正压氧气呼吸器安全性能的分析与探讨

时间：2015-12-20 23:39:46 所属分类：矿业工程 浏览量:

矿山救护队是处理矿井火灾、瓦斯、煤尘、水和顶板等灾害事故的专业队伍，在井下事故处理过程中，面临着烟雾、窒息性、有毒有害气体等恶劣环境，而氧气呼吸器就成为救护指战员进入灾区的必要装备，它被视为救护指战员的救命器。 氧气呼吸器主要分为正压呼吸器

矿山救护队是处理矿井火灾、瓦斯、煤尘、水和顶板等灾害事故的专业队伍，在井下事故处理过程中，面临着烟雾、窒息性、有毒有害气体等恶劣环境，而氧气呼吸器就成为救护指战员进入灾区的必要装备，它被视为救护指战员的救命器。
氧气呼吸器主要分为正压呼吸器和负压呼吸器。现阶段，我国使用的氧气呼吸顺主要是负压呼吸器，型号主要有AHY-6型、AGH-4型和AGH-2等。而正压呼吸器主要有美国的BIOPAK-240型、德国的BG4型、抚顺的HYZ4型、虹安公司组装的BIOPAK-240型以及抚顺安全仪器厂用AHY-6型负压呼吸器改装的PB4型正压呼吸器。

1 正、负压氧气呼吸器原理的分析与比较

所谓正压、负压是相对于外界环境大气压而言的，是指氧气呼吸器整个闭路循环系统在人员吸气时，其系统内的气体压力大于外界大气时为正压，小于外界大气压时为负压。但无论是正压还是负压呼吸器，其基本原理都大致相同，都有一个供氧系统和一个封闭的呼吸循环系统。氧气呼吸器由高压氧气瓶经减压器减压后，通过定量孔供氧至储气囊，再由吸气软管与人的呼吸系统相连。人体呼出二氧化碳气体经呼气软管，进入二氧化碳吸收剂容器，过滤二氧化碳后的气体再进入储气囊循环利用。当系统内气体不足，压力降低到一定值时，自动补给阀打开向系统内供氧。紧急情况下，可用手动补给阀向系统内供氧。系统内多余的气体则由排气阀排出。气路循环系统如图1所示。

图1 正、负压氧气呼吸气气路循环系统

尽管正压与负压氧气呼吸器在原理方面基本相似，但正压氧气呼吸器究竟是如何保持始终是正压的呢？首先从负压产生的原因分析。负压呼吸器在供氧状态下，气囊在内部气体与外界压力的作用下，处于均衡状态，呼吸器系统内的压力和外界气压一样。由于定量供氧连续均衡地向系统内供氧，而人体呼吸是有频率的、间断的，并且在不同状态下，消耗的氧气也不相同，人体每次的吸气量必然大于那一时刻的定量供氧量。一旦人员吸气，系统内的气体必然减少，在定量供氧量还未来得及供氧的情况下，系统内的气体压力必然小于外界大气压，即系统处于负压状态。
对于正压氧气呼吸器来说，关键是要始终保持正压。系统内产生正压的原理在于它的呼吸舱膜片（或气囊壁）上有一个加载弹簧，它保证了整个呼吸循环系统的呼吸气、吸气过程中始终保持正压。这是因为，正压呼吸器定量向呼吸舱（或气囊）供氧，呼吸舱膨胀压缩加载弹簧，加载弹簧在呼吸舱上产生反作用力。当呼吸舱处于平衡状态时，系统内的气压就等于弹簧力加上外界大气压，那么系统内的气压必然大于外界大气压。当人员吸气时，呼吸舱内气体减少，弹簧反弹，其压缩量减少，弹力降低，但系统内的气压仍然大于外界大气压。当系统内正压小于某一值时，自动补气阀则打开供气，保持系统内正压始终在某一范围。在呼气时，人体不消耗氧气，系统内的气压仍是大于外界大气压。

