過濾式消防自救呼吸裝置性能測試與改進(jìn)方案研究

摘要：近年來，隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快，火災(zāi)事故頻發(fā)，給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來了巨大的威脅?；馂?zāi)現(xiàn)場常伴有大量有毒有害氣體，造成了一定的人員傷亡。過濾式滅火自救呼吸器（以下簡稱為“呼吸裝置”）是一種重要的個(gè)人防護(hù)裝備，能有效幫助人們在火災(zāi)中逃生。然而，目前的呼吸裝置在實(shí)際應(yīng)用中仍存在著一定問題，需要系統(tǒng)檢測并改善性能。因此，探究呼吸裝置性能測試與改進(jìn)方案有著重要意義。

關(guān)鍵詞：過濾式消防自救呼吸裝置；性能測試；改進(jìn)方案

引言

隨著我國城市化進(jìn)程的加快與工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，各類建筑及工業(yè)設(shè)施規(guī)模日益增大，火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)日益增加。雖然現(xiàn)代消防技術(shù)與裝備取得了長足進(jìn)步，但是火災(zāi)現(xiàn)場復(fù)雜多變，人們在火災(zāi)中自救能力就顯得尤為重要。傳統(tǒng)火災(zāi)自救裝置如防煙面罩、逃生繩等不能有效應(yīng)對高毒高熱的火災(zāi)環(huán)境，過濾式消防自救呼吸裝置因其便攜、易操作及對有毒氣體的高效過濾而備受關(guān)注。因此，探究過濾式消防自救呼吸裝置性能測試與改進(jìn)方案成為當(dāng)前相關(guān)行業(yè)的熱議話題。

一、過濾式消防自救呼吸裝置測試方法

（一）外觀檢查

外觀檢查應(yīng)檢查設(shè)備外殼有無裂縫、變形或其他損壞。外殼是設(shè)備最主要的保護(hù)層，它的完好與否直接影響到設(shè)備內(nèi)部部件的安全性與功能性。如果外殼有明顯裂縫或變形，內(nèi)過濾器或其他重要元件可能會(huì)受到外部環(huán)境的影響。因此，在外觀檢驗(yàn)時(shí)，一定要對殼體的各個(gè)表面，特別是邊緣、接縫等部位進(jìn)行詳細(xì)檢查，不能有損傷。面罩或口罩是人與外界環(huán)境的一道屏障，它的好壞直接影響著人的視線及呼吸的流暢性。在檢驗(yàn)期間，要特別注意面具或防護(hù)口罩的刮痕、裂紋或其他損壞。如果口罩上有刮痕，會(huì)影響使用者的視線，增加發(fā)生危險(xiǎn)的概率。裂縫會(huì)使有害氣體和煙霧進(jìn)入口罩內(nèi)，對用戶的健康造成危害，因此必須在光線較好的情況下，對其進(jìn)行仔細(xì)檢查[1]。呼吸防護(hù)用品牢固地固定于人體頭部，它的彈性與耐用性直接影響著佩戴者的舒適度與穩(wěn)固性。應(yīng)該用拉力試驗(yàn)和肉眼檢查來確定綁帶有無斷裂、嚴(yán)重磨損或彈性降低。如果發(fā)現(xiàn)有任何問題，應(yīng)及時(shí)更換頭帶，以保證在發(fā)生緊急狀況時(shí)能順利戴上該裝置，以便提供持久保護(hù)。過濾器作為過濾式消防自救呼吸器的核心部件，其安裝位置及密封效果對過濾效果有重要影響，應(yīng)仔細(xì)檢查過濾器的安裝位置是否正確、是否有松動(dòng)或脫落。另外，作為保證設(shè)備密封性能的關(guān)鍵部件，密封環(huán)的完整性也是至關(guān)重要的。應(yīng)檢查密封環(huán)是否完好，確保無老化、斷裂或變形，保證過濾器在使用過程中對有害物質(zhì)進(jìn)行有效過濾，保證使用者的呼吸安全。

