N2智能网联物流车消防监控管理系统研究

刘彪杰，李文静，王雁辉，兰 旭，罗欣瑶

N2智能网联物流车消防监控管理系统研究

刘彪杰，李文静，王雁辉，兰 旭，罗欣瑶

（成都师范学院 物理与工程技术学院，四川 成都 610000）

随着近年来物流量的显著剧增，物流车消防隐患日益突出。文章通过调查近年物流车火灾事故，分析当前车载消防设备及常规应对措施存在弊端。提出智能车载制氮、储氮、供氮装置，以达到精准控制密闭车厢N2的浓度，切断自燃发生的必要条件，从而降低物品在中长途运输中因发生自燃损毁的风险。

智能网联；物流车；车载消防；N2

随着物流吞吐量指数的增长，物流车、物流集装箱（铁运、海运）、货运飞机货舱、仓库等消防措施压力也随之增长，常规的水介质和二氧化碳介质的干粉灭火器消防措施属于被动消防，不利于保值止损，且由于其成本高的特点，难以满足新时代物流运输行业的消防需求。结合现有消防设备存在的问题，提出基于N2智能网联物流消防监控管理系统，实现源头治理、常态监管、动态监测、主动预防的消防措施，为“一带一路”物流运输保驾护航，为客户保值止损。

冷链物流车主要用于生鲜、医药等物品的中长途运输，通过温控与车载灭火器即可满足消防要求。国内研究主要集中在路径优化、绿色环保冷链新技术等方面。物流车主要针对电子设备、电器装置、图书、服装、日常用品等物品的中长途运输，其消防措施为车载灭火器。一般车载灭火器分为水基和干粉两种类型，水基具有操作方便、灭火效率高、使用时不需倒置、有效期长、抗复燃、双重灭火等优点；干粉灭火器较为便宜、储存方便，但灭火效率不高、易复燃。车载灭火器限于体积小、储量有限，主要用于起火前期，一旦火势失控将难以取得实质效果。

1 物流车火灾事故分析

随着消费者网购需求的提升，尤其是“6 .18”“11 .11”等全民购物狂欢的活动，物流车的运量也呈现剧增，随之而来物流车消防隐患日益突出。据不完全统计，2018－2022年箱式物流车发生49起严重火灾事件，经济损失800多万元。根据事故统计，物流车常见自燃原因如图1所示。

图1 物流车自燃原因统计

疲劳驾驶事故与制动轮胎起火可从安全意识与常规检查角度入手。发动机起火多为线路、电瓶等老化或产品不合格造成。违禁物品应从源头治理，加强检测人员安全责任。货物自燃以及其他原因发生火情，可用新的消防监控管理系统处置。

2 N2智能网联消防策略

2018年唐斌运等在《敞开空间N2消防系统设计与仿真》一文中指出，N2消防系统投入使用后，使用效果良好，满足火箭发动机试验中少量着火下无损伤消防的要求[1]。李长江在《N2淹没系统在放射性钠火消防应用中的探讨》中指出，N2淹没系统在放射性钠火消防中的应用是审慎可行的，能够起到钠火快速抑制和防止大量放射性外泄的作用[2]。2020年于立明等在《N2消防系统在大型钢铁厂电缆隧道内的应用与优化》一文中指出，针对试验过程中发现问题，提出针对性解决方案，提升了N2消防系统的实际运行效果[3]。

目前N2为介质的气态消防设备多用于煤矿，车载式制氮灭火消防设备相对较少，综合参考相关文献及专利技术，结合物流车的起火原因，研制基于N2的物流车消防监控管理系统迫在眉睫。

根据物流车自燃起火条件，降低O2浓度至起火临界值。智能预设卸货时间点，提前通风降低N2浓度，确保O2浓度达到18.5%，低于此值时货舱门无法打开。该策略创新之处在于惰性气体介质N2作为阻燃剂、灭火剂，无毒无害不导电无污染，通过智能量化控制N2浓度，达成低压常态防自燃，高压应急断火源，远程操控保值降损失的效果。

