N2智能網(wǎng)聯(lián)物流車消防監(jiān)控管理系統(tǒng)研究

劉彪杰，李文靜，王雁輝，蘭 旭，羅欣瑤

N2智能網(wǎng)聯(lián)物流車消防監(jiān)控管理系統(tǒng)研究

劉彪杰，李文靜，王雁輝，蘭 旭，羅欣瑤

（成都師范學(xué)院 物理與工程技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610000）

隨著近年來物流量的顯著劇增，物流車消防隱患日益突出。文章通過調(diào)查近年物流車火災(zāi)事故，分析當(dāng)前車載消防設(shè)備及常規(guī)應(yīng)對措施存在弊端。提出智能車載制氮、儲氮、供氮裝置，以達到精準(zhǔn)控制密閉車廂N2的濃度，切斷自燃發(fā)生的必要條件，從而降低物品在中長途運輸中因發(fā)生自燃損毀的風(fēng)險。

智能網(wǎng)聯(lián)；物流車；車載消防；N2

隨著物流吞吐量指數(shù)的增長，物流車、物流集裝箱（鐵運、海運）、貨運飛機貨艙、倉庫等消防措施壓力也隨之增長，常規(guī)的水介質(zhì)和二氧化碳介質(zhì)的干粉滅火器消防措施屬于被動消防，不利于保值止損，且由于其成本高的特點，難以滿足新時代物流運輸行業(yè)的消防需求。結(jié)合現(xiàn)有消防設(shè)備存在的問題，提出基于N2智能網(wǎng)聯(lián)物流消防監(jiān)控管理系統(tǒng)，實現(xiàn)源頭治理、常態(tài)監(jiān)管、動態(tài)監(jiān)測、主動預(yù)防的消防措施，為“一帶一路”物流運輸保駕護航，為客戶保值止損。

冷鏈物流車主要用于生鮮、醫(yī)藥等物品的中長途運輸，通過溫控與車載滅火器即可滿足消防要求。國內(nèi)研究主要集中在路徑優(yōu)化、綠色環(huán)保冷鏈新技術(shù)等方面。物流車主要針對電子設(shè)備、電器裝置、圖書、服裝、日常用品等物品的中長途運輸，其消防措施為車載滅火器。一般車載滅火器分為水基和干粉兩種類型，水基具有操作方便、滅火效率高、使用時不需倒置、有效期長、抗復(fù)燃、雙重滅火等優(yōu)點；干粉滅火器較為便宜、儲存方便，但滅火效率不高、易復(fù)燃。車載滅火器限于體積小、儲量有限，主要用于起火前期，一旦火勢失控將難以取得實質(zhì)效果。

1 物流車火災(zāi)事故分析

隨著消費者網(wǎng)購需求的提升，尤其是“6 .18”“11 .11”等全民購物狂歡的活動，物流車的運量也呈現(xiàn)劇增，隨之而來物流車消防隱患日益突出。據(jù)不完全統(tǒng)計，2018－2022年箱式物流車發(fā)生49起嚴重火災(zāi)事件，經(jīng)濟損失800多萬元。根據(jù)事故統(tǒng)計，物流車常見自燃原因如圖1所示。

圖1 物流車自燃原因統(tǒng)計

疲勞駕駛事故與制動輪胎起火可從安全意識與常規(guī)檢查角度入手。發(fā)動機起火多為線路、電瓶等老化或產(chǎn)品不合格造成。違禁物品應(yīng)從源頭治理，加強檢測人員安全責(zé)任。貨物自燃以及其他原因發(fā)生火情，可用新的消防監(jiān)控管理系統(tǒng)處置。

2 N2智能網(wǎng)聯(lián)消防策略

2018年唐斌運等在《敞開空間N2消防系統(tǒng)設(shè)計與仿真》一文中指出，N2消防系統(tǒng)投入使用后，使用效果良好，滿足火箭發(fā)動機試驗中少量著火下無損傷消防的要求[1]。李長江在《N2淹沒系統(tǒng)在放射性鈉火消防應(yīng)用中的探討》中指出，N2淹沒系統(tǒng)在放射性鈉火消防中的應(yīng)用是審慎可行的，能夠起到鈉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消防系統(tǒng)在大型鋼鐵廠電纜隧道內(nèi)的應(yīng)用與優(yōu)化》一文中指出，針對試驗過程中發(fā)現(xiàn)問題，提出針對性解決方案，提升了N2消防系統(tǒng)的實際運行效果[3]。

目前N2為介質(zhì)的氣態(tài)消防設(shè)備多用于煤礦，車載式制氮滅火消防設(shè)備相對較少，綜合參考相關(guān)文獻及專利技術(shù)，結(jié)合物流車的起火原因，研制基于N2的物流車消防監(jiān)控管理系統(tǒng)迫在眉睫。

