炮彈發(fā)射尾氣中CO對(duì)炮手的傷害分析

王鳳丹， 雍順寧， 徐利娜， 柯　文

(中國(guó)兵器工業(yè)試驗(yàn)測(cè)試研究院， 陜西 華陰 714200)

?

炮彈發(fā)射尾氣中CO對(duì)炮手的傷害分析

王鳳丹， 雍順寧， 徐利娜， 柯文

(中國(guó)兵器工業(yè)試驗(yàn)測(cè)試研究院， 陜西 華陰 714200)

摘要:本文使用testo350XL型氣體濃度采集設(shè)備對(duì)某自行火炮內(nèi)11連發(fā)迫擊彈、 7連發(fā)榴彈發(fā)射尾氣中CO和O2氣體濃度對(duì)測(cè)試采集， 并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)和波形曲線進(jìn)行分析. 結(jié)合有毒氣體濃度準(zhǔn)則對(duì)車內(nèi)無防護(hù)人員進(jìn)行傷害分析， 假設(shè)每發(fā)迫榴彈均勻生成CO和消耗O2， 計(jì)算得出各種臨床表現(xiàn)所需要的迫擊彈或榴彈的最低連發(fā)數(shù)量， 計(jì)算結(jié)果表明技術(shù)人員的實(shí)際表現(xiàn)癥狀與理論癥狀相同， 因此該方法可為技術(shù)人員在車內(nèi)裝填炮彈數(shù)量和自身防護(hù)提供參考.

關(guān)鍵詞:炮彈； CO； 發(fā)射尾氣； 有毒氣體濃度準(zhǔn)則； 傷害分析

0引言

火炮急速射擊項(xiàng)目是在戰(zhàn)爭(zhēng)極端狀態(tài)下及炮手裝填炮彈速度最大極限下， 考核火炮階段時(shí)間內(nèi)發(fā)射炮彈數(shù)量的最大值， 以此考核火炮在戰(zhàn)爭(zhēng)等極端狀態(tài)下的強(qiáng)度與極限射擊能力， 是對(duì)炮手生理、 心理、 體能、 意志和安全的嚴(yán)峻考驗(yàn). 然而， 炮手在裝填炮彈的過程中， 發(fā)射藥燃燒的尾氣直接排放到密閉的裝甲車內(nèi)， 尾氣中包含有CO、 H2S等有毒有害氣體， 若長(zhǎng)時(shí)間在車內(nèi)作業(yè)或單次作業(yè)時(shí)間過長(zhǎng)， 則該有毒氣體會(huì)對(duì)人體造成傷害. 本次試驗(yàn)運(yùn)用氣體濃度動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)對(duì)迫擊彈和連發(fā)榴彈發(fā)射尾氣的組分和濃度進(jìn)行了測(cè)試， 并依據(jù)有毒氣體濃度傷害準(zhǔn)則進(jìn)行了傷害分析.

1試驗(yàn)布置

1.1試驗(yàn)儀器

圖 1　氣體濃度采集系統(tǒng)示意圖Fig.1　The sketch map of gas detection system

氣體濃度采集設(shè)備使用爆炸空間氧氣(一氧化碳)濃度動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)， 儀器型號(hào)為Testo350 XL型， 該系統(tǒng)主要由手操器、 煙氣分析箱及煙氣探針組成. 手操器可通過采集程序來設(shè)置采集啟動(dòng)時(shí)間、 采集時(shí)長(zhǎng)、 采集速率和清洗時(shí)長(zhǎng)等參數(shù). 氣體濃度采集系統(tǒng)示意圖如圖 1 所示. 氣體濃度采集系統(tǒng)通過采氣泵給予動(dòng)力使得煙氣探桿周圍的氣體進(jìn)入耐硫軟管， 進(jìn)而到氣體傳感器， 該套測(cè)試系統(tǒng)的核心部件是電流型氣體傳感器(AGS)， 它能將被測(cè)氣體的種類和濃度等有關(guān)信息轉(zhuǎn)換為與其成一定關(guān)系的電量輸出， 從而得出采樣氣體的濃度， 并將采樣結(jié)果顯示在手操器上， 最后將試驗(yàn)數(shù)據(jù)手動(dòng)保存.

