商靠定

(武警學(xué)院 消防指揮系，河北 廊坊 065000)

●滅火救援技術(shù)

冷庫(kù)液氨泄漏事故處置方法研究

商靠定

(武警學(xué)院 消防指揮系，河北 廊坊 065000)

近年來(lái)，我國(guó)冷庫(kù)建設(shè)的數(shù)量和規(guī)模不斷擴(kuò)大，各類事故頻發(fā)，特別是液氨泄漏事故時(shí)有發(fā)生，造成大量人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。冷庫(kù)因其制冷設(shè)備和制冷工藝的特殊性，使得其液氨泄漏也具有不同于槽罐車泄漏的特點(diǎn)，處置難度極大。通過(guò)對(duì)冷庫(kù)液氨泄漏事故特點(diǎn)的總結(jié)，結(jié)合液氨泄漏擴(kuò)散范圍的判定，提出了稀釋防爆、截流堵源、減壓回抽、疏轉(zhuǎn)外排、覆蓋控制等五種處置方法，以期為部隊(duì)實(shí)戰(zhàn)提供一定的借鑒。

消防指揮；滅火救援；冷庫(kù)；氨泄漏

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)冷庫(kù)各類安全事故頻發(fā)，特別是液氨泄漏事故時(shí)有發(fā)生(見(jiàn)表1)，給人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅。冷庫(kù)的制冷設(shè)備眾多，制冷工藝復(fù)雜，液氨儲(chǔ)量較大，使得冷庫(kù)一旦發(fā)生液氨泄漏事故，具有不同于罐車液氨泄漏的特有特點(diǎn)，處置難度極大[1-2]。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)液氨泄漏事故的研究多集中在罐車泄漏，對(duì)冷庫(kù)中的液氨泄漏研究較少。因此，加強(qiáng)對(duì)冷庫(kù)中液氨泄漏事故的研究已成為當(dāng)前消防部隊(duì)的迫切需要。

1 冷庫(kù)液氨泄漏事故特點(diǎn)

冷庫(kù)中的液氨泄漏事故有其自身的特點(diǎn)：一是屬于受限空間泄漏。冷庫(kù)中的氨制冷系統(tǒng)置于冷庫(kù)的庫(kù)房或氨壓縮機(jī)房?jī)?nèi)，四周均有墻體維護(hù)。一旦發(fā)生氨泄漏，泄漏形成的氨氣云團(tuán)會(huì)在整個(gè)庫(kù)房空間內(nèi)四處擴(kuò)散，遇到開(kāi)口才會(huì)繼續(xù)逸散到大氣中。因此在一定時(shí)間內(nèi)冷庫(kù)液氨泄漏屬于受限空間泄漏，極易達(dá)到爆炸濃度范圍，遇火源發(fā)生爆炸。二是泄漏可能會(huì)引發(fā)次生事故。冷庫(kù)氨泄漏擴(kuò)散有多種模式[3]，不同的泄漏(氣相泄漏、液相泄漏、氣液混合泄漏、瞬時(shí)泄漏、連續(xù)泄漏)的特點(diǎn)不同，而且由于氨的毒性和可燃爆炸性，泄漏在外界條件的作用下，極易引發(fā)多種次生事故，如圖1所示。三是會(huì)產(chǎn)生“壓力連帶效應(yīng)”。冷庫(kù)制冷系統(tǒng)多為帶壓設(shè)備，一旦某處發(fā)生氨泄漏，若不及時(shí)處置或采取的措施不利，會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的壓力失衡。某些部位壓力過(guò)高或負(fù)壓狀態(tài)就會(huì)發(fā)生爆裂，造成多點(diǎn)泄漏。而且由于泄漏或關(guān)閥措施造成的壓力變化，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生液擊、液爆、憋壓等現(xiàn)象，造成制冷設(shè)備和管道的損壞。例如，若在壓縮機(jī)未停車狀態(tài)下，采取關(guān)閥堵漏的措施關(guān)閉壓縮機(jī)的排液閥，則壓縮機(jī)會(huì)造成憋壓，可能會(huì)造成壓縮機(jī)爆炸。四是泄漏會(huì)形成殘留隱患。冷庫(kù)中若發(fā)生氨泄漏事故，泄漏的液氨或氨氣除逸散消亡和水霧溶解消亡外，還會(huì)有剩余殘留于屋頂、角落或保溫夾層內(nèi)，受火源影響，極易再次燃燒爆炸或使人員中毒[4]。

