防護呼吸設備性能對比和分析

霍立琴　劉斌慧　萬書婷　黃晶琪

【摘 要】本文對比分析了化學氧源PBE和高壓氣氧PBE這兩種典型的防護呼吸設備的性能，并總結了兩類PBE的特點和PBE的通用性能需求，進而分析了兩類PBE的差異。由于使用的氧源不同，兩類PBE在質量、體積、運輸方式和激活方式等方面均有不同。化學氧PBE激活不當可能引起著火，高壓氣氧PBE的小氧氣瓶可能發生爆炸，兩類PBE均是飛機上的危險源。化學氧PBE有有效的防護措施，而高壓氣氧PBE沒有，因此選擇高壓氣氧PBE通過適航驗證是有難度的。

【關鍵詞】民機；防護呼吸；化學氧源；高壓氣氧；性能對比

Comparative Analysis of the Protective Breath Equipment Performance

HUO Li-qin LIU Bin-hui WAN Shu-ting HUANG Jing-qi

（Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai 201210，China）

【Abstract】This paper firstly compares and analyses the performance of two kinds of PBE：PBE with chemical oxygen source and PBE with high pressure oxygen source，then summarizes their characteristics，the general performance requirements and differences. Due to the different oxygen source， there are performance differences between the two kinds of PBE，eg.weight，volume，activation mode.PBE with chemical oxygen source may cause fire if activation mode is improper.high pressure oxygen bottle of PBE with high pressure oxygen source may be exploded in certain circumstances.They may both be hazard source on aircraft.Otherwise，PBE with chemical oxygen source has effective protection measures for fire，PBE with high pressure oxygen source doesnt have any protection measures.So it may be difficulty to pass the certification of CAAC.

【Key words】Civil aircraft；Protective breath；Chemical oxygen source；High pressure oxygen；Performance comparison

0 引言

防護呼吸裝置（Protective Breath Equipment，PBE）是一種密閉式循環呼吸裝置，用于在有煙霧和有毒氣體環境中保護人的眼鏡和呼吸系統。PBE用一個頭罩將佩戴者的頭部完全包裹起來以隔離不適于呼吸的環境，并提供一個供給氧氣，去除CO2和水蒸氣的封閉呼吸環境。

基于使用氧源的不同，PBE分為化學氧源PBE和高壓氣氧PBE。化學氧源PBE一般使用超氧化物或高氯酸鹽制得氧氣，氧氣發生器固定在頭套后側；制氧時產生大量熱，使佩戴者感覺不舒適；呼出的氣體進入發生器被凈化，去除了呼吸氣體中的CO2和水蒸氣。高壓氣氧PBE使用小氧氣瓶作為氧源，小氧氣瓶布置在頭套下側；設備結構簡單，重量小；呼出氣體中的CO2和水蒸氣在擴散作用下被頭套內襯中的吸附劑吸附去除。

PBE的制造商主要有美國的B/EAerospace（簡稱BE）和ESSEX、法國的ZODIAC和AIR Liquid Advanced Technologies（簡稱ALAT）。B/E和ZODIAC生產化學氧源PBE，ESSEX和ALAT生產高壓氣氧PBE。兩類PBE在空客、波音、龐巴迪等飛機制造公司的各類機型上均有應用。

1 兩種類型PBE介紹

1.1 化學氧源PBE

化學氧源PBE一般使用超氧化物或高氯酸鹽制得氧氣，反應如下所示：

高氯酸鹽 2NaClO3→2NaCl+3O2+熱量

超氧化物 2KO2+CO2→K2CO3+H2O+熱量

CO2去除反應器和氧氣發生器集成在一起，安裝在頭套后側，反應如下：

堿性化合物 2LiOH+CO2=Li2CO3+H2O+熱量

超氧化物 2KO2+CO2→K2CO3+H2O+熱量

由于化學反應速率受環境（如溫度、濕度）影響較大，產氧速率不恒定；而且反應產熱，化學氧源PBE產生的氧氣溫度較高；并且制得的氧氣中容易混入粉末狀的反應物，因此氧氣的供應流率、溫度和純度都是化學氧源PBE重點關注的問題。化學氧源PBE激活后開始供氧，產品一次性使用完畢后報廢。

1.2 高壓氣氧PBE

與化學氧相比，壓縮氣氧PBE具有結構簡單，可靠性高，成本低，質量小等特點。這類PBE配有高壓小氧氣瓶，氧氣經過調壓后輸送到頭套內。因此小氧氣瓶是壓縮氣氧PBE的關鍵技術所在。

高壓氣氧PBE被激活后，氧氣經過調壓輸送到頭套內。小氧氣瓶是高壓氣氧PBE的關鍵技術所在，一般使用鋼瓶或復合材料瓶，并能夠重復使用。充氧壓力從1850psi（12.76MPa）至3000psi（20.68MPa）不等。與化學樣PBE不同，高壓氣氧PBE供給的氧氣溫度低，同時氧源質量小、分布在頭套兩側，使用者舒適度也較高。