3 N2智能网联物流车消防监控管理系统

本系统由硬件与软件部分组成，采用模块化、系列化平台[4]，用户可根据具体需求，提出个性化定制。规避被动消防的机动性差、持续时间久、消防代价高等缺点，秉承源头治理、提前预防、常态监管、动态监管的原则，满足消防参数量化、可视化的需求，紧急情况下可在规定时间内控制火情，一定程度上延长驾乘人员逃生时间。

产品硬件由车载膜分离制氮设备、高低压储气瓶、高低压脉冲式调压阀、管道等组成。软件部分为一种集成了CO2浓度传感器、N2浓度传感器、O2浓度传感器、烟雾报警器的基于N2的物流车消防监控管理系统。

高低压储气模块：此模块采用同轴设计，节省空间、安全性高。充气时先充低压储气瓶，压力达到设定值后，经脉冲式调压阀切换至高压储气瓶继续充气。低压储气瓶储满时可对高压储气瓶外围形成一定的背压，提高储气模块安全性。

高低压智能调控模块：低压管路采用Φ10 mm，高压管路Φ20 mm。常态消防情况下，运输物品存在密封不严致使气态介质浓度下降时，需要补给N2量相对较小，因此采用小管径即可满足需求。火情严重等紧急情况时，需要在最短时间内将高压N2送至消防空间（发动机舱、物流车货仓），迅速切断火源氧气并形成N2云控制火情，能够为驾乘人员争取逃生时间，因此采用高压管径相对较大。

智能监控管理模块：物流车行车时N2纯度不低于97%，手机端能控制且设定到达预定地点前5分钟系统自行泄压，检测箱式物流车内氧气含量浓度不低于18.5%，低于18.5%时物流车门无法打开。

供N2能力要求：

式中，0为物流车集装箱内漏风量，m3/min；1为物流车集装箱内平均氧气浓度，%；2为物流车集装箱内物品自燃临界氧气浓度（可手动设定值），%；N为注入N2的浓度，%；为备用系数，1.2～1.5。

供N2管路直径应满足：

式中，1为集装箱内管路末端N2压力，MPa；MAX为物流车集装箱内最大输送N2流量，m3/h；0为基准管径，150mm；i为实际输送N2管径（可以设定），mm；i为实际输送N2管路的长度（可以设定），km；0为基准管径的阻力损失系数，0.026；i为实际输送N2管径的阻力系数（可以设定）。

发生火灾时系统根据烟雾监测系统，增加N2压力，降低集装箱内氧气浓度。事故引起火灾时可引入高压N2，降低可燃物周边氧气，达到阻燃灭火，可以规避液态灭火、干粉灭火等带来的货物损失。常态时低压供氮，阻燃，降低集装箱内氧气含量。碰撞起火时低压持续，高压同步介入。

4 对比分析

目前物流车消防以灭火器为主要设备，车载类灭火器存在数量有限、灭火面有限、被动灭火等缺陷，对早期火源有显著效果。但由于货舱相对密闭，火患初期不易察觉，被动提示或察觉时火患已难以通过车载灭火器控制[5]。智能网联物流车消防监控管理系统可实现量化参数控制的主动消防功能，保值止损效果显著。不同灭火介质对环境影响对比分析与不同消防介质对日常用品自燃危害见图2、表1。

图2 不同灭火介质对环境影响对比分析

表1 不同消防介质对日常用品自燃危害

物品类别危害 介质：水H2O介质：二氧化碳CO2介质：N2 服装类损失较大损失较大，不易清除保值止损效果佳 电子产品损失较大，尤其手机类，锂电池或加剧火势损失大，清理困难，锂电池或加剧火势保值止损效果佳 书籍损失较大，影响使用损失小，但清理困难保值止损效果佳 生活小商品损失较大损失小保值止损效果佳

