炮弹发射尾气中CO对炮手的伤害分析

王凤丹， 雍顺宁， 徐利娜， 柯　文

(中国兵器工业试验测试研究院， 陕西 华阴 714200)



炮弹发射尾气中CO对炮手的伤害分析

王凤丹， 雍顺宁， 徐利娜， 柯文

(中国兵器工业试验测试研究院， 陕西 华阴 714200)

摘要:本文使用testo350XL型气体浓度采集设备对某自行火炮内11连发迫击弹、 7连发榴弹发射尾气中CO和O2气体浓度对测试采集， 并对测试数据和波形曲线进行分析. 结合有毒气体浓度准则对车内无防护人员进行伤害分析， 假设每发迫榴弹均匀生成CO和消耗O2， 计算得出各种临床表现所需要的迫击弹或榴弹的最低连发数量， 计算结果表明技术人员的实际表现症状与理论症状相同， 因此该方法可为技术人员在车内装填炮弹数量和自身防护提供参考.

关键词:炮弹； CO； 发射尾气； 有毒气体浓度准则； 伤害分析

0引言

火炮急速射击项目是在战争极端状态下及炮手装填炮弹速度最大极限下， 考核火炮阶段时间内发射炮弹数量的最大值， 以此考核火炮在战争等极端状态下的强度与极限射击能力， 是对炮手生理、 心理、 体能、 意志和安全的严峻考验. 然而， 炮手在装填炮弹的过程中， 发射药燃烧的尾气直接排放到密闭的装甲车内， 尾气中包含有CO、 H2S等有毒有害气体， 若长时间在车内作业或单次作业时间过长， 则该有毒气体会对人体造成伤害. 本次试验运用气体浓度动态分析系统对迫击弹和连发榴弹发射尾气的组分和浓度进行了测试， 并依据有毒气体浓度伤害准则进行了伤害分析.

1试验布置

1.1试验仪器

图 1　气体浓度采集系统示意图Fig.1　The sketch map of gas detection system

气体浓度采集设备使用爆炸空间氧气(一氧化碳)浓度动态分析系统， 仪器型号为Testo350 XL型， 该系统主要由手操器、 烟气分析箱及烟气探针组成. 手操器可通过采集程序来设置采集启动时间、 采集时长、 采集速率和清洗时长等参数. 气体浓度采集系统示意图如图 1 所示. 气体浓度采集系统通过采气泵给予动力使得烟气探杆周围的气体进入耐硫软管， 进而到气体传感器， 该套测试系统的核心部件是电流型气体传感器(AGS)， 它能将被测气体的种类和浓度等有关信息转换为与其成一定关系的电量输出， 从而得出采样气体的浓度， 并将采样结果显示在手操器上， 最后将试验数据手动保存.

1.2试验条件

本次试验的气体采集工作在一辆自行火炮轻型迫榴炮内完成. 烟气探杆被固定在车内不影响炮手装填炮弹的位置， 烟气分析箱放置在车内较靠前的位置， 并按防护要求使用硬质海绵做防震处理， 二者采用耐硫软管连接. 简易手柄连接着烟气探杆和耐硫软管， 试验前也对其采取了防震保护.

本次试验共有3名技术人员在车内协同装填炮弹， 均配备护耳用具， 不配备防毒面具， 在装填完连发炮弹后， 技术人员即刻打开车门出去.

2测试结果及分析

2.1测试结果

试验共进行了两组， 分别为11连发迫击弹和7连发榴弹， 迫击弹和榴弹的发射药不同. 图 2、 图 3 分别为连发迫击弹和连发榴弹试验中CO和O2的采集结果曲线[1].

图 2　11连发迫击弹发射尾气气体浓度测试结果Fig.2　The text results of gas concentration form 11 mortars

图 3　7连发榴弹发射尾气气体浓度测试结果Fig.3　The text results of gas concentration form 7 grenades

表 1 为测试结果中CO和O2的浓度最值.

