一種危險(xiǎn)化學(xué)品槽罐車(chē)模擬訓(xùn)練設(shè)施的設(shè)計(jì)與研究

盛超 汪永祿

危險(xiǎn)化學(xué)品事故按照發(fā)生階段分類(lèi)，可分為生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、經(jīng)營(yíng)、使用與回收5個(gè)階段。據(jù)統(tǒng)計(jì)，77%的事故發(fā)生在運(yùn)輸階段，而相對(duì)管道運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸以及水路運(yùn)輸，公路運(yùn)輸引起的事故占到總數(shù)的72%，其中涉及到LPG、LNG、CNG的運(yùn)輸事故高達(dá)32%。2012年“10·6” 湖南懷化LPG槽罐車(chē)側(cè)翻泄漏爆炸事故造成3名消防員當(dāng)場(chǎng)犧牲，多名消防員受傷；2016年“12.31”甘肅慶陽(yáng)CNG槽罐車(chē)爆燃事故造成周邊多部車(chē)輛受損，現(xiàn)場(chǎng)救援難度極大。2017年浙江杭長(zhǎng)高速“10·17”LNG槽罐車(chē)泄漏事故，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)處置條件，高速公路全程封道并護(hù)航至安徽廣德后才得到了安全處置。此類(lèi)事故具有突發(fā)性強(qiáng)、危險(xiǎn)性高、處置難度大等特點(diǎn)，而絕大部分基層消防指戰(zhàn)員缺乏相應(yīng)的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，因此，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)一款安全、經(jīng)濟(jì)、多元化的模擬訓(xùn)練設(shè)施，輔助于日常實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練，積累指揮和作戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，非常必要。

筆者結(jié)合多年消防工作經(jīng)驗(yàn)，將LPG、LNG、CNG三類(lèi)槽車(chē)中具有代表性的結(jié)構(gòu)部位按照1:1的比例進(jìn)行融合，設(shè)計(jì)出“三合一”模擬訓(xùn)練設(shè)施，可真實(shí)地還原公路運(yùn)輸過(guò)程中的各類(lèi)突發(fā)事故，具有可操作性和安全可控性，既可實(shí)現(xiàn)車(chē)輛結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確識(shí)別，又可輔助開(kāi)展滅火堵漏、關(guān)閥斷料、物料輸轉(zhuǎn)等多科目的日常訓(xùn)練和專(zhuān)業(yè)化教學(xué)。

1 目前已有模擬訓(xùn)練設(shè)施的現(xiàn)狀和不足

圖1

圖2

自從2014年部消防局提出基地化、模擬化、實(shí)戰(zhàn)化的工作理念以來(lái)，國(guó)內(nèi)圍繞消防模擬訓(xùn)練設(shè)施開(kāi)展了一些探索和研究，浙江、廣東、上海等省份圍繞作戰(zhàn)對(duì)象建設(shè)了真煙真火模擬設(shè)施，河北總隊(duì)開(kāi)發(fā)了危化品槽罐車(chē)VR仿真模擬訓(xùn)練設(shè)施，但多功能、實(shí)體化的槽罐車(chē)模擬訓(xùn)練設(shè)施仍然較少。目前基層中隊(duì)主要采用微縮組合化工裝置（圖1）來(lái)模擬堵漏訓(xùn)練，與真正處置對(duì)象在尺寸上相差較大，堵漏對(duì)象單一，缺乏系統(tǒng)性，訓(xùn)練前隊(duì)員已經(jīng)知曉處置情況，想定性差。部分支隊(duì)使用?；凡酃捃?chē)帶壓應(yīng)急堵漏模擬訓(xùn)練裝置（圖2、圖3），雖然實(shí)現(xiàn)了較大的提高，但在罐體結(jié)構(gòu)、操作箱內(nèi)閥門(mén)管線(xiàn)等方面，真實(shí)度較差，另外點(diǎn)火、低溫、高壓等特殊的事故條件均未體現(xiàn)，全面性不足。

