潛艇艙可移動式快速空氣凈化裝置研究

張重杰

（山西新華化工有限責任公司設計研究所，山西 太原 030051）

1 概 述

20世紀90年代，為了解潛艇服役一定年限后艙內空氣有害組分變化情況，有關單位曾派專家隨潛艇出海進行遠航跟蹤監測，定性檢測出368種組分，定量檢測出67種。檢測報告表明，368種組分多數屬于低毒或微毒，也有部分中等毒性物質和一些劇毒物質，比如苯等[1]。這些都會對艇員產生危害，導致一些職業病的產生和戰斗力下降。

密閉艙由于空氣不流通、四周密閉，工作人員的生活、工作、機器設備的運行以及材料表面物質的揮發都會導致空間內產生大量的有害氣體。實際測試發現，其中大部分氣體會對人帶來危害，如果不加以控制，將會對工作人員造成傷害，同時，電線短路或設備操作不當等均可能造成火災。由于密閉艙空氣不流通，電線等物品的燃燒或燃燒不完全可能造成密閉艙內瞬時產生大量的煙霧以及CO和氫氰酸等一些有毒有害氣體。從而導致在較長一段時間內人員無法進行正常的生活、工作，對艙內的設備、設施也有一定的損傷。

因此，密閉艙室在空氣質量無法滿足人員正常生活、工作時，應使用快速空氣凈化裝置，保證在較短的時間內將密閉艙室內空氣質量達到允許的范圍。

國內研究人員對有害氣體的凈化及控制進行了研究[2-10],但目前尚未見到有學者對可移動煙霧快速凈化裝置進行系統研究。

2 可移動煙霧快速凈化裝置設計

可移動煙霧快速凈化裝置主要由風機、粗濾器、高效過濾器、拉桿、滑輪、殼體等組成。煙霧混合空氣先徑過甩塵風機濾除塵土等大顆粒物質，再經過粗濾器濾除直徑大于10 um的顆粒，再經過高效過濾器濾除0.3~10 um的微粒，最后輸出清潔空氣。圖1是煙霧快速空氣凈化裝置結構示意圖。

圖1 煙霧快速空氣凈化裝置結構示意圖

3 煙霧快速凈化模擬試驗研究

表1 煙霧快速凈化模擬試驗結果

試驗模擬艙容積4.94 m3，空氣凈化裝置由風機、連接管路、高效過濾器和電源組成。其中高效過濾器的過濾效率大于99.999%。試驗開始，首先利用小型發煙爐將透平油加熱、汽化。通過調節爐溫和壓縮空氣壓力使油霧粒子分散度達到約0.3 um，當艙內初始濃度達到2 500 mg/m3左右時，艙內可見度為0，關閉發煙爐，開啟空氣凈化裝置，開始計時。每隔1 min對艙內油霧濃度檢測一次，并觀察艙內的可見度。試驗結果，見表1。

試驗結果表明，空氣凈化裝置的內循環過濾通風可以快速有效地清除火災后的煙霧，過濾通風3 min后艙內煙霧基本清除干凈，人員可以進入艙內進行后處理。

4 可移動式快速空氣凈化裝置的主要技術指標

4.1 空氣凈化能力

可移動式快速空氣凈化裝置的關鍵技術指標為空氣凈化能力，可以在規定時間內有效清除混合空氣中的煙霧，使一定容積的密閉艙內空氣質量達到允許范圍。根據核生化戰場條件下集體防護特點，一般空氣凈化裝置的油霧過濾效率不低于99.99%。

4.2 有效濾除煙霧中的毒害氣體

可移動式快速空氣凈化裝置應該再規定的風量范圍內利用我所新研制的炭催化劑能有效濾除火災事故后煙霧中的一氧化碳、氫氰酸、滅火劑等有毒有害氣體，也可濾除潛艇密閉艙內對人體有害的毒煙、毒氣，使密閉艙內的有毒有害物質濃度不超過對人體傷害的最低濃度。

4.3 換氣次數

可移動式快速空氣凈化裝置的過濾通風量應能保證在較短的時間內完成對一定容積的密閉艙內的空氣凈化，使艙內有害氣體和煙霧濃度降低到規定指標或安全濃度，一般換氣次數為20次/h。

根據集體防護技術原理，假設密閉艙內煙霧初始濃度 C0為 2 500 mg/m3，允許濃度 Ct為 2.5 mg/m3，從快速空氣凈化裝置啟動到艙內煙霧濃度達到允許范圍的時間為t，密閉艙有效容積分別為20 m3和30 m3時，在不同的工作風量條件下，換氣次數和時間t，見表2。

表2 不同工作風量條件下的換氣次數和時間

4.4 成套性

可移動式快速空氣凈化裝置應該包括風機、過濾單元、濾毒單元、支架、滾輪、電源等。根據各部件的使用要求，配備一定數量的備品備件，便于因地制宜，既保證密閉艙內的空氣質量，也避免了不必要的消耗。

另外，根據不同的使用環境和使用需求：可以配備兩種規格的可移動式快速空氣凈化裝置：一種為改善密閉艙空氣質量；另一種為火災事故后的快速空氣凈化。

4.5 使用要求

可移動式快速空氣凈化裝置要求結構緊湊，小型化、輕便，操作簡單，便于搬運、儲存，同時保證在任何狀態下，操作人員均可以采用手提或者推、拉等方式，快速使裝置抵達指定部位，迅速投入工作狀態。可移動式快速空氣凈化裝置應有一定的使用壽命，能保證使用一定的次數，可以進行簡單的凈化能力檢測，并進行主要損耗部件的更換。

5 結束語

本文設計了可移動式快速空氣凈化裝置，進行了煙霧快速凈化模擬試驗，試驗結果表明，空氣凈化裝置的內循環過濾通風可以快速有效地清除火災后的煙霧。并對可移動式快速空氣凈化裝置提出了幾點技術指標要求。可移動式快速空氣凈化裝置具有結構緊湊、快速移動、使用方便等優點，因此，有必要根據不同的使用條件配備一定數量的專用可移動式快速空氣凈化裝置，以便及時改善密閉艙的空氣質量或在火災事故后對密閉艙進行快速空氣凈化，在較短的時間內保證人員安全地進入艙內進行后續處理，盡快恢復人員正常的生活、工作。

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