表1 冷庫(kù)液氨泄漏事故典型案例

圖1 氨泄漏引發(fā)次生事故框圖

2 冷庫(kù)液氨泄漏擴(kuò)散范圍的確定

在冷庫(kù)液氨泄漏事故處置中，確定泄漏擴(kuò)散的范圍并進(jìn)行警戒區(qū)的劃分是事故處置的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是人員按等級(jí)進(jìn)行防護(hù)的前提。因此，消防部隊(duì)在初期到場(chǎng)后，首先就是進(jìn)行偵察檢測(cè)，確定液氨擴(kuò)散的范圍并進(jìn)行嚴(yán)格的警戒。

在到場(chǎng)初期，指揮員可以利用泄漏模擬法和經(jīng)驗(yàn)判斷法初步劃定警戒范圍，并進(jìn)行力量部署?！段ｋU(xiǎn)化學(xué)品應(yīng)急處置速查手冊(cè)》[5]中對(duì)初期泄漏擴(kuò)散范圍進(jìn)行了判定，如表2。

在初期范圍劃定后，還需組成不少于2個(gè)偵察組，攜帶偵檢儀器由遠(yuǎn)及近、由外至里進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)偵檢。因?yàn)榘钡亩竞π砸h(yuǎn)大于其燃爆性，因此警戒區(qū)域的劃分主要以氨的毒害濃度閾值為標(biāo)準(zhǔn)。偵檢的幾個(gè)關(guān)鍵濃度及區(qū)域劃分如表3和圖2所示。

表2 初始警戒范圍確定

表3 氨質(zhì)量濃度相關(guān)閾值[6]

圖2 警戒區(qū)域劃定

偵檢人員在進(jìn)行范圍標(biāo)定時(shí)要講究方式方法，不能盲目隨意走動(dòng)。首先要組成若干偵檢組，辨別風(fēng)向，在下風(fēng)向要增加偵檢組。在偵檢過(guò)程中，按照各個(gè)警戒區(qū)氨濃度閾值尋找等濃度線，可以采用橫向移動(dòng)、定點(diǎn)標(biāo)定或插旗標(biāo)定等方法，并逐步縱向深入，如圖3所示。

