過濾式消防自救呼吸裝置性能測試與改進方案研究

摘要：近年來，隨著我國城市化進程的不斷加快，火災事故頻發，給人民生命財產帶來了巨大的威脅。火災現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”）是一種重要的個人防護裝備，能有效幫助人們在火災中逃生。然而，目前的呼吸裝置在實際應用中仍存在著一定問題，需要系統檢測并改善性能。因此，探究呼吸裝置性能測試與改進方案有著重要意義。

關鍵詞：過濾式消防自救呼吸裝置；性能測試；改進方案

引言

隨著我國城市化進程的加快與工業化進程的不斷推進，各類建筑及工業設施規模日益增大，火災風險日益增加。雖然現代消防技術與裝備取得了長足進步，但是火災現場復雜多變，人們在火災中自救能力就顯得尤為重要。傳統火災自救裝置如防煙面罩、逃生繩等不能有效應對高毒高熱的火災環境，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注。因此，探究過濾式消防自救呼吸裝置性能測試與改進方案成為當前相關行業的熱議話題。

一、過濾式消防自救呼吸裝置測試方法

（一）外觀檢查

外觀檢查應檢查設備外殼有無裂縫、變形或其他損壞。外殼是設備最主要的保護層，它的完好與否直接影響到設備內部部件的安全性與功能性。如果外殼有明顯裂縫或變形，內過濾器或其他重要元件可能會受到外部環境的影響。因此，在外觀檢驗時，一定要對殼體的各個表面，特別是邊緣、接縫等部位進行詳細檢查，不能有損傷。面罩或口罩是人與外界環境的一道屏障，它的好壞直接影響著人的視線及呼吸的流暢性。在檢驗期間，要特別注意面具或防護口罩的刮痕、裂紋或其他損壞。如果口罩上有刮痕，會影響使用者的視線，增加發生危險的概率。裂縫會使有害氣體和煙霧進入口罩內，對用戶的健康造成危害，因此必須在光線較好的情況下，對其進行仔細檢查[1]。呼吸防護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固性。應該用拉力試驗和肉眼檢查來確定綁帶有無斷裂、嚴重磨損或彈性降低。如果發現有任何問題，應及時更換頭帶，以保證在發生緊急狀況時能順利戴上該裝置，以便提供持久保護。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，應仔細檢查過濾器的安裝位置是否正確、是否有松動或脫落。另外，作為保證設備密封性能的關鍵部件，密封環的完整性也是至關重要的。應檢查密封環是否完好，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進行有效過濾，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作用，防止有害氣體侵入，必須進行氣密性檢測。氣密性試驗的主要目的是對設備在密閉條件下的工作性能進行檢驗，以確保在發生突發事件時，能有效保護使用者的呼吸安全。氣密性檢測的首要步驟是將該儀器戴在被測者的頭上，仔細調節，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使有害氣體侵入，造成安全隱患。在調節時，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備。氣密性測試儀一般采用正壓或負壓的方法來檢測設備的密封性，在此過程中，應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結果的影響。測試儀器的具體操作步驟根據具體的設備不同而有所差異，一般都包括啟動測試儀、設定試驗參數、施加壓力、讀取數值。在實際試驗工作中，經常需要使用一定數量的校準氣體，如氦、氮等。這些氣體是根據它們的物理性質和探測靈敏度來選擇的，從而有助于對設備中任何微小的泄漏進行準確識別。試驗啟動后，通過連續監測裝置內壓強的變化情況，對氣密性進行判定，當壓力持續穩定時，設備密封性能好；如果壓力有顯著下降，說明有泄漏。在氣密性試驗中，記錄試驗結果是一項非常重要的工作。記錄時，應對試驗日期、試驗人員、試驗儀器型號和參數、試驗環境條件（溫濕度等）及試驗結果等進行詳細記錄。泄漏率是衡量設備氣密性的一項重要指標。

（三）濾毒性能測試

過濾式滅火自救呼吸器在實際應用過程中，其過濾有害氣體的能力是必不可少的一環。其目的是以科學的試驗手段，確保在發生火災和有害氣體泄漏時，能有效保護使用者的呼吸安全。可以在實驗室里模擬火災和危險氣體泄漏的情況，為避免有害氣體擴散，對實驗人員和環境產生危害，實驗室環境必須有嚴格的安全控制條件，模擬場景設計要盡可能接近真實火災、危險氣體泄漏等環境，保證試驗結果的可靠性與實用性。選用適當的有害氣體做試驗，如一氧化碳（CO）、氰化氫（HCN）。在試驗過程中，必須對這些有害氣體的濃度進行精確控制，更好模擬實際環境中可能出現的惡劣情況。試驗時，需要將儀器安裝在封閉的試驗室內，室內可以預先設定有害氣體濃度，同時采用高精度的氣體分析儀，對經過過濾裝置的氣體濃度進行實時監控，為保證數據準確，需多次試驗，并記錄每一次試驗的具體數據。例如，在對一氧化碳進行過濾毒性試驗時，實驗室可以將初始濃度設定為百萬分之5000ppm（百萬分之一），將該裝置安裝于試驗室內。啟動后，用氣體分析儀對出口氣體濃度進行監測。在試驗過程中，當經裝置過濾后的CO濃度低于50ppm（一般被視為安全標準），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，可以將初始濃度設為300ppm，用氣體分析儀對過濾后的氰化氫濃度進行監測，當濃度低于10ppm時，該裝置可對氫氰酸環境起到有效的保護作用。

