傳染病負(fù)壓檢測(cè)方艙關(guān)鍵技術(shù)研究

崔化剛

摘要：傳染病檢測(cè)方艙主要用于新型冠狀病毒的呼吸道病毒檢測(cè)，也可對(duì)鼠疫、霍亂、炭疽桿菌等生物安全危險(xiǎn)病菌進(jìn)行檢測(cè)。為確保病毒不泄漏，艙體內(nèi)需要保持一定的負(fù)壓，且艙體的氣密性能需要達(dá)到生物安全四級(jí)實(shí)驗(yàn)室的氣密要求。本文章主要對(duì)艙體的氣密處理技術(shù)和負(fù)壓隔離技術(shù)進(jìn)行了研究論述。

關(guān)鍵詞：負(fù)壓隔離 ?檢測(cè)方艙 ?密封處理

1檢測(cè)方艙基本情況介紹

艙外總體尺寸為9125mm×2438mm×2438mm（長(zhǎng)×寬×高），外部如下圖所示。

后端設(shè)置氣密門用于人員進(jìn)艙操作;右側(cè)上方設(shè)置高效送風(fēng)過濾裝置;左側(cè)下方設(shè)置電源壁盒，用于整艙的電源輸入;在其上方設(shè)置顯示終端，可對(duì)艙內(nèi)檢測(cè)情況進(jìn)行影像監(jiān)視;前端右側(cè)下部設(shè)置整體式空調(diào)器。

前端設(shè)置氣密門;后端右上側(cè)設(shè)置排風(fēng)高效過濾裝置;后壁左側(cè)中部設(shè)置有一個(gè)消毒口。

艙內(nèi)布局如下圖所示。

艙內(nèi)由左至右分別為檢測(cè)間、防護(hù)服更換間和緩沖間。

檢測(cè)間：用于檢測(cè)處理，內(nèi)設(shè)檢測(cè)臺(tái)和座椅，并設(shè)有環(huán)境監(jiān)測(cè)顯示屏;

防護(hù)服更換間：更防護(hù)服間屬于半污染區(qū);設(shè)置電氣柜;

緩沖間：左側(cè)位置為空調(diào)隔間;醫(yī)護(hù)人員在右側(cè)休息、值班;

2設(shè)計(jì)目標(biāo)

關(guān)鍵指標(biāo)如下。

（1）方艙氣密性：艙內(nèi)充正壓500Pa，自然衰減20min，壓力不低于250Pa，達(dá)到生物安全四級(jí)實(shí)驗(yàn)室氣密性水平;

（2）檢測(cè)間、更防護(hù)服間和緩沖間建立負(fù)壓梯度，保證檢測(cè)間污染空氣不擴(kuò)散至至更防護(hù)間、緩沖間及外部環(huán)境。檢測(cè)間與外部環(huán)境負(fù)壓差：≥30Pa;相鄰功能間壓差：≥10Pa;空氣過濾器過濾效率：≥99.99%@0.3μm-0.5μm;

通過對(duì)檢測(cè)方艙的應(yīng)用場(chǎng)景、對(duì)檢測(cè)流程及方式深刻理解，艙體的密封性能和負(fù)壓隔離環(huán)境控制是傳染病負(fù)壓檢測(cè)方艙的關(guān)鍵技術(shù)，應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)研究和驗(yàn)證。

3艙體密封技術(shù)研究

為保證方艙的氣密性能達(dá)到生物安全四級(jí)實(shí)驗(yàn)室氣密性水平，需對(duì)方艙的氣密性能進(jìn)行研究。密封主要以內(nèi)密封為主，主要包括方艙大板、艙體搭接、艙門、孔口、過線孔、穿艙氣管等方面的密封。

3.1方艙大板

大板蒙皮采用整體板材，確保大板的密封性。蒙皮與骨架結(jié)合面均涂密封膠進(jìn)行密封，結(jié)構(gòu)見下圖所示。

3.2艙體密封處理

大板與主框架采用焊接連接，保證方艙整體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。外側(cè)縫隙處涂密封膠后安裝Z形壓條，接觸面見襯墊屏蔽墊，用于方艙的屏蔽與防水密封。內(nèi)部縫隙處涂密封膠，角部安裝圓弧壓條底座，采用螺釘或鉚釘固定。外部安裝圓弧壓條，采用卡裝方式，并通過密封膠進(jìn)行密封。

