空氣呼吸器的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢探討

2013-11-26 09:01:03 1 概述
呼吸位于人類生存三大要素之首，人們時刻都離不開清新的空氣。
隨著社會的發(fā)展，火災、毒氣泄漏頻頻發(fā)生，嚴重危害到人民的生命健康。為了逃生自救、搶險救援、滅火戰(zhàn)斗，呼吸保護裝具應運而生。
呼吸保護裝具是用來防御缺氧環(huán)境或有毒、有害氣體侵入人體呼吸道的有效器具，正確的選擇和使用是安全健康的保障。
2 分類
目前普遍使用的呼吸保護裝具按用途可分為工作型呼吸器和逃生型呼吸器（俗稱防毒面具）。
工作型呼吸器又可分為正壓式空氣呼吸器和正壓式氧氣呼吸器。
逃生型呼吸器又可分為過濾式自救呼吸器和化學氧自救呼吸器。
3 各自的工作原理及其優(yōu)劣
3.1 正壓式空氣呼吸器的工作原理是：氣瓶中貯存的壓縮干凈空氣經減壓器一級減壓，再經供氣閥二級減壓進入全面罩，供佩戴者呼吸使用。
其優(yōu)點是：采用開放式結構，呼出氣體直接排入大氣環(huán)境，又由于供氣流量大，佩戴者呼吸感覺比較舒暢；采用正壓結構，面罩內壓力始終大于外界大氣壓力，使外界有害氣體無法侵入佩戴者的呼吸器官，使用安全系數(shù)高；可以反復充氣使用，使用成本比較低。因此消防隊員及搶險救援人員都喜歡選用正壓式空氣呼吸器
其缺點是：使用時間較短，一般為1小時左右。
3.2正壓式氧氣呼吸器的工作原理是：佩戴者呼出的氣體，經全面罩、呼氣軟管和呼氣閥進入清凈罐，清凈罐中的吸收劑（Ca（OH）2）將氣體中的二氧化碳吸收，其余氣體進入氣囊。另外，氣瓶中貯存的壓縮氧氣經高壓管、減壓器進入氣囊，混合成含氧氣體。當佩戴者吸氣時，含氧氣體從氣囊經吸氣閥、吸氣軟管、全面罩進入佩戴者的呼吸器官，完成一個呼吸循環(huán)。此過程中，由于呼氣閥和吸氣閥都是單向閥，保證
了呼吸氣流始終單向循環(huán)流動。
化學反應式：Ca（OH）2+CO2→CaCO3+H2O+Q
其優(yōu)點是：使用時間較長，一般為4小時左右；采用正壓結構，面罩內壓力始終大于外界大氣壓力，使外界有害氣體無法侵入佩戴者的呼吸器官，使用安全系數(shù)高。因此礦山搶險救援人員都喜歡選用正壓式氧氣呼吸器。
其缺點是：采用閉式循環(huán)，加之吸收二氧化碳過程產生大量熱量，因此呼吸感覺不舒服；使用者須具備一定的專業(yè)知識及操作技能，因為使用前需安裝吸收劑和冷卻冰；使用成本比較高。
3.3 過濾式自救呼吸器的工作原理是：利用處理過的活性碳、催化劑等藥劑，吸附、催化有毒、有害氣體，使之變?yōu)闊o毒、無害氣體，供佩戴者呼吸使用。
其優(yōu)點是：采用開放式結構，呼出氣體直接排入大氣環(huán)境，佩戴者呼吸感覺比較舒暢。
其缺點是：使用場合的局限性。過濾式自救呼吸器具有很強的針對性，防護有毒、有害氣體的種類取決于濾毒罐所裝藥劑的量及種類，當有毒、有害氣體的種類不明、濃度過高或超出它的防護范圍時，就不能使用；當環(huán)境中氧氣濃度低于17％時，亦不能使用。
3.4 化學氧自救呼吸器的工作原理是：佩戴者呼出氣體中的水汽和二氧化碳與生氧劑（KO2）發(fā)生化學反應，生成富氧氣體供佩戴者往復呼吸使用。
化學反應式：4KO2+2H2O→4KOH+3O2+Q
2KOH+CO2→K2CO3+H2O+Q
其優(yōu)點是：呼吸系統(tǒng)與外界環(huán)境空氣隔絕，不受外界任何有毒、有害氣體及煙霧的危害，因此適用于各種有毒、有害氣體及缺氧環(huán)境。
