氧艙壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力質(zhì)量檢測研究
時間:2022-08-10 10:15:30
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摘要:氧艙壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)為艙內(nèi)加壓及艙內(nèi)人員呼吸提供工作介質(zhì),該壓力介質(zhì)的品質(zhì)質(zhì)量即關(guān)系氧艙設(shè)備安全,又影響艙內(nèi)呼吸氣體環(huán)境。本文研究探討了一種對氧艙壓力介質(zhì)質(zhì)量的檢測理論及方法,可供相關(guān)人員參考。
關(guān)鍵詞:氧艙;壓力介質(zhì);研究
1概述
氧艙是進(jìn)行高壓氧治療的物質(zhì)基礎(chǔ),氧艙的發(fā)展與高壓氧醫(yī)學(xué)的發(fā)展密切相關(guān)。高壓氧醫(yī)學(xué)是從潛水醫(yī)學(xué)發(fā)展而來的,在我國的發(fā)展十分迅速。經(jīng)過50余年的實(shí)踐,業(yè)已成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中一門重要的學(xué)科,其應(yīng)用范圍涉及臨床各科缺血、缺氧性疾病的搶救和治療,尤其是在治療減壓病、肺氣壓傷、氣栓癥、一氧化碳中毒、厭氧菌感染等疾病中具有獨(dú)特療效。目前,我國大多數(shù)醫(yī)療機(jī)構(gòu)均設(shè)有高壓氧相關(guān)科室,我國的氧艙設(shè)備也已遍及全國各?。▍^(qū)市)縣級以上醫(yī)院,全國氧艙數(shù)量也已超過世界各國氧艙數(shù)量之總和。從“十一五”以來,國家對醫(yī)療器械的發(fā)展作出規(guī)劃,“十二五”國家將把醫(yī)療器械納入戰(zhàn)略發(fā)展內(nèi),在“十三五”開始之初,國家就先后制定了《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》、《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》、《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》、《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》、《中國制造2025》以及《關(guān)于促進(jìn)醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的指導(dǎo)意見》等綱領(lǐng)性文件,極大地促進(jìn)與推動了氧艙的應(yīng)用。氧艙作為一種專門用于人員在其內(nèi)部高氣壓環(huán)境中開展相關(guān)作業(yè)、科研或進(jìn)行疾病治療的載人壓力容器,人員進(jìn)入封閉艙內(nèi)并呼吸艙內(nèi)空間氣體,氧艙壓力介質(zhì)質(zhì)量就應(yīng)符合生命保障系統(tǒng)所需具備的要求。氧艙壓力介質(zhì)來源于壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng),而該系統(tǒng)空壓機(jī)吸入氣體質(zhì)量不佳、供氣管路及其附件不潔凈等都會污染壓力介質(zhì),污染物程度超過一定范圍,就可能會對人體產(chǎn)生不良影響。因此在2016年實(shí)施的TSG24-2015《氧艙安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中對氧艙壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力介質(zhì)的碳?xì)浠衔铩⑺?、顆粒物和氣味的質(zhì)量要求做出了明確規(guī)定,且規(guī)定了壓力介質(zhì)質(zhì)量由使用單位對其開展日常檢查,由檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)在定期檢驗(yàn)時對其進(jìn)行查驗(yàn)。目前對壓力介質(zhì)質(zhì)量的檢測是分別檢測單一指標(biāo)參數(shù)值,然后進(jìn)行分析判斷,特別是對碳?xì)浠衔锏臋z測,基本上是通過對氣體采樣后,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測,流程較為復(fù)雜,不便于在現(xiàn)場操作,而且不同品種的氣體質(zhì)量檢測設(shè)備使用方法各不相同,設(shè)備接口也不具備通用性。目前國內(nèi)氧艙近7000余臺,全國各地用戶及檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對壓力介質(zhì)質(zhì)量檢測需求極大。本文結(jié)合《氧艙規(guī)程》及相關(guān)壓縮空氣成分檢測標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)要求探討氧艙壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力介質(zhì)質(zhì)量檢測所需要研究的要點(diǎn)。
