空氣呼吸器集中式供氣系統(tǒng)

張曉杰

(上海聯(lián)恒異氰酸酯有限公司，上海 201500)

化工行業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎行業(yè)，化工生產(chǎn)中化學品種類繁多，從原料到產(chǎn)品(包括工藝過程中的半成品、中間體、添加劑等)大多數(shù)都具有易燃、易爆、有毒有害等危險特性，而且多數(shù)以氣體、液體狀態(tài)存在。化工裝置在檢修過程中經(jīng)常要進行容器清洗、管道清洗和動設備的更換等作業(yè)，雖然在裝置檢修作業(yè)開始前已經(jīng)使用氮氣或蒸汽等按照既定的吹掃流程和操作規(guī)程對工藝系統(tǒng)進行了吹掃，但是吹掃死角仍然無法完全避免，作業(yè)人員中毒的情況時有發(fā)生。

目前常用的防止作業(yè)人員中毒的主要方法有兩種：一種是佩戴過濾式防毒面具，靠濾盒來阻擋有毒氣體、蒸汽和有害粉塵，如3M公司的6006CN濾盒，能夠有效過濾氯化氫、二氧化硫、甲醛和氨等多種氣體和蒸汽；另一種是佩戴空氣呼吸器(又稱正壓式空氣呼吸器[1])，該系統(tǒng)由高壓空氣氣瓶、減壓裝置、供氣軟管和面罩組成，通過氣瓶為作業(yè)人員佩戴的面罩補充新鮮空氣，并維持面罩處微正壓，徹底隔絕有毒有害介質(zhì)。

1 移動式氣瓶車供氣系統(tǒng)

空氣呼吸器常用的是使用移動式氣瓶車為氣源，小車自帶減壓系統(tǒng)，通過軟管將低壓空氣送至面罩。在作業(yè)人員少和使用不頻繁的情況下，使用移動式氣瓶車供氣較為便捷。但是當裝置停工大檢修，作業(yè)點多，作業(yè)人員多，移動式氣瓶車作為供氣方式的短板就暴露出來：第一，作業(yè)過程中，監(jiān)護人員既要時刻關注作業(yè)情況，又要監(jiān)控供氣氣瓶壓力防止作業(yè)人員發(fā)生窒息，容易顧此失彼；第二，每個呼吸面罩都需要獨立的供氣軟管，也就意味著，當現(xiàn)場存在多個作業(yè)人員同時作業(yè)時，就需要多根供氣軟管。供氣軟管的增多，容易發(fā)生相互纏繞打結，使監(jiān)護人員無法分辨軟管與供氣氣瓶的對應關系，一旦發(fā)生氣瓶壓力不足，無法及時提醒作業(yè)人員及時撤離；第三，移動式氣瓶車氣瓶數(shù)量有限，供氣時間受到了限制。

2 集中式供氣系統(tǒng)

為解決移動式氣瓶車供氣方式在供氣時間和氣瓶壓力監(jiān)控過程中暴露出來的缺點，經(jīng)過前期供貨商咨詢、工藝方案篩選、工藝設計以及HAZOP安全分析，呼吸空氣集中式供氣系統(tǒng)完成設計定型。

2.1 集中式供氣系統(tǒng)構成

如圖1所示，集中式供氣系統(tǒng)主要由氣瓶站、一級減壓系統(tǒng)、二級減壓系統(tǒng)、現(xiàn)場供氣點和個人面罩供氣系統(tǒng)五個部分構成：

1)氣瓶站內(nèi)設置兩個氣瓶組，一用一備，氣瓶采用200 bar高壓氣瓶。

2)一級減壓系統(tǒng)設置兩套，對應氣瓶站內(nèi)氣瓶組，一用一備；一級減壓系統(tǒng)由精密空氣過濾器、高靈敏度減壓閥和安全閥等構成，主要作用是將氣瓶內(nèi)的高壓氣體減壓中壓，輸送至布置在裝置內(nèi)的二級減壓系統(tǒng)，精密過濾器用于防止高壓氣瓶內(nèi)氣體潔凈度不達標，含有的油污、顆粒物等影響減壓閥的正常工作；

3)二級減壓系統(tǒng)由精密空氣過濾器、高靈敏度減壓閥和安全閥構成，主要作用是將中壓氣體減壓至低壓，送至各個供氣點。二級減壓系統(tǒng)可以根據(jù)裝置規(guī)模及作業(yè)點的多寡進行增加或減少；

4)現(xiàn)場供氣點能同時服務多個用戶，供氣點也安裝了精密過濾器，防止管道里的異物顆粒進入呼吸面罩。供氣軟管安裝在能自動回彈收管的卷軸上，卷軸固定在卷軸架上，卷軸架底部安裝萬向輪，方便現(xiàn)場使用；

5)個人面罩供氣系統(tǒng)，由面罩、逃生氣瓶和自動供氣切換裝置構成。

圖1 集中式供氣系統(tǒng)