其缺點是：采用閉式循環(huán)，加之化學反應過程產生大量熱量，因此呼吸感覺不舒服。
4 國內外相關技術標準
我國在呼吸保護裝具方面的產品標準有：
GB16556-1996《自給式空氣呼吸器》；
GA124-2004《正壓式消防空氣呼吸器》；
MT867-2000《隔絕式正壓氧氣呼吸器》；
GA209-1999《消防過濾式自救呼吸器》；
GA411-2003《化學氧消防自救呼吸器》。
歐共體在呼吸保護裝具方面的產品標準有：
EN137-1993《空氣呼吸器技術要求、試驗、標志》；
EN145-1997《呼吸保護器--壓縮氧或氧氮型自我保護閉路呼吸器--要求、試驗、標志》；
EN403：1993《消防過濾式自救呼吸面具》；
EN401：1992《自救用呼吸保護裝具；再生裝置；化學氧（KO2）自救器；要求、試驗、標志》。
由于德國在呼吸保護領域處于世界領先地位，因此，其產品標準被歐共體采納為歐洲標準，世界各國都以此作為制訂本國標準的樣板。
我國的GA124-2004與EN137-1993的一致性程度為非等效，GA209-1999與EN403：1993的一致性程度為等同，GA411-2003與EN401：1992的一致性程度為非等效。
5 我國呼吸保護裝具的生產發(fā)展歷史
我國從二十世紀五十年代開始自行設計、制造氧氣防毒面具。當時為了配合原子彈試驗，解放軍總參謀部把研制防毒面具的任務下達給北京防化兵研究院，當時提供的樣機是前蘇聯(lián)制造的防毒面具。北京防化兵研究院于1959年研制出我國第一代氧氣防毒面具，為我國核試驗提供了有效保障。以后在山西太原成立了總參第一家軍用防毒面具生產廠－－山西新華化工廠，主要生產各類軍用防毒面具濾毒罐。
七十年代末，我國走出“文革”的浩劫，國民經濟開始全面復蘇。當時中國推行對外改革開發(fā)政策，與國際交往日益增多。我國消防、煤礦、石油化工系統(tǒng)引進了許多比較先進的空氣呼吸器。當時的空氣呼吸器為負壓式空氣呼吸器（面罩內壓力低于環(huán)境壓力）。氣瓶為鋼質氣瓶，容重比為1.1～1.2，充氣壓力為20MPa。
1982年公安部上海消防科學研究所和上海潛水裝備廠合作，在日本和英國產品的基礎上，成功研制了我國第一代HZK-7型消防空氣呼吸器。
當時，HZK-7型消防空氣呼吸器為負壓式空氣呼吸器。
1988年，公安部上海消防科學研究所與撫順煤礦安全儀器總廠合作，在DRAGER公司PA-80型正壓式空氣呼吸器的基礎上，研制出我國第一代正壓式空氣呼吸器。當時，產品銷售量居全國首位。
1989年，上海潛水裝備廠研制的正壓式空氣呼吸器，也在上海成功鑒定。
呼吸器由負壓式到正壓式，這是技術上的重大突破。從此，正壓式成為呼吸器發(fā)展的主流方向，因為它使用安全系數(shù)高，呼吸感覺舒暢。
在中國正壓式空氣呼吸器的發(fā)展過程中，德國DRAGER公司作出了很大貢獻。德國DRAGER公司的代理和技術人員對PA-80型正壓式空氣呼吸器作了十分詳細的介紹，為我國發(fā)展正壓式空氣呼吸器提供了依據(jù)。另外，德國DRAGER公司還為我們提供了長管正壓式空氣呼吸器、防毒面具等許多消防呼吸保護裝具。
八十年代末，美國MSA安全設備有限公司、瑞典的INTERSPIRO公司、英國SABER公司的產品進入中國。
九十年代中期，美國SCOTT公司、英國RACAL公司、法國巴固公司等國外公司的產品進入中國，推動了正壓式空氣呼吸器的迅速發(fā)展。就在這個時期，江蘇東臺江海救生消防設備有限公司、重慶煤礦安全儀器廠等空氣呼吸器專業(yè)生產廠相繼誕生。中國空氣呼吸器生產進入了成熟發(fā)展階段。