（二）氣密性測試

為保證過濾式消防自救呼吸器在使用過程中能起到有效的保護(hù)作用，防止有害氣體侵入，必須進(jìn)行氣密性檢測。氣密性試驗(yàn)的主要目的是對設(shè)備在密閉條件下的工作性能進(jìn)行檢驗(yàn)，以確保在發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，能有效保護(hù)使用者的呼吸安全。氣密性檢測的首要步驟是將該儀器戴在被測者的頭上，仔細(xì)調(diào)節(jié)，以保證其處于正確位置，要保證面罩和面部緊密貼合在一起，任何微小的縫隙都會(huì)使有害氣體侵入，造成安全隱患。在調(diào)節(jié)時(shí)，尤其要注意面罩邊緣與臉部輪廓的契合度及松緊度，太緊會(huì)影響佩戴舒適度和呼吸[2]。使用專門的氣密性檢測裝置來檢測設(shè)備。氣密性測試儀一般采用正壓或負(fù)壓的方法來檢測設(shè)備的密封性，在此過程中，應(yīng)保證氣密性測試儀的連接部位緊密無滲漏，避免外部因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響。測試儀器的具體操作步驟根據(jù)具體的設(shè)備不同而有所差異，一般都包括啟動(dòng)測試儀、設(shè)定試驗(yàn)參數(shù)、施加壓力、讀取數(shù)值。在實(shí)際試驗(yàn)工作中，經(jīng)常需要使用一定數(shù)量的校準(zhǔn)氣體，如氦、氮等。這些氣體是根據(jù)它們的物理性質(zhì)和探測靈敏度來選擇的，從而有助于對設(shè)備中任何微小的泄漏進(jìn)行準(zhǔn)確識別。試驗(yàn)啟動(dòng)后，通過連續(xù)監(jiān)測裝置內(nèi)壓強(qiáng)的變化情況，對氣密性進(jìn)行判定，當(dāng)壓力持續(xù)穩(wěn)定時(shí)，設(shè)備密封性能好；如果壓力有顯著下降，說明有泄漏。在氣密性試驗(yàn)中，記錄試驗(yàn)結(jié)果是一項(xiàng)非常重要的工作。記錄時(shí)，應(yīng)對試驗(yàn)日期、試驗(yàn)人員、試驗(yàn)儀器型號和參數(shù)、試驗(yàn)環(huán)境條件（溫濕度等）及試驗(yàn)結(jié)果等進(jìn)行詳細(xì)記錄。泄漏率是衡量設(shè)備氣密性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

（三）濾毒性能測試

過濾式滅火自救呼吸器在實(shí)際應(yīng)用過程中，其過濾有害氣體的能力是必不可少的一環(huán)。其目的是以科學(xué)的試驗(yàn)手段，確保在發(fā)生火災(zāi)和有害氣體泄漏時(shí)，能有效保護(hù)使用者的呼吸安全?？梢栽趯?shí)驗(yàn)室里模擬火災(zāi)和危險(xiǎn)氣體泄漏的情況，為避免有害氣體擴(kuò)散，對實(shí)驗(yàn)人員和環(huán)境產(chǎn)生危害，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境必須有嚴(yán)格的安全控制條件，模擬場景設(shè)計(jì)要盡可能接近真實(shí)火災(zāi)、危險(xiǎn)氣體泄漏等環(huán)境，保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性與實(shí)用性。選用適當(dāng)?shù)挠泻怏w做試驗(yàn)，如一氧化碳（CO）、氰化氫（HCN）。在試驗(yàn)過程中，必須對這些有害氣體的濃度進(jìn)行精確控制，更好模擬實(shí)際環(huán)境中可能出現(xiàn)的惡劣情況。試驗(yàn)時(shí)，需要將儀器安裝在封閉的試驗(yàn)室內(nèi)，室內(nèi)可以預(yù)先設(shè)定有害氣體濃度，同時(shí)采用高精度的氣體分析儀，對經(jīng)過過濾裝置的氣體濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，為保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，需多次試驗(yàn)，并記錄每一次試驗(yàn)的具體數(shù)據(jù)。例如，在對一氧化碳進(jìn)行過濾毒性試驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)室可以將初始濃度設(shè)定為百萬分之5000ppm（百萬分之一），將該裝置安裝于試驗(yàn)室內(nèi)。啟動(dòng)后，用氣體分析儀對出口氣體濃度進(jìn)行監(jiān)測。在試驗(yàn)過程中，當(dāng)經(jīng)裝置過濾后的CO濃度低于50ppm（一般被視為安全標(biāo)準(zhǔn)），就證明該裝置具有較好的毒性過濾能力。對于氰化氫的濾毒性能試驗(yàn)，可以將初始濃度設(shè)為300ppm，用氣體分析儀對過濾后的氰化氫濃度進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)濃度低于10ppm時(shí)，該裝置可對氫氰酸環(huán)境起到有效的保護(hù)作用。

