傳染病負壓檢測方艙關鍵技術研究

崔化剛

摘要：傳染病檢測方艙主要用于新型冠狀病毒的呼吸道病毒檢測，也可對鼠疫、霍亂、炭疽桿菌等生物安全危險病菌進行檢測。為確保病毒不泄漏，艙體內需要保持一定的負壓，且艙體的氣密性能需要達到生物安全四級實驗室的氣密要求。本文章主要對艙體的氣密處理技術和負壓隔離技術進行了研究論述。

關鍵詞：負壓隔離 ?檢測方艙 ?密封處理

1檢測方艙基本情況介紹

艙外總體尺寸為9125mm×2438mm×2438mm（長×寬×高），外部如下圖所示。

后端設置氣密門用于人員進艙操作;右側上方設置高效送風過濾裝置;左側下方設置電源壁盒，用于整艙的電源輸入;在其上方設置顯示終端，可對艙內檢測情況進行影像監視;前端右側下部設置整體式空調器。

前端設置氣密門;后端右上側設置排風高效過濾裝置;后壁左側中部設置有一個消毒口。

艙內布局如下圖所示。

艙內由左至右分別為檢測間、防護服更換間和緩沖間。

檢測間：用于檢測處理，內設檢測臺和座椅，并設有環境監測顯示屏;

防護服更換間：更防護服間屬于半污染區;設置電氣柜;

緩沖間：左側位置為空調隔間;醫護人員在右側休息、值班;

2設計目標

關鍵指標如下。

（1）方艙氣密性：艙內充正壓500Pa，自然衰減20min，壓力不低于250Pa，達到生物安全四級實驗室氣密性水平;

（2）檢測間、更防護服間和緩沖間建立負壓梯度，保證檢測間污染空氣不擴散至至更防護間、緩沖間及外部環境。檢測間與外部環境負壓差：≥30Pa;相鄰功能間壓差：≥10Pa;空氣過濾器過濾效率：≥99.99%@0.3μm-0.5μm;

通過對檢測方艙的應用場景、對檢測流程及方式深刻理解，艙體的密封性能和負壓隔離環境控制是傳染病負壓檢測方艙的關鍵技術，應進行專項研究和驗證。

3艙體密封技術研究

為保證方艙的氣密性能達到生物安全四級實驗室氣密性水平，需對方艙的氣密性能進行研究。密封主要以內密封為主，主要包括方艙大板、艙體搭接、艙門、孔口、過線孔、穿艙氣管等方面的密封。

3.1方艙大板

大板蒙皮采用整體板材，確保大板的密封性。蒙皮與骨架結合面均涂密封膠進行密封，結構見下圖所示。

3.2艙體密封處理

大板與主框架采用焊接連接，保證方艙整體的結構強度。外側縫隙處涂密封膠后安裝Z形壓條，接觸面見襯墊屏蔽墊，用于方艙的屏蔽與防水密封。內部縫隙處涂密封膠，角部安裝圓弧壓條底座，采用螺釘或鉚釘固定。外部安裝圓弧壓條，采用卡裝方式，并通過密封膠進行密封。

4負壓環境控制技術

負壓隔離控制系統采用“定送變排”+“漏風擾動調節”的控制方式。

“定送變排”：根據氣體壓強計算公式PV=nRT，可知P= nRT / V （P為壓強，T為溫度，V為容器體積，nR為氣體質量）;由于系統體積恒定，溫度可近似于恒定狀態，故系統的壓差取決于氣體質量的大小;為避免排風和送風同時調節風量引起較大擾動，故設計時送風裝置采用定頻風機定風量被動控制，排風裝置采用變頻風機變風量主動控制方式，通過對排風量動態調節，實現對系統排風量和送風量動態調節，從而實現系統壓差的穩定。

“漏風擾動調節”：更防護服區沒有送、排風裝置，通過漏風裝置的設置實現自動定風量調節壓差控制。

排風高效過濾裝置采用變頻風機，便于自控系統主動調節系統排風量，當系統出現較大擾動時能有足夠的排風量來來維持負壓環境，保證系統始終處于負壓狀態。

送風高效過濾裝置用于系統送風量的調節;出口分兩路，一路較大風量送至檢測間，另一路較小風量送入緩沖間;采用定頻風機定風量控制，屬于被動調節，可避免排風和送風同時調節風量引起較大擾動。

