空气正压系统在专用车辆集成的应用

中航天元防务技术（北京）有限公司 王军

介绍了一种空气正压供给系统在以厢式车为基型车型改装的核化生应急监测车上的应用。该系统具备供气、吸附净化、安全泄压、智能控制和监测等特点，可最大限度地保障车内人员在污染现场的安全。

随着电力、石油、化工等企业数量的不断增加，产生的废气、废液、粉尘的污染也越来越严重，为了采集相应的数据进行分析，工作人员需要亲赴现场取样，深入环境污染核心区域对环境污染情况做出判断与监测分析，由于污染区域的污染源对人身健康安全有很大的伤害，需要具备良好安全防护功能的应急环境监测车将工作人员安全送入污染区域，开展采样分析与监测工作，并保证车内工作人员安全撤离污染区。因此，核化生应急监测车需具备独立的空气正压供给系统，来保障工作人员的人身安全。

本文针对空气正压供给系统如何实现供气、吸附净化、安全泄压、智能控制和监测、温度调节等功能进行介绍。

总体结构设计

1.底盘选型

该核化生应急监测车根据使用要求和总体质量选择适合的底盘车型。车辆整备质量和最大总质量必须符合所选择的底盘规定的承载要求,且整车改装后质量分布合理,前后轴荷分布合理。根据对车身改装结构和车内安装设备的质量计算,确定所选择的底盘车型的最小载质量,并确定车型范围。这样可保证选择的底盘车型能够满足整车及上装设备改装要求。通过以上要求选用某品牌长轴高顶车作为基型车。

车辆外形尺寸为7350mm×2300mm×3200mm，总体布置如图1所示。

2.空气正压供给系统在车内的布局

图1 核化生应急监测车

空气正压供给系统是以气瓶（8L和70L）作为气源，通过通径1/4英寸不锈钢管路输送纯净的空气，设置电磁阀控制和手动控制两条气路，分别对驾驶室和试验区（正压区）进行供气，保证车内人员的人身安全。驾驶区和试验区通过隔断隔开，隔断上有观察窗和对讲系统，保证工作人员沟通顺畅，可对突发情况进行紧急处理。两个区域分别布置单独的气源，驾驶区以1个8L气瓶作为气源，气瓶布置在驾驶室隔断后部，通过不锈钢管路和减压阀进行连接，预留1/4英寸接球阀接口，用于连接正压呼吸器；试验区（正压区）以70L气瓶作为气源，气瓶放在设备区，减压阀和电磁阀布置在试验区（正压区）外部，由1/4不锈钢管路输送，通过智能控制系统直接对舱内进行供气。吸附净化、安全泄压、智能控制和监测、温度调节系统布置在试验区（正压区），区域内的正压出气口、自动泄压口、排气口都布置在设备带上，既美观，又方便操作，安装时也不会对正压舱造成破坏。

3.正压区的制作和保压

试验区为正压区，整个舱体由2mm的铝板拼焊而成，整体满焊，与车身紧密贴合，接口处折弯处理，既能保证强度又能保证焊口处的焊接质量（无虚焊、漏焊，密封性好），折弯高度为25mm，此铝板和内饰板之间填充保温材料，内部焊接预埋板，用于安装工作台和设备，保证安装时不破坏铝舱体；铝舱体内表面在封内饰板前需刷密封胶，进一步保证舱体内的正压。保压是为了最大限度地保证气瓶内的纯净空气得到合理的利用，保证舱外污染气体不进入舱内。舱体所有开孔需通过法兰对电线和气管进行固定，并打胶处理，车辆的后行车空调系统是将蒸发器整体布置在正压区，只对管路进行密封处理；舱体设有机械连杆式正压气密门，方便快速开启，门上有观察窗，操作简单，可通过上述设计实现保压功能。正压舱布置如图2所示，正压气密门如图3所示。

图2 正压舱

图3 正压气密门

4.正压区供气系统

试验区为正压区，区域内环境压力为微正压。气源为70L气瓶，气瓶放置在正压区外部，控制系统由减压阀、气路控制模块、电磁阀、压差传感器等组成，能实现手动和电动控制。正压的根本目的是为了实现工作舱内操作人员的安全，在工作中达到保压的效果。正压是指相对环境状态的空气压力，通过压差显示表可体现出舱内相对车外的压力差。当密封工作舱的压差表显示小于40Pa时，断路电磁阀接通车后设备区气瓶，通过气体输送管路向工作舱输送呼吸气体，当密封工作舱的压差表显示大于80Pa时，断路电磁阀关闭输送通道，此时停止向舱内输送气体。通过自动调节，可保证舱内外压差始终保持在本车设计要求的40～80Pa之间，确保舱内正压需求。手动控制供气是在自动控制系统失效的情况下，通过手动球阀开启供气系统，对正压区进行供气，压力可通过压差表监测，手动供气的管路是与自动控制系统并行的管路，独立运行，互不干扰。按照每人每分钟耗氧量为0.5L计算，70L、15MPa的气瓶能产生10m³的空气，能满足3人4h的工作时长供氧需求。正压区供气系统各装置如图4、5所示。

