防護呼吸設(shè)備性能對比和分析

霍立琴　劉斌慧　萬書婷　黃晶琪

【摘 要】本文對比分析了化學(xué)氧源PBE和高壓氣氧PBE這兩種典型的防護呼吸設(shè)備的性能，并總結(jié)了兩類PBE的特點和PBE的通用性能需求，進而分析了兩類PBE的差異。由于使用的氧源不同，兩類PBE在質(zhì)量、體積、運輸方式和激活方式等方面均有不同。化學(xué)氧PBE激活不當可能引起著火，高壓氣氧PBE的小氧氣瓶可能發(fā)生爆炸，兩類PBE均是飛機上的危險源。化學(xué)氧PBE有有效的防護措施，而高壓氣氧PBE沒有，因此選擇高壓氣氧PBE通過適航驗證是有難度的。

【關(guān)鍵詞】民機；防護呼吸；化學(xué)氧源；高壓氣氧；性能對比

Comparative Analysis of the Protective Breath Equipment Performance

HUO Li-qin LIU Bin-hui WAN Shu-ting HUANG Jing-qi

（Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai 201210，China）

【Abstract】This paper firstly compares and analyses the performance of two kinds of PBE：PBE with chemical oxygen source and PBE with high pressure oxygen source，then summarizes their characteristics，the general performance requirements and differences. Due to the different oxygen source， there are performance differences between the two kinds of PBE，eg.weight，volume，activation mode.PBE with chemical oxygen source may cause fire if activation mode is improper.high pressure oxygen bottle of PBE with high pressure oxygen source may be exploded in certain circumstances.They may both be hazard source on aircraft.Otherwise，PBE with chemical oxygen source has effective protection measures for fire，PBE with high pressure oxygen source doesnt have any protection measures.So it may be difficulty to pass the certification of CAAC.

【Key words】Civil aircraft；Protective breath；Chemical oxygen source；High pressure oxygen；Performance comparison

0 引言

防護呼吸裝置（Protective Breath Equipment，PBE）是一種密閉式循環(huán)呼吸裝置，用于在有煙霧和有毒氣體環(huán)境中保護人的眼鏡和呼吸系統(tǒng)。PBE用一個頭罩將佩戴者的頭部完全包裹起來以隔離不適于呼吸的環(huán)境，并提供一個供給氧氣，去除CO2和水蒸氣的封閉呼吸環(huán)境。

基于使用氧源的不同，PBE分為化學(xué)氧源PBE和高壓氣氧PBE。化學(xué)氧源PBE一般使用超氧化物或高氯酸鹽制得氧氣，氧氣發(fā)生器固定在頭套后側(cè)；制氧時產(chǎn)生大量熱，使佩戴者感覺不舒適；呼出的氣體進入發(fā)生器被凈化，去除了呼吸氣體中的CO2和水蒸氣。高壓氣氧PBE使用小氧氣瓶作為氧源，小氧氣瓶布置在頭套下側(cè)；設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，重量小；呼出氣體中的CO2和水蒸氣在擴散作用下被頭套內(nèi)襯中的吸附劑吸附去除。

PBE的制造商主要有美國的B/EAerospace（簡稱BE）和ESSEX、法國的ZODIAC和AIR Liquid Advanced Technologies（簡稱ALAT）。B/E和ZODIAC生產(chǎn)化學(xué)氧源PBE，ESSEX和ALAT生產(chǎn)高壓氣氧PBE。兩類PBE在空客、波音、龐巴迪等飛機制造公司的各類機型上均有應(yīng)用。

1 兩種類型PBE介紹

1.1 化學(xué)氧源PBE

化學(xué)氧源PBE一般使用超氧化物或高氯酸鹽制得氧氣，反應(yīng)如下所示：

高氯酸鹽 2NaClO3→2NaCl+3O2+熱量

超氧化物 2KO2+CO2→K2CO3+H2O+熱量

CO2去除反應(yīng)器和氧氣發(fā)生器集成在一起，安裝在頭套后側(cè)，反應(yīng)如下：

堿性化合物 2LiOH+CO2=Li2CO3+H2O+熱量

超氧化物 2KO2+CO2→K2CO3+H2O+熱量

由于化學(xué)反應(yīng)速率受環(huán)境（如溫度、濕度）影響較大，產(chǎn)氧速率不恒定；而且反應(yīng)產(chǎn)熱，化學(xué)氧源PBE產(chǎn)生的氧氣溫度較高；并且制得的氧氣中容易混入粉末狀的反應(yīng)物，因此氧氣的供應(yīng)流率、溫度和純度都是化學(xué)氧源PBE重點關(guān)注的問題。化學(xué)氧源PBE激活后開始供氧，產(chǎn)品一次性使用完畢后報廢。

