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呼吸保护装备的现状和发展趋势

       呼吸位于人类生存三大要素之首,人们时刻都离不开清新的空气。随着社会的发展,火灾、毒气泄漏频频发生,严重危害到人民的生命健康。为了逃生自救、抢险救援、灭火战斗,呼吸保护装具应运而生。

  呼吸保护装具是用来防御缺氧环境或有毒、有害气体侵入人体呼吸道的有效器具,正确的选择和使用是安全健康的保障。

一.分类

  目前普遍使用的呼吸保护装具按用途可分为工作型呼吸器和逃生型呼吸器(俗称防毒面具)。

  工作型呼吸器又可分为正压式空气呼吸器和正压式氧气呼吸器。

  逃生型呼吸器又可分为过滤式自救呼吸器和化学氧自救呼吸器。

1. 各自的工作原理及其优劣

  1.1正压式空气呼吸器的工作原理是:气瓶中贮存的压缩干净空气经减压器一级减压,再经供气阀二级减压进入全面罩,供佩戴者呼吸使用。

  其优点是:采用开放式结构,呼出气体直接排入大气环境,又由于供气流量大,佩戴者呼吸感觉比较舒畅;采用正压结构,面罩内压力始终大于外界大气压力,使外界有害气体无法侵入佩戴者的呼吸器官,使用安全系数高;可以反复充气使用,使用成本比较低。因此消防队员及抢险救援人员都喜欢选用正压式空气呼吸器

  其缺点是:使用时间较短,一般为1小时左右。

  1.2正压式氧气呼吸器的工作原理是:佩戴者呼出的气体,经全面罩、呼气软管和呼气阀进入清净罐,清净罐中的吸收剂(Ca(OH)2)将气体中的二氧化碳吸收,其余气体进入气囊。另外,气瓶中贮存的压缩氧气经高压管、减压器进入气囊,混合成含氧气体。当佩戴者吸气时,含氧气体从气囊经吸气阀、吸气软管、全面罩进入佩戴者的呼吸器官,完成一个呼吸循环。此过程中,由于呼气阀和吸气阀都是单向阀,保证了呼吸气流始终单向循环流动。

  化学反应式:Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O+Q

  其优点是:使用时间较长,一般为4小时左右;采用正压结构,面罩内压力始终大于外界大气压力,使外界有害气体无法侵入佩戴者的呼吸器官,使用安全系数高。因此矿山抢险救援人员都喜欢选用正压式氧气呼吸器。

  其缺点是:采用闭式循环,加之吸收二氧化碳过程产生大量热量,因此呼吸感觉不舒服;使用者须具备一定的专业知识及操作技能,因为使用前需安装吸收剂和冷却冰;使用成本比较高。

  1.3过滤式自救呼吸器的工作原理是:利用处理过的活性碳、催化剂等药剂,吸附、催化有毒、有害气体,使之变为无毒、无害气体,供佩戴者呼吸使用。

  其优点是:采用开放式结构,呼出气体直接排入大气环境,佩戴者呼吸感觉比较舒畅。

  其缺点是:使用场合的局限性。过滤式自救呼吸器具有很强的针对性,防护有毒、有害气体的种类取决于滤毒罐所装药剂的量及种类,当有毒、有害气体的种类不明、浓度过高或超出它的防护范围时,就不能使用;当环境中氧气浓度低于17%时,亦不能使用。

  1.4化学氧自救呼吸器的工作原理是:佩戴者呼出气体中的水汽和二氧化碳与生氧剂(KO2)发生化学反应,生成富氧气体供佩戴者往复呼吸使用。

  化学反应式:4KO2+2H2O→4KOH+3O2+Q

              2KOH+CO2→K2CO3+H2O+Q

  其优点是:呼吸系统与外界环境空气隔绝,不受外界任何有毒、有害气体及烟雾的危害,因此适用于各种有毒、有害气体及缺氧环境。

  其缺点是:采用闭式循环,加之化学反应过程产生大量热量,因此呼吸感觉不舒服。

2.   国内外相关技术标准

  我国在呼吸保护装具方面的产品标准有:

  GB16556-1996《自给式空气呼吸器》;

  GA124-2004《正压式消防空气呼吸器》;

  MT867-2000《隔绝式正压氧气呼吸器》;

  GA209-1999《消防过滤式自救呼吸器》;

  GA411-2003《化学氧消防自救呼吸器》。

  欧共体在呼吸保护装具方面的产品标准有:

  EN137-1993《空气呼吸器技术要求、试验、标志》;

  EN145-1997《呼吸保护器--压缩氧或氧氮型自我保护闭路呼吸器--要求、试验、标志》;

  EN403:1993《消防过滤式自救呼吸面具》;

  EN401:1992《自救用呼吸保护装具;再生装置;化学氧(KO2)自救器;要求、试验、标志》。

    由于德国在呼吸保护领域处于世界领先地位,因此,其产品标准被欧共体采纳为欧洲标准,世界各国都以此作为制订本国标准的样板。

    我国的GA124-2004与EN137-1993的一致性程度为非等效,GA209-1999与EN403:1993的一致性程度为等同,GA411-2003与EN401:1992的一致性程度为非等效。

3.   我国呼吸保护装备的生产发展历史

  我国从二十世纪五十年代开始自行设计、制造氧气防毒面具。当时为了配合原子弹试验,解放军总参谋部把研制防毒面具的任务下达给北京防化兵研究院,当时提供的样机是前苏联制造的防毒面具。北京防化兵研究院于1959年研制出我国第一代氧气防毒面具,为我国核试验提供了有效保障。以后在山西太原成立了总参第一家军用防毒面具生产厂--山西新华化工厂,主要生产各类军用防毒面具滤毒罐。

  七十年代末,我国走出“文革”的浩劫,国民经济开始全面复苏。当时中国推行对外改革开发政策,与国际交往日益增多。我国消防、煤矿、石油化工系统引进了许多比较先进的空气呼吸器。当时的空气呼吸器为负压式空气呼吸器(面罩内压力低于环境压力)。气瓶为钢质气瓶,容重比为1.1~1.2,充气压力为20MPa。

  1982年公安部上海消防科学研究所和上海潜水装备厂合作,在日本和英国产品的基础上,成功研制了我国第一代HZK-7型消防空气呼吸器。

当时,HZK-7型消防空气呼吸器为负压式空气呼吸器。

  1988年,公安部上海消防科学研究所与抚顺煤矿安全仪器总厂合作,在DRAGER公司PA-80型正压式空气呼吸器的基础上,研制出我国第一代正压式空气呼吸器。当时,产品销售量居全国首位。

  1989年,上海潜水装备厂研制的正压式空气呼吸器,也在上海成功鉴定。

  呼吸器由负压式到正压式,这是技术上的重大突破。从此,正压式成为呼吸器发展的主流方向,因为它使用安全系数高,呼吸感觉舒畅。

  在中国正压式空气呼吸器的发展过程中,德国DRAGER公司作出了很大贡献。德国DRAGER公司的代理和技术人员对PA-80型正压式空气呼吸器作了十分详细的介绍,为我国发展正压式空气呼吸器提供了依据。另外,德国DRAGER公司还为我们提供了长管正压式空气呼吸器、防毒面具等许多消防呼吸保护装具。

  八十年代末,美国MSA安全设备有限公司、瑞典的INTERSPIRO公司、英国SABER公司的产品进入中国。

  九十年代中期,美国SCOTT公司、英国RACAL公司、法国巴固公司等国外公司的产品进入中国,推动了正压式空气呼吸器的迅速发展。就在这个时期,上海宝亚安全装备有限公司、重庆煤矿安全仪器厂等空气呼吸器专业生产厂相继诞生。中国空气呼吸器生产进入了成熟发展阶段。

  九十年代末,随着新技术、新材料、新工艺的大量运用,碳纤维全缠绕铝合金内胆复合气瓶在中国应运而生。它的诞生,使正压式空气呼吸器整套装具的佩戴重量减轻了30%,从而有效地降低了消防队员及抢险救援人员的做功量,保证了灭火战斗及抢险救援工作的顺利进行。公安部消防局及时下达了更换碳纤维全缠绕铝合金内胆复合气瓶的通知。

4.   现今国内空气呼吸器的生产发展状况

  目前,我国空气呼吸器的生产厂有20多家,规模比较大的有:上海宝亚安全装备有限公司、抚顺煤矿安全仪器总厂、巴固工贸(上海)有限公司、中美合资无锡梅思安安全设备有限公司。

  1987年,美国MSA安全设备有限公司在无锡建立了中美合资无锡梅思安安全设备有限公司,它是呼吸器的第一家合资企业,主要生产气体检测报警仪表、个体防护装备等产品。其正压式空气呼吸器以组装为主,产品特点是坚固可靠,供气阀是金属加工的,外观十分漂亮,但是体积略显庞大,重量也比较重。