2 兩類PBE性能對比

化學氧源PBE具有以下特點：

1）化學氧發生器位于頭套后側；

2）頭套內保持正壓；

3）頭套空間大，能夠在15s內完成佩戴，并允許佩戴者戴眼鏡，有胡須和長發；

4）頭套材料防火；

5）頭套顏色鮮艷，在煙霧環境中能夠被快速識別；

6）彈性硅膠頸部密封圈能避免煙霧進入，密封性好；

7）護目鏡具有較大視野，便于使用者觀察外部環境狀況；

8）配有激活拉條，激活方便；

9）內置通話隔膜，使用者與外部能夠語音交流；

10）儲存方式為PBE儲存盒，取用儲存方便；

11）PBE最大使用高度是40000ft；

12）發生器供氧時間不低于15min；

13）呼出的CO2和水蒸氣循環至清洗床吸附去除；

14）不需要定期維護。在特殊環境下，如在有損壞、消耗和暴露在潮濕環境等情況下時要進行周期性檢查。

圖1 化學氧源PBE

高壓氣氧PBE具有如下特點：

1）小氧氣瓶位于頭套下側；

2）頭套內保持正壓；

3）頭套空間大，能夠在15s內完成佩戴，并且允許佩戴者戴眼鏡，有胡須和長發；

4）頭套材料防火；

5）頭套顏色鮮艷，在煙霧環境中能夠被快速識別；

6）頸部密封圈能使避免煙霧進入，密封性好；

7）護目鏡具有較大視野，最大可視角度達到270°；

8）佩戴上頭套后，氧氣自動開始供給；

9）可通過語音和無線電實現通話；

10）儲存方式多樣，如儲存盒、儲存袋，取用儲存方便；

11）PBE最大使用高度為30 000ft（ESSEX）和25 000ft（ALTA）；

12）最短可供氧15分鐘，最長可達60分鐘；

13）呼出的CO2和水蒸氣擴散吸附去除；

14）氧氣瓶上有氧氣剩余狀態指示燈。

3 PBE性能需求

PBE性能應能滿足以下要求：

3.1 供氧需求

3.1.1 供氧速率應滿足CCAR25.1443 最小補氧流量的要求[1]；

3.1.2 頭套內應保持正壓，防止有毒氣體進入；

3.1.3 供氧時間不小于15min；

3.1.4 制得的氧氣體積濃度不得低于99.5%[2]，氧氣純度需滿足SAE AS8010的要求；

3.1.5 最大使用高度應滿足飛機升限要求。

3.2 外形設計需求

3.2.1 頭套應使用顏色鮮艷的材料，易于在煙霧中辨認；

3.2.2 頭套大小應能供5%的女性和95%的男性使用，并且允許佩戴者戴眼鏡，有胡須和長發；

3.2.3 環境溫度為21℃時，頭套內溫度不能超過40℃濕球溫度[3]；

3.2.4 暴露在環境溫度為100℃2分鐘，頭套內溫度不能超過50℃濕球溫度[3]；

3.2.5 應有防煙密封圈，防止外部有毒氣體進入；

3.2.6 應有激活裝置，可手動或自動激活；

3.2.7 用有語音/無線電通話裝置，在背景噪聲為65db、交流語音為85db的情況下，與距離4m內的人可以交流[3]；

3.2.8 應設置氧氣剩余狀態指示燈，如氧氣沒有用完時，指示燈顯示綠色，氧氣耗盡后，指示燈顯示紅色；

3.2.9 PBE應能在15s內快速佩戴，并能固定好，在爬行、下跪或者跑動的狀態下查找火源或處理火情時，PBE不會移位；

3.2.10 應有護目鏡，并且防霧。護目鏡視角大有利于機組成員在使用時開展應急救火工作；

3.2.11 頭套和儲存設備應使用防火材料。

3.3 包裝儲存需求

3.3.1 PBE應密封包裝，與周圍空氣隔絕；

3.3.2 使用期內的PBE應存放在易達到的區域，并提供固定和保護作用的設備，如儲存盒。避免密封包裝受損進而降低PBE供氧能力。

化學氧源PBE放置在潮濕環境和與CO2接觸的環境中會降低化學氧發生器的制氧能力，因此需要密封包裝。密封包裝也能夠用于辨別PBE是否失效。如果密封包裝膨脹，說明內部的PBE可能失效。因此，兩類PBE都需要密封包裝。

4 兩類PBE性能分析

兩類PBE均能滿足PBE的性能需求。兩者的不同主要在于氧源不同，進而引起產品在質量、體積、運輸方式和激活方式等方面的差異，如表1所示。

表1 兩類PBE性能差異對比

5 結論

由于化學氧源PBE采用氧氣發生器作為氧源，化學反應產熱，發生器體積大、質量大，會時佩戴者感覺不舒適，供氧時間較為固定，PBE一次性使用完畢后報廢。高壓氣氧PBE氧源為壓縮氧氣，供氧時不產熱，PBE質量小，因此佩戴者的舒適度較高，供氧時間為15min或更長，小氧氣瓶可以充氧并多次使用。

PBE使用完畢后，化學氧源PBE沒有指示；高壓氣氧PBE，小氧氣瓶上有氧氣剩余狀態指示燈。

化學氧PBE激活不當可能引起著火。發生著火后需迅速脫下PBE并放到空曠的地方，火源在45s內會自行熄滅，不用采取其他滅火措施。高壓氣氧PBE的小氧氣瓶可能發生爆炸，并且沒有有效的防護措施。因此選擇高壓氣氧PBE通過適航驗證是有難度的。然而，根據ESSEX對自1990年以來生產的90000件PBE的統計，沒有發生過安全問題，可以認為小氧氣瓶發生爆炸的可能性是極小的。

【參考文獻】

[1]CCAR25 R3.中國民用航空規章第25部——運輸類飛機適航標準[S].2001-5-14.

[2]SAE 825/11.Closed—Cycle Protective Breathing Devices[S].2002（8）.

[3]TSO-C116.Crewmember Protective Breathing Equipment[S].1990-3-1.

[責任編輯：田吉捷]