1.2 高壓氣氧PBE

與化學(xué)氧相比，壓縮氣氧PBE具有結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，成本低，質(zhì)量小等特點。這類PBE配有高壓小氧氣瓶，氧氣經(jīng)過調(diào)壓后輸送到頭套內(nèi)。因此小氧氣瓶是壓縮氣氧PBE的關(guān)鍵技術(shù)所在。

高壓氣氧PBE被激活后，氧氣經(jīng)過調(diào)壓輸送到頭套內(nèi)。小氧氣瓶是高壓氣氧PBE的關(guān)鍵技術(shù)所在，一般使用鋼瓶或復(fù)合材料瓶，并能夠重復(fù)使用。充氧壓力從1850psi（12.76MPa）至3000psi（20.68MPa）不等。與化學(xué)樣PBE不同，高壓氣氧PBE供給的氧氣溫度低，同時氧源質(zhì)量小、分布在頭套兩側(cè)，使用者舒適度也較高。

2 兩類PBE性能對比

化學(xué)氧源PBE具有以下特點：

1）化學(xué)氧發(fā)生器位于頭套后側(cè)；

2）頭套內(nèi)保持正壓；

3）頭套空間大，能夠在15s內(nèi)完成佩戴，并允許佩戴者戴眼鏡，有胡須和長發(fā)；

4）頭套材料防火；

5）頭套顏色鮮艷，在煙霧環(huán)境中能夠被快速識別；

6）彈性硅膠頸部密封圈能避免煙霧進入，密封性好；

7）護目鏡具有較大視野，便于使用者觀察外部環(huán)境狀況；

8）配有激活拉條，激活方便；

9）內(nèi)置通話隔膜，使用者與外部能夠語音交流；

10）儲存方式為PBE儲存盒，取用儲存方便；

11）PBE最大使用高度是40000ft；

12）發(fā)生器供氧時間不低于15min；

13）呼出的CO2和水蒸氣循環(huán)至清洗床吸附去除；

14）不需要定期維護。在特殊環(huán)境下，如在有損壞、消耗和暴露在潮濕環(huán)境等情況下時要進行周期性檢查。

圖1 化學(xué)氧源PBE

高壓氣氧PBE具有如下特點：

1）小氧氣瓶位于頭套下側(cè)；

2）頭套內(nèi)保持正壓；

3）頭套空間大，能夠在15s內(nèi)完成佩戴，并且允許佩戴者戴眼鏡，有胡須和長發(fā)；

4）頭套材料防火；

5）頭套顏色鮮艷，在煙霧環(huán)境中能夠被快速識別；

6）頸部密封圈能使避免煙霧進入，密封性好；

7）護目鏡具有較大視野，最大可視角度達到270°；

8）佩戴上頭套后，氧氣自動開始供給；

9）可通過語音和無線電實現(xiàn)通話；

10）儲存方式多樣，如儲存盒、儲存袋，取用儲存方便；

11）PBE最大使用高度為30 000ft（ESSEX）和25 000ft（ALTA）；

12）最短可供氧15分鐘，最長可達60分鐘；

13）呼出的CO2和水蒸氣擴散吸附去除；

14）氧氣瓶上有氧氣剩余狀態(tài)指示燈。

3 PBE性能需求

PBE性能應(yīng)能滿足以下要求：

3.1 供氧需求

3.1.1 供氧速率應(yīng)滿足CCAR25.1443 最小補氧流量的要求[1]；

3.1.2 頭套內(nèi)應(yīng)保持正壓，防止有毒氣體進入；

3.1.3 供氧時間不小于15min；

3.1.4 制得的氧氣體積濃度不得低于99.5%[2]，氧氣純度需滿足SAE AS8010的要求；

3.1.5 最大使用高度應(yīng)滿足飛機升限要求。

3.2 外形設(shè)計需求

3.2.1 頭套應(yīng)使用顏色鮮艷的材料，易于在煙霧中辨認；

3.2.2 頭套大小應(yīng)能供5%的女性和95%的男性使用，并且允許佩戴者戴眼鏡，有胡須和長發(fā)；