九十年代末，隨著新技術、新材料、新工藝的大量運用，碳纖維全纏繞鋁合金內膽復合氣瓶在中國應運而生。它的誕生，使正壓式空氣呼吸器整套裝具的佩戴重量減輕了30%，從而有效地降低了消防隊員及搶險救援人員的做功量，保證了滅火戰(zhàn)斗及搶險救援工作的順利進行。公安部消防局及時下達了更換碳纖維全纏繞鋁合金內膽復合氣瓶的通知。
6 現(xiàn)今國內空氣呼吸器的生產發(fā)展狀況
目前，我國空氣呼吸器的生產廠有20多家，規(guī)模比較大的有：上海依格安全裝備有限公司、撫順煤礦安全儀器總廠、巴固工貿（上海）有限公司、中美合資無錫梅思安安全設備有限公司、泰州鴻寶凱利消防器材廠和江蘇東臺江海救生消防設備有限公司。
1987年，美國MSA安全設備有限公司在無錫建立了中美合資無錫梅思安安全設備有限公司，它是呼吸器的第一家合資企業(yè)，主要生產氣體檢測報警儀表、個體防護裝備等產品。其正壓式空氣呼吸器以組裝為主，產品特點是堅固可靠，供氣閥是金屬加工的，外觀十分漂亮，但是體積略顯龐大，重量也比較重。
江蘇東臺江海救生消防設備有限公司從1993年開始生產正壓式空氣呼吸器，國產化率比較高，其生產的供氣閥是國產供氣閥中最好之一。
1995年，美國SCOTT公司和上海潛水裝備廠合作組建了上海依格安全設備有限公司，2003年美國SCOTT公司收購了上海潛水裝備廠的所有股份，成為美國獨資企業(yè)，專業(yè)制造正壓式空氣呼吸器?！耙栏瘛碑a品的特點：面窗為臺錐形、全視野面窗，供氣閥和排氣閥做成一體，開啟阻力小、供氣流量大。配套氣瓶采用美國LUXFER產品，氣瓶閥、減壓器、報警器、壓力表、背架等為中國生產，結構與DRAGER公司產品相似。
1996年，法國巴固工貿有限公司與外高橋經濟開發(fā)區(qū)合作，成立巴固工貿（上海）有限公司，2003年法國巴固公司收購了中方的所有股份，成為法國獨資企業(yè)。除了經營正壓式空氣呼吸器以外，還經營其他各種勞動防護用品。巴固全面罩采用傳統(tǒng)的柱形面窗，視野寬闊，供氣閥采用法國FANZY公司的產品，配套氣瓶采用美國SCI公司產品，氣瓶閥、減壓器、報警器、壓力表、背架等為中國生產。
撫順煤礦安全儀器總廠是國產正壓式空氣呼吸器的第一家，曾經有過輝煌的昨天。近年來，隨著市場競爭日益激烈，企業(yè)不怎么景氣。人員外流、設備老化，造成了其產品還保留在原來的水平上，落后于國內其他企業(yè)。但值得一提的是，其國產化率很高，除了全面罩之外，幾乎全部自己生產?，F(xiàn)在，撫順煤礦安全儀器總廠正在努力振興，積極發(fā)展正壓式空氣呼吸器等煤礦安全產品。
泰州鴻寶凱利消防器材廠從1998年開始生產正壓式空氣呼吸器，以組裝為主，全面罩和供氣閥采用英國SABER公司生產的產品，全面罩為全視野面窗，供氣閥體積比較小，安裝在面窗側面。產品特點是簡潔、美觀，裝拆方便。
泰州華通消防裝備有限公司從2001年開始生產正壓式空氣呼吸器，全面罩和供氣閥采用上海固良工貿有限公司代理的美國ISI安全儀器有限公司生產的產品，佩戴該面罩可以自由切換“呼吸環(huán)境空氣”和“呼吸氣瓶空氣”，平時消防隊員訓練時可以呼吸環(huán)境空氣，減少了反復充氣之麻煩。配套氣瓶采用國產康巴賽特公司生產的產品，氣瓶閥、減壓器、報警器、壓力表、背架等均為中國生產。
除上述幾家空氣呼吸器生產企業(yè)之外，國內還有：煤炭科學研究總院重慶分院、山西虹安科技有限公司、華燕船舶設備有限公司、江蘇東臺東方船舶裝備有限公司、山西神瑞科技有限公司、撫順華騰防護裝備制造有限公司、北京科力恒安全設備有限責任公司、蕪湖華夏消防裝備有限責任公司、南京消防被裝廠、維爾賽福安全設備（無錫）有限公司、無錫市消寶安全技術有限公司、沈陽科金新材料有限公司、福建省南安市興龍消防器材廠等空氣呼吸器制造廠。產品分別銷往消防、船舶、石油化工和煤礦。