2研究重點(diǎn)
2.1檢測方法的研究
氧艙壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力介質(zhì)質(zhì)量檢測的一項(xiàng)研究重點(diǎn)是設(shè)計(jì)出能測定氧艙壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力介質(zhì)所含碳?xì)浠衔铩⑺邦w粒物含量的檢測方法。針對該項(xiàng)研究重點(diǎn),其主要研究內(nèi)容主要包括檢測元件的設(shè)計(jì)、電控部分的設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)三個方面:(1)檢測元件的設(shè)計(jì)根據(jù)研制目標(biāo),檢測元件需按照相關(guān)國標(biāo)中的要求,選擇采用光離子傳感器加檢油盒聯(lián)合檢測碳?xì)浠衔锖?、顆粒物激光分選測試法檢測顆粒物含量及露點(diǎn)傳感器檢測含水量并將其集成。通過對采樣氣進(jìn)行壓力、流量及采樣時間的調(diào)節(jié)滿足所采用的監(jiān)測傳感元器件的需求,保障測量的準(zhǔn)確性及精確度。(2)電控部分的設(shè)計(jì)整體電控設(shè)計(jì)包括露點(diǎn)采集處理模塊,碳?xì)浠衔锊杉幚砟K,粒子計(jì)數(shù)器采集處理模塊。主控芯片完成對各模塊的整體控制。各個模塊主要通過通訊模塊與主控芯片通訊,協(xié)同完成數(shù)據(jù)的采集、處理、上傳、運(yùn)算、反饋計(jì)收稿日期:2021428算等功能,實(shí)現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)處理流程。(3)軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)主要包括界面層、邏輯層、驅(qū)動層三個部分,其中界面層主要是為用戶提供人機(jī)交互界面,響應(yīng)用戶操作,邏輯層主要為中間業(yè)務(wù)層,對界面層操作進(jìn)行響應(yīng)并做出相應(yīng)動作,對設(shè)備層中采集回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,并利用關(guān)鍵算法對其進(jìn)行分析計(jì)算,保存文件的讀寫及輸入輸出。驅(qū)動層模塊需直接控件設(shè)備。
2.2檢測方式的研究
氧艙壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力介質(zhì)質(zhì)量檢測的另一項(xiàng)研究重點(diǎn)是設(shè)計(jì)出能針對國內(nèi)現(xiàn)有氧艙現(xiàn)狀的檢測方式,在保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精確度的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)在氧艙使用現(xiàn)場實(shí)時進(jìn)行操作測量,用戶只需將氧艙壓力介質(zhì)接至氧艙上,按照流程指南分步進(jìn)行相應(yīng)指標(biāo)檢測,其主要研究內(nèi)容主要包括采樣點(diǎn)的設(shè)置、采樣氣體的處理這兩個方面。
3研究內(nèi)容
3.1檢測方法
TSG24-2015《氧艙安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程中》中規(guī)定壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的壓力介質(zhì)質(zhì)量應(yīng)當(dāng)滿足表1的規(guī)定。為滿足表1中檢測項(xiàng)目的要求,檢測方法采取的研究技術(shù)路線如下:(1)碳?xì)浠衔锖康臋z測方法氧艙壓力介質(zhì)的來源為配置的空壓機(jī),其碳?xì)浠衔锏膩碓粗饕强諌簷C(jī)制出的壓縮氣體中所含的油??諌簷C(jī)制出的壓縮氣體經(jīng)過過濾后進(jìn)入氧艙配套儲氣罐,壓縮氣體在儲氣罐內(nèi)儲存的同時也完成了穩(wěn)壓降溫,壓力介質(zhì)中所含油的形態(tài)主要為懸浮油加上油蒸氣,因此碳?xì)浠衔锏臋z測是針對懸浮油+油蒸氣的總量檢測。GB/T13277.2-2015《壓縮空氣第2部分:懸浮油含量測量方法》規(guī)定了對壓縮空氣中懸浮油的檢測方法。該標(biāo)準(zhǔn)中首選檢測方法A通過取樣過濾器測定單位時間內(nèi)收集到的油液量,從而確定壓縮空氣中的含油量,適用于全流量且油污染等級嚴(yán)重,通常有管壁流出現(xiàn)情況下的壓縮空氣,不適用于穩(wěn)定流動狀態(tài)且系統(tǒng)壓力不能保持穩(wěn)定的壓縮空氣的測量,而通常氧艙壓力介質(zhì)的油污染程度較低,且氧艙儲氣罐內(nèi)壓力會隨著氣體使用而降低。