4負(fù)壓環(huán)境控制技術(shù)

負(fù)壓隔離控制系統(tǒng)采用“定送變排”+“漏風(fēng)擾動(dòng)調(diào)節(jié)”的控制方式。

“定送變排”：根據(jù)氣體壓強(qiáng)計(jì)算公式PV=nRT，可知P= nRT / V （P為壓強(qiáng)，T為溫度，V為容器體積，nR為氣體質(zhì)量）;由于系統(tǒng)體積恒定，溫度可近似于恒定狀態(tài)，故系統(tǒng)的壓差取決于氣體質(zhì)量的大小;為避免排風(fēng)和送風(fēng)同時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)量引起較大擾動(dòng)，故設(shè)計(jì)時(shí)送風(fēng)裝置采用定頻風(fēng)機(jī)定風(fēng)量被動(dòng)控制，排風(fēng)裝置采用變頻風(fēng)機(jī)變風(fēng)量主動(dòng)控制方式，通過對(duì)排風(fēng)量動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)排風(fēng)量和送風(fēng)量動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壓差的穩(wěn)定。

“漏風(fēng)擾動(dòng)調(diào)節(jié)”：更防護(hù)服區(qū)沒有送、排風(fēng)裝置，通過漏風(fēng)裝置的設(shè)置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定風(fēng)量調(diào)節(jié)壓差控制。

排風(fēng)高效過濾裝置采用變頻風(fēng)機(jī)，便于自控系統(tǒng)主動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)排風(fēng)量，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)較大擾動(dòng)時(shí)能有足夠的排風(fēng)量來來維持負(fù)壓環(huán)境，保證系統(tǒng)始終處于負(fù)壓狀態(tài)。

送風(fēng)高效過濾裝置用于系統(tǒng)送風(fēng)量的調(diào)節(jié);出口分兩路，一路較大風(fēng)量送至檢測(cè)間，另一路較小風(fēng)量送入緩沖間;采用定頻風(fēng)機(jī)定風(fēng)量控制，屬于被動(dòng)調(diào)節(jié)，可避免排風(fēng)和送風(fēng)同時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)量引起較大擾動(dòng)。

在隔間壁板設(shè)置高效漏風(fēng)過濾裝置和可調(diào)節(jié)百葉窗，通過高效過濾器向系統(tǒng)引入漏風(fēng)壓差控制策略，可有效降低系統(tǒng)在開/關(guān)門、微擾動(dòng)等工況下系統(tǒng)額壓差波動(dòng)，確保系統(tǒng)壓差的穩(wěn)定。

排風(fēng)過濾裝置為系統(tǒng)的重要件，出現(xiàn)故障，會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)失效，故采用以下設(shè)計(jì)：

雙排風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)，一主一備、熱備冗余;

原位檢漏設(shè)計(jì)，確保排風(fēng)過濾裝置完整性及相關(guān)性能指標(biāo)達(dá)到使用要求;

設(shè)置生物安全閥，在密閉隔離閥設(shè)置生物指示菌片進(jìn)行原位消毒，確保人員安全。

4.1排風(fēng)高效過濾裝置

采用線掃描檢漏技術(shù)，對(duì)高效過濾器進(jìn)行原位檢漏，并實(shí)現(xiàn)單獨(dú)對(duì)HEPA 過濾器進(jìn)行消毒滅菌，采用偏心壓緊方式對(duì)過濾器進(jìn)行裝卸和袋進(jìn)袋出方式更換，安全、方便。

箱體內(nèi)安裝HEPA過濾器，上游設(shè)置（氣溶膠）混勻裝置，下游設(shè)置線掃描檢漏機(jī)構(gòu);箱體設(shè)置掃描驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、過濾器壓緊機(jī)構(gòu)、生物安全防護(hù)袋、過濾器阻力表、氣體消毒口、消毒驗(yàn)證口、氣溶膠發(fā)生口和手動(dòng)掃描采樣口。