7.國際上著名空氣呼吸器生產廠商簡介
眾所周知，空氣呼吸器屬于比較專業(yè)的生產門類，一般企業(yè)規(guī)模都不是很大。近年來空氣呼吸器發(fā)展迅速，在消防、煤礦、化工等領域的搶險救災中扮演著重要角色。
空氣呼吸器從上世紀70年代誕生，迄今已經過近30年的不斷改進，從產品性能上來看基本趨于完善。在眾多的空氣呼吸器制造廠家中：美國的國際安全設備有限公司(ISI)、MSA安全設備有限公司、SCOTT安全設備有限公司、DRAGER安全設備(美國)有限公司、SURVER安全設備有限公司，德國的DRAGER安全設備有限公司、法國的巴固工貿有限公司(FINZY)、英國的SABRE安全設備有限公司、瑞士的INTERSPIRO安全設備有限公司、日本的STS重松株式會社、韓國的三共物產株式會社和三清株式會社等是目前國際上主要的生產工廠。
國際安全設備有限公司(ISI)坐落在美國亞特蘭大，主要生產空氣呼吸器、防毒面具和熱成像儀等安全防護產品。其中，空氣呼吸器的全面罩、供氣閥、背架都有自己獨特的優(yōu)點。專利產品AIRSWACH全面罩通氣開關，具有呼吸“自然空氣”和“氣瓶空氣”切換功能，消防隊員在訓練過程中可以佩帶面罩呼吸自然空氣，減少了充氣麻煩。從整體來看，ISI公司的產品追求簡潔、方便、功能完善。新型空氣呼吸器將電子通訊、聲光報警、應急呼救組成一體，全面罩里面可以佩帶眼鏡，對于防護有害光十分有效。國際安全設備有限公司(ISI)研制的空氣呼吸器背架也頗具特色：整體寬而短，與人體背部貼合得非常好，背著舒適，受力均勻。并且采用最新改性尼龍，強度高，壽命長，一般20年不會損壞。防毒面具采用橡膠圈頸封，美觀、牢固、氣密性好，上面配置的供氣閥結構小巧、性能可靠。在所有空氣呼吸制造廠家中，國際安全設備有限公司(ISI)產品無疑是最棒的產品?，F(xiàn)在，上海固良工貿有限公司是國際安全設備有限公司(ISI)在中國的總代理。
MSA安全設備有限公司在美國空氣呼吸器制造廠家中規(guī)模最大，生產空氣呼吸器的歷史最長，產品特點堅固可靠。供氣閥是金屬加工的，外觀十分漂亮。但是體積略顯龐大，重量也比較重，產品主要供煤礦救護隊使用。
SCOTT安全設備有限公司的產品中國消防隊比較熟悉，該公司于1995年與上海潛水裝備廠合作，創(chuàng)立上海依格安全設備有限公司。2003年美國SCOTT安全設備有限公司用550萬美元收購了中方股份，現(xiàn)在已經成為美國獨資企業(yè)。另外，美國SCOTT安全設備有限公司和英國SABRE安全設備有限公司都歸入了TYCO集團公司，這兩家公司在國際上都是比較強的安全設備有限公司。英國SABRE安全設備有限公司在無錫設立了中國代理，生產的空氣呼吸器配件供泰州鴻寶凱利消防器材廠和無錫市消寶安全技術有限公司組裝。
德國的DRAGER安全設備有限公司是最早進入中國的空氣呼吸器制造工廠，總部在德國呂貝卡，主要產品分三大類：潛水設備、醫(yī)療器械和呼吸保護裝備?？諝夂粑鲗儆诤粑Ｗo裝備，每年DRAGER公司投入大量的科研經費，致力于產品的開發(fā)和研究。中國第一代正壓式空氣呼吸器基本都參照DRAGER公司PA-80型空氣呼吸器?，F(xiàn)在DRAGER公司在北京設立分公司，在上海設立了辦事處，在世界各地設立了銷售代理，在空氣呼吸器制造工廠中是一家實力雄厚的公司。