  1995年,美国SCOTT公司和上海潜水装备厂合作组建了上海依格安全设备有限公司,2003年美国SCOTT公司收购了上海潜水装备厂的所有股份,成为美国独资企业,专业制造正压式空气呼吸器。“依格”产品的特点:面窗为台锥形、全视野面窗,供气阀和排气阀做成一体,开启阻力小、供气流量大。配套气瓶采用美国LUXFER产品,气瓶阀、减压器、报警器、压力表、背架等为中国生产,结构与DRAGER公司产品相似。

  1996年,法国巴固工贸有限公司与外高桥经济开发区合作,成立巴固工贸(上海)有限公司,2003年法国巴固公司收购了中方的所有股份,成为法国独资企业。除了经营正压式空气呼吸器以外,还经营其他各种劳动防护用品。巴固全面罩采用传统的柱形面窗,视野宽阔,供气阀采用法国FANZY公司的产品,配套气瓶采用美国SCI公司产品,气瓶阀、减压器、报警器、压力表、背架等为中国生产。

  抚顺煤矿安全仪器总厂是国产正压式空气呼吸器的较早的一家,曾经有过辉煌的昨天。近年来,随着市场竞争日益激烈,企业不怎么景气。人员外流、设备老化,造成了其产品还保留在原来的水平上,落后于国内其他企业。但值得一提的是,其国产化率很高,除了全面罩之外,几乎全部自己生产。

  上海宝亚安全装备有限公司是BAUER GROUP在中国的子公司,直属于宝亚集团(香港)有限公司。以生产和经营呼吸保护类产品及空气压缩机为主,目前与国际航天航空领域的呼吸保护专家——法国MATISEC公司合作生产呼吸保护设备,以创造世界一流产品为目标,其技术领先,性能可靠,深受国内外客户好评。与此同时,宝亚公司还与美国杜邦等知名公司合作,倾力打造中国式个人防护的全新品牌,创建高品质的安全防护网,是一家非常有潜质的呼吸保护设备类公司。

5.   国内产品与国外的差距

  我国生产的正压式空气呼吸器在全面罩、供气阀、背架三大部件上与国外存在着一定的差距。 国外的全面罩、背架,按人体工程学原理设计、制造,全面罩的密封框材质柔软、密封性好;背架与人体背部贴合得非常好,背着舒适,受力均匀;供气阀供气流量大,活门灵活。

6.   空气呼吸器的发展趋势

  近年来,各国科学家在不断研究对空气呼吸器的改进。空气呼吸器的最大弱点就是使用时间短,有效延长使用时间是大家最关心的课题。解决延长使用时间的方法主要有以下几种:

  6.1在现有佩戴重量不变的前提下,采用增加气瓶额定工作压力和体积相结合的方法来增加气瓶的储气量。设法采用新型材料、新工艺,减轻全面罩、气瓶阀、供气阀、减压器、背架等部件的重量,为气瓶重量的增加留下空间。目前,气瓶的最大额定工作压力为30MPa,如果增加到60MPa,则气瓶的储气量将增加一倍,使用时间也相应增加一倍;气瓶的体积增加一倍,则气瓶的储气量将增加一倍,使用时间也相应增加一倍


两者的有机结合,储气量将会几何级增加。

  6.2减少不必要的用气。比如:“呼吸环境空气”和“呼吸气瓶空气” 可以自由切换、过滤式呼吸器和空气呼吸器进行自由切换等。

  6.3电子传感技术在空气呼吸器上的应用,形成智能化空气呼吸器。当外界毒气浓度超过极限或氧气浓度低于17%时,自动切换成空气呼吸器。

  空气呼吸器另一个发展方向是产品的完善化,其中包括:声光报警、通信装置、应急呼叫、灯光指引的有机结合。在光线暗淡的环境中,消防队员看到队友背架上的灯光指引,可以迅速找到队友。通过通信装置,消防队员可以与队友和指挥车进行联系,一旦,消防队员遇到意外,应急呼叫装置自动开启,指引队友及时营救。

  除了上述发展方向之外,各国研究空气呼吸器的技术人员,对供气阀、气瓶阀、减压器、报警器、压力表、背架等基本结构部件,正在进行改进与完善。力求做到简洁、可靠、完善。