避難硐室氧氣供應(yīng)自控系統(tǒng)  礦用救生艙氣體匯流排

救生艙內(nèi)氧氣供應(yīng)是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，缺乏氧氣，將造成受困人員窒息而死。許多礦難導(dǎo)致的生命死亡，70%以上都是因?yàn)槿狈ρ鯕馑?。救生艙是生命存活的希望所在，因此，如何提供可靠的氧氣供?yīng)，是決定救生艙是否應(yīng)用成功的關(guān)鍵。

　　救生艙內(nèi)氧氣來源不外乎以下幾種方式：
　?。?）液態(tài)氧
　?。?）化學(xué)生氧
　　（3）制氧機(jī)
　?。?）高壓氧氣瓶供氣。

　　我們先來分析一下哪種方式最可靠且最實(shí)用。
 
　　液態(tài)氧在中大型醫(yī)院里普通使用，是一種不錯的氧源，液態(tài)氧汽化成氣態(tài)氧，一般可放大800倍，因此，如果不考慮其它因素，液態(tài)氧作為一種高效氧源是很不錯的選擇。但液態(tài)氧有一個特點(diǎn)，就是緩慢汽化，如果汽化的氧氣不盡快釋放出去，將會使儲氣罐壓力升高甚至導(dǎo)致爆炸，一瓶40L的液態(tài)氧（通過采用杜瓦瓶存放），差不多在1－2個月的時間內(nèi)就可以揮發(fā)完畢。因此，對于使用時間長達(dá)6年的救生艙，顯然液態(tài)氧不是最佳選擇。
 
　　化學(xué)生氧是一種通過化學(xué)方式產(chǎn)生氧氣的途徑，一般采用超氧化鉀或超氧化納作為基礎(chǔ)材料。它與水起反應(yīng)，將產(chǎn)生大量的氧氣?；瘜W(xué)生氧在航天領(lǐng)域有所應(yīng)用，但在救生艙領(lǐng)域，由于化學(xué)生氧將產(chǎn)生大量的熱量，且反應(yīng)過程難以控制，因此目前很少有救生艙廠家采用這種供氧方式。但作為應(yīng)急手段，這種生氧方式也是可以使用的，比如市場上有一種“氧燭”，就是化學(xué)生氧的真實(shí)應(yīng)用，可以在救生艙內(nèi)備用一些，以救急使用。
 
　　制氧機(jī)目前在家庭及醫(yī)院里已有廣泛應(yīng)用，它可以產(chǎn)生出93%以上純度的氧氣，符合醫(yī)療應(yīng)用要求。它主要利用分子篩分離空氣中的氧氣，生成純度較高的氧氣。在救生艙這種密閉環(huán)境中，制氧機(jī)顯然并不適用，它無法獲得大量待分離的空氣，而且相對耗電，因此對于供電緊張的救生艙而言，并不實(shí)用。
 
　　高壓氧氣瓶供氧，是目前大部分救生艙普通使用的一種供氧方式，它采用高壓氧氣瓶供氣，在氣瓶閥門關(guān)閉的情況下，不會明顯泄露，但如果閥門開啟，則會有緩慢的泄露。因此，常時間存放的氧氣瓶，一定要旋緊閥門，防止緩慢泄露。它的最大缺點(diǎn)是占用體積較大，存氧量有限，搬運(yùn)較為困難。

　　從上面介紹可以看出，救生艙供氧，最可靠的方式還是高壓氣瓶供氣。目前國內(nèi)高壓氣瓶有15L、40L、60L、70L等幾種規(guī)格，理論上講，高壓氧氣瓶的壓力為15Mpa，事實(shí)上，由于氧氣灌裝設(shè)備的原因，一般只能充到13Mpa左右。在釋放氧氣時，并不能將氧氣全部釋放干凈，而是還留有部分余壓，一般可按1Mpa計算，因此，一瓶氧氣，真正有效的壓力只有12Mpa左右，這是我們計算用氧量的理論依據(jù)。

　　對于如何持續(xù)向艙內(nèi)供應(yīng)氧氣，許多救生艙企業(yè)都有自己的解決辦法，比較多的辦法是手動釋放氧氣。即操作者通過氧氣濃度傳感器觀察艙內(nèi)氧氣濃度變化，當(dāng)濃度低于某一值時，人工手動啟動氣瓶放氧，當(dāng)氧濃度升高到另一高值時，再關(guān)閉氣瓶，如此反復(fù)，實(shí)現(xiàn)手動供氧。市場上另有一種辦法是，使用者按指導(dǎo)手冊大致計算每人的耗氧量，然后在匯流排（將多個氣瓶連接在一起的管件就叫匯流排）末端安裝一個氧氣流量調(diào)節(jié)器，手動調(diào)節(jié)流量大小，以持續(xù)釋放氧氣。應(yīng)當(dāng)講，這兩種方案是目前國內(nèi)普遍采用的方案，不耗任何電能，即可實(shí)現(xiàn)供氧。