圖3 擴(kuò)散范圍標(biāo)定法

3 冷庫(kù)液氨泄漏事故處置方法

3.1 稀釋防爆

冷庫(kù)一旦發(fā)生氨泄漏，及時(shí)稀釋防爆是事故處置的基本方法。(1)稀釋。噴霧稀釋是處置氨泄漏事故最常用的方法：一是因?yàn)榘睒O易溶于水；二是由于冷庫(kù)中氨泄漏屬于受限空間泄漏，氨氣不易外散，利于噴霧吸收。操作過(guò)程中可以設(shè)置水幕水帶、屏障水槍于泄漏點(diǎn)附近，構(gòu)造水幕隔離帶，防止泄漏氨氣的擴(kuò)散；利用噴霧水槍對(duì)泄漏區(qū)域內(nèi)的有毒混合氣體進(jìn)行噴霧稀釋、吸收降毒。(2)防爆。溫度升高，液氨制冷管線內(nèi)或儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力會(huì)集聚升高，極易發(fā)生物理性爆炸，造成氨的泄漏。泄漏出的氨遇明火進(jìn)一步加劇燃燒。因此，保護(hù)好涉氨管道和儲(chǔ)罐，避免發(fā)生次生災(zāi)害事故是滅火行動(dòng)的基本準(zhǔn)則，應(yīng)從以下幾方面做好防爆：一是在噴霧稀釋的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)氨氣驅(qū)散?？梢耘汕补?jiān)組人員攜帶無(wú)火花工具破拆泄漏空間下風(fēng)方向的窗口，在上風(fēng)方向和側(cè)風(fēng)方向出噴霧水槍邊噴霧稀釋，邊移動(dòng)進(jìn)行驅(qū)散。還可以設(shè)置水驅(qū)動(dòng)排煙機(jī)進(jìn)行機(jī)械驅(qū)散。二是要全力堵截火勢(shì)向儲(chǔ)氨(制冷)車間蔓延?；饎?shì)蔓延的途徑主要是通過(guò)屋頂?shù)冗B接部位的保溫層蔓延的。因此堵截火勢(shì)蔓延可以通過(guò)部署舉高消防車?yán)盟诳刂苹饎?shì)沿屋頂彩鋼板保溫層蔓延；拆除連接部位的保溫層，阻止蔓延；部署攻堅(jiān)組內(nèi)攻堵截火勢(shì)蔓延。三是加強(qiáng)對(duì)受火勢(shì)威脅的液氨儲(chǔ)罐、管線的冷卻。液氨屬于加壓液化，儲(chǔ)罐采用的是全壓力式儲(chǔ)存，因此可以對(duì)受火焰炙烤的儲(chǔ)罐表面進(jìn)行冷卻，防止儲(chǔ)罐受熱內(nèi)部壓力增大而發(fā)生爆炸。對(duì)于受火勢(shì)威脅的管線，若管線表面有保溫材料，則嚴(yán)禁剝除，因?yàn)榇斯芫€鋼材多為深冷鋼，剝除后對(duì)管線冷卻會(huì)適得其反。四是要防止液池“冷爆炸”。若液氨儲(chǔ)罐下部大面積破裂泄漏，則會(huì)在罐底形成液氨滯留池，簡(jiǎn)稱液池。液池中液氨以平衡狀態(tài)向空氣中蒸發(fā)。在處置液池過(guò)程中，嚴(yán)禁對(duì)池中噴射直流水，防止破壞平衡態(tài)，造成液池中液氨閃蒸，甚至急劇沸騰發(fā)生爆炸[7]。應(yīng)首先對(duì)下水管道等地下孔洞進(jìn)行封堵，在確保液氨不會(huì)流入地下后，讓其自由蒸發(fā)形成云團(tuán)，然后出噴霧槍對(duì)云團(tuán)進(jìn)行稀釋。

3.2 截流堵源

冷庫(kù)火災(zāi)一旦發(fā)生氨泄漏，及時(shí)地截流堵源是控制氨泄漏事故進(jìn)一步擴(kuò)大的最根本、最有效的方法。(1)關(guān)閥。關(guān)閥就是通過(guò)關(guān)閉相關(guān)閥門達(dá)到抑制氨泄漏的一種方法。在采取關(guān)閥措施時(shí)，應(yīng)在冷庫(kù)技術(shù)人員的指導(dǎo)下首先關(guān)停壓縮機(jī)，然后按“先上后下，泄壓避火”的原則進(jìn)行作業(yè)?！跋壬虾笙隆笔侵笇?duì)泄漏部位兩端上下游的閥門應(yīng)該先關(guān)閉上游閥門，下游暫開(kāi)進(jìn)行泄壓，但泄壓一定程度后應(yīng)關(guān)閉泄漏口就近處閥門。因?yàn)榘敝评湎到y(tǒng)是一個(gè)封閉循環(huán)的系統(tǒng)，若只關(guān)閉上游端的閥門，則由于壓力的作用和氨的氣化流動(dòng)性，下游管線的氨仍會(huì)從泄漏口泄漏。避火，是指關(guān)閉的閥門應(yīng)選擇就近的但不受火勢(shì)直接威脅的閥門。(2)堵漏。在處置漏氨事故時(shí)，首選關(guān)閥，但若是儲(chǔ)罐、高壓儲(chǔ)液桶、低壓儲(chǔ)液桶、油氨分離器等含有大量氨液的容器，若其容器壁破損或容器與近端閥門之間的管道破裂，此時(shí)無(wú)法實(shí)施關(guān)閥，則應(yīng)采取堵漏的方法控制泄漏。另一種情況是若閥門無(wú)法關(guān)閉或兩個(gè)閥門之間的管道內(nèi)存有大量的氨，此時(shí)也應(yīng)當(dāng)采取堵漏措施。對(duì)于儲(chǔ)罐破裂，小尺寸的裂紋或裂縫可以使用外封式堵漏帶或磁壓堵漏工具堵漏；稍大一點(diǎn)的小孔可以用木楔堵漏工具或堵漏槍進(jìn)行堵漏；對(duì)于低壓儲(chǔ)氨容器，有時(shí)也可以利用棉被覆蓋泄漏處，然后噴水，利用泄漏氨蒸發(fā)吸熱制冷，使棉被凍結(jié)，達(dá)到短期堵漏的目的。對(duì)于管道破裂，也可以使用一些夾具進(jìn)行堵漏，如圖4所示。常用的主要有凸形法蘭夾具、直管、彎頭、三通夾具等[7]。一些冷庫(kù)單位通常也常備有各種類型、尺寸的管卡夾具，必要時(shí)可以使用。