從國(guó)外消防領(lǐng)域來(lái)看，主要在真實(shí)危化品槽罐車(chē)上開(kāi)展模擬訓(xùn)練，雖然能幫助消防員準(zhǔn)確熟悉?；凡酃捃?chē)的結(jié)構(gòu)，但是由于沒(méi)有真煙、真火、泄漏物等輔助手段，無(wú)法真實(shí)還原各類(lèi)災(zāi)情，進(jìn)一步指導(dǎo)處置救援工作。

圖3

圖4

2 LPG、LNG、CNG三類(lèi)槽罐車(chē)的主要結(jié)構(gòu)部位

2.1 LPG槽罐車(chē)

液化石油氣汽車(chē)罐車(chē)是用于公路運(yùn)輸液化石油氣的特種車(chē)輛，屬于中高壓容器，罐體的設(shè)計(jì)壓力為1.8～2.2MPa，運(yùn)行壓力0.8 MPa，設(shè)計(jì)溫度為50℃，目前國(guó)內(nèi)主要使用的液化石油氣汽車(chē)罐車(chē)分為半拖掛式和固定式兩種（圖4），兩側(cè)的操作箱是主要部位（圖5）。

2.2 LNG槽罐車(chē)

圖5

LNG罐車(chē)的罐體通過(guò)U形副梁固定在汽車(chē)底盤(pán)上，增壓蒸發(fā)器置于車(chē)的右側(cè)，管路控制系統(tǒng)集中布置在后操縱箱內(nèi)。液罐為真空粉末絕熱臥式夾套容器，雙層結(jié)構(gòu)，由內(nèi)膽和外殼套合而成，屬于低壓容器，設(shè)計(jì)壓力0.8MPa，運(yùn)行壓力0.3 MPa，設(shè)計(jì)溫度-196℃（圖6），尾部操作箱及低溫罐體結(jié)構(gòu)是其主要部位（圖7）。

圖6

圖7

圖8

圖9

2.3 CNG槽罐車(chē)

CNG長(zhǎng)管拖車(chē)主要由半掛車(chē)、框架、大容積無(wú)縫鋼瓶、前端安全艙、后端操作艙5大部分組成，屬于高壓容器，設(shè)計(jì)壓力20～27.5MPa，運(yùn)行壓力10～20MPa。設(shè)計(jì)溫度為50℃（圖8），尾部操作區(qū)及長(zhǎng)束罐體結(jié)構(gòu)是其主要部位（圖9）。

圖10

3 LPG、LNG、CNG三類(lèi)槽罐車(chē)事故的處置救援

3.1 LPG槽罐車(chē)

事故主要分未泄漏事故、泄漏事故、泄漏燃燒三類(lèi)（圖10）。處置的方法主要包括：冷卻降溫、稀釋抑爆、放空排險(xiǎn)、關(guān)閥斷料、堵漏封口、倒罐輸轉(zhuǎn)、引流控?zé)?、吊裝轉(zhuǎn)運(yùn)、安全監(jiān)護(hù)等，要視現(xiàn)場(chǎng)情況而定，進(jìn)行科學(xué)研判，技戰(zhàn)術(shù)靈活運(yùn)用，不能生搬硬套。

3.2 LNG槽罐車(chē)

事故主要分罐車(chē)無(wú)泄漏無(wú)霜凍、罐罐車(chē)無(wú)泄漏有霜凍、罐車(chē)發(fā)生泄漏事故以及罐車(chē)著火爆炸四類(lèi)（圖11）。

圖11

處置期間要保證罐體不失真空，嚴(yán)禁向罐體、管線(xiàn)、安全閥部位射水，嚴(yán)禁向罐體結(jié)霜面打水，嚴(yán)禁直流水直接沖擊擴(kuò)散云團(tuán)。一般不宜直接撲滅燃燒火焰，可采取控制燃燒戰(zhàn)術(shù)穩(wěn)妥處置。

