空氣正壓系統(tǒng)在專用車輛集成的應(yīng)用

中航天元防務(wù)技術(shù)（北京）有限公司 王軍

介紹了一種空氣正壓供給系統(tǒng)在以廂式車為基型車型改裝的核化生應(yīng)急監(jiān)測(cè)車上的應(yīng)用。該系統(tǒng)具備供氣、吸附凈化、安全泄壓、智能控制和監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)，可最大限度地保障車內(nèi)人員在污染現(xiàn)場(chǎng)的安全。

隨著電力、石油、化工等企業(yè)數(shù)量的不斷增加，產(chǎn)生的廢氣、廢液、粉塵的污染也越來越嚴(yán)重，為了采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，工作人員需要親赴現(xiàn)場(chǎng)取樣，深入環(huán)境污染核心區(qū)域?qū)Νh(huán)境污染情況做出判斷與監(jiān)測(cè)分析，由于污染區(qū)域的污染源對(duì)人身健康安全有很大的傷害，需要具備良好安全防護(hù)功能的應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測(cè)車將工作人員安全送入污染區(qū)域，開展采樣分析與監(jiān)測(cè)工作，并保證車內(nèi)工作人員安全撤離污染區(qū)。因此，核化生應(yīng)急監(jiān)測(cè)車需具備獨(dú)立的空氣正壓供給系統(tǒng)，來保障工作人員的人身安全。

本文針對(duì)空氣正壓供給系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)供氣、吸附凈化、安全泄壓、智能控制和監(jiān)測(cè)、溫度調(diào)節(jié)等功能進(jìn)行介紹。

總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.底盤選型

該核化生應(yīng)急監(jiān)測(cè)車根據(jù)使用要求和總體質(zhì)量選擇適合的底盤車型。車輛整備質(zhì)量和最大總質(zhì)量必須符合所選擇的底盤規(guī)定的承載要求,且整車改裝后質(zhì)量分布合理,前后軸荷分布合理。根據(jù)對(duì)車身改裝結(jié)構(gòu)和車內(nèi)安裝設(shè)備的質(zhì)量計(jì)算,確定所選擇的底盤車型的最小載質(zhì)量,并確定車型范圍。這樣可保證選擇的底盤車型能夠滿足整車及上裝設(shè)備改裝要求。通過以上要求選用某品牌長(zhǎng)軸高頂車作為基型車。

車輛外形尺寸為7350mm×2300mm×3200mm，總體布置如圖1所示。

2.空氣正壓供給系統(tǒng)在車內(nèi)的布局

圖1 核化生應(yīng)急監(jiān)測(cè)車

空氣正壓供給系統(tǒng)是以氣瓶（8L和70L）作為氣源，通過通徑1/4英寸不銹鋼管路輸送純凈的空氣，設(shè)置電磁閥控制和手動(dòng)控制兩條氣路，分別對(duì)駕駛室和試驗(yàn)區(qū)（正壓區(qū)）進(jìn)行供氣，保證車內(nèi)人員的人身安全。駕駛區(qū)和試驗(yàn)區(qū)通過隔斷隔開，隔斷上有觀察窗和對(duì)講系統(tǒng)，保證工作人員溝通順暢，可對(duì)突發(fā)情況進(jìn)行緊急處理。兩個(gè)區(qū)域分別布置單獨(dú)的氣源，駕駛區(qū)以1個(gè)8L氣瓶作為氣源，氣瓶布置在駕駛室隔斷后部，通過不銹鋼管路和減壓閥進(jìn)行連接，預(yù)留1/4英寸接球閥接口，用于連接正壓呼吸器；試驗(yàn)區(qū)（正壓區(qū)）以70L氣瓶作為氣源，氣瓶放在設(shè)備區(qū)，減壓閥和電磁閥布置在試驗(yàn)區(qū)（正壓區(qū)）外部，由1/4不銹鋼管路輸送，通過智能控制系統(tǒng)直接對(duì)艙內(nèi)進(jìn)行供氣。吸附凈化、安全泄壓、智能控制和監(jiān)測(cè)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)布置在試驗(yàn)區(qū)（正壓區(qū)），區(qū)域內(nèi)的正壓出氣口、自動(dòng)泄壓口、排氣口都布置在設(shè)備帶上，既美觀，又方便操作，安裝時(shí)也不會(huì)對(duì)正壓艙造成破壞。

