曲半径R90 mm，单位长度质量≤0.48 kg/m。

2.4 试验方法与检验规则

(1) 20 ft消防集装箱：参照GB/T 5338—2002《系列1集装箱技术要求和试验方法 第1部分：通用集装箱》要求，进行由顶角件起吊试验、由底角件起吊试验及纵向拴固试验；

(2) 20 ft罐式供水集装箱：按照GB/T 16563—2017《系列1集装箱技术要求和试验方法液体、气体及加压干散货罐式集装箱》要求进行相关试验；

(3) 参照GA 39—2016《消防车消防要求和试验方法》第14.1.4条要求，进行喷雾灭火装置喷射性能、密封性能、强度性能及超压保护性能试验；

(4) 每辆车均进行两项例行试验：集装箱门开闭作用良好试验以及喷雾灭火装置密封性能试验(符合 GA 39—2016第14.2.4.5条的规定)。

3 主要用途

在中国标准轨距铁路上使用，主要用于扑灭高铁、动车组列车等铁道车辆以及线路附近的A类、B类及C类火灾；配装专用管件后可作为应急供水车，必要时向偏远、缺水地区及客运列车等提供水源；配装专用高压冲洗枪后可作为特种清洗作业车清洗线路及桥梁隧道内各种残留污物。

4 主要结构

综保车(图1)主要由X4K型集装箱平车、多功能高压喷雾灭火装置[3]、1个20 ft消防集装箱、2个20 ft罐式供水集装箱、照明系统、标志灯具及警报器、接地装置、随车工具及相关备件组成。多功能高压喷雾灭火装置放置于消防集装箱内，箱内设有照明系统，箱顶安装了应急照明灯和消防车用标志灯具。罐式供水集装箱放置在集装箱平车两端，消防集装箱放置在车辆中部，各集装箱与平车间用集装箱锁闭装置固定。消防集装箱与供水集装箱之间通过公称通径φ80 mm的法兰式金属波纹软管连接，形成一套完整的灭火系统。2个罐式供水集装箱的储水罐之间用公称通径φ80 mm的软管、不锈钢管连接，并设有截止阀，可以使2个储水罐连通，相互供水，保证2个储水罐内水位等高，使X4K型集装箱平车载重保持均衡。

图1 综保车整体图

4.1 X4K型集装箱平车

X4K型集装箱平车主要用于集装箱货物的运输，可装运3个20 ft国际标准集装箱。该车轴重23 t，载重72 t，最高运行速度达120 km/h，装用转K6型转向架[1]。在X4K型集装箱专用平车上装载消防设备，符合《中国铁路总公司关于印发铁路集装箱和集装箱平车装运方案的通知》(铁总货[2017]322号文)等集装箱专用平车装载要求。

4.2 多功能高压喷雾灭火装置

多功能高压喷雾灭火装置由柴油发电机组、喷雾灭火系统、射流输送系统等设备构成(图2)。主机功率38 kW，配高压喷雾枪2支、直流水枪2支。系统工作时,将灭火剂原液按照比例注入柱塞泵进水管，与来自储水罐的水形成混合液,通过柱塞泵加压后输送至喷雾枪，呈细雾状高速喷出,进行灭火。高压喷雾单枪额定流量1.3 L/s，直流喷雾射程20 m，开花喷雾射程12 m。

图2 多功能高压喷雾灭火装置

4.2.1 柴油发电机组

采用柴油发电机组提供电力，驱动消防泵组工作。柴油发电机组由柴油发动机、发电机、控制系统等组成。

4.2.2 灭火剂储存系统

全车采用1套灭火剂储存系统，主要由总容积为800 L的不锈钢原液箱以及水系灭火剂组成。原液箱有效容积为700 L，箱上设有液位计、传感器、呼吸器、补液口等,保证系统可靠安全。