3.3 CNG槽罐車(chē)

事故主要分高壓氣體泄漏和集束管組燃燒兩類(lèi)（圖12）。罐車(chē)發(fā)生追尾、撞擊、碰擦、墜落等道路交通事故時(shí)，后操作箱內(nèi)管道、閥門(mén)是最易受到破損的部位，一旦這些部位受到破壞，高壓氣體會(huì)瞬間噴出并迅速擴(kuò)散到高壓氣瓶組吸熱結(jié)霜。CNG長(zhǎng)管拖車(chē)集束管組著火部位一般在后操作箱各集束管閥門(mén)及管道連接處，呈帶壓火炬式燃燒。嚴(yán)禁在CNG長(zhǎng)管拖車(chē)尾部停留或部署力量，以防止高壓氣體或閥門(mén)管線(xiàn)等意外打擊傷害。

4 “三合一”模擬槽罐車(chē)訓(xùn)練設(shè)施的設(shè)計(jì)和研發(fā)

4.1 整體結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計(jì)

圖12

該設(shè)施外觀(guān)上組合了LPG槽罐車(chē)常溫帶壓、LNG槽罐車(chē)低溫常壓、CNG常溫高壓的不同特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)上包括LNG雙層罐體結(jié)構(gòu)（右邊罐體的后半部分）、LPG單層單罐結(jié)構(gòu)（右邊罐體的前半部分）、CNG單層多罐結(jié)構(gòu)（左邊的一排罐體）以及LNG槽罐車(chē)尾部操作箱、LPG槽罐車(chē)中部操作箱、CNG槽罐車(chē)尾部操作箱等多個(gè)重點(diǎn)部位，在此結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上設(shè)置了車(chē)輛傾覆，介質(zhì)泄漏、燃燒、爆炸等多種模擬災(zāi)情，整體功能設(shè)計(jì)如圖13所示。

圖13

事故模擬主要包括燃燒模擬、泄漏模擬和其他事故模擬三部分。

燃燒模擬共設(shè)置9處，分別為CNG運(yùn)輸車(chē)的尾部操作箱泄漏著火、 LNG運(yùn)輸車(chē)的尾部操作箱泄漏著火、 LPG運(yùn)輸?shù)捻敳堪踩y著火、尾部罐體焊接處撕裂著火、側(cè)面操作箱著火、運(yùn)輸車(chē)動(dòng)力源著火、運(yùn)輸車(chē)左右兩側(cè)輪胎著火等情況。

泄漏模擬共設(shè)置10處，分別為CNG運(yùn)輸車(chē)的罐體泄漏、尾部操作箱管路或閥門(mén)泄漏、 LNG運(yùn)輸車(chē)的管線(xiàn)閥門(mén)泄漏、安全閥超壓起跳低溫氣相泄漏以及LNG動(dòng)力源部位泄漏、LPG運(yùn)輸車(chē)的頂部安全閥撞擊破損發(fā)生泄漏或罐體壓力上升起跳泄漏、側(cè)面罐體受撞擊后破損發(fā)生氣液相泄漏、側(cè)面操作箱氣相泄漏、側(cè)面操作箱液相泄漏等情況。

圖14

圖15

其他事故模擬共設(shè)置3處，分別為車(chē)輛傾翻，氣液相管線(xiàn)功能改變；LPG運(yùn)輸車(chē)壓力持續(xù)上升，接近額定壓力；LNG 運(yùn)輸車(chē)真空度丟失。

4.2 系統(tǒng)組成

該設(shè)施由車(chē)輛結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、視頻監(jiān)視和廣播系統(tǒng)、設(shè)備控制系統(tǒng)、附屬配套系統(tǒng)四部分組成，如圖14所示。