　　但仔細(xì)分析，這種手動調(diào)節(jié)方式又存在不少問題。比如上面第一種方式，由于氧氣排出氣瓶并不是均勻分布，而比較多的情況是產(chǎn)生一個氣團(tuán)，該氣團(tuán)如果正好籠罩在氧氣傳感器上，則氧氣傳感器將作出錯誤的顯示，事實(shí)上，靠人手動調(diào)節(jié)，永遠(yuǎn)存在比較大的偏差，這種方式最大的弊病，就是供氧不均勻，放氧或多或少，造成對氧氣的浪費(fèi)供應(yīng)。再看上面第二種辦法，從理論上講應(yīng)當(dāng)是對的，可以實(shí)現(xiàn)較為精確的供氧，但對于深陷恐懼之中的礦工而言，能否準(zhǔn)確計算，能否心態(tài)平穩(wěn)地調(diào)節(jié)，能否不手忙腳亂進(jìn)行這種精密設(shè)備的操作，還是一個問題。而且，礦工的活動情況不同，耗氧量有很大的不同，礦工能否根據(jù)不同的情況進(jìn)行計算和設(shè)置，也是一個有待考慮的問題。

　　我公司采用自動控制技術(shù)進(jìn)行精確供氧，就是為了解決以上手動操作的弊端與不足。我們的基本考慮點(diǎn)是：礦工逃進(jìn)救生艙，緊張焦灼情緒可想而知。在這種面臨生死考驗(yàn)的時候，沒有人能夠鎮(zhèn)定自若的。我們采用全自動控制技術(shù)，就是要減輕礦工的操作流程，幫助他們實(shí)現(xiàn)自動供氧，他們只要能夠打開氧氣瓶閥門（這在手動操作中也是必不可少的環(huán)節(jié)），其它的一切均由控制系統(tǒng)自動完成?！?/p>

避難硐室氧氣供應(yīng)自控系統(tǒng)  礦用救生艙氣體匯流排

　　我們的控制系統(tǒng)依下列的思路實(shí)現(xiàn)自動控制，即氧氣傳感器時刻監(jiān)測艙內(nèi)氧氣濃度變化，當(dāng)濃度低于某一設(shè)定值時（如18%），控制板自動指揮電磁閥打開，向艙內(nèi)充氧；當(dāng)氧氣濃度超過一定值時（如23%），控制板自動指揮電磁閥關(guān)閉，停止向艙內(nèi)供氧。這樣周而復(fù)始，自動將氧氣濃度限制在18－23%之間。在這個過程中，不需要任何人員參與，而是由控制系統(tǒng)自動指揮完成。當(dāng)然，為防止自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，或電能耗盡無法啟用自控系統(tǒng)，我們在管路上設(shè)置了手動調(diào)節(jié)裝置，即當(dāng)自動系統(tǒng)失效后，操作者可以立即啟動手動裝置進(jìn)行氧氣釋放，確保氧氣供應(yīng)能夠連續(xù)進(jìn)行，這樣將極大地提高系統(tǒng)的可靠性及安全性。此外，為防止氧氣排放時形成不均勻氣團(tuán)影響傳感器的讀數(shù)，我們在匯流管末端加裝了阻尼消音裝置，使氣流緩慢釋放，從而確保氧氣與艙內(nèi)空氣均勻混合，使傳感器盡可能準(zhǔn)確地讀取到艙內(nèi)氧氣的平均濃度，這樣也使控制系統(tǒng)可做出更精確的判斷和動作。

　　目前，國內(nèi)已經(jīng)有多家救生艙生產(chǎn)企業(yè)使用了這套自動控制系統(tǒng)，實(shí)踐證明，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，控制精準(zhǔn)，反響良好。通過實(shí)際測試，我們也獲得了另一個重要參數(shù)，即呆在救生艙的人體，平均耗氧量為0.35-0.4/min，這是一個比較合理的耗氧量，救生艙建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)中定義的人體耗氧量為0.5L/min，比我們實(shí)際測下來的偏高，一方面證明我們自控系統(tǒng)確實(shí)節(jié)省氧氣用量，另一方面也通過實(shí)踐獲得了可靠的計算參數(shù)，這為眾多救生艙企業(yè)計算用氧量提供了參考。

　　下面，我們提供了氧氣用量的計算方法，供同行參考。有兩個重要參數(shù)上面已經(jīng)提到，一是一個氣瓶的有效壓力值為120KG，另一個就是艙內(nèi)人體的耗氧量按0.4L/min計算。
　　
　　假定我們選用60L的氧氣瓶，救生艙人數(shù)為12人。按有效壓力120公斤計算，根據(jù)p1v1=p2v2公式，一瓶氧氣可釋放出60*120=7200L=7.2立方米氧氣（艙內(nèi)壓力基本接近大氣壓，即1公斤壓力）。我們按每人每分鐘0.4L耗氧量計算，則12人每分鐘的耗氧量為12*0.4=4.8L，則每小時的耗氧量為4.8*60=288L，則120小時的全部耗氧量為120*288=34560L=34.56立方米。由于每瓶氧氣可以釋放出7.2立方米的氧氣，則34.45立方米共需要?dú)馄?4.56/7.2=4.8瓶，考慮到艙體泄露情況，我們按1.2的安全系數(shù)設(shè)計，則總共需要氧氣瓶數(shù)為為4.8*1.2=5.76瓶，取整即為6瓶。

　　此處給出了救生艙氧氣用量計算方法，大家可按上述計算公式，計算自己所生產(chǎn)的救生艙所需要的氧氣瓶數(shù)。為方便起見，此處再給出氧氣瓶的不同規(guī)格，供同仁們參考（此值取自上海高壓容器有限公司的產(chǎn)品數(shù)據(jù)）：70L氧氣瓶，高度154cm，直徑26.7cm；60L氧氣瓶，高度137cm，直徑26.7cm；40L的氧氣瓶，高度133cm，直徑21.9cm。

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