1.2試驗(yàn)條件

本次試驗(yàn)的氣體采集工作在一輛自行火炮輕型迫榴炮內(nèi)完成. 煙氣探桿被固定在車內(nèi)不影響炮手裝填炮彈的位置， 煙氣分析箱放置在車內(nèi)較靠前的位置， 并按防護(hù)要求使用硬質(zhì)海綿做防震處理， 二者采用耐硫軟管連接. 簡(jiǎn)易手柄連接著煙氣探桿和耐硫軟管， 試驗(yàn)前也對(duì)其采取了防震保護(hù).

本次試驗(yàn)共有3名技術(shù)人員在車內(nèi)協(xié)同裝填炮彈， 均配備護(hù)耳用具， 不配備防毒面具， 在裝填完連發(fā)炮彈后， 技術(shù)人員即刻打開車門出去.

2測(cè)試結(jié)果及分析

2.1測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)共進(jìn)行了兩組， 分別為11連發(fā)迫擊彈和7連發(fā)榴彈， 迫擊彈和榴彈的發(fā)射藥不同. 圖 2、 圖 3 分別為連發(fā)迫擊彈和連發(fā)榴彈試驗(yàn)中CO和O2的采集結(jié)果曲線[1].

圖 2　11連發(fā)迫擊彈發(fā)射尾氣氣體濃度測(cè)試結(jié)果Fig.2　The text results of gas concentration form 11 mortars

圖 3　7連發(fā)榴彈發(fā)射尾氣氣體濃度測(cè)試結(jié)果Fig.3　The text results of gas concentration form 7 grenades

表 1 為測(cè)試結(jié)果中CO和O2的濃度最值.

表 1　試驗(yàn)中CO和O2的濃度最值

2.2測(cè)試結(jié)果分析

從圖 2、 圖 3 中的測(cè)試曲線可以看出：

1) 在同一時(shí)間段內(nèi)， CO濃度增加， O2濃度降低. 此階段為迫榴彈裝填與發(fā)射的過程.

2) 裝填階段結(jié)束時(shí)， CO濃度達(dá)到最大值， O2濃度達(dá)到最小值； 此后， CO濃度開始降低， O2濃度開始增加. 此階段為技術(shù)人員從車內(nèi)出來的過程， 過程中有新鮮空氣進(jìn)入車內(nèi).

從整個(gè)測(cè)試曲線來看， CO和O2的濃度是此消彼長(zhǎng)的關(guān)系. CO是對(duì)人體血液和細(xì)胞有毒有害的氣體， CO濃度最高或O2濃度最低的時(shí)刻是對(duì)車內(nèi)技術(shù)人員危害最大的時(shí)刻.

從表 1 中可以發(fā)現(xiàn)， 7連發(fā)榴彈消耗掉的O2較11連發(fā)迫擊彈少， 而發(fā)射尾氣中CO的濃度卻較11連發(fā)迫擊彈的要高， 這說明榴彈發(fā)射尾氣的毒性更高.

3傷害分析

3.1有毒氣體濃度準(zhǔn)則

CO、 H2S、 NOx等氣體為血液窒息性氣體和細(xì)胞窒息性氣體等非單純窒息性氣體[2]. 有毒氣體濃度準(zhǔn)則指這些有毒氣體的危害性極大， 當(dāng)其在空氣中的濃度達(dá)到或者超過某個(gè)值時(shí)就會(huì)對(duì)人體造成傷害[3,4]. 針對(duì)CO氣體的濃度及臨床表現(xiàn)見表 2.

表 2　CO的濃度與臨床表現(xiàn)

3.2傷害分析

本次試驗(yàn)結(jié)束后， 技術(shù)人員從車內(nèi)出來， 均表示有輕微頭痛癥狀. 據(jù)此結(jié)果， 根據(jù)有毒氣體濃度準(zhǔn)則對(duì)測(cè)試的CO氣體濃度進(jìn)行分析.

假設(shè)迫擊彈和榴彈的每一發(fā)發(fā)射藥產(chǎn)生的CO和消耗的O2是均勻的， 則由表1可計(jì)算得出單發(fā)迫擊彈和榴彈發(fā)射尾氣產(chǎn)生的CO量和消耗的O2量， 設(shè)空氣中O2的體積百分比為21.00%， CO的量為0‰， 計(jì)算結(jié)果如表 3 所示.

表 3　單發(fā)彈發(fā)射尾氣中CO生成量和O2的消耗量

結(jié)合表2和表3， 不難計(jì)算得出各種臨床表現(xiàn)所需的最低連發(fā)迫榴彈數(shù)N. 例如將臨床表現(xiàn)按照表2所述從輕到重分為5個(gè)等級(jí)， 造成Ⅰ等級(jí)傷害的最低連發(fā)迫擊彈數(shù)N=64/7.55=9發(fā)， 以此方法計(jì)算出各等級(jí)臨床表現(xiàn)所需要的最低連發(fā)數(shù)N， 見表 4.