4.2.3 喷雾灭火系统

全车采用1套喷雾灭火系统，主要由交流异步电动机、电磁离合器、高压柱塞泵、原液注入系统、控制系统、显示系统、报警保护系统等组成。每套灭火系统配2支高压喷雾枪。

4.2.4 射流输送系统

每套喷雾灭火系统配备2套射流输送系统，包括2套固定式高压软管卷盘总成，每个卷盘配备长100 m的高压软管总成。

另外，全车还配14卷、每卷长度为55 m的高压软管总成，软管两端配快速接头，其中一端带单向阀。2支消防枪同时工作时，每支枪所接高压软管的最大长度可达485 m。

4.2.5 照明系统、标志灯具及警报器

消防集装箱箱顶外侧、中部各安装一套可升降、可平放的应急照明灯具。灯具部件通过遥控旋转云台固定在灯杆上，通过有线控制器或无线遥控器控制灯具的升降和旋转。消防集装箱外侧、两端各安装一只符合GB 13954—2009《警车、消防车、救护车、工程抢险车标志灯具》的消防车用标志灯具，光色为红色。 消防集装箱内壁设置LED照明灯。消防集装箱内安装符合GB 8108—2014《车用电子警报器》的消防车用电子警报器，采用手动方式开关。

4.3 20 ft消防集装箱

消防集装箱箱体为厢形结构，主要由符合GB/T 1835—2006《系列1集装箱角件》的角件、型钢和板材等组焊而成，箱体两端设有平开式端门，两侧设有推拉式侧门。

4.4 20 ft罐式供水集装箱

罐式供水集装箱采用圆柱形卧罐，额定总质量30 t，总容积26 m3，有效容积23 m3，额定工作压力0.1 MPa。罐顶设呼吸式安全阀，罐内设防波板。罐体、防波板、钢管材质为316 L不锈钢，阀门及其余钢质管件材质为不锈钢。

罐体端头设1个液位计、1根φ65 mm的进水管(进水管口设有内扣式消防接口)、1根φ25 mm进水管(进水管口设有符合TB/T 1720—2010《铁道客车给水装置》的铁道客车注水口)，每根进水管路上设1个过滤器。罐体一侧下部左右各设1根φ80 mm的出水管。靠近车辆中部的出水主管配1个截止阀，出水口端设法兰接头。靠近车体端部的出水管设2个出水口，配2个截止阀，一个出水口端设φ80 mm的快速接头，另一个出水口端设φ32 mm或与电动水泵进水口管径匹配的快速接头。罐体底部、靠近车体端部的位置设1个公称通径不低于φ80 mm的排污管，配1个截止阀。

5 应急保障试验

5.1 多功能高压喷雾灭火装置试验

5.1.1 喷射性能试验

通过柱塞泵加压后输送至喷雾枪呈细雾状高速喷出进行灭火。经现场测试，高压喷雾单枪额定流量可达1.3 L/s，直流喷雾射程可达20 m，开花喷雾射程可达12 m。图3为喷射性能试验现场。

图3 喷射性能试验

5.1.2 灭火试验

5.1.2.120A木垛模型灭火试验

试验方案：采用20A木垛模型1个，模型尺寸为1 270 mm×1 270 mm×1 287 mm(图4)。该模型中的木条应经过干燥处理,使其含水率保持在10%～14% (干燥时温度应不高于105 ℃)。木材的密度在含水率12%时应为0.45～0.55 g/cm3。木条横截面为正方形,边长(39±l) mm。模型长度尺寸偏差为±10 mm。木条分层堆放，上下层木条成直角堆放,木条应间隔均匀,其间隔应保持在95～100 mm。

图4 20A木垛模型

为了测量火源上方和火源附近的温度变化，在火源上方2 m处设置热电偶1个，四周间隔0、0.5 m、1 m、2 m处各设置热电偶4个，在木垛中部设置热电偶1个，热电偶接试验现场计算机进行试验数据的实时采集。

模型放于引燃支架之上,通过点燃油盘内的汽油引燃。用汽油(汽车用90号)引燃A类火试验模型,总消耗量约20 L。

试验步骤：试验时，将木垛模型竖直摆放在支架上,先将油盘内倒入30 mm清水，测定木材含水率、环境温湿度、风速；再在木垛模型上淋倒2 L汽油，在油盘内倒入8 L汽油，点燃油盘内汽油，秒表计时；预燃约5～6 min后同时开启装置，用2只多功能水雾灭火枪对木垛模型进行灭火，秒表读数，记录。

