某船氣調保鮮裝置的安全分析與優化1

吳大維，王振強，黃雪平

（中國衛星海上測控部，江蘇無錫 214431）

0 引言

隨著科技的進步，人類對大洋的開發和探索不斷深入，各類大型船舶應運而生。近年來，船員在海上作業的時間越來越長，為保證食物的新鮮和飲食的健康，某船安裝了氣調保鮮裝置。該裝置一方面可通過制造氮氣來降低氧氣含量，另一方面能起到制冷效果，可有效解決蔬果的保鮮問題。然而，該裝置在使用過程中也呈現出一些問題。本文分析氣調保鮮裝置的安全性并對其進行優化設計，最終確定安全設計理念和執行方案。

1 設備簡介

根據某船蔬果貯藏的實際需要，設計并安裝氣調保鮮裝置。該裝置將氣調、冷藏和控制等多種功能進行模塊化集成，具有安裝方便、操作簡單、保鮮效果好、自動化程度高、運行穩定性好、通用性好，以及可維修性強等優點。

按系統功能劃分，氣調保鮮裝置可分為氣調系統、冷藏系統及控制系統。

氣調系統主要功能是精確控制保鮮裝置空氣環境中的氧氣、二氧化碳和乙烯含量，以及空氣濕度，使其穩定處于相應的指標范圍內，以滿足貯藏單元空氣環境的相關要求，達到蔬果貯藏長期冷藏保鮮的作用。氣調系統在保鮮裝置外部另配有空氣壓縮與膜組分離設備，為該裝置提供持續不斷的高純度氮氣。

冷藏系統主要功能是提供一個封閉的貯藏空間，該空間具有良好的氣密性和隔熱性。在裝置內部，冷藏系統與氣調保鮮單元共型設計，為氣調保鮮單元提供應需的冷源和內部通風，保證蔬果貯藏具有相對穩定且適宜的環境溫度。在裝置外部，冷藏系統另外配有制冷機組，利用制冷壓縮機將制冷劑進行壓縮，把制冷劑送入冷凝器。制冷劑的熱量被冷卻水帶走，由氣態變為液態；然后，液態制冷劑經熱力膨脹閥進入蒸發吸收庫，吸收熱量變成氣態，再被壓縮機吸收。如此循環往復，可為保鮮庫提供持續不斷的冷源。

控制系統的主要功能是實現對裝置內空氣環境指標的監測分析，并據此實現對整個系統及參數的精準控制。

2 問題描述

在安裝氣調保鮮裝置后，部分工作人員在蔬果整理作業過程中有時會產生頭暈、心慌和呼吸困難等不適癥狀，該問題引起了高度重視。

根據氣調保鮮裝置工作原理，結合相應艙室空間狹小的特點，認定艙室含氧量較低，裝置內氣調保鮮單元空氣環境含氧量極低是造成上述問題的主要原因。作業時，工作人員因缺氧出現不同程度的身體不適。

氧氣是我們賴以生存的基本保障。一般海拔條件下空氣中正常氧含量為21%，低氧環境會對人體造成不同程度的傷害，嚴重時甚至危及生命。根據《環境空氣質量健康標準》和相關事故統計資料，不同空氣含氧量對應的癥狀表現見表1。

表1 不同空氣含氧量對應的癥狀表現

3 安全分析

3.1 基本布置

氣調保鮮裝置艙室布置情況見圖1。某船氣調保鮮艙室尺寸為15 m×7 m×2.7 m（長×寬×高），在艙室內均勻放置12個保鮮庫，每個保鮮庫的尺寸為5.4 m×1.8 m×2.2 m（長×寬×高）。

圖1 氣調保鮮裝置艙室布置圖

3.2 系統分析

根據分析，缺氧主要是氣調系統造成的。為保證蔬果保鮮，氣調系統利用制氮裝置將空氣中的氮氣和氧氣分離，制取得到高濃度氮氣，然后將其充入氣調保鮮庫進行氣體置換，以達到低氧狀態。當船員進入作業時，若氮氣未及時排除，那么極容易造成安全隱患。

3.3 問題排查

保鮮庫結構封閉，內部和外部均無通風措施。工作人員在進行摘取蔬果作業時，作業環境內的氧氣濃度需要由外部機械來提供。健康指標要求規定：正常情況下，作業環境的氧氣含量不得低于 20%；極端情況下，作業環境的氧氣含量不得低于 18%。為達到要求，一方面需要有良好的外部機械通風環境，另一方面需要在人員作業時提前打開庫門，保證自然對流強度，以降低庫內氮氣含量，提高氧氣含量，進而達到要求。

艙內氣調保鮮裝置布置較為密集，機械送風口和排風口數量較少，且位置離保鮮裝置較遠。此外，裝置外機械通風對裝置內自然對流的改善作用不夠明顯。因此，人員作業區的氮氣和氧氣含量距離健康標準相差很遠。人員作業時，在艙室和保鮮裝置內的關鍵位置，經常會發生氧氣含量無法保證人員健康要求的情況，極易導致作業人員身體不適，并造成相應形式的人體傷害。艙室和保鮮庫內含氧量隨氣調保鮮裝置運行時間的變化情況見表2。

表2 艙室和保鮮庫內含氧量隨氣調保鮮裝置運行時間的變化情況

4 優化設計

為保證船員能在安全舒適的環境工作，通過更改艙室布局、優化通風系統和安全監控系統等方式來改善特殊工位的空氣環境。

4.1 通風系統優化

在每個保鮮庫門口增加通風，改善通風效果。然而，由于保鮮艙室空間狹小、位于船底層、艙室結構復雜，以及風口位置特殊等原因，通風管路無法鋪設，故無法達到設計要求的效果。

4.2 系統功能改善

可利用高壓空氣瓶將制氮裝置分離出來的氧氣收集起來，并通過銅管分布到每個保鮮庫中。在保鮮庫門上安裝執行器，執行器在開門瞬間將空氣瓶中的氧氣送入保鮮庫中，在提供船員安全使用的同時，也不會對艙室空氣含氧量造成影響。

為進一步加強人員作業安全，可在保鮮庫安裝氧氣監控報警系統，以實時掌握保鮮庫的含氧狀態。當庫門打開時，若含氧量低于安全作業要求，則監控系統觸發報警提示。待氧氣充注完畢，保鮮庫含氧量達到正常作業要求時，報警停止，可正常作業。

4.3 執行方案

當氣調保鮮裝置在正常工作時，制氮裝置制取氮氣充入庫中，使蔬果達到長期的保鮮效果。在船員進行蔬果作業時，裝置停止，氧氣監測報警系統發出聲光報警。同時，空氣瓶中的氧氣迅速充入庫中，用以中和庫中氮氣。3 s后，氧氣監測報警系統檢測正常，停止報警，人員正常進行蔬果作業。這樣既能保證船員在舒適安全的環境下作業，也能保證蔬果長期保持新鮮，同時也不會對其他艙室的空氣環境造成影響。

5 結論

本文闡述了某船最新投入使用的氣調保鮮裝置的設備原理，提出并分析了因空氣分離導致的人員缺氧的安全問題，分析了氣調保鮮裝置的安全性并對其進行優化設計，最終確定了安全執行方案。