因CO與血紅蛋白的親和力是O2與血紅蛋白親和力的240倍[5]， 故少量的CO即可與O2競(jìng)爭(zhēng)， 因此尾氣中O2的消耗量對(duì)人員的傷害與CO的生成量對(duì)人員的傷害比起來是微乎其微的[6-8]， 在此不作計(jì)算.

表 4　各等級(jí)臨床表現(xiàn)所需要的的最低連發(fā)數(shù)

根據(jù)此次試驗(yàn)中連發(fā)數(shù)量11發(fā)迫擊彈和7發(fā)榴彈可以從表4中判斷出， 技術(shù)人員已經(jīng)被造成臨床表現(xiàn)Ⅰ等級(jí)的傷害即輕度頭痛， 這和試驗(yàn)結(jié)束后技術(shù)人員的表現(xiàn)相符.

4結(jié)束語(yǔ)

本文采用氣體濃度采集設(shè)備對(duì)某自行火炮內(nèi)11連發(fā)迫擊彈、 7連發(fā)榴彈的發(fā)射尾氣中CO和O2氣體濃度進(jìn)行采集， 并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)和波形曲線進(jìn)行分析. 按照每發(fā)迫榴彈均勻生成CO和消耗O2的方法， 依據(jù)有毒氣體濃度準(zhǔn)則中各種臨床表現(xiàn)所需的CO氣體濃度， 計(jì)算出各等級(jí)臨床表現(xiàn)所需要的迫榴彈最低連發(fā)數(shù)量， 從而可以為技術(shù)人員在車內(nèi)裝填炮彈數(shù)量和自身防護(hù)提供參考.

參考文獻(xiàn)：

[1]Excel Home. Excel 2007實(shí)戰(zhàn)技巧精粹[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2010.

[2]Harris R G, Joseph H C. Risk assessment and risk manament for the chemical process industry[M]. NewYork: VNR, 1991.

[3]劉雅瓊. 多重毀傷效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)方法研究[D]. 南京： 南京理工大學(xué)， 2009.

[4]曹鳳霞. 爆炸綜合毀傷效應(yīng)研究[D]. 南京： 南京理工大學(xué)， 2008.

[5]房廣才. 一氧化碳中毒[M]. 北京: 軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)出版社, 2001.

[6]Joseph V, Paul E. Marik, R E. et al. Carbon monoxide poisoning:a review for clinicians[J]. Journal of Emergency Medicine, 1999, 2(17): 87-93.

[7]Coburn R F. Mechanisms of carbon monoxide toxicity[J]. Preventive Med, 1979(8): 310-322

[8]Thom S R. Dehydrogenase conversion to oxidase and lipid peroxidation in brain after carbon monoxide poisoning[J]. J ApplPhysiol, 1992, 73(4): 1584-1589

Damage Analysis of Carbon-Monoxide in Howitzer Emission of Gas to Interior Personnel

WANG Fengdan, YONG Shunning, XU Lina, KE Wen

(Test and Measuring Academy of Norinco.Group, Huayin 714200, China)

Abstract:The carbon-monoxide and oxygen were gathered from a self-propelled gun 11 volleying mortar shell and 7 volleying grenade’s emission tail gas using the testo350XL gas detection fixture , the data and waveform curve were analyzed as well. The damage on personnel without protection in the armored vehicle was analyzed combined with toxic gas concentration rule. Supposed that every shell produces carbon monoxide homogeneously and consumes oxygen, the minimum volleying quantity can be calculated which is needed in all kinds of condition. Calculation results shows that technical personnel’s theoretical symptoms were the same as actual performance symptom, so this method can provide a reference for technical personnel in loading shells quantity and self protection.

Key words:shell; carbon-monoxide; emission gas; toxic gas concentration rule; damage analysis

中圖分類號(hào):TJ01

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

doi:10.3969/j.issn.1671-7449.2016.01.006

作者簡(jiǎn)介：王鳳丹(1985-)， 女， 工程師， 碩士生， 主要從事戰(zhàn)斗部毀傷效能評(píng)估的研究.

收稿日期:2015-08-17

文章編號(hào):1671-7449(2016)01-0030-04