圖4 簡(jiǎn)易管卡堵漏示意圖

3.3 減壓回抽

“減壓回抽”主要針對(duì)管線內(nèi)殘余液氨，指發(fā)生火災(zāi)后利用相關(guān)設(shè)備降低管線內(nèi)壓力，將氨液回抽至儲(chǔ)液器內(nèi)。實(shí)施此方法主要用于氨制冷系統(tǒng)中的壓縮機(jī)和氨泵。(1)壓縮機(jī)回抽法。冷庫(kù)液氨泄漏常規(guī)處置方法是到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)首先要關(guān)停壓縮機(jī)，防止造成更大的泄漏或引發(fā)爆炸事故。但在實(shí)際滅火救援過(guò)程中，若壓縮機(jī)暫時(shí)不受火勢(shì)威脅且離泄漏區(qū)域較遠(yuǎn)，無(wú)引燃爆炸性氨混合氣體的可能時(shí)，可暫時(shí)不關(guān)停壓縮機(jī)[8]。在技術(shù)人員的指導(dǎo)下，可以利用壓縮機(jī)將其上游管道內(nèi)的氨氣進(jìn)行回抽壓縮，并排入下游安全的、不受火勢(shì)危險(xiǎn)的儲(chǔ)液器內(nèi)，降低管道內(nèi)氨氣殘余量，使得火災(zāi)危險(xiǎn)性大大降低(見(jiàn)圖5所示)。例如，若冷庫(kù)蒸發(fā)器至壓縮機(jī)某管道破裂造成氨泄漏，則可以關(guān)閉蒸發(fā)器的進(jìn)液閥，開(kāi)啟壓縮機(jī)抽氣，盡可能的減少管道內(nèi)的余氨。(2)氨泵回抽法。在氨制冷系統(tǒng)中，氨泵是系統(tǒng)供液用到的主要?jiǎng)恿υO(shè)備。氨泵回抽法與壓縮機(jī)回抽法類似，也是通過(guò)吸收上游部位的液氨排入下游安全容器內(nèi)，達(dá)到降壓排空的目的。采用減壓回抽方法時(shí)，必須要在冷庫(kù)單位技術(shù)人員的全面指導(dǎo)下進(jìn)行，要首先查清氨泄漏的部位，以此來(lái)決定壓縮機(jī)和氨泵的開(kāi)停，并要對(duì)下游的接收容器或管道進(jìn)行安全評(píng)估。不論是壓縮機(jī)還是氨泵，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中一定要隨時(shí)注意泄漏區(qū)管道內(nèi)殘余氨的量，不能使壓縮機(jī)或氨泵空吸，當(dāng)壓力降低至0 MPa時(shí)就應(yīng)停止，以免造成設(shè)備損傷。