主要技術(shù)參數(shù)

a）過濾效率：≥99.99%@0.3μm-0.5μm;

b）排風(fēng)量：額定風(fēng)量≥400m3/h;

c）氣密封性：壓力為2500Pa時(shí)，腔室內(nèi)每分鐘泄漏的空氣量不超過腔室凈容積的0.2%;

d）箱體抗壓力 ≥2500Pa;

e）過濾器檢漏方式：手動(dòng)掃描檢漏;

f）消毒方式：在過濾器上、下游設(shè)置有消毒接口，配合氣體消毒劑發(fā)生裝置和氣體循環(huán)消毒裝置使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)過濾器的原位消毒;

4.2高效漏風(fēng)過濾裝置

由箱體、HEPA過濾器、多孔抽拉式百葉、支架和閥門組成，箱體設(shè)置過濾器壓緊機(jī)構(gòu)、過濾器阻力監(jiān)測(cè)表。過濾效率：≥99.99%@0.3μm-0.5μm;

5試驗(yàn)

5.1密封性能檢測(cè)

檢測(cè)方艙試制加工完畢后，對(duì)艙體的密封性能進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)前，封閉進(jìn)風(fēng)口，開啟高效排風(fēng)裝置，將方艙內(nèi)壓力保持300Pa負(fù)壓，在可能泄漏處刷涂肥皂水進(jìn)行檢漏。過程中發(fā)現(xiàn)，其中一個(gè)氣密門把手處和一處預(yù)埋螺孔處有大量氣泡冒出，證明此處有空氣進(jìn)入艙內(nèi)，存在泄漏情況，對(duì)泄漏處進(jìn)行處理后，進(jìn)行了氣密性檢測(cè)。

試驗(yàn)依據(jù)GB19489-2008 《實(shí)驗(yàn)室生物安全通用要求》進(jìn)行，封閉通風(fēng)口并接入壓縮空氣和壓差計(jì)，艙內(nèi)充正壓500Pa，讀取數(shù)字壓力表數(shù)值，并開始計(jì)時(shí)，自然衰減20min后艙內(nèi)數(shù)字壓力表數(shù)值為342Pa;試驗(yàn)之后又進(jìn)行了耐久性測(cè)試，當(dāng)艙內(nèi)氣壓降到250Pa時(shí)，計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)41min35s。

試驗(yàn)結(jié)果證明艙體的密封性能達(dá)到了生物安全四級(jí)實(shí)驗(yàn)室氣密性水平，證明了艙體密封技術(shù)的切實(shí)可行，達(dá)到了研究目的。

5.2負(fù)壓環(huán)境控制試驗(yàn)

開啟負(fù)壓隔離系統(tǒng)，運(yùn)行穩(wěn)定后，檢查三個(gè)隔間的壓差計(jì)，壓力差穩(wěn)定在10Pa;

開啟任一隔間密封門，壓力差波動(dòng)約10s后穩(wěn)定在10Pa，證實(shí)負(fù)壓隔離系統(tǒng)的運(yùn)行有效，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

依據(jù)GB 19489-2008對(duì)負(fù)壓隔離系統(tǒng)的凈化效率進(jìn)行檢測(cè)。采用掃描檢漏法，上風(fēng)側(cè)發(fā)生氣溶膠，穩(wěn)定后用粒子計(jì)數(shù)器測(cè)試上游濃度，0.5μm粒子數(shù)≥4000個(gè)/min，在下游高效過濾器表面及邊框進(jìn)行掃描。過濾器過濾效率大于99.99%@0.3μm-0.5μm，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。

6結(jié)論

通過對(duì)艙體密封技術(shù)和負(fù)壓環(huán)境控制技術(shù)進(jìn)行研究，解決了傳染病負(fù)壓檢測(cè)方艙的關(guān)鍵技術(shù)，試驗(yàn)證明技術(shù)切實(shí)可行。后續(xù)將對(duì)這兩項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研究，提高其施工的便利性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]GB/T1413-2008系列1集裝箱分類、尺寸和額定質(zhì)量[ S].2008

[2]GB19489-2008 實(shí)驗(yàn)室 生物安全通用要求 [ S].2008

[3]GJB6109-2007 軍用方艙通用規(guī)范[ S].2007

[4]馮樹根.生物安全實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)高效過濾器檢漏方法探討[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2006，25（1）：91-93

[5]張宗興等.氣密性高等級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室的負(fù)壓控制[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào).2010年第6期

[6]趙明等.微生物檢驗(yàn)車的研制[J]醫(yī)療衛(wèi)生裝備·2014年3月第35卷第3期