某大口徑火炮射擊時艙室內(nèi)一氧化碳的測試分析

閆金海，韓衛(wèi)敏，考希賓，李廣歧,翟少波,夏寶清,萬紅,李健

(1.兵器工業(yè)衛(wèi)生研究所 中國兵器工業(yè)集團人-機-環(huán)境重點實驗室，西安 710065；2.西北機電工程研究所，陜西 咸陽 712099)

1 引言

火炮作為常規(guī)武器，在歷次的戰(zhàn)爭中經(jīng)受了驗證，成為不可或缺的武器并廣泛應(yīng)用于各軍兵種[1]。大口徑自行火炮作為一種戰(zhàn)略壓制性武器在火炮家族中具有舉足輕重的地位[2]。20世紀末以來，世界各國競相在進行大口徑自行火炮研制[3]。目前，火炮的發(fā)射大多采用發(fā)射藥和爆炸部分開的設(shè)計，在火炮的發(fā)射過程中，由于組成現(xiàn)有發(fā)射藥的主要化學元素包含碳元素勢必會造成尾氣中一氧化碳的產(chǎn)生。本試驗借助某大口徑火炮25連發(fā)和7連發(fā)閉艙射擊試驗，以該火炮為試驗測試模型，對其射擊過程中產(chǎn)生的一氧化碳進行了測試分析，探討其產(chǎn)生的影響因素及其防護措施。

2 對象與方法

2.1 試驗對象

某大口徑自行火炮，處于正常的閉艙射擊作業(yè)狀態(tài)，開啟通風裝置，分別進行25連發(fā)射擊和7連發(fā)射擊。

2.2 測試設(shè)備及方法

測試設(shè)備采用數(shù)顯溫度計、大氣壓計以及復合氣體檢測儀，測量范圍及分辨率如下：

測量范圍：溫度:-20℃-60℃；氣壓:0 KPa-120.0 KPa；CO:0-1000 ppm。

分辨率：溫度：0.1℃；氣壓：0.10 KPa ；CO：1.0 ppm。

本試驗所用測試設(shè)備經(jīng)過陜西省計量院檢定并且檢定合格。參照GJB59.89-2011裝甲車輛試驗規(guī)程第89部分：車內(nèi)有害氣體測定[4]中規(guī)定要求，在某大口徑自行火炮25連發(fā)和7連發(fā)閉艙射擊作業(yè)狀態(tài)下，分別將3個有害氣體連續(xù)自動測試記錄儀平作業(yè)人員的呼吸帶固定于艙室內(nèi)車長位、炮手位和炮尾位頂部，在火炮射擊時同步測試記錄艙室內(nèi)三個點位的一氧化碳濃度變化情況,同時測試環(huán)境的溫度和大氣壓力。每個連發(fā)射擊狀態(tài)測試一次。由于射擊時射擊時間短，因此在安裝固定有害氣體測試設(shè)備前通過專用設(shè)置軟件設(shè)置采樣率為1個樣/1 s。

2.3 數(shù)據(jù)處理

在分別測試某大口徑火炮25連發(fā)和7連發(fā)射擊時艙室內(nèi)一氧化碳氣體濃度的變化后，參照GJB5834-2006規(guī)定的有害氣體濃度限值的計算方法計算STEL以及MAC[5]，此實驗結(jié)果作為相應(yīng)受試對象、相應(yīng)時刻、相應(yīng)測試位置處空氣中的一氧化碳濃度值。

3 結(jié)果

分別通過對某大口徑火炮25連發(fā)和7連發(fā)閉艙射擊試驗一氧化碳的測試分析，得到的結(jié)果如下：車長位一氧化碳1 min的MAC值分別是1 310 mg/m3、900 mg/m3，STEL值分別是669 mg/m3、124 mg/m3。炮長位一氧化碳1 min的MAC值分別是2 130 mg/m3、1 160 mg/m3，STEL值分別是1 369 mg/m3、200 mg/m3。炮尾頂部位一氧化碳1分鐘的MAC值分別是2 270 mg/m3、1 850 mg/m3，STEL值分別是1 278 mg/m3、190 mg/m3。具體結(jié)果數(shù)值詳見表1。試驗過程中一氧化碳濃度變化趨勢的曲線圖詳見圖1-圖3。

表1 一氧化碳測試結(jié)果匯總表 單位：(mg/m3)

4 討論

4.1 參照GJB5834-2006 裝甲車輛艙室內(nèi)有害氣體濃度限值[5]和GJB967-1990 坦克艙室一氧化碳短時間接觸限值[6]要求：本次對某大口徑火炮25連發(fā)和7連發(fā)閉艙射擊兩個狀態(tài)測試結(jié)果的分析，艙室內(nèi)三個測試點位的一氧化碳均存在不符合GJB5834-2006和GJB967-1990中規(guī)定的要求。大口徑火炮射程遠，發(fā)射部裝藥量大，發(fā)射時采用自動裝填裝置，射擊時間短，因此會造成受試對象艙室內(nèi)一氧化碳濃度短時間急劇上升和累積。試驗過程中通風裝置一直處于工作狀態(tài)，因此在射擊結(jié)束后一氧化碳會通過通風裝置迅速被排除到艙外，從而能夠最大限度的降低一氧化碳對艙室內(nèi)作業(yè)人員身體和作業(yè)工效的影響。

4.2 火炮發(fā)射中尾氣中會產(chǎn)生大量的有毒有害氣體[7]，其中一氧化碳占主要成份。一氧化碳，化學式為CO，具有毒性，較高濃度時能使人出現(xiàn)不同程度中毒癥狀，主要危害人體的肺、腦、心、肝、腎及其他組織。接觸低濃度一氧化碳后會出現(xiàn)頭昏、頭痛、心悸、惡心等癥狀[8]。長時間接觸一氧化碳會對作業(yè)人員的身體和作業(yè)工效產(chǎn)生一定的影響，因此，需對火炮射擊作業(yè)過程中一氧化碳的防護引起重視。

4.3 在火炮射擊的過程中，由于射擊時間短暫，一氧化碳濃度蓄積快，濃度上升的高，其短時間的濃度超出了測試設(shè)備所能探測的范圍，因此，有兩個位點的變化曲線圖出現(xiàn)了削峰的現(xiàn)象，見圖2和圖3。這部分數(shù)值只能作為定性參照。

4.4 通過分析，大口徑火炮閉艙射擊時艙室內(nèi)一氧化碳濃度的影響因素主要有發(fā)射部的藥量、發(fā)射的時間、連發(fā)射擊的炮彈數(shù)量、測試的位置以及距離通風裝置的距離等。

5 小結(jié)

自行火炮在閉艙射擊作業(yè)時，炮管內(nèi)的尾氣會直接排進作業(yè)人員工作的艙室內(nèi)，而尾氣中的CO氣體，會對艙室內(nèi)作業(yè)人員的作業(yè)工效和身體產(chǎn)生一定的影響，因此，需對火炮射擊作業(yè)過程中有害氣體特別是一氧化碳的防護引起重視。另外，從本次試驗看，火炮射擊時，尾氣產(chǎn)生的濃度大小與射擊時間、射擊口徑、射擊的連發(fā)數(shù)以及測試的位置具有一定的關(guān)系。