方法B通過將采用膜片或膜片夾持座內(nèi)收集到的油溶解在選好的優(yōu)級純?nèi)軇┲校眉t外光譜測定法測定,雖能對油污染程度較低的壓縮空氣進(jìn)行檢測,但無法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場便捷使用。經(jīng)綜合對比分析,可采用與GB/T13277.2中附錄C《非首選含油量測量方法》中的C.5“檢油管法”相近的“檢油盒法”。該方法原理是壓縮空氣通過20個小孔導(dǎo)入油檢測盒垂直至刻花玻璃傳感平臺,進(jìn)入檢測盒后空氣90度改變方向在玻璃界面上根據(jù)高度慣性分離空氣中的有霧物質(zhì),玻璃中的凹進(jìn)處填滿了油導(dǎo)致玻璃摩擦的光線分散被補(bǔ)償。該方法屬于一種半定量的測量方法,測量結(jié)果分成四個等級:0mg/m3、0.1mg/m3、0.5mg/m3及1.0mg/m3。GB/T13277.5-2019《壓縮空氣第5部分:油蒸氣及有機(jī)溶劑測量方法》規(guī)定了檢測壓縮空氣中油蒸氣含量的氣相光譜法和化學(xué)指示管法,其中化學(xué)指示管法只用于定性檢查是否存在油蒸氣,確認(rèn)存在后還需采用氣相光譜法。氣相光譜法需采用不銹鋼采樣管采集并用二硫化碳萃取,用氣相色譜-質(zhì)樸聯(lián)合技術(shù)在全掃描模式下分析萃取樣品,同樣存在檢測要求高,無法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場便捷使用的問題。經(jīng)綜合對比分析,可采用GB/T13277.2中附錄C“非首選含油量測量方法”中的C.6“光化電離探測器法”。光離子檢測傳感器使用一只10.6eV光子能量的紫外燈作為光源,使被測氣體中的碳?xì)浠衔镫婋x,原來穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)被電離后產(chǎn)生帶正電的離子與帶負(fù)電的電子,在正負(fù)電場的作用下形成微弱電流,通過檢測產(chǎn)生的電流大小進(jìn)而判斷碳?xì)浠衔镌跉怏w中的含量。綜上所述,采取“檢油盒+PID聯(lián)合檢測法”作為檢測氧艙壓力介質(zhì)碳?xì)浠衔锖康臋z測方法。(2)水含量的檢測方法氧艙壓力介質(zhì)中的水主要以水蒸氣狀態(tài)存在,因此水含量的檢測是針對濕度的測量。GB/T13277.3-2015《壓縮空氣第3部分:濕度測量方法》規(guī)定了對壓縮空氣濕度的測量方法,各種濕度測量方法的適用范圍見表2.被測氧艙壓力介質(zhì)的壓力一般在0~1.6MPa范圍內(nèi),溫度一般為常溫,且可能同時含有油及固體顆粒等污染物。為滿足便攜式要求,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場在線檢測,經(jīng)綜合對比分析,可采用電子法進(jìn)行濕度測量。該方法選取露點(diǎn)阻抗式變送器,通過該變送器測量輸出的露點(diǎn)溫度值,按照GB/T11605-2016《濕度測量方法》附錄C“濕度換算”中的表C.2“露點(diǎn)溫度與其他主要濕度單位換算表”進(jìn)行“露點(diǎn)溫度(單位:℃)”與“絕對濕度(單位:mg/N.m3)”的換算。(3)顆粒物含量的檢測方法按照表1中顆粒物的質(zhì)量指標(biāo)要求,本項(xiàng)目顆粒物的質(zhì)量等級是按照GB/T13277.1-2008《壓縮空氣第1部分:污染物凈化等級》中固體顆粒等級2級,具體內(nèi)容見表3。通過表3可以看出需要對氧艙壓力介質(zhì)中固體顆粒物的濃度進(jìn)行檢測。GB/T13277.4-2015《壓縮空氣第4部分:固體顆粒測量方法》規(guī)定了對壓縮空氣中固體顆粒的計(jì)數(shù)測量方法,各種測量方法的選擇見表4。因表3中規(guī)定的顆粒濃度為0~105/m3,顆粒直徑在0.1~5.0m范圍內(nèi),經(jīng)綜合對比分析,采用激光粒子計(jì)數(shù)器法進(jìn)行顆粒計(jì)數(shù)測量。該方法選取的激光顆粒物傳感器可輸出單位體積內(nèi)各濃度顆粒物的個數(shù)(個/0.1L),再進(jìn)行標(biāo)態(tài)下的換算。
3.2檢測方式
《質(zhì)檢總局特種設(shè)備局關(guān)于〈氧艙安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程〉(TSG24-2015)的實(shí)施意見》(質(zhì)檢特函〔2016〕24號)中規(guī)定壓力介質(zhì)質(zhì)量的測定在氣體供應(yīng)源出口處和氣體終端組件處進(jìn)行。因此,檢測方式的研究技術(shù)路線如下:(1)氣體供應(yīng)源出口處檢測方式根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有氧艙的實(shí)際管路布置情況,該采樣點(diǎn)設(shè)置在氧艙儲氣罐之后,以對應(yīng)《實(shí)施意見》中規(guī)定的氣體供應(yīng)源出口處。因國內(nèi)在用絕大多數(shù)氧艙未在此處設(shè)有采樣接口,而少數(shù)設(shè)有采樣接口的氧艙的接口形式也各不相同。