灭火时先从木垛模型正面距木垛模型不小于1.8 m处开始喷射，然后接近木垛模型，并向顶部、底部、侧面等喷射。灭火时应使灭火装置保持最大开启状态并连续喷射，操作者和灭火装置的任何部位不应触及模型。 模型无明火时计时结束，记录灭火时间、药剂使用量和用水量；如果未成功灭火，待灭火剂箱不能输出药剂时停止灭火，记录药剂使用量、用水量及灭火时间。 火焰熄灭后10 min内没有可见的火焰 (但10 min内出现不持续的火焰可不计)，即为灭火成功，试验数据有效。图5(a)为现场试验情况，灭火用时51 s。

5.1.2.2144B油盘灭火试验

试验方案：采用144B油盘，油盘用钢板制成，直径R(2 400±25) mm，内部深度(200±5) mm，壁厚2～3 mm，盘沿口如有加强边其宽度应不大于 50 mm；油盘可装燃油144 L，汽油层厚度30 mm；试验时油盘底部加入清水作垫层，以保证盘内油面离沿口的距离为(150±5) mm。

B类火灭火试验可在室外进行，但风速应不大于 3.0 m/s。试验时环境温度最好在-10～+30 ℃。

为了测量火源上方和火源附近的温度变化，在火源上方2 m处设置热电偶1个，四周间隔0、0.5 m、1 m、2 m处各设置热电偶4个，热电偶接试验现场计算机进行试验数据的实时采集。

试验步骤：试验时，为防止油盘底部变形，将油盘内倒入72 L清水(可视情况补充)覆盖油盘底部，油盘内水深在15～50 mm。先测定环境温湿度、风速，然后在油盘内倒入144 L汽油，点燃油盘内汽油，预燃60 s后开始灭火。模型无明火时计时结束，记录灭火时间、药剂使用量和用水量；如果未成功灭火，待灭火剂箱不能输出药剂时停止灭火，记录药剂使用量、用水量及灭火时间。 火焰熄灭后1 min内不出现复燃，且盘内还有剩余汽油，则灭火成功。燃烧后熄灭的汽油不得再次使用。图5(b)为现场试验情况，灭火用时1 min 11 s。

图5 灭火试验现场

5.2 对报废工程宿营车进行消防演练

将燃烧卧室内的引燃盆内注清水至30 mm水位，加注汽油2 L，点火。预燃2 min 40 s后，用消防斧将燃烧卧室及相邻两侧卧室玻璃窗敲碎后开始灭火。宿营车燃烧卧室燃烧40 s时最高温度617 ℃，燃烧55 s时最高温度876 ℃；其他区域燃烧1 min时最高温度为812 ℃，燃烧2 min时最高温度为849 ℃。图6为工程宿营车灭火现场，灭火用时8 min 50 s。

图6 对起火的工程宿营车灭火现场

5.3 车辆上水、供水及排水试验

注水时，启动综保车，牵引至对应上水位置，用站台消防栓向综保车上水。单罐加23 m3水用时47 min，单罐放23 m3水用时32 min。

供水时，用消防车DN40出水口水管、水泵及DN25入水口水管对工程宿营车供水，上0.1 t水用时约1 min。

5.4 隧道模拟冲刷、供电绝缘子冲洗试验

将消防用的多功能高压喷雾灭火枪换装为高压冲洗水枪后，作为特种清洗作业车，清洗线路、桥梁隧道内及供电绝缘子等各种残留污物。

(1) 冲洗隧道模拟试验。试验人员开启灭火设备，演示隧道枪水平射流和对空射流，并对站台上的污物进行冲洗，效果良好。

(2) 供电绝缘子冲刷。试验人员用隧道枪对空射流，对架设的7 m高供电绝缘子进行冲刷，效果良好。

6 结束语

2018年9月，在成都北车辆段召开了综保车试制竣工验收会议。会议认为综保车试制工作达到了《轨道交通消防车研制方案》的相关要求，能够满足消防灭火、线路冲刷、应急供水等功能需求。现场运用表明，该车性能良好，车上装载的消防系统各项功能稳定可靠。中车眉山车辆有限公司还将结合试用情况，进一步完善使用维修说明书，解决水泵功率小、消防水带漏水、上下梯防滑等问题。综保车的研制成功，对提升各铁路局集团公司的应急救援水平起到了重要作用。