物品为锂电类产品时，其常规消防理念及设施相对落后，发生火灾时难以在灭火的同时最大限度保值止损，甚至会因消防举措不当加剧火势。智能网联N2消防监控管理系统在有效灭火的同时最大限度止损的优点比较显著，尤其在化学类材料上效果更加明显。锂离子电池电解液是由碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和单价聚阴离子锂盐混合而成[6-7]。锂电池自燃生成烟气的原理与在不同N2压强下浓度对比如图3－图5所示。

图3 锂电池燃爆生成烟气原理

图4 不同气压的空气环境中锂电池燃爆生成烟气组分浓度对比

图5 不同气压的N2环境中锂电池燃爆生成烟气组分浓度对比

总体来看，货舱内通常物品摆放较为紧凑，且无人看守。运输过程中难免因摩擦、磕碰等引发静电、火花等而带来火灾隐患的状况，或因货舱线路问题出现起火现象。为确保货物顺利抵达客户手中，可通过智能网联物流消防监控管理系统对货仓进行动态监测，利用介质N2有效消除潜在消防隐患。此外，还可以有效延缓果品、海鲜等产品氧化。N2智能网联物流车消防管理系统具有工艺简单、操作方便、易于掌握、不污染防灭火区域，对封闭区域内的设备损害小，恢复生产快等特点，还具有较好的稀释抑爆作用，能有效抑制火灾发生。

5 结论

之前的车载消防设备被动且不能实现常态化监测、动态化调整的特点，难以满足新时代物流运输需求。N2车载智能网联消防监控管理系统可规避被动消防的机动性差、持续时间久、消防代价高等缺点，秉承源头治理、提前预防、常态监管、动态监管的原则，实现消防低压常态防自燃，高压应急断火源的需求，紧急情况下可在规定时间内控制火情，一定程度上延长逃生时间。

[1] 唐斌运,徐鸿鹏,罗帅帅,等.敞开空间氮气消防系统设计及仿真[J].消防科学与技术,2018,37(2):209-210.

[2] 李长江.氮气淹没系统在放射性钠火消防应用中的探讨[J].给水排水,2018,54(S1):134-136.

[3] 于立明,李强,刘杰.氮气消防系统在大型钢铁厂电缆隧道内的应用与优化[J].冶金动力,2020(7):7-8,20.

[4] 冯毅,宋劭,谢红胜.船舶锂电池消防系统仿真[J].船海工程,2022,15(5):55-58.

[5] 李萌颖,熊朝军.某档案馆消防系统设计[J].四川建筑,2015,35(4):207-211.

[6] 沈俊杰,王海斌,贺元骅,等.低压环境下不同三元圆柱锂电池热失控危险特性对比研究[J].中国安全生产科学技术,2020,16(6):110-115.

[7] 国家环保局《空气和废气检监测分析方法》编委会.空气和废气监测分析方法[M].北京:中国环境科学出版社,2003.

Research on N2Intelligent Network Connected Logistics Vehicle Fire Monitoring Management System

LIU Biaojie, LI Wenjing, WANG Yanhui, LAN Xu, LUO Xinyao

( College of Physics and Engineering Technology, Chengdu Normal University, Chengdu 610000, China )

With the significant increase of freight flow in recent years, the fire hazard of logistics vehicles is becoming increasingly prominent. By investigating the fire accidents of logistics vehicles in recent years, this paper analyzes the drawbacks of current vehicle-mounted fire fighting equipment and conventional countermeasures. An intelligent vehicle mounted nitrogen generation, storage and supply device is proposed to precisely control the concentration of N2in the closed compartment, cut off the necessary conditions for spontaneous combustion, and reduce the risk of spontaneous combustion damage of goods during medium and long-distance transportation.

Intelligent network connected; Logistics vehicle; Vehicle-mounted fire fighting; N2

U467

A

1671-7988(2023)18-01-04

刘彪杰（1986－），男，硕士，讲师，研究方向为汽车性能测试与分析，E-mail:478034012@qq.com。

N2智能网联物流车消防监控管理系统的研究（20221438011）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.018.001