空氣正壓系統在專用車輛集成的應用

中航天元防務技術（北京）有限公司 王軍

介紹了一種空氣正壓供給系統在以廂式車為基型車型改裝的核化生應急監測車上的應用。該系統具備供氣、吸附凈化、安全泄壓、智能控制和監測等特點，可最大限度地保障車內人員在污染現場的安全。

隨著電力、石油、化工等企業數量的不斷增加，產生的廢氣、廢液、粉塵的污染也越來越嚴重，為了采集相應的數據進行分析，工作人員需要親赴現場取樣，深入環境污染核心區域對環境污染情況做出判斷與監測分析，由于污染區域的污染源對人身健康安全有很大的傷害，需要具備良好安全防護功能的應急環境監測車將工作人員安全送入污染區域，開展采樣分析與監測工作，并保證車內工作人員安全撤離污染區。因此，核化生應急監測車需具備獨立的空氣正壓供給系統，來保障工作人員的人身安全。

本文針對空氣正壓供給系統如何實現供氣、吸附凈化、安全泄壓、智能控制和監測、溫度調節等功能進行介紹。

總體結構設計

1.底盤選型

該核化生應急監測車根據使用要求和總體質量選擇適合的底盤車型。車輛整備質量和最大總質量必須符合所選擇的底盤規定的承載要求,且整車改裝后質量分布合理,前后軸荷分布合理。根據對車身改裝結構和車內安裝設備的質量計算,確定所選擇的底盤車型的最小載質量,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備改裝要求。通過以上要求選用某品牌長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.空氣正壓供給系統在車內的布局

圖1 核化生應急監測車

空氣正壓供給系統是以氣瓶（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，設置電磁閥控制和手動控制兩條氣路，分別對駕駛室和試驗區（正壓區）進行供氣，保證車內人員的人身安全。駕駛區和試驗區通過隔斷隔開，隔斷上有觀察窗和對講系統，保證工作人員溝通順暢，可對突發情況進行緊急處理。兩個區域分別布置單獨的氣源，駕駛區以1個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行連接，預留1/4英寸接球閥接口，用于連接正壓呼吸器；試驗區（正壓區）以70L氣瓶作為氣源，氣瓶放在設備區，減壓閥和電磁閥布置在試驗區（正壓區）外部，由1/4不銹鋼管路輸送，通過智能控制系統直接對艙內進行供氣。吸附凈化、安全泄壓、智能控制和監測、溫度調節系統布置在試驗區（正壓區），區域內的正壓出氣口、自動泄壓口、排氣口都布置在設備帶上，既美觀，又方便操作，安裝時也不會對正壓艙造成破壞。

3.正壓區的制作和保壓

試驗區為正壓區，整個艙體由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，既能保證強度又能保證焊口處的焊接質量（無虛焊、漏焊，密封性好），折彎高度為25mm，此鋁板和內飾板之間填充保溫材料，內部焊接預埋板，用于安裝工作臺和設備，保證安裝時不破壞鋁艙體；鋁艙體內表面在封內飾板前需刷密封膠，進一步保證艙體內的正壓。保壓是為了最大限度地保證氣瓶內的純凈空氣得到合理的利用，保證艙外污染氣體不進入艙內。艙體所有開孔需通過法蘭對電線和氣管進行固定，并打膠處理，車輛的后行車空調系統是將蒸發器整體布置在正壓區，只對管路進行密封處理；艙體設有機械連桿式正壓氣密門，方便快速開啟，門上有觀察窗，操作簡單，可通過上述設計實現保壓功能。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.正壓區供氣系統

試驗區為正壓區，區域內環境壓力為微正壓。氣源為70L氣瓶，氣瓶放置在正壓區外部，控制系統由減壓閥、氣路控制模塊、電磁閥、壓差傳感器等組成，能實現手動和電動控制。正壓的根本目的是為了實現工作艙內操作人員的安全，在工作中達到保壓的效果。正壓是指相對環境狀態的空氣壓力，通過壓差顯示表可體現出艙內相對車外的壓力差。當密封工作艙的壓差表顯示小于40Pa時，斷路電磁閥接通車后設備區氣瓶，通過氣體輸送管路向工作艙輸送呼吸氣體，當密封工作艙的壓差表顯示大于80Pa時，斷路電磁閥關閉輸送通道，此時停止向艙內輸送氣體。通過自動調節，可保證艙內外壓差始終保持在本車設計要求的40～80Pa之間，確保艙內正壓需求。手動控制供氣是在自動控制系統失效的情況下，通過手動球閥開啟供氣系統，對正壓區進行供氣，壓力可通過壓差表監測，手動供氣的管路是與自動控制系統并行的管路，獨立運行，互不干擾。按照每人每分鐘耗氧量為0.5L計算，70L、15MPa的氣瓶能產生10m3的空氣，能滿足3人4h的工作時長供氧需求。正壓區供氣系統各裝置如圖4、5所示。