3.正壓區(qū)的制作和保壓

試驗(yàn)區(qū)為正壓區(qū)，整個(gè)艙體由2mm的鋁板拼焊而成，整體滿焊，與車身緊密貼合，接口處折彎處理，既能保證強(qiáng)度又能保證焊口處的焊接質(zhì)量（無(wú)虛焊、漏焊，密封性好），折彎高度為25mm，此鋁板和內(nèi)飾板之間填充保溫材料，內(nèi)部焊接預(yù)埋板，用于安裝工作臺(tái)和設(shè)備，保證安裝時(shí)不破壞鋁艙體；鋁艙體內(nèi)表面在封內(nèi)飾板前需刷密封膠，進(jìn)一步保證艙體內(nèi)的正壓。保壓是為了最大限度地保證氣瓶?jī)?nèi)的純凈空氣得到合理的利用，保證艙外污染氣體不進(jìn)入艙內(nèi)。艙體所有開孔需通過法蘭對(duì)電線和氣管進(jìn)行固定，并打膠處理，車輛的后行車空調(diào)系統(tǒng)是將蒸發(fā)器整體布置在正壓區(qū)，只對(duì)管路進(jìn)行密封處理；艙體設(shè)有機(jī)械連桿式正壓氣密門，方便快速開啟，門上有觀察窗，操作簡(jiǎn)單，可通過上述設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)保壓功能。正壓艙布置如圖2所示，正壓氣密門如圖3所示。

圖2 正壓艙

圖3 正壓氣密門

4.正壓區(qū)供氣系統(tǒng)

試驗(yàn)區(qū)為正壓區(qū)，區(qū)域內(nèi)環(huán)境壓力為微正壓。氣源為70L氣瓶，氣瓶放置在正壓區(qū)外部，控制系統(tǒng)由減壓閥、氣路控制模塊、電磁閥、壓差傳感器等組成，能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和電動(dòng)控制。正壓的根本目的是為了實(shí)現(xiàn)工作艙內(nèi)操作人員的安全，在工作中達(dá)到保壓的效果。正壓是指相對(duì)環(huán)境狀態(tài)的空氣壓力，通過壓差顯示表可體現(xiàn)出艙內(nèi)相對(duì)車外的壓力差。當(dāng)密封工作艙的壓差表顯示小于40Pa時(shí)，斷路電磁閥接通車后設(shè)備區(qū)氣瓶，通過氣體輸送管路向工作艙輸送呼吸氣體，當(dāng)密封工作艙的壓差表顯示大于80Pa時(shí)，斷路電磁閥關(guān)閉輸送通道，此時(shí)停止向艙內(nèi)輸送氣體。通過自動(dòng)調(diào)節(jié)，可保證艙內(nèi)外壓差始終保持在本車設(shè)計(jì)要求的40～80Pa之間，確保艙內(nèi)正壓需求。手動(dòng)控制供氣是在自動(dòng)控制系統(tǒng)失效的情況下，通過手動(dòng)球閥開啟供氣系統(tǒng)，對(duì)正壓區(qū)進(jìn)行供氣，壓力可通過壓差表監(jiān)測(cè)，手動(dòng)供氣的管路是與自動(dòng)控制系統(tǒng)并行的管路，獨(dú)立運(yùn)行，互不干擾。按照每人每分鐘耗氧量為0.5L計(jì)算，70L、15MPa的氣瓶能產(chǎn)生10m3的空氣，能滿足3人4h的工作時(shí)長(zhǎng)供氧需求。正壓區(qū)供氣系統(tǒng)各裝置如圖4、5所示。

圖4 艙內(nèi)正壓出氣孔及球閥

圖5 70L氣瓶

圖6 PLC控制屏

圖7 壓差變送器

圖8 吸附凈化箱

艙壓的智能控制及監(jiān)測(cè)

1.智能控制及監(jiān)測(cè)

正壓區(qū)的供氣系統(tǒng)通過艙內(nèi)的PLC智能控制系統(tǒng)進(jìn)行操作和監(jiān)測(cè)。車輛進(jìn)入污染區(qū)前，開啟70L氣瓶上的減壓閥，系統(tǒng)進(jìn)入可自動(dòng)控制的狀態(tài)。開啟正壓系統(tǒng)，正壓系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)供氣狀態(tài)，PLC控制系統(tǒng)能對(duì)艙內(nèi)實(shí)時(shí)壓力、自動(dòng)供氣狀態(tài)等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，讓工作人員能實(shí)時(shí)了解工作環(huán)境的狀況；通過壓差變送器識(shí)別車內(nèi)外的壓力，然后輸出電信號(hào)控制主氣路上的電磁閥，對(duì)供氣系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，保證車內(nèi)壓力在40～80Pa之間；系統(tǒng)具備氣瓶的低壓報(bào)警功能，氣瓶壓力低于5MPa時(shí)，警報(bào)提示音響起，提示工作人員氣源供氣量不足，立刻離開現(xiàn)場(chǎng)。系統(tǒng)還具備艙內(nèi)壓力的高壓報(bào)警功能，艙內(nèi)安裝有壓力傳感器，當(dāng)艙內(nèi)壓力大于500Pa時(shí)，警報(bào)提示音響起，這表明艙內(nèi)壓力異常，需工作人員通過手動(dòng)泄壓閥將壓力調(diào)整到200Pa以下，保證工作人員的安全。PLC控制屏及壓差變送器如圖6、7所示。