根據(jù)物流車自燃起火條件，降低O2濃度至起火臨界值。智能預(yù)設(shè)卸貨時間點，提前通風(fēng)降低N2濃度，確保O2濃度達到18.5%，低于此值時貨艙門無法打開。該策略創(chuàng)新之處在于惰性氣體介質(zhì)N2作為阻燃劑、滅火劑，無毒無害不導(dǎo)電無污染，通過智能量化控制N2濃度，達成低壓常態(tài)防自燃，高壓應(yīng)急斷火源，遠程操控保值降損失的效果。

3 N2智能網(wǎng)聯(lián)物流車消防監(jiān)控管理系統(tǒng)

本系統(tǒng)由硬件與軟件部分組成，采用模塊化、系列化平臺[4]，用戶可根據(jù)具體需求，提出個性化定制。規(guī)避被動消防的機動性差、持續(xù)時間久、消防代價高等缺點，秉承源頭治理、提前預(yù)防、常態(tài)監(jiān)管、動態(tài)監(jiān)管的原則，滿足消防參數(shù)量化、可視化的需求，緊急情況下可在規(guī)定時間內(nèi)控制火情，一定程度上延長駕乘人員逃生時間。

產(chǎn)品硬件由車載膜分離制氮設(shè)備、高低壓儲氣瓶、高低壓脈沖式調(diào)壓閥、管道等組成。軟件部分為一種集成了CO2濃度傳感器、N2濃度傳感器、O2濃度傳感器、煙霧報警器的基于N2的物流車消防監(jiān)控管理系統(tǒng)。

高低壓儲氣模塊：此模塊采用同軸設(shè)計，節(jié)省空間、安全性高。充氣時先充低壓儲氣瓶，壓力達到設(shè)定值后，經(jīng)脈沖式調(diào)壓閥切換至高壓儲氣瓶繼續(xù)充氣。低壓儲氣瓶儲滿時可對高壓儲氣瓶外圍形成一定的背壓，提高儲氣模塊安全性。

高低壓智能調(diào)控模塊：低壓管路采用Φ10 mm，高壓管路Φ20 mm。常態(tài)消防情況下，運輸物品存在密封不嚴致使氣態(tài)介質(zhì)濃度下降時，需要補給N2量相對較小，因此采用小管徑即可滿足需求。火情嚴重等緊急情況時，需要在最短時間內(nèi)將高壓N2送至消防空間（發(fā)動機艙、物流車貨倉），迅速切斷火源氧氣并形成N2云控制火情，能夠為駕乘人員爭取逃生時間，因此采用高壓管徑相對較大。

智能監(jiān)控管理模塊：物流車行車時N2純度不低于97%，手機端能控制且設(shè)定到達預(yù)定地點前5分鐘系統(tǒng)自行泄壓，檢測箱式物流車內(nèi)氧氣含量濃度不低于18.5%，低于18.5%時物流車門無法打開。

供N2能力要求：

式中，0為物流車集裝箱內(nèi)漏風(fēng)量，m3/min；1為物流車集裝箱內(nèi)平均氧氣濃度，%；2為物流車集裝箱內(nèi)物品自燃臨界氧氣濃度（可手動設(shè)定值），%；N為注入N2的濃度，%；為備用系數(shù)，1.2～1.5。

供N2管路直徑應(yīng)滿足：

式中，1為集裝箱內(nèi)管路末端N2壓力，MPa；MAX為物流車集裝箱內(nèi)最大輸送N2流量，m3/h；0為基準(zhǔn)管徑，150mm；i為實際輸送N2管徑（可以設(shè)定），mm；i為實際輸送N2管路的長度（可以設(shè)定），km；0為基準(zhǔn)管徑的阻力損失系數(shù)，0.026；i為實際輸送N2管徑的阻力系數(shù)（可以設(shè)定）。

發(fā)生火災(zāi)時系統(tǒng)根據(jù)煙霧監(jiān)測系統(tǒng)，增加N2壓力，降低集裝箱內(nèi)氧氣濃度。事故引起火災(zāi)時可引入高壓N2，降低可燃物周邊氧氣，達到阻燃滅火，可以規(guī)避液態(tài)滅火、干粉滅火等帶來的貨物損失。常態(tài)時低壓供氮，阻燃，降低集裝箱內(nèi)氧氣含量。碰撞起火時低壓持續(xù)，高壓同步介入。

4 對比分析

目前物流車消防以滅火器為主要設(shè)備，車載類滅火器存在數(shù)量有限、滅火面有限、被動滅火等缺陷，對早期火源有顯著效果。但由于貨艙相對密閉，火患初期不易察覺，被動提示或察覺時火患已難以通過車載滅火器控制[5]。智能網(wǎng)聯(lián)物流車消防監(jiān)控管理系統(tǒng)可實現(xiàn)量化參數(shù)控制的主動消防功能，保值止損效果顯著。不同滅火介質(zhì)對環(huán)境影響對比分析與不同消防介質(zhì)對日常用品自燃危害見圖2、表1。