二、過濾式消防自救呼吸裝置的改進方案

（一）優化過濾材料

選用高效濾材是優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，可以有效對微細顆粒物及有害氣體進行截留。獨特的微結構，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強度、耐熱性能，能夠適應高溫、復雜環境。活性碳纖維具有優良的吸附性能，是一種高效的過濾材料。它具有微孔結構，能有效吸附煙氣中的有害氣體及有機污染物。通過對活性碳纖維表面結構及化學性質的調控，進一步增強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備壽命的作用。為提高過濾效能，可進行多層過濾設計。分層過濾是指對不同種類的污染物采用不同的過濾方式，以達到綜合過濾的目的。例如，第一層可采用如金屬網或復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、有機物質有很強的吸附作用。分層設計，可使各層過濾材料各司其職、協同工作，大大提高了整體過濾效率與耐用性。火災現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械強度納米纖維過濾層，實現對煙氣中顆粒物質的快速攔截；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；第三層為經過特殊處理的氧化鋁纖維，能吸附并分解部分有機酸，以保障人員在疏散時所呼吸到的空氣品質。

（二）改進密封性能

選擇具有較高彈性的軟材料，如硅膠。這種材質不僅能更好貼合佩戴者的面部曲線，而且長期佩戴也不會影響佩戴者的舒適度。例如，一些高級防毒面具已經使用了醫用硅樹脂材料，這種材料具有很高的彈性，并且具有較低的致敏性，大大提高應急時的密封性。另外，硅膠材料還具有更好的耐熱、耐老化性能，能在高溫環境中保持其物理性能，進一步提高密封效果。此外，可調式頭帶系統的設計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，但是由于個人頭部的形狀、大小等因素，常常很難達到理想的密封狀態[4]。采用可調式頭帶系統，佩戴者可以根據自己的需要調節松緊度，達到最佳的貼合效果。例如，一些高性能呼吸器已經采用多點可調的頭帶設計，使用者可通過調整不同部位的綁帶，達到全方位的密封效果。這樣的設計，不但可以提高面罩的密封性，同時也可以提高佩戴的穩定性與舒適度，保證在劇烈運動或者長時間佩戴時，面罩仍能貼合面部，避免有害氣體的滲入。同時，還可對面罩的結構進行優化，如增加兩層密封邊，使第二層密封在第一層出現問題時也能起到有效保護作用。

（三）提升舒適度和便捷性

輕質設計對提高呼吸器舒適性具有重要意義。采用高強復合材料、新型聚合物等新型輕質材料，可大幅降低器件重量。傳統呼吸器一般采用金屬或硬質塑料制成，這類材料雖然結實耐用，但是重量過重，佩戴時間長了很容易疲勞。例如，采用碳纖維復合材料替代傳統的金屬殼體，不僅可減輕設備的重量，而且可增強設備的耐用性和耐撞性。另外，以高分子聚合物取代傳統橡膠，可進一步減輕裝置重量，改善軟體，提升佩戴舒適性。此外，可通過對人臉輪廓的分析，設計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，通過采集不同人群的面部數據，經過大數據分析，得到最符合人體工學的面具外形，面罩內采用軟硅膠材質，增加臉部接觸部位的舒適度。此外，面罩固定帶可調式設計，采用彈性材質，可根據佩戴者頭部形狀做出自適應調節，以確保面罩在緊急情況下的穩定性與密封性[5]。同時，應設置可快速佩戴裝置，保證使用者在發生緊急狀況時，快速準確佩戴呼吸器，如使用一鍵開關，只需按一下按鍵，就可完成面具的開啟及佩戴，使用者可在數秒內完成裝置的佩戴與固定。

（四）增加功能性

功能提升是現代火災自救裝置的關鍵。通信器件集成化是今后的重要發展方向。內置于呼吸器內的簡單通信裝置，如對講機，可極大提高使用者在緊急狀況下與外界聯絡的能力。火災現場煙霧彌漫，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備及時與救援者或其他被困者取得聯系，匯報自己的位置、環境情況和需要。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確的搜救方案。例如，高層建筑發生火災時，被困人員可通過內置于呼吸器內的對講機將樓層及具體位置等信息及時傳達給外界，從而極大縮短了搜救時間，提高了幸存者的存活率。此外，內置濾材飽和度指示器也是一個功能改進方向。傳統過濾式滅火自救呼吸器存在著濾材飽和度難以判斷、濾材損壞后繼續使用的問題。在設備中加入濾材飽和指示器，可實現對濾材工作狀態的實時監控。當濾材接近飽和狀態時，可顯示警告信號，提醒使用者更換濾材或進行其他緊急處理。例如，在火災發生時，佩戴人員所使用的呼吸器過濾材料接近飽和，顯示器就會報警。在這種情況下，佩戴者可以及時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。

結語

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的呼吸保護，顯著提升火災逃生設備的可靠性與有效性，極大提高火災逃生的成功率，既可以減少火災造成的人員傷亡，又可以為滅火救援贏得寶貴的時間。未來，還應密切關注材料科學與工程技術的發展，持續優化呼吸器的設計與功能。同時，加強人員培訓與教育，使他們能正確使用應急器材。只有這樣，才能創造一個更安全的居住環境，為社會的長期穩定作出貢獻。

參考文獻

[1]沈堅敏，凌新亮，戴國定.消防過濾式自救呼吸器的研究[J].消防科學與技術，2000，19（04）：38-39.

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[4]楊小時，施巍.過濾式消防自救呼吸器國內外標準比較研究[J].消防科學與技術，2023，42（06）：804-807.

[5]韓文東.淺談化學氧自救器的應用[J].中國消防，2020（08）：66-69.

作者簡介：

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