图4 舱内正压出气孔及球阀

图5 70L气瓶

图6 PLC控制屏

图7 压差变送器

图8 吸附净化箱

舱压的智能控制及监测

1.智能控制及监测

正压区的供气系统通过舱内的PLC智能控制系统进行操作和监测。车辆进入污染区前，开启70L气瓶上的减压阀，系统进入可自动控制的状态。开启正压系统，正压系统进入自动供气状态，PLC控制系统能对舱内实时压力、自动供气状态等参数进行监测，让工作人员能实时了解工作环境的状况；通过压差变送器识别车内外的压力，然后输出电信号控制主气路上的电磁阀，对供气系统进行自动控制，保证车内压力在40～80Pa之间；系统具备气瓶的低压报警功能，气瓶压力低于5MPa时，警报提示音响起，提示工作人员气源供气量不足，立刻离开现场。系统还具备舱内压力的高压报警功能，舱内安装有压力传感器，当舱内压力大于500Pa时，警报提示音响起，这表明舱内压力异常，需工作人员通过手动泄压阀将压力调整到200Pa以下，保证工作人员的安全。PLC控制屏及压差变送器如图6、7所示。

2.安全泄压功能

安全泄压功能是为了防止正压系统失效时(异常大流量供气)对工作人员造成伤害，是正压供气系统必需具备的辅助功能。此功能分为自动泄压和手动泄压两种方式，自动泄压阀安装在设备带内，通过不锈钢管路与外界联通，当车内压力大于200Pa时，自动泄压阀开启，自动排气；低于200Pa时，自动泄压阀关闭，启动保压功能。手动泄压阀设置在便于操作的位置，是在舱内出现异常供气、自动泄压阀失效的情况下，警报提示音响起，由工作人员手动开启不锈钢球阀，进行手动泄压，保证工作人员人身安全。

图9 驻车空间

图10 行车空间

图11 预留接口

图12 8L气瓶

吸附净化装置

由于正压舱为一个相对密闭的空间，空气内循环不会很顺畅，会导致舱内的二氧化碳浓度和相对湿度较大，故需增加吸附净化系统，为工作人员提供一个舒适的工作环境。

正压舱内除湿、二氧化碳吸附系统采用集成式，分为主箱体、送风机、吸附剂托盘等，送风机装在主箱体下部，吸附剂装在舱体的上部，空气经过滤后，由上部排出，达到除臭、净化的效果。吸附剂呈蜂窝多孔状结构，吸附效率高，每0.1kg吸附剂可吸收高达0.068kg的二氧化碳，吸附效率是普通吸附材料的5倍以上，装载试剂的托盘也为多孔状，以增大吸附面积（1人8小时呼出的二氧化碳需要0.85kg的吸附剂），根据车内人员配置要求配备相应的吸附剂，装在真空袋内，使用时打开真空袋放在托盘上即可，方便快捷，此吸附剂可提前装真空袋内，存放在正压舱内。开关布置在箱体上，方便工作人员随时开关，一箱1kg的吸附剂能保证工作人员8h的正常工作。

温度调节功能

正压区为一个相对密闭的工作环境，舱内安装了顶置驻车空调和行车空调，可对舱内的温度进行调节，保证工作人员在不同的状态下都有一个温度适宜的工作空间。驻车空调通过外接市电或车载发电机进行供电。行车空调为独立的空调系统，配有单独的压缩机、冷凝器、蒸发器，与原车互不干涉；蒸发器整体布置在正压区内，只对管路进行密封；空调的开关布置在正压区，在车辆启动的工况下，试验区工作人员可以自行控制行车空调。行车空调和驻车空调所有的过线和过管位置都通过法兰进行打胶密封处理，保证舱体的密封性。车内空调如图9、10所示。

驾驶区人员的安全防护

驾驶区通过隔断与后部操作区分隔，驾驶人员的安全防护通过正压呼吸器实现，气源为8L气瓶，气瓶放置在前隔断后部，中门踏步上方，通过管路将气源引到驾驶室，驾驶区人员通过手动减压阀控制，预留1/4接口，方便工作人员安装，保护其人身安全，同时可满足2人，6～8h工作要求。预留接口及8L气瓶如图11、12所示。

结语

当前，环境污染事故频发，对人身的危害性越来越明显，对工作人员进行必要的保护是非常重要的，单纯的应急监测车已经不能满足工作人员在现场的实际需要，空气正压供给系统与专用车辆的集成实现了在特定污染环境下的特殊需求，在现场展开各项工作，通过车载或移动通讯设备与指挥部保持实时通讯联系，协助指挥部完成协调、调度、指挥、处理的工作，以面对各种突发的环境污染事故，实现特种车行业产品的多元化生产，满足更多用户的使用要求。