圖5 氨壓縮機(jī)回抽原理

3.4 疏轉(zhuǎn)外排

疏轉(zhuǎn)外排，是指對(duì)受火勢(shì)威脅較大管道或儲(chǔ)罐內(nèi)的大量液氨進(jìn)行疏導(dǎo)和轉(zhuǎn)移的方法。疏轉(zhuǎn)，即疏轉(zhuǎn)導(dǎo)液，指在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行氨液疏導(dǎo)轉(zhuǎn)移，可以減少液氨或氨氣的外泄。外排，即外排釋放，是指在采取一定安全措施的前提下將液氨或氨氣直接排放入系統(tǒng)外的環(huán)境中進(jìn)行稀釋擴(kuò)散的方法，可以降低系統(tǒng)內(nèi)的壓力，操作簡(jiǎn)單。(1)疏轉(zhuǎn)導(dǎo)液。倒罐是輸轉(zhuǎn)導(dǎo)液的常用方法。當(dāng)儲(chǔ)罐泄漏或受火勢(shì)威脅時(shí)要及時(shí)進(jìn)行倒罐轉(zhuǎn)存。倒罐的方法有多種，包括靜壓高位倒罐、壓縮氣體加壓倒罐、泵法倒罐和壓縮機(jī)倒罐。由于冷庫(kù)中儲(chǔ)罐的高度有限，不宜用靜壓高位倒罐；壓縮氣體加壓倒罐即往儲(chǔ)罐內(nèi)充入高壓惰性氣體，使儲(chǔ)罐內(nèi)壓力增大，然后通過(guò)管道連接導(dǎo)液；泵法倒罐法是利用泵吸取事故儲(chǔ)罐的液氨導(dǎo)入備用儲(chǔ)罐中，但在操作過(guò)程中泵易吸入氣相氨氣，產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。目前國(guó)內(nèi)冷庫(kù)中對(duì)氨罐的倒罐多采用壓縮機(jī)倒罐法，見(jiàn)圖6所示。首先將兩個(gè)儲(chǔ)罐的氣、液兩相管道相連接，然后利用壓縮機(jī)抽取轉(zhuǎn)存儲(chǔ)罐中的氣相組分，加壓后導(dǎo)入到事故儲(chǔ)罐中，事故儲(chǔ)罐中的液氨在壓力作用下經(jīng)液相管路導(dǎo)入到轉(zhuǎn)存儲(chǔ)罐內(nèi)(如圖6(a))；當(dāng)液氨不再流入時(shí)，關(guān)閉事故儲(chǔ)罐的液相管路，利用壓縮機(jī)抽吸事故儲(chǔ)罐內(nèi)的氣相組分并導(dǎo)入轉(zhuǎn)存儲(chǔ)罐中[9]。當(dāng)事故儲(chǔ)罐內(nèi)壓力降到約為0 MPa時(shí)停止(如圖6(b))。(2)外排釋放。排放主要有三種方式，一是在確定下風(fēng)向無(wú)人員聚集、無(wú)火源的情況下，利用儲(chǔ)罐的安全閥向空氣中排放，使氨氣在空氣中稀釋逸散；二是將氨液利用管道(耐壓膠皮管、放油管)排入預(yù)制的水池中進(jìn)行中和吸收。兩種方法在操作中必須要進(jìn)行安全監(jiān)護(hù)，向水池中排放后形成的廢液要注意防污染處理[10]。三是利用挖掘機(jī)、起重機(jī)等大型機(jī)械設(shè)備將冷庫(kù)氨泄漏廠房的屋頂或側(cè)墻進(jìn)行鑿洞破拆，加速氨氣云團(tuán)對(duì)外的排放，并向洞口射水稀釋。