2.安全泄壓功能

安全泄壓功能是為了防止正壓系統(tǒng)失效時(shí)(異常大流量供氣)對(duì)工作人員造成傷害，是正壓供氣系統(tǒng)必需具備的輔助功能。此功能分為自動(dòng)泄壓和手動(dòng)泄壓兩種方式，自動(dòng)泄壓閥安裝在設(shè)備帶內(nèi)，通過不銹鋼管路與外界聯(lián)通，當(dāng)車內(nèi)壓力大于200Pa時(shí)，自動(dòng)泄壓閥開啟，自動(dòng)排氣；低于200Pa時(shí)，自動(dòng)泄壓閥關(guān)閉，啟動(dòng)保壓功能。手動(dòng)泄壓閥設(shè)置在便于操作的位置，是在艙內(nèi)出現(xiàn)異常供氣、自動(dòng)泄壓閥失效的情況下，警報(bào)提示音響起，由工作人員手動(dòng)開啟不銹鋼球閥，進(jìn)行手動(dòng)泄壓，保證工作人員人身安全。

圖9 駐車空間

圖10 行車空間

圖11 預(yù)留接口

圖12 8L氣瓶

吸附凈化裝置

由于正壓艙為一個(gè)相對(duì)密閉的空間，空氣內(nèi)循環(huán)不會(huì)很順暢，會(huì)導(dǎo)致艙內(nèi)的二氧化碳濃度和相對(duì)濕度較大，故需增加吸附凈化系統(tǒng)，為工作人員提供一個(gè)舒適的工作環(huán)境。

正壓艙內(nèi)除濕、二氧化碳吸附系統(tǒng)采用集成式，分為主箱體、送風(fēng)機(jī)、吸附劑托盤等，送風(fēng)機(jī)裝在主箱體下部，吸附劑裝在艙體的上部，空氣經(jīng)過濾后，由上部排出，達(dá)到除臭、凈化的效果。吸附劑呈蜂窩多孔狀結(jié)構(gòu)，吸附效率高，每0.1kg吸附劑可吸收高達(dá)0.068kg的二氧化碳，吸附效率是普通吸附材料的5倍以上，裝載試劑的托盤也為多孔狀，以增大吸附面積（1人8小時(shí)呼出的二氧化碳需要0.85kg的吸附劑），根據(jù)車內(nèi)人員配置要求配備相應(yīng)的吸附劑，裝在真空袋內(nèi)，使用時(shí)打開真空袋放在托盤上即可，方便快捷，此吸附劑可提前裝真空袋內(nèi)，存放在正壓艙內(nèi)。開關(guān)布置在箱體上，方便工作人員隨時(shí)開關(guān)，一箱1kg的吸附劑能保證工作人員8h的正常工作。

溫度調(diào)節(jié)功能

正壓區(qū)為一個(gè)相對(duì)密閉的工作環(huán)境，艙內(nèi)安裝了頂置駐車空調(diào)和行車空調(diào)，可對(duì)艙內(nèi)的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證工作人員在不同的狀態(tài)下都有一個(gè)溫度適宜的工作空間。駐車空調(diào)通過外接市電或車載發(fā)電機(jī)進(jìn)行供電。行車空調(diào)為獨(dú)立的空調(diào)系統(tǒng)，配有單獨(dú)的壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器，與原車互不干涉；蒸發(fā)器整體布置在正壓區(qū)內(nèi)，只對(duì)管路進(jìn)行密封；空調(diào)的開關(guān)布置在正壓區(qū)，在車輛啟動(dòng)的工況下，試驗(yàn)區(qū)工作人員可以自行控制行車空調(diào)。行車空調(diào)和駐車空調(diào)所有的過線和過管位置都通過法蘭進(jìn)行打膠密封處理，保證艙體的密封性。車內(nèi)空調(diào)如圖9、10所示。

駕駛區(qū)人員的安全防護(hù)

駕駛區(qū)通過隔斷與后部操作區(qū)分隔，駕駛?cè)藛T的安全防護(hù)通過正壓呼吸器實(shí)現(xiàn)，氣源為8L氣瓶，氣瓶放置在前隔斷后部，中門踏步上方，通過管路將氣源引到駕駛室，駕駛區(qū)人員通過手動(dòng)減壓閥控制，預(yù)留1/4接口，方便工作人員安裝，保護(hù)其人身安全，同時(shí)可滿足2人，6～8h工作要求。預(yù)留接口及8L氣瓶如圖11、12所示。

結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，環(huán)境污染事故頻發(fā)，對(duì)人身的危害性越來越明顯，對(duì)工作人員進(jìn)行必要的保護(hù)是非常重要的，單純的應(yīng)急監(jiān)測(cè)車已經(jīng)不能滿足工作人員在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要，空氣正壓供給系統(tǒng)與專用車輛的集成實(shí)現(xiàn)了在特定污染環(huán)境下的特殊需求，在現(xiàn)場(chǎng)展開各項(xiàng)工作，通過車載或移動(dòng)通訊設(shè)備與指揮部保持實(shí)時(shí)通訊聯(lián)系，協(xié)助指揮部完成協(xié)調(diào)、調(diào)度、指揮、處理的工作，以面對(duì)各種突發(fā)的環(huán)境污染事故，實(shí)現(xiàn)特種車行業(yè)產(chǎn)品的多元化生產(chǎn)，滿足更多用戶的使用要求。