3.2.3 環(huán)境溫度為21℃時，頭套內(nèi)溫度不能超過40℃濕球溫度[3]；

3.2.4 暴露在環(huán)境溫度為100℃2分鐘，頭套內(nèi)溫度不能超過50℃濕球溫度[3]；

3.2.5 應(yīng)有防煙密封圈，防止外部有毒氣體進入；

3.2.6 應(yīng)有激活裝置，可手動或自動激活；

3.2.7 用有語音/無線電通話裝置，在背景噪聲為65db、交流語音為85db的情況下，與距離4m內(nèi)的人可以交流[3]；

3.2.8 應(yīng)設(shè)置氧氣剩余狀態(tài)指示燈，如氧氣沒有用完時，指示燈顯示綠色，氧氣耗盡后，指示燈顯示紅色；

3.2.9 PBE應(yīng)能在15s內(nèi)快速佩戴，并能固定好，在爬行、下跪或者跑動的狀態(tài)下查找火源或處理火情時，PBE不會移位；

3.2.10 應(yīng)有護目鏡，并且防霧。護目鏡視角大有利于機組成員在使用時開展應(yīng)急救火工作；

3.2.11 頭套和儲存設(shè)備應(yīng)使用防火材料。

3.3 包裝儲存需求

3.3.1 PBE應(yīng)密封包裝，與周圍空氣隔絕；

3.3.2 使用期內(nèi)的PBE應(yīng)存放在易達到的區(qū)域，并提供固定和保護作用的設(shè)備，如儲存盒。避免密封包裝受損進而降低PBE供氧能力。

化學(xué)氧源PBE放置在潮濕環(huán)境和與CO2接觸的環(huán)境中會降低化學(xué)氧發(fā)生器的制氧能力，因此需要密封包裝。密封包裝也能夠用于辨別PBE是否失效。如果密封包裝膨脹，說明內(nèi)部的PBE可能失效。因此，兩類PBE都需要密封包裝。

4 兩類PBE性能分析

兩類PBE均能滿足PBE的性能需求。兩者的不同主要在于氧源不同，進而引起產(chǎn)品在質(zhì)量、體積、運輸方式和激活方式等方面的差異，如表1所示。

表1 兩類PBE性能差異對比

5 結(jié)論

由于化學(xué)氧源PBE采用氧氣發(fā)生器作為氧源，化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)熱，發(fā)生器體積大、質(zhì)量大，會時佩戴者感覺不舒適，供氧時間較為固定，PBE一次性使用完畢后報廢。高壓氣氧PBE氧源為壓縮氧氣，供氧時不產(chǎn)熱，PBE質(zhì)量小，因此佩戴者的舒適度較高，供氧時間為15min或更長，小氧氣瓶可以充氧并多次使用。

PBE使用完畢后，化學(xué)氧源PBE沒有指示；高壓氣氧PBE，小氧氣瓶上有氧氣剩余狀態(tài)指示燈。

化學(xué)氧PBE激活不當可能引起著火。發(fā)生著火后需迅速脫下PBE并放到空曠的地方，火源在45s內(nèi)會自行熄滅，不用采取其他滅火措施。高壓氣氧PBE的小氧氣瓶可能發(fā)生爆炸，并且沒有有效的防護措施。因此選擇高壓氣氧PBE通過適航驗證是有難度的。然而，根據(jù)ESSEX對自1990年以來生產(chǎn)的90000件PBE的統(tǒng)計，沒有發(fā)生過安全問題，可以認為小氧氣瓶發(fā)生爆炸的可能性是極小的。

【參考文獻】

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[2]SAE 825/11.Closed—Cycle Protective Breathing Devices[S].2002（8）.

[3]TSO-C116.Crewmember Protective Breathing Equipment[S].1990-3-1.

[責(zé)任編輯：田吉捷]