在隔間壁板設置高效漏風過濾裝置和可調節百葉窗，通過高效過濾器向系統引入漏風壓差控制策略，可有效降低系統在開/關門、微擾動等工況下系統額壓差波動，確保系統壓差的穩定。

排風過濾裝置為系統的重要件，出現故障，會引起整個系統失效，故采用以下設計：

雙排風機設計，一主一備、熱備冗余;

原位檢漏設計，確保排風過濾裝置完整性及相關性能指標達到使用要求;

設置生物安全閥，在密閉隔離閥設置生物指示菌片進行原位消毒，確保人員安全。

4.1排風高效過濾裝置

采用線掃描檢漏技術，對高效過濾器進行原位檢漏，并實現單獨對HEPA 過濾器進行消毒滅菌，采用偏心壓緊方式對過濾器進行裝卸和袋進袋出方式更換，安全、方便。

箱體內安裝HEPA過濾器，上游設置（氣溶膠）混勻裝置，下游設置線掃描檢漏機構;箱體設置掃描驅動機構、過濾器壓緊機構、生物安全防護袋、過濾器阻力表、氣體消毒口、消毒驗證口、氣溶膠發生口和手動掃描采樣口。

主要技術參數

a）過濾效率：≥99.99%@0.3μm-0.5μm;

b）排風量：額定風量≥400m3/h;

c）氣密封性：壓力為2500Pa時，腔室內每分鐘泄漏的空氣量不超過腔室凈容積的0.2%;

d）箱體抗壓力 ≥2500Pa;

e）過濾器檢漏方式：手動掃描檢漏;

f）消毒方式：在過濾器上、下游設置有消毒接口，配合氣體消毒劑發生裝置和氣體循環消毒裝置使用，實現對過濾器的原位消毒;

4.2高效漏風過濾裝置

由箱體、HEPA過濾器、多孔抽拉式百葉、支架和閥門組成，箱體設置過濾器壓緊機構、過濾器阻力監測表。過濾效率：≥99.99%@0.3μm-0.5μm;

5試驗

5.1密封性能檢測

檢測方艙試制加工完畢后，對艙體的密封性能進行了試驗。試驗前，封閉進風口，開啟高效排風裝置，將方艙內壓力保持300Pa負壓，在可能泄漏處刷涂肥皂水進行檢漏。過程中發現，其中一個氣密門把手處和一處預埋螺孔處有大量氣泡冒出，證明此處有空氣進入艙內，存在泄漏情況，對泄漏處進行處理后，進行了氣密性檢測。

試驗依據GB19489-2008 《實驗室生物安全通用要求》進行，封閉通風口并接入壓縮空氣和壓差計，艙內充正壓500Pa，讀取數字壓力表數值，并開始計時，自然衰減20min后艙內數字壓力表數值為342Pa;試驗之后又進行了耐久性測試，當艙內氣壓降到250Pa時，計時器計時41min35s。

試驗結果證明艙體的密封性能達到了生物安全四級實驗室氣密性水平，證明了艙體密封技術的切實可行，達到了研究目的。

5.2負壓環境控制試驗

開啟負壓隔離系統，運行穩定后，檢查三個隔間的壓差計，壓力差穩定在10Pa;

開啟任一隔間密封門，壓力差波動約10s后穩定在10Pa，證實負壓隔離系統的運行有效，能夠達到設計目標。

依據GB 19489-2008對負壓隔離系統的凈化效率進行檢測。采用掃描檢漏法，上風側發生氣溶膠，穩定后用粒子計數器測試上游濃度，0.5μm粒子數≥4000個/min，在下游高效過濾器表面及邊框進行掃描。過濾器過濾效率大于99.99%@0.3μm-0.5μm，達到了預期設計目標。

6結論

通過對艙體密封技術和負壓環境控制技術進行研究，解決了傳染病負壓檢測方艙的關鍵技術，試驗證明技術切實可行。后續將對這兩項技術進行進一步研究，提高其施工的便利性和可靠性。

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