矿用救生舱气体汇流排

避难硐室氧气供应自控系统  矿用救生舱气体汇流排

救生舱内氧气供应是一个至关重要的环节，缺乏氧气，将造成受困人员窒息而死。许多矿难导致的生命死亡，70%以上都是因为缺乏氧气所致。救生舱是生命存活的希望所在，因此，如何提供可靠的氧气供应，是决定救生舱是否应用成功的关键。

　　救生舱内氧气来源不外乎以下几种方式：
　　（1）液态氧
　　（2）化学生氧
　　（3）制氧机
　　（4）高压氧气瓶供气。

　　我们先来分析一下哪种方式最可靠且最实用。
 
　　液态氧在中大型医院里普通使用，是一种不错的氧源，液态氧汽化成气态氧，一般可放大800倍，因此，如果不考虑其它因素，液态氧作为一种高效氧源是很不错的选择。但液态氧有一个特点，就是缓慢汽化，如果汽化的氧气不尽快释放出去，将会使储气罐压力升高甚至导致爆炸，一瓶40L的液态氧（通过采用杜瓦瓶存放），差不多在1－2个月的时间内就可以挥发完毕。因此，对于使用时间长达6年的救生舱，显然液态氧不是最佳选择。
 
　　化学生氧是一种通过化学方式产生氧气的途径，一般采用超氧化钾或超氧化纳作为基础材料。它与水起反应，将产生大量的氧气。化学生氧在航天领域有所应用，但在救生舱领域，由于化学生氧将产生大量的热量，且反应过程难以控制，因此目前很少有救生舱厂家采用这种供氧方式。但作为应急手段，这种生氧方式也是可以使用的，比如市场上有一种“氧烛”，就是化学生氧的真实应用，可以在救生舱内备用一些，以救急使用。
 
　　制氧机目前在家庭及医院里已有广泛应用，它可以产生出93%以上纯度的氧气，符合医疗应用要求。它主要利用分子筛分离空气中的氧气，生成纯度较高的氧气。在救生舱这种密闭环境中，制氧机显然并不适用，它无法获得大量待分离的空气，而且相对耗电，因此对于供电紧张的救生舱而言，并不实用。
 
　　高压氧气瓶供氧，是目前大部分救生舱普通使用的一种供氧方式，它采用高压氧气瓶供气，在气瓶阀门关闭的情况下，不会明显泄露，但如果阀门开启，则会有缓慢的泄露。因此，常时间存放的氧气瓶，一定要旋紧阀门，防止缓慢泄露。它的最大缺点是占用体积较大，存氧量有限，搬运较为困难。

　　从上面介绍可以看出，救生舱供氧，最可靠的方式还是高压气瓶供气。目前国内高压气瓶有15L、40L、60L、70L等几种规格，理论上讲，高压氧气瓶的压力为15Mpa，事实上，由于氧气灌装设备的原因，一般只能充到13Mpa左右。在释放氧气时，并不能将氧气全部释放干净，而是还留有部分余压，一般可按1Mpa计算，因此，一瓶氧气，真正有效的压力只有12Mpa左右，这是我们计算用氧量的理论依据。

　　对于如何持续向舱内供应氧气，许多救生舱企业都有自己的解决办法，比较多的办法是手动释放氧气。即操作者通过氧气浓度传感器观察舱内氧气浓度变化，当浓度低于某一值时，人工手动启动气瓶放氧，当氧浓度升高到另一高值时，再关闭气瓶，如此反复，实现手动供氧。市场上另有一种办法是，使用者按指导手册大致计算每人的耗氧量，然后在汇流排（将多个气瓶连接在一起的管件就叫汇流排）末端安装一个氧气流量调节器，手动调节流量大小，以持续释放氧气。应当讲，这两种方案是目前国内普遍采用的方案，不耗任何电能，即可实现供氧。