為統(tǒng)一采樣接口要求,采取以氧艙控制臺上氣源壓力表接口處為采樣點(diǎn)進(jìn)行采樣,一方面壓力表接口規(guī)格統(tǒng)一為M20*1.5的螺紋接頭,另一方面壓力表需定期檢定,本身就方便拆裝。因氧艙氣源壓力表測量的是儲氣罐出口管道內(nèi)的氣體壓力,壓力值一般在0.4~1.6MPa之間且流量較大,而測量傳感元件各有不同的壓力適用條件,因此需對該采樣點(diǎn)的氣體進(jìn)行預(yù)處理。采樣氣體先要進(jìn)行減壓及流量調(diào)節(jié)處理,預(yù)處理后的指標(biāo)見表5。氣體預(yù)處理后通過相應(yīng)接口分別進(jìn)入相應(yīng)檢測氣室,檢測氣室內(nèi)設(shè)有壓力傳感器及溫度傳感器,用于測量檢測過程中氣室內(nèi)的壓力值及溫度值,以對PID等檢測傳感元件的測量結(jié)果進(jìn)行修正并進(jìn)行標(biāo)態(tài)下的換算,輸出符合表1中各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)單位的測量結(jié)果。其原理見圖1。(2)氣體終端組件處檢測方式氧艙壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)最末端部件為設(shè)在艙內(nèi)的進(jìn)氣消聲器。氧艙儲氣罐內(nèi)的氣體經(jīng)過控制臺上進(jìn)氣閥門的開關(guān)調(diào)節(jié),經(jīng)過管路進(jìn)入氧艙內(nèi)并最終通過進(jìn)氣消聲器擴(kuò)散入艙內(nèi),因此以進(jìn)氣消聲器對應(yīng)《實(shí)施意見》中規(guī)定的氣體終端組件處。氧艙壓力介質(zhì)經(jīng)過進(jìn)氣消聲器后排入艙內(nèi),在消聲器外部周邊與艙內(nèi)原有氣體混合為常壓氣體,為了保證氣體能順利進(jìn)入檢測氣室,需額外通過泵將該處氣源增壓后再進(jìn)行檢測。對于油盒,選取額定流量為15L/min的真空泵。對于其他檢測元件,選取一臺2.83L/min的真空泵。氣體經(jīng)增壓限流(按表5)后,通過相應(yīng)接口分別進(jìn)入相應(yīng)檢測氣室進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的檢測,其原理見圖2。但該檢測方式存在以下問題:艙內(nèi)進(jìn)氣消聲器的作用是降低進(jìn)艙氣流噪聲,其內(nèi)部一般是帶吸聲材料的微孔結(jié)構(gòu),可將進(jìn)氣氣流打散后排放至艙內(nèi),并與艙內(nèi)原有氣體進(jìn)行混合。對艙內(nèi)進(jìn)氣消聲器的出氣進(jìn)行測量是出在一種開放環(huán)境下,艙內(nèi)原有氣體不可避免會混入采樣氣體,直接影響壓力介質(zhì)測量的真實(shí)性,存在著《實(shí)施意見》中的“在氣體終端組件處進(jìn)行測量”的規(guī)定無法有效執(zhí)行的問題。若在與艙內(nèi)進(jìn)氣消聲器相連接的進(jìn)艙氣體管路上采取與“氣體供應(yīng)源出口處”相同的檢測方式,雖然可以排除艙內(nèi)原有氣體的影響,實(shí)現(xiàn)對管道內(nèi)的壓力介質(zhì)的有效測量,但卻將進(jìn)氣消聲器屏蔽在外,也與《實(shí)施意見》的要求有一定的矛盾。
4結(jié)語
以往因相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求的缺失及技術(shù)手段的不足,氧艙的制造單位、使用單位包括檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)無法對氧艙壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力介質(zhì)質(zhì)量進(jìn)行精確的測控。本文從與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的合規(guī)性角度出發(fā),在壓力介質(zhì)質(zhì)量檢測方法和檢測方式等方面提供了一種研究思路,實(shí)現(xiàn)多參數(shù)、便攜式的氧艙壓力介質(zhì)質(zhì)量在線檢測多項(xiàng)指標(biāo)檢測,即可以使用戶及檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的檢測工作更加方便快捷,也能進(jìn)一步保障氧艙安全有效運(yùn)行。筆者水平有限,文中難免有錯漏之處。相信隨著我國檢測技術(shù)水平與檢測設(shè)備的不斷提升,檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)對《氧艙規(guī)程》理解的深入及貫標(biāo)執(zhí)行程度的不斷強(qiáng)化,氧艙能更好地服務(wù)于廣大人民群眾。
參考文獻(xiàn)
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作者:袁邱浚 宋南