二、過濾式消防自救呼吸裝置的改進(jìn)方案

（一）優(yōu)化過濾材料

選用高效濾材是優(yōu)化過濾材料的第一步。高效濾材如納米纖維、活性碳纖維等，可有效抑制有害氣體、煙霧。納米纖維具有較小的粒徑、較大的表面積和較高的孔隙率，可以有效對微細(xì)顆粒物及有害氣體進(jìn)行截留。獨(dú)特的微結(jié)構(gòu)，使其過濾效率高，空氣阻力小，可保證使用者在緊急狀況下的呼吸順暢。另外，納米纖維具有良好的力學(xué)強(qiáng)度、耐熱性能，能夠適應(yīng)高溫、復(fù)雜環(huán)境?；钚蕴祭w維具有優(yōu)良的吸附性能，是一種高效的過濾材料。它具有微孔結(jié)構(gòu)，能有效吸附煙氣中的有害氣體及有機(jī)污染物。通過對活性碳纖維表面結(jié)構(gòu)及化學(xué)性質(zhì)的調(diào)控，進(jìn)一步增強(qiáng)其對重金屬離子的吸附性能[3]，如采用酸、堿處理、金屬氧化物負(fù)載等方法，可提高材料對某些有害氣體的選擇性吸附性能。因此，活性碳纖維既能保證高效過濾，又能起到一定的延長過濾設(shè)備壽命的作用。為提高過濾效能，可進(jìn)行多層過濾設(shè)計(jì)。分層過濾是指對不同種類的污染物采用不同的過濾方式，以達(dá)到綜合過濾的目的。例如，第一層可采用如金屬網(wǎng)或復(fù)合材料纖維層之類的粗過濾材料來截留較大的顆粒和灰塵；第二層為納米纖維，可濾除微細(xì)顆粒及部分有害氣體；第三層可用活性碳纖維，對有毒氣體、有機(jī)物質(zhì)有很強(qiáng)的吸附作用。分層設(shè)計(jì)，可使各層過濾材料各司其職、協(xié)同工作，大大提高了整體過濾效率與耐用性。火災(zāi)現(xiàn)場的煙氣中含有大量微粒以及一氧化碳、氰化氫等有毒氣體，可在第一層采用高機(jī)械強(qiáng)度納米纖維過濾層，實(shí)現(xiàn)對煙氣中顆粒物質(zhì)的快速攔截；第二層采用專門吸附一氧化碳和氰化氫的改性活性碳纖維；第三層為經(jīng)過特殊處理的氧化鋁纖維，能吸附并分解部分有機(jī)酸，以保障人員在疏散時(shí)所呼吸到的空氣品質(zhì)。

（二）改進(jìn)密封性能

選擇具有較高彈性的軟材料，如硅膠。這種材質(zhì)不僅能更好貼合佩戴者的面部曲線，而且長期佩戴也不會(huì)影響佩戴者的舒適度。例如，一些高級防毒面具已經(jīng)使用了醫(yī)用硅樹脂材料，這種材料具有很高的彈性，并且具有較低的致敏性，大大提高應(yīng)急時(shí)的密封性。另外，硅膠材料還具有更好的耐熱、耐老化性能，能在高溫環(huán)境中保持其物理性能，進(jìn)一步提高密封效果。此外，可調(diào)式頭帶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對提高密封性能具有重要意義。雖然固定頭帶可以起到一定的密封作用，但是由于個(gè)人頭部的形狀、大小等因素，常常很難達(dá)到理想的密封狀態(tài)[4]。采用可調(diào)式頭帶系統(tǒng)，佩戴者可以根據(jù)自己的需要調(diào)節(jié)松緊度，達(dá)到最佳的貼合效果。例如，一些高性能呼吸器已經(jīng)采用多點(diǎn)可調(diào)的頭帶設(shè)計(jì)，使用者可通過調(diào)整不同部位的綁帶，達(dá)到全方位的密封效果。這樣的設(shè)計(jì)，不但可以提高面罩的密封性，同時(shí)也可以提高佩戴的穩(wěn)定性與舒適度，保證在劇烈運(yùn)動(dòng)或者長時(shí)間佩戴時(shí)，面罩仍能貼合面部，避免有害氣體的滲入。同時(shí)，還可對面罩的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，如增加兩層密封邊，使第二層密封在第一層出現(xiàn)問題時(shí)也能起到有效保護(hù)作用。