圖2 不同滅火介質(zhì)對環(huán)境影響對比分析

表1 不同消防介質(zhì)對日常用品自燃危害

物品類別危害 介質(zhì)：水H2O介質(zhì)：二氧化碳CO2介質(zhì)：N2 服裝類損失較大損失較大，不易清除保值止損效果佳 電子產(chǎn)品損失較大，尤其手機類，鋰電池或加劇火勢損失大，清理困難，鋰電池或加劇火勢保值止損效果佳 書籍損失較大，影響使用損失小，但清理困難保值止損效果佳 生活小商品損失較大損失小保值止損效果佳

物品為鋰電類產(chǎn)品時，其常規(guī)消防理念及設(shè)施相對落后，發(fā)生火災(zāi)時難以在滅火的同時最大限度保值止損，甚至?xí)蛳琅e措不當(dāng)加劇火勢。智能網(wǎng)聯(lián)N2消防監(jiān)控管理系統(tǒng)在有效滅火的同時最大限度止損的優(yōu)點比較顯著，尤其在化學(xué)類材料上效果更加明顯。鋰離子電池電解液是由碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和單價聚陰離子鋰鹽混合而成[6-7]。鋰電池自燃生成煙氣的原理與在不同N2壓強下濃度對比如圖3－圖5所示。

圖3 鋰電池燃爆生成煙氣原理

圖4 不同氣壓的空氣環(huán)境中鋰電池燃爆生成煙氣組分濃度對比

圖5 不同氣壓的N2環(huán)境中鋰電池燃爆生成煙氣組分濃度對比

總體來看，貨艙內(nèi)通常物品擺放較為緊湊，且無人看守。運輸過程中難免因摩擦、磕碰等引發(fā)靜電、火花等而帶來火災(zāi)隱患的狀況，或因貨艙線路問題出現(xiàn)起火現(xiàn)象。為確保貨物順利抵達客戶手中，可通過智能網(wǎng)聯(lián)物流消防監(jiān)控管理系統(tǒng)對貨倉進行動態(tài)監(jiān)測，利用介質(zhì)N2有效消除潛在消防隱患。此外，還可以有效延緩果品、海鮮等產(chǎn)品氧化。N2智能網(wǎng)聯(lián)物流車消防管理系統(tǒng)具有工藝簡單、操作方便、易于掌握、不污染防滅火區(qū)域，對封閉區(qū)域內(nèi)的設(shè)備損害小，恢復(fù)生產(chǎn)快等特點，還具有較好的稀釋抑爆作用，能有效抑制火災(zāi)發(fā)生。

5 結(jié)論

之前的車載消防設(shè)備被動且不能實現(xiàn)常態(tài)化監(jiān)測、動態(tài)化調(diào)整的特點，難以滿足新時代物流運輸需求。N2車載智能網(wǎng)聯(lián)消防監(jiān)控管理系統(tǒng)可規(guī)避被動消防的機動性差、持續(xù)時間久、消防代價高等缺點，秉承源頭治理、提前預(yù)防、常態(tài)監(jiān)管、動態(tài)監(jiān)管的原則，實現(xiàn)消防低壓常態(tài)防自燃，高壓應(yīng)急斷火源的需求，緊急情況下可在規(guī)定時間內(nèi)控制火情，一定程度上延長逃生時間。

[1] 唐斌運,徐鴻鵬,羅帥帥,等.敞開空間氮氣消防系統(tǒng)設(shè)計及仿真[J].消防科學(xué)與技術(shù),2018,37(2):209-210.

[2] 李長江.氮氣淹沒系統(tǒng)在放射性鈉火消防應(yīng)用中的探討[J].給水排水,2018,54(S1):134-136.

[3] 于立明,李強,劉杰.氮氣消防系統(tǒng)在大型鋼鐵廠電纜隧道內(nèi)的應(yīng)用與優(yōu)化[J].冶金動力,2020(7):7-8,20.

[4] 馮毅,宋劭,謝紅勝.船舶鋰電池消防系統(tǒng)仿真[J].船海工程,2022,15(5):55-58.

[5] 李萌穎,熊朝軍.某檔案館消防系統(tǒng)設(shè)計[J].四川建筑,2015,35(4):207-211.

[6] 沈俊杰,王海斌,賀元驊,等.低壓環(huán)境下不同三元圓柱鋰電池?zé)崾Э匚ｋU特性對比研究[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù),2020,16(6):110-115.

[7] 國家環(huán)保局《空氣和廢氣檢監(jiān)測分析方法》編委會.空氣和廢氣監(jiān)測分析方法[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)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

劉彪杰（1986－），男，碩士，講師，研究方向為汽車性能測試與分析，E-mail:478034012@qq.com。

N2智能網(wǎng)聯(lián)物流車消防監(jiān)控管理系統(tǒng)的研究（20221438011）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.018.001