巴固工貿有限公司是一家以經營勞動防護用品為主的制造、銷售、代理公司，目前在全球設立采購系統(tǒng)，規(guī)模龐大。在他的旗下有FINZY公司，這是法國生產空氣呼吸器比較早的公司，于1997年在上海設立合資公司，2003年收購了中方股份，成為一家法國獨資企業(yè)。
瑞士的INTERSPIRO安全設備有限公司制造的空氣呼吸器從1983年就進入了中國市場，品牌“AGA”。產品的特點十分簡潔，供氣調節(jié)閥、減壓器喜歡采用O形圈密封，全面罩是灰色的，造型漂亮，產品銷往世界各地。在香港電視“烈火真金”中，消防隊員全部采用INTERSPIRO公司產品。
上世紀90年代末，在上海浦東設立辦事處，后因種種原因，沒有辦下去?，F(xiàn)在在廣東、香港仍有許多代理公司經銷該公司產品。
日本的STS重松株式會社生產空氣呼吸器的歷史也比較長，他是日本最大一家呼吸防護用品的生產工廠。呼吸器從過濾式、氧氣、空氣、送風至長管樣樣都有，但空氣呼吸器的整體水平不如中國產品，加上價格比較高，因此，在中國市場中用得非常少。
韓國的三共物產株式會社和三清株式會社兩家公司在2001年進入中國開辟市場，產品性能和工藝水平與國產空氣呼吸器相似，全面罩仍采用老式柱形眼窗，背架上安裝雙燈，當氣瓶儲氣量不足時，同伴會及時發(fā)現(xiàn)，并可以及時進行救援。 其中，三清株式會社在全面罩上裝有通氣開關，具有呼吸“自然空氣”和“氣瓶空氣”切換功能，其產品在韓國的市場占有率達到80％。
8 國內產品與國外的差距
我國生產的正壓式空氣呼吸器在全面罩、供氣閥、背架三大部件上與國外存在著一定的差距。
國外的全面罩、背架，按人體工程學原理設計、制造，全面罩的密封框材質柔軟、密封性好；背架與人體背部貼合得非常好，背著舒適，受力均勻；供氣閥供氣流量大，活門靈活。
9 空氣呼吸器的發(fā)展趨勢
近年來，各國科學家在不斷研究對空氣呼吸器的改進?？諝夂粑鞯淖畲笕觞c就是使用時間短，有效延長使用時間是大家最關心的課題。解決延長使用時間的方法主要有以下幾種：
9.1在現(xiàn)有佩戴重量不變的前提下，采用增加氣瓶額定工作壓力和體積相結合的方法來增加氣瓶的儲氣量。設法采用新型材料、新工藝，減輕全面罩、氣瓶閥、供氣閥、減壓器、背架等部件的重量，為氣瓶重量的增加留下空間。目前，氣瓶的最大額定工作壓力為30MPa，如果增加到60MPa，則氣瓶的儲氣量將增加一倍，使用時間也相應增加一倍；氣瓶的體積增加一倍，則氣瓶的儲氣量將增加一倍，使用時間也相應增加一倍。
兩者的有機結合，儲氣量將會幾何級增加。
9.2減少不必要的用氣。比如：“呼吸環(huán)境空氣”和“呼吸氣瓶空氣” 可以自由切換、過濾式呼吸器和空氣呼吸器進行自由切換等。
9.3電子傳感技術在空氣呼吸器上的應用，形成智能化空氣呼吸器。當外界毒氣濃度超過極限或氧氣濃度低于17%時，自動切換成空氣呼吸器。
空氣呼吸器另一個發(fā)展方向是產品的完善化，其中包括：聲光報警、通信裝置、應急呼叫、燈光指引的有機結合。在光線暗淡的環(huán)境中，消防隊員看到隊友背架上的燈光指引，可以迅速找到隊友。通過通信裝置，消防隊員可以與隊友和指揮車進行聯(lián)系，一旦，消防隊員遇到意外，應急呼叫裝置自動開啟，指引隊友及時營救。
除了上述發(fā)展方向之外，各國研究空氣呼吸器的技術人員，對供氣閥、氣瓶閥、減壓器、報警器、壓力表、背架等基本結構部件，正在進行改進與完善。力求做到簡潔、可靠、完善。
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