圖6 壓縮機(jī)倒罐技術(shù)示意圖

3.5 覆蓋控制

覆蓋控制是由美國(guó)化學(xué)理事會(huì)提出的一種處置液氨泄漏事故的進(jìn)攻戰(zhàn)法。該方法主要是用聚乙烯或聚丙烯材質(zhì)的油布對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行覆蓋處置的一種方法。當(dāng)液氨或氨氣泄漏后，會(huì)形成濃厚的氣體云團(tuán)，遮蔽內(nèi)攻關(guān)閥或堵漏人員的視線，妨礙處置。油布覆蓋，就是內(nèi)攻處置人員在做好安全防毒、防凍等防護(hù)措施后，攜帶若干塊油布從上風(fēng)向接近氨氣云團(tuán)(可以用正壓式排煙機(jī)輔助)，逐塊的將油布覆蓋向泄漏處，使泄漏出的厚重氣體在油布上發(fā)生相變由氣態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài)，減少擴(kuò)散，增加能見(jiàn)度，利于下一步的關(guān)閥堵漏作業(yè)[11]。在整個(gè)覆蓋處置過(guò)程中，油布下方可能會(huì)形成液氨滯留池，池內(nèi)液氨會(huì)以平衡態(tài)穩(wěn)定蒸發(fā)，應(yīng)出噴霧水槍在偏上部位進(jìn)行噴霧稀釋。對(duì)于液氨泄漏穩(wěn)定燃燒狀態(tài)，除了用干粉滅火外，也可以用覆蓋控制的方法進(jìn)行撲救，但必須保證噴霧稀釋冷卻不間斷。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)冷庫(kù)液氨泄漏事故特點(diǎn)的闡述，明確了冷庫(kù)液氨泄漏事故處置難點(diǎn)以及處置過(guò)程中需要注意的事項(xiàng)。液氨泄漏事故處置的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)是對(duì)泄漏范圍的判斷和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的警戒。在確定警戒范圍并做好安全防護(hù)后，采取一定的合理有效的技戰(zhàn)術(shù)措施是成功處置泄漏事故的基礎(chǔ)。本文在稀釋防爆、截流堵源等傳統(tǒng)技戰(zhàn)術(shù)方法的基礎(chǔ)上結(jié)合冷庫(kù)的制冷特點(diǎn)提出了減壓回抽、疏轉(zhuǎn)外排、覆蓋控制等方法，以期為部隊(duì)的實(shí)戰(zhàn)提供一定的參考。

[1] GB 50072—2010，冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] “6·3”特別重大火災(zāi)爆炸事故調(diào)查組.吉林省長(zhǎng)春市寶源豐禽業(yè)有限公司“6·3”特別重大火災(zāi)爆炸事故調(diào)查報(bào)告[R].2013.

[3] 國(guó)家安全監(jiān)管總局監(jiān)管四司.涉氨制冷企業(yè)液氨專項(xiàng)治理技術(shù)指導(dǎo)書(試行)[M].北京，2013.

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[5] 張海峰.危險(xiǎn)化學(xué)品速查手冊(cè)[M].北京：中國(guó)人事出版社,2002.

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[7] 李建貴，潘立標(biāo).基于事故致因理論的冷庫(kù)火災(zāi)撲救危險(xiǎn)性分析[J].中國(guó)公共安全:學(xué)術(shù)版，2014,4:62-66.

[8] 吳振坤，黃東來(lái).某乳業(yè)公司冷庫(kù)火災(zāi)事故原因的調(diào)查及思考[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2007，26(5)：579-581.

[9] ANDERSON J R. Abandoned Cold Storage Warehouse Multi-firefighter Fatality Fire[J]. US Fire Administration, Emmitsburg, Maryland,1999.

[10] 魏捍東，熊偉.液氨泄漏事故處置戰(zhàn)術(shù)要點(diǎn)[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2014,(3)：39-41.

[11] Minnesota Department of Agriculture. Ammonia Incident Summaries [EB/OL].(2014-03-20).http://www.mda.state.mn.us/chemicals/.

(責(zé)任編輯 陳 華)

A Research on the Disposal Measures of Ammonia Leakage Accident in Freezing Storage

SHANG Kaoding

(DepartmentofFireCommanding，TheArmedPoliceAcademy，Langfang,HebeiProvince065000，China)

In recent years, the number and size of freezing storage constructions are increasing, resulting in various kinds of cold storage accidents，especially the ammonia leakage accidents, which seriously threatens people’s lives and property safety from time to time. The ammonia leakage accidents are difficulty to dispose. On the basis of practical research, measures such as diluting, valve closing, pressure reducing, discharging and covering are suggested.

fire commanding; fire-fighting; cold storage; ammonia leakage

2015-06-25

商靠定(1965— )，男，陜西咸陽(yáng)人，教授。

X937

A

1008-2077(2015)10-0024-05