（三）提升舒適度和便捷性

輕質(zhì)設(shè)計(jì)對提高呼吸器舒適性具有重要意義。采用高強(qiáng)復(fù)合材料、新型聚合物等新型輕質(zhì)材料，可大幅降低器件重量。傳統(tǒng)呼吸器一般采用金屬或硬質(zhì)塑料制成，這類材料雖然結(jié)實(shí)耐用，但是重量過重，佩戴時(shí)間長了很容易疲勞。例如，采用碳纖維復(fù)合材料替代傳統(tǒng)的金屬殼體，不僅可減輕設(shè)備的重量，而且可增強(qiáng)設(shè)備的耐用性和耐撞性。另外，以高分子聚合物取代傳統(tǒng)橡膠，可進(jìn)一步減輕裝置重量，改善軟體，提升佩戴舒適性。此外，可通過對人臉輪廓的分析，設(shè)計(jì)出更符合面部特征的面具，可以有效降低面部壓力和不適感。例如，可利用三維掃描技術(shù)，通過采集不同人群的面部數(shù)據(jù)，經(jīng)過大數(shù)據(jù)分析，得到最符合人體工學(xué)的面具外形，面罩內(nèi)采用軟硅膠材質(zhì)，增加臉部接觸部位的舒適度。此外，面罩固定帶可調(diào)式設(shè)計(jì)，采用彈性材質(zhì)，可根據(jù)佩戴者頭部形狀做出自適應(yīng)調(diào)節(jié)，以確保面罩在緊急情況下的穩(wěn)定性與密封性[5]。同時(shí)，應(yīng)設(shè)置可快速佩戴裝置，保證使用者在發(fā)生緊急狀況時(shí)，快速準(zhǔn)確佩戴呼吸器，如使用一鍵開關(guān)，只需按一下按鍵，就可完成面具的開啟及佩戴，使用者可在數(shù)秒內(nèi)完成裝置的佩戴與固定。

（四）增加功能性

功能提升是現(xiàn)代火災(zāi)自救裝置的關(guān)鍵。通信器件集成化是今后的重要發(fā)展方向。內(nèi)置于呼吸器內(nèi)的簡單通信裝置，如對講機(jī)，可極大提高使用者在緊急狀況下與外界聯(lián)絡(luò)的能力?；馂?zāi)現(xiàn)場煙霧彌漫，視線受阻，一般的聲信號很難傳遞出去，而使用者可以借助無線通信設(shè)備及時(shí)與救援者或其他被困者取得聯(lián)系，匯報(bào)自己的位置、環(huán)境情況和需要。這樣不僅可以提高搜救效率，而且可以幫助搜救人員制定更加準(zhǔn)確的搜救方案。例如，高層建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，被困人員可通過內(nèi)置于呼吸器內(nèi)的對講機(jī)將樓層及具體位置等信息及時(shí)傳達(dá)給外界，從而極大縮短了搜救時(shí)間，提高了幸存者的存活率。此外，內(nèi)置濾材飽和度指示器也是一個(gè)功能改進(jìn)方向。傳統(tǒng)過濾式滅火自救呼吸器存在著濾材飽和度難以判斷、濾材損壞后繼續(xù)使用的問題。在設(shè)備中加入濾材飽和指示器，可實(shí)現(xiàn)對濾材工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)濾材接近飽和狀態(tài)時(shí)，可顯示警告信號，提醒使用者更換濾材或進(jìn)行其他緊急處理。例如，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，佩戴人員所使用的呼吸器過濾材料接近飽和，顯示器就會(huì)報(bào)警。在這種情況下，佩戴者可以及時(shí)更換呼吸器或疏散至安全地帶，避免吸入有毒煙霧引起中毒危險(xiǎn)。

結(jié)語

綜上所述，過濾式滅火自救呼吸器可確保使用者在火場中獲得適當(dāng)?shù)暮粑Ｗo(hù)，顯著提升火災(zāi)逃生設(shè)備的可靠性與有效性，極大提高火災(zāi)逃生的成功率，既可以減少火災(zāi)造成的人員傷亡，又可以為滅火救援贏得寶貴的時(shí)間。未來，還應(yīng)密切關(guān)注材料科學(xué)與工程技術(shù)的發(fā)展，持續(xù)優(yōu)化呼吸器的設(shè)計(jì)與功能。同時(shí)，加強(qiáng)人員培訓(xùn)與教育，使他們能正確使用應(yīng)急器材。只有這樣，才能創(chuàng)造一個(gè)更安全的居住環(huán)境，為社會(huì)的長期穩(wěn)定作出貢獻(xiàn)。

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作者簡介：

尚柱（1988- ），男，漢族，山東菏澤人，本科，工程師，研究方向：消防產(chǎn)品檢測。