表 1　试验中CO和O2的浓度最值

2.2测试结果分析

从图 2、 图 3 中的测试曲线可以看出：

1) 在同一时间段内， CO浓度增加， O2浓度降低. 此阶段为迫榴弹装填与发射的过程.

2) 装填阶段结束时， CO浓度达到最大值， O2浓度达到最小值； 此后， CO浓度开始降低， O2浓度开始增加. 此阶段为技术人员从车内出来的过程， 过程中有新鲜空气进入车内.

从整个测试曲线来看， CO和O2的浓度是此消彼长的关系. CO是对人体血液和细胞有毒有害的气体， CO浓度最高或O2浓度最低的时刻是对车内技术人员危害最大的时刻.

从表 1 中可以发现， 7连发榴弹消耗掉的O2较11连发迫击弹少， 而发射尾气中CO的浓度却较11连发迫击弹的要高， 这说明榴弹发射尾气的毒性更高.

3伤害分析

3.1有毒气体浓度准则

CO、 H2S、 NOx等气体为血液窒息性气体和细胞窒息性气体等非单纯窒息性气体[2]. 有毒气体浓度准则指这些有毒气体的危害性极大， 当其在空气中的浓度达到或者超过某个值时就会对人体造成伤害[3,4]. 针对CO气体的浓度及临床表现见表 2.

表 2　CO的浓度与临床表现

3.2伤害分析

本次试验结束后， 技术人员从车内出来， 均表示有轻微头痛症状. 据此结果， 根据有毒气体浓度准则对测试的CO气体浓度进行分析.

假设迫击弹和榴弹的每一发发射药产生的CO和消耗的O2是均匀的， 则由表1可计算得出单发迫击弹和榴弹发射尾气产生的CO量和消耗的O2量， 设空气中O2的体积百分比为21.00%， CO的量为0‰， 计算结果如表 3 所示.

表 3　单发弹发射尾气中CO生成量和O2的消耗量

结合表2和表3， 不难计算得出各种临床表现所需的最低连发迫榴弹数N. 例如将临床表现按照表2所述从轻到重分为5个等级， 造成Ⅰ等级伤害的最低连发迫击弹数N=64/7.55=9发， 以此方法计算出各等级临床表现所需要的最低连发数N， 见表 4.

因CO与血红蛋白的亲和力是O2与血红蛋白亲和力的240倍[5]， 故少量的CO即可与O2竞争， 因此尾气中O2的消耗量对人员的伤害与CO的生成量对人员的伤害比起来是微乎其微的[6-8]， 在此不作计算.

表 4　各等级临床表现所需要的的最低连发数

根据此次试验中连发数量11发迫击弹和7发榴弹可以从表4中判断出， 技术人员已经被造成临床表现Ⅰ等级的伤害即轻度头痛， 这和试验结束后技术人员的表现相符.

4结束语

本文采用气体浓度采集设备对某自行火炮内11连发迫击弹、 7连发榴弹的发射尾气中CO和O2气体浓度进行采集， 并对测试数据和波形曲线进行分析. 按照每发迫榴弹均匀生成CO和消耗O2的方法， 依据有毒气体浓度准则中各种临床表现所需的CO气体浓度， 计算出各等级临床表现所需要的迫榴弹最低连发数量， 从而可以为技术人员在车内装填炮弹数量和自身防护提供参考.

参考文献：

[1]Excel Home. Excel 2007实战技巧精粹[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2010.

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

[3]刘雅琼. 多重毁伤效应综合评价方法研究[D]. 南京： 南京理工大学， 2009.

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[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.

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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

中图分类号:TJ01

文献标识码:A

doi:10.3969/j.issn.1671-7449.2016.01.006

作者简介：王凤丹(1985-)， 女， 工程师， 硕士生， 主要从事战斗部毁伤效能评估的研究.

收稿日期:2015-08-17

文章编号:1671-7449(2016)01-0030-04