4.2.1 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

該模擬設(shè)施集LNG、LPG 、CNG三種車(chē)型于一體，車(chē)體總長(zhǎng)12m、寬2.8m，裝載設(shè)備分為兩部分，左側(cè)由三根長(zhǎng)9m、通徑500mm的不銹鋼管并列布置，模擬CNG槽罐車(chē)的罐體，尾部設(shè)置CNG控制閥門(mén)區(qū)域。右側(cè)為長(zhǎng)9m、通徑2600mm的圓形罐體，分區(qū)域模擬LNG/LPG槽罐車(chē)的不同重點(diǎn)部位，如圖15 所示。

4.2.2 視頻監(jiān)視與廣播系統(tǒng)

該部分主要用于對(duì)受訓(xùn)對(duì)象的訓(xùn)練情況、設(shè)備狀態(tài)和災(zāi)害場(chǎng)景進(jìn)行全程視頻監(jiān)視，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行語(yǔ)音通信指揮。包括可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)傳感器、熱電偶、壓力傳感器、設(shè)備監(jiān)視軟件設(shè)備、攝像頭、廣播設(shè)備組成。

4.2.3 設(shè)備控制系統(tǒng)

主要對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，能夠顯示設(shè)備技術(shù)狀態(tài)，能夠遠(yuǎn)程遙控設(shè)備啟停。包括控制器、操作臺(tái)、平板電腦，有兩種模式：（1）操作臺(tái)控制，通過(guò)視頻監(jiān)視器觀(guān)察訓(xùn)練情況，同時(shí)使用操作臺(tái)按鈕，控制訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)備和訓(xùn)練流。（2）平板遙控，在訓(xùn)練現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)手持平板控制訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)備的啟停，同時(shí)控制訓(xùn)練流程。

4.2.4 附屬配套系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括燃料供應(yīng)子系統(tǒng)、氮?dú)夤?yīng)子系統(tǒng)以及水供應(yīng)子系統(tǒng)三部分。

燃料供應(yīng)子系統(tǒng)由氣瓶組、匯流排、氣化器、減壓閥、截止閥、手動(dòng)球閥、電磁閥、壓力表、壓力傳感器、可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)儀、水噴淋?chē)婎^、通風(fēng)口組成，丙烷氣供氣系統(tǒng)位于運(yùn)輸車(chē)罐體前段，為各燃燒裝置提供燃燒用氣。

氮?dú)夤?yīng)子系統(tǒng)用于訓(xùn)練裝置中模擬氣體泄漏和丙烷氣供應(yīng)管路吹掃，該系統(tǒng)中添加有機(jī)顏料，便于觀(guān)察和判斷現(xiàn)場(chǎng)氣體的泄漏。

水供應(yīng)子系統(tǒng)主要用于運(yùn)輸車(chē)?yán)鋮s噴淋裝置和消防噴淋裝置用水以及泄漏事故的模擬。

5 結(jié)束語(yǔ)

“三合一”模擬訓(xùn)練設(shè)施裝置突出實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練背景，融合遠(yuǎn)程監(jiān)控與現(xiàn)場(chǎng)遙控及綜合評(píng)估技術(shù)，首次提出將三種類(lèi)型的槽罐車(chē)合并設(shè)計(jì)，重點(diǎn)解決了泄漏對(duì)象標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，實(shí)現(xiàn)多種槽罐車(chē)結(jié)構(gòu)集成，構(gòu)建機(jī)動(dòng)靈活、智能高效、綜合穩(wěn)定、安全有序的?；愤\(yùn)輸車(chē)火災(zāi)、泄漏等事故模擬的訓(xùn)練設(shè)施，可滿(mǎn)足演示示教、實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練、考核評(píng)定等任務(wù)需求，提升?；饭捃?chē)的專(zhuān)業(yè)化處置水平，真正實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練場(chǎng)和戰(zhàn)場(chǎng)的“零距離”融合。