2 正压氧气呼吸器安全性能的分析

（1）正压呼吸器的呼吸循环系统始终是一个正压工作系统，可以避免外界大气污染物渗透进入面罩，即使系统接头不严密或者出现破损漏气，外界有害气体也不会渗入到系统内，只能是系统内的气体往外泄漏露，从而可以避免佩戴者吸入有毒有害的气体而中毒。而负压呼吸器若出现漏气情况，则有毒有害气体容易渗入到系统内，从而导致佩戴者中毒。这也正是正压呼吸器优越于负压呼吸器最主要的原因。
（2）正压呼吸器的面罩明显优于负压呼吸器的口具和鼻夹。首先，安全性高，这点也是最主要的。在灾区救灾时，工作环境恶劣，队员常常出现碰撞、拌倒现象，导致口具、鼻夹脱落，造成人员中毒伤亡。同时，队员在灾区受高温影响容易产生头晕现象，这种头晕轻则影响工作效率，重则因头晕吐掉口具、掉下鼻夹，高浓度的灾害气体就会被吸入到体内，造成人员中毒伤亡。另外在灾区抬伤员时，伤员容易失手打掉队员的口具和鼻夹，造成队员中毒伤亡。而正压呼吸器的面罩则避免了脱落口具和鼻夹的现象，即使面罩出现松动漏气，也是面罩内的气体往外泻，人员不会因此而中毒。其次，佩戴也非常舒适。我们习惯于用鼻子呼吸，但佩戴负压呼吸器，必须用鼻夹夹住鼻子，用嘴呼吸，既不习惯也不舒服。另外，正压呼吸器可以在灾区通话，能够非常方便、清楚、有效地进行交流。在灾区侦察或工作都需要相互联系，佩戴负压呼吸器只能用打点、打手势或写字的方式进行联系，严禁通过口具讲话，否则会吸入灾区有害气体而中毒。
（3）正压呼吸器具有声光报警系统。在灾区工作时，必须保留5MPa的氧气以备返回途中使用。佩戴负压呼吸器必须经常观察压力表，任何一个队员发现自己的压力到了规定值时，必须打点提示，以便指挥员指挥退出灾区，但当遇到火灾事故，烟雾大、能见度低、防烟眼镜片气较多时，队员很难观察清楚压力表，指挥员只能凭经验决定退出灾区时间。而正压呼吸器具有声光报警系统，当氧气瓶内压力降到额定值的25％左右时，报警器以92 db的声强鸣响约1 min，当报警器鸣响时，以提醒佩戴者本呼吸器最多还有1h的作用时间。这样救护指挥员可以决定何时该退出灾区。
（4）正压呼吸器具有较高的稳定性，而稳定性取决于其自身结构。负压呼吸器的定量供氧、自动补给阀、自动排气阀都是可以调整的，调好之后用紧固件锁死。一旦仪器受到震动、碰撞，紧固件松动，流量、补气和排气都会受到影响，致使仪器不合格。而正压呼吸器的定量供氧、自动补给阀、自动排气阀都是厂家调整好固定起来的，使用者是不能调整的。另一方面，负压呼吸器的接头连接处或用丝口紧固，或用绳子扎接，很容易漏气。而正压呼吸器的所有接头连接处均有卡子卡紧，用螺栓紧固，不易漏气。这样就保证了正压呼吸器的流量、补气、排气和气密性等性能的稳定。

（5）正压呼吸器比较容易维护保养。无论是进口、组装、还是仿制的正压呼吸器，其构造设计科学，所用塑料、橡胶、钢材等材料质量高。再加上较高的工艺技术，使得整套仪器故障率较低，既节省了时间，也增加了队员在灾区处理事故时的安全系数。在日常保养中，负压呼吸器零部件容易老化，损坏率较高，导致呼吸器故障率较高。而且一周检查一次，一次至少检查5项内容。同时，负压呼吸器的气囊外露，很容易破损。而正压呼吸器的呼吸舱为硬质橡胶结构，不易破损。而且在一般情况下，正压呼吸器每月才需检查一次，主要检查气密性和流量，非常方便。

3 问题探讨

（1）在灾区受高温影响，佩戴面罩时，队员面部的汗水不易蒸发，常感觉面部膨胀难受。同时，由于佩戴初期，保明片防雾性能欠缺，导致人员视线受阻，观察不清。是否考虑研制出带发话器的半面罩，在无烟雾时佩戴，既感觉面部舒适，又能看得清楚，也可在全面罩上安装上刷雾器，同时生产多规格的面罩，适用于不同脸型的人。
（2）进口或组装的正压呼吸器是根据欧美人体型设计的，体积和重量相对我们来说都偏大，在救灾中非常不便。建议从氧气瓶、呼吸舱和清净罐上考虑，减少其体积或重量，或者从材料选择方面考虑，使用安全性能高、质地轻的材料。还应该加强对CO2吸收剂的研制，选择量少但效果好的CO2吸收剂。在流量方面，也可以调小一些，从而减少氧气瓶的体积。总之，要从全方位减小其体积和重量。
（3）应加强研制穿雾透明装置。在处理火灾事故时，烟雾弥漫，严重时，伸手不见五指。能否利用红外线技术研制出一种穿雾透明装置装在面罩上，扩大我们的视野，以便我们更好地处理火灾。
（4）进口或组装的正压呼吸器价格昂贵，这也是正压呼吸器不能加快推广的主要原因。是否考虑用国产材料和部件来代替，同时考虑把负压呼吸器改装成正压呼吸器，并借鉴进口正压呼吸器的优点，增加必要的装置，以达到价廉而物美。

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