圖4 艙內正壓出氣孔及球閥

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測

1.智能控制及監測

正壓區的供氣系統通過艙內的PLC智能控制系統進行操作和監測。車輛進入污染區前，開啟70L氣瓶上的減壓閥，系統進入可自動控制的狀態。開啟正壓系統，正壓系統進入自動供氣狀態，PLC控制系統能對艙內實時壓力、自動供氣狀態等參數進行監測，讓工作人員能實時了解工作環境的狀況；通過壓差變送器識別車內外的壓力，然后輸出電信號控制主氣路上的電磁閥，對供氣系統進行自動控制，保證車內壓力在40～80Pa之間；系統具備氣瓶的低壓報警功能，氣瓶壓力低于5MPa時，警報提示音響起，提示工作人員氣源供氣量不足，立刻離開現場。系統還具備艙內壓力的高壓報警功能，艙內安裝有壓力傳感器，當艙內壓力大于500Pa時，警報提示音響起，這表明艙內壓力異常，需工作人員通過手動泄壓閥將壓力調整到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失效時(異常大流量供氣)對工作人員造成傷害，是正壓供氣系統必需具備的輔助功能。此功能分為自動泄壓和手動泄壓兩種方式，自動泄壓閥安裝在設備帶內，通過不銹鋼管路與外界聯通，當車內壓力大于200Pa時，自動泄壓閥開啟，自動排氣；低于200Pa時，自動泄壓閥關閉，啟動保壓功能。手動泄壓閥設置在便于操作的位置，是在艙內出現異常供氣、自動泄壓閥失效的情況下，警報提示音響起，由工作人員手動開啟不銹鋼球閥，進行手動泄壓，保證工作人員人身安全。

圖9 駐車空間

圖10 行車空間

圖11 預留接口

圖12 8L氣瓶

吸附凈化裝置

由于正壓艙為一個相對密閉的空間，空氣內循環不會很順暢，會導致艙內的二氧化碳濃度和相對濕度較大，故需增加吸附凈化系統，為工作人員提供一個舒適的工作環境。

正壓艙內除濕、二氧化碳吸附系統采用集成式，分為主箱體、送風機、吸附劑托盤等，送風機裝在主箱體下部，吸附劑裝在艙體的上部，空氣經過濾后，由上部排出，達到除臭、凈化的效果。吸附劑呈蜂窩多孔狀結構，吸附效率高，每0.1kg吸附劑可吸收高達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小時呼出的二氧化碳需要0.85kg的吸附劑），根據車內人員配置要求配備相應的吸附劑，裝在真空袋內，使用時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，存放在正壓艙內。開關布置在箱體上，方便工作人員隨時開關，一箱1kg的吸附劑能保證工作人員8h的正常工作。

溫度調節功能

正壓區為一個相對密閉的工作環境，艙內安裝了頂置駐車空調和行車空調，可對艙內的溫度進行調節，保證工作人員在不同的狀態下都有一個溫度適宜的工作空間。駐車空調通過外接市電或車載發電機進行供電。行車空調為獨立的空調系統，配有單獨的壓縮機、冷凝器、蒸發器，與原車互不干涉；蒸發器整體布置在正壓區內，只對管路進行密封；空調的開關布置在正壓區，在車輛啟動的工況下，試驗區工作人員可以自行控制行車空調。行車空調和駐車空調所有的過線和過管位置都通過法蘭進行打膠密封處理，保證艙體的密封性。車內空調如圖9、10所示。

駕駛區人員的安全防護

駕駛區通過隔斷與后部操作區分隔，駕駛人員的安全防護通過正壓呼吸器實現，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，駕駛區人員通過手動減壓閥控制，預留1/4接口，方便工作人員安裝，保護其人身安全，同時可滿足2人，6～8h工作要求。預留接口及8L氣瓶如圖11、12所示。

結語

當前，環境污染事故頻發，對人身的危害性越來越明顯，對工作人員進行必要的保護是非常重要的，單純的應急監測車已經不能滿足工作人員在現場的實際需要，空氣正壓供給系統與專用車輛的集成實現了在特定污染環境下的特殊需求，在現場展開各項工作，通過車載或移動通訊設備與指揮部保持實時通訊聯系，協助指揮部完成協調、調度、指揮、處理的工作，以面對各種突發的環境污染事故，實現特種車行業產品的多元化生產，滿足更多用戶的使用要求。