　　但仔细分析，这种手动调节方式又存在不少问题。比如上面第一种方式，由于氧气排出气瓶并不是均匀分布，而比较多的情况是产生一个气团，该气团如果正好笼罩在氧气传感器上，则氧气传感器将作出错误的显示，事实上，靠人手动调节，永远存在比较大的偏差，这种方式最大的弊病，就是供氧不均匀，放氧或多或少，造成对氧气的浪费供应。再看上面第二种办法，从理论上讲应当是对的，可以实现较为精确的供氧，但对于深陷恐惧之中的矿工而言，能否准确计算，能否心态平稳地调节，能否不手忙脚乱进行这种精密设备的操作，还是一个问题。而且，矿工的活动情况不同，耗氧量有很大的不同，矿工能否根据不同的情况进行计算和设置，也是一个有待考虑的问题。

　　我公司采用自动控制技术进行精确供氧，就是为了解决以上手动操作的弊端与不足。我们的基本考虑点是：矿工逃进救生舱，紧张焦灼情绪可想而知。在这种面临生死考验的时候，没有人能够镇定自若的。我们采用全自动控制技术，就是要减轻矿工的操作流程，帮助他们实现自动供氧，他们只要能够打开氧气瓶阀门（这在手动操作中也是必不可少的环节），其它的一切均由控制系统自动完成。　

避难硐室氧气供应自控系统  矿用救生舱气体汇流排

　　我们的控制系统依下列的思路实现自动控制，即氧气传感器时刻监测舱内氧气浓度变化，当浓度低于某一设定值时（如18%），控制板自动指挥电磁阀打开，向舱内充氧；当氧气浓度超过一定值时（如23%），控制板自动指挥电磁阀关闭，停止向舱内供氧。这样周而复始，自动将氧气浓度限制在18－23%之间。在这个过程中，不需要任何人员参与，而是由控制系统自动指挥完成。当然，为防止自控系统出现故障，或电能耗尽无法启用自控系统，我们在管路上设置了手动调节装置，即当自动系统失效后，操作者可以立即启动手动装置进行氧气释放，确保氧气供应能够连续进行，这样将极大地提高系统的可靠性及安全性。此外，为防止氧气排放时形成不均匀气团影响传感器的读数，我们在汇流管末端加装了阻尼消音装置，使气流缓慢释放，从而确保氧气与舱内空气均匀混合，使传感器尽可能准确地读取到舱内氧气的平均浓度，这样也使控制系统可做出更精确的判断和动作。

　　目前，国内已经有多家救生舱生产企业使用了这套自动控制系统，实践证明，该系统工作稳定可靠，控制精准，反响良好。通过实际测试，我们也获得了另一个重要参数，即呆在救生舱的人体，平均耗氧量为0.35-0.4/min，这是一个比较合理的耗氧量，救生舱建设标准中定义的人体耗氧量为0.5L/min，比我们实际测下来的偏高，一方面证明我们自控系统确实节省氧气用量，另一方面也通过实践获得了可靠的计算参数，这为众多救生舱企业计算用氧量提供了参考。

　　下面，我们提供了氧气用量的计算方法，供同行参考。有两个重要参数上面已经提到，一是一个气瓶的有效压力值为120KG，另一个就是舱内人体的耗氧量按0.4L/min计算。
　　
　　假定我们选用60L的氧气瓶，救生舱人数为12人。按有效压力120公斤计算，根据p1v1=p2v2公式，一瓶氧气可释放出60*120=7200L=7.2立方米氧气（舱内压力基本接近大气压，即1公斤压力）。我们按每人每分钟0.4L耗氧量计算，则12人每分钟的耗氧量为12*0.4=4.8L，则每小时的耗氧量为4.8*60=288L，则120小时的全部耗氧量为120*288=34560L=34.56立方米。由于每瓶氧气可以释放出7.2立方米的氧气，则34.45立方米共需要气瓶34.56/7.2=4.8瓶，考虑到舱体泄露情况，我们按1.2的安全系数设计，则总共需要氧气瓶数为为4.8*1.2=5.76瓶，取整即为6瓶。

　　此处给出了救生舱氧气用量计算方法，大家可按上述计算公式，计算自己所生产的救生舱所需要的氧气瓶数。为方便起见，此处再给出氧气瓶的不同规格，供同仁们参考（此值取自上海高压容器有限公司的产品数据）：70L氧气瓶，高度154cm，直径26.7cm；60L氧气瓶，高度137cm，直径26.7cm；40L的氧气瓶，高度133cm，直径21.9cm。

避难硐室氧气供应自控系统  矿用救生舱气体汇流排