2.2 集中供氣系統(tǒng)的安全設計

集中供氣系統(tǒng)作為防止作業(yè)人員中毒的一道重要安全保護，既要保證供氣的流量和壓力穩(wěn)定，又要保證系統(tǒng)自身的工藝安全，防止帶來次生危害。基于本質(zhì)安全的設計理念，該系統(tǒng)在設計過程中采取了多項措施來保證系統(tǒng)和人員安全：

1)氣瓶站遠離生產(chǎn)裝置，并設置了遮陽板，防止陽光暴曬導致氣瓶超壓。

2)為保證供氣流量和系統(tǒng)抗干擾性，選用了兩級減壓的方法。即一級減壓后的中壓氣體由氣瓶站接入裝置區(qū)域，二級減壓后的低壓氣體從裝置區(qū)域接入供氣點。

3)一級減壓系統(tǒng)和二級減壓系統(tǒng)均安裝了安全閥，安全閥的泄放量根據(jù)減壓閥的CV值進行了選型核算，確保減壓閥失效情況下的系統(tǒng)安全。

4)一級減壓系統(tǒng)和二級減壓系統(tǒng)的出口均設置了壓力傳感器，將壓力信號傳回中控室，并設置了報警，使該系統(tǒng)時刻處在操作人員的監(jiān)控之下。

5)現(xiàn)場安裝了由報警燈和高音喇叭組成的聲光報警裝置，供氣系統(tǒng)的壓力出現(xiàn)低低會觸發(fā)該報警，提醒現(xiàn)場作業(yè)人員緊急撤離。

6)當供氣管路供氣壓力低低時，個人面罩供氣系統(tǒng)能將個人面罩供氣源自動切換至逃生氣瓶并發(fā)出哨聲，提醒作業(yè)人員撤離。逃生氣瓶使用時間按15 min設計。

7)個人面罩供氣系統(tǒng)的設計壓力大于二級減壓系統(tǒng)故障時能達到的最大壓力，從本質(zhì)上保證安全。

8)兩套氣瓶組的供氣管路手閥均安裝了閥位指示器，閥位信號被引至中控室，方便操作人員及時獲取各個氣瓶組的使用狀態(tài)。

9)供氣管路采用食品級不銹鋼管，保證空氣質(zhì)量。

10)除了嚴格審核每批次氣瓶組的空氣質(zhì)量檢驗報告外，還在一級減壓系統(tǒng)后的供氣總管上安裝了線氧含量分析儀，實時監(jiān)測輸送至裝置現(xiàn)場的空氣質(zhì)量。

2.3 集中供氣系統(tǒng)的安全分析

供氣系統(tǒng)設計資料完成后，召集了由工藝、設備、儀表、電氣、操作和安全專業(yè)的技術人員組成分析小組用HAZOP分析方法[2-3]對該系統(tǒng)進行了安全分析。HAZOP分析使用了本公司最新的風險矩陣、嚴重性等級和可能性等級。以整個供氣系統(tǒng)作為一個節(jié)點，對多項偏差進行了分析，提出了多條建議項。建議項經(jīng)過整改落實后，所有風險均控制在企業(yè)可接受范圍內(nèi)。

2.4 集中供氣系統(tǒng)的使用測試

集中供氣系統(tǒng)歷經(jīng)設計、采購、施工、調(diào)試和開車前安全檢查后，具備投用條件。按照既定的測試方案對系統(tǒng)進行了測試，以檢驗穩(wěn)定性。測試方案如下：

1)根據(jù)系統(tǒng)設計最大承載能力配置測試人員

2)氣瓶組以及一級減壓系統(tǒng)由于是一用一備的關系，需要分別進行測試。

3)由于現(xiàn)場設置了多個二級減壓系統(tǒng)，確保測試過程覆蓋每一個二級減壓系統(tǒng)。

4)測試過程中模擬正常使用的情況，即人員隨機的接入和撤出系統(tǒng)，以檢驗減壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5)測試過程中模擬某個接頭出現(xiàn)插拔故障，測試了大量漏氣情況下系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

經(jīng)過測試，在額定承載人數(shù)情況下，人員隨機的接入和撤出供氣系統(tǒng)，一級減壓系統(tǒng)后壓力波動值在1 bar左右，最低壓力較聯(lián)鎖值高3 bar，有充足的抗沖擊余量。二級減壓系統(tǒng)后壓力波動值在2 bar左右，最低壓力較聯(lián)鎖值高2 bar，有充足的抗沖擊余量。

3 結語

集中式供氣系統(tǒng)很好地解決了移動式供氣系統(tǒng)在裝置大檢修期間存在的供氣時間短和氣瓶壓力監(jiān)控不足方面存在的弊端，通過采用多點壓力信號接入中控室、氧含量在線監(jiān)控和聲光報警等方式實現(xiàn)了供氣系統(tǒng)的自動化監(jiān)控。大量工藝安全設計的應用，不僅提高了使用空氣呼吸器供氣系統(tǒng)的安全性，也使監(jiān)護人員能夠更為專注的監(jiān)控作業(yè)情況，確保作業(yè)安全。