朱寶慶，栢祥華，李金祿，邢志勝，張志恒

（1.合肥通用機(jī)械研究院有限公司；2.壓縮機(jī)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230031；3.海裝駐南京地區(qū)第一軍事代表室，江蘇 南京 210006）

空氣凈化裝置是壓縮空氣后處理的關(guān)鍵設(shè)備，用于空氣凈化處理，確保供給氣體的空氣質(zhì)量。艦船所配置的壓縮空氣后處理設(shè)備通常只能去除壓縮空氣中的水分、油霧和一些比較大的固體顆粒雜質(zhì)，無法去除其中的一氧化碳、二氧化碳和其它臭味雜質(zhì)。壓縮空氣中的一氧化碳、二氧化碳的含量往往是超過了呼吸空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，艦上工作人員（通常是潛水員、消防員）在作業(yè)過程中呼吸了這種壓縮空氣，將會(huì)對(duì)其身體產(chǎn)生嚴(yán)重危害，特殊場(chǎng)合甚至?xí)＜吧ａ槍?duì)艦員呼吸供氣需求，研制了KQZ型呼吸空氣凈化裝置（簡(jiǎn)稱凈化裝置）。

1 技術(shù)要求

按照用戶實(shí)際使用要求，確定凈化裝置的技術(shù)指標(biāo)為：處理空氣壓力：10～15MPa；處理空氣流量：7.5～15m3/h；供氣品質(zhì)要求（見表1）。

表1 供氣品質(zhì)要求

鑒于艦船設(shè)備的特殊使用要求，還對(duì)裝置的可靠性、維修性、環(huán)境適用性、外形尺寸、重量等提出了明確的要求。

2 方案設(shè)計(jì)

凈化裝置的系統(tǒng)流程見圖1。來自高壓空氣站（帶壓縮空氣后處理設(shè)備）的高壓空氣（15.0MPa，已除去其中的大部分水和油）依次經(jīng)水分離器、粗過濾器、一級(jí)呼吸空氣凈化器、二級(jí)呼吸空氣凈化器進(jìn)行除水、除油、除塵、去除CO和CO2，最后輸出滿足呼吸氣體標(biāo)準(zhǔn)要求的壓縮空氣，經(jīng)過處理后的純凈空氣由高壓不銹鋼金屬軟管通過高壓截止閥充入呼吸氣瓶。水分離器主要功能是去除壓縮空氣中的液態(tài)水分；粗過濾器對(duì)壓縮空氣進(jìn)行過濾，除去較大的顆粒、油分等雜質(zhì)；一級(jí)呼吸空氣凈化器應(yīng)能去除水霧和油霧等較小的雜質(zhì)；二級(jí)呼吸空氣凈化器應(yīng)能在內(nèi)置催化劑的作用下將一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳，并去除二氧化碳、油蒸氣和異味。水分離器、過濾器均設(shè)置排污閥，二級(jí)呼吸空氣凈化器后設(shè)置保壓閥，保壓閥開啟壓力不小于10MPa，保壓閥前設(shè)置安全閥。

圖1 KQZ型呼吸空氣凈化裝置的系統(tǒng)流程圖

該方案設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

2.1 進(jìn)口重要件——高壓呼吸空氣凈化器

目前，能除去壓縮空氣中的一氧化碳、二氧化碳的國(guó)產(chǎn)凈化設(shè)備性能不是很穩(wěn)定。為了能有效地去除壓縮空氣中的一氧化碳、二氧化碳及其他臭味雜質(zhì)，使經(jīng)過凈化裝置處理后的壓縮空氣能夠滿足呼吸要求，需從英國(guó)進(jìn)口1臺(tái)高壓呼吸空氣凈化器。該凈化器處理過的氣體純度滿足英國(guó)BS4001及其它國(guó)際呼吸空氣標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 前置濾網(wǎng)式過濾器的選型

盡管高壓呼吸空氣凈化器（進(jìn)口件）自帶一級(jí)前置過濾器，但為了保護(hù)呼吸空氣凈化器，同時(shí)提高空氣質(zhì)量，在凈化器之前增加一級(jí)濾網(wǎng)式過濾器（型號(hào)：KJ26-1C/001），可去除高壓空氣中比較大的顆粒雜質(zhì)。

2.3 不銹鋼管路附件的選擇

為保證壓縮空氣經(jīng)過凈化裝置的過程中，不給系統(tǒng)增加額外的污染雜質(zhì)，所有管路、管路附件、閥件均選用不銹鋼材質(zhì)。

2.4 機(jī)體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

為了使凈化裝置重量減輕，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)輸、安裝方便，將凈化裝置設(shè)計(jì)成一箱體式形狀，所有的管件和過濾凈化設(shè)備均裝入箱體內(nèi)，這樣可以起到保護(hù)重要件的作用。

2.5 管路的連結(jié)

所有管路統(tǒng)一采用Ф6×1.5的不銹鋼管，方便連接，但由于系統(tǒng)管路較多，且長(zhǎng)度短，彎折多，具體尺寸不易掌握，于是在配置每段管路時(shí)，均先制作鐵絲模型，用專用彎管器仿形制作。焊接處均打坡口，并采用氬弧焊接。

2.6 供氣量的控制

（1）凈化裝置的工作過程見圖2。

圖2 高壓呼吸空氣凈化器的工作流程圖

（2）控制供氣量的必要性。高壓呼吸空氣凈化器規(guī)定了該凈化器在最高工作壓力（35MPa）下所能提供的最大合格空氣流量為5L/s(常壓)。而在設(shè)計(jì)的系統(tǒng)工作壓力（10.0～15.0MPa）下，供氣流量應(yīng)該比5L/S還要小，這是因?yàn)楣ぷ鲏毫υ降?，一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳的速度越慢。要想使凈化質(zhì)量得到保證，必須增加吸收和反應(yīng)時(shí)間，也就是降低供氣流量。但供氣流量也不能太小，這將會(huì)使充瓶時(shí)間過長(zhǎng)，不能滿足技術(shù)協(xié)議書要求。所以供氣量的調(diào)節(jié)與控制顯得猶為重要。

（3）供氣量的控制手段。一般來說，供氣量應(yīng)由壓力保持閥或供氣手動(dòng)截止閥來調(diào)節(jié)，但在實(shí)際操作過程中很難實(shí)現(xiàn)，于是設(shè)計(jì)人員采用了孔板限流法。經(jīng)過理論計(jì)算和多次試驗(yàn)，最終確定限流小孔的尺寸為直徑0.3mm，這么小的孔用一般鉆頭很難加工，最終采用激光加工設(shè)備實(shí)現(xiàn)該孔的加工。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，凈化裝置的供氣量為2.35L/s(常壓)，這樣的充氣速度將一容積約5升的氣瓶從常壓充至15.0MPa大約需5分鐘，既能滿足艦上要求，又能使供氣質(zhì)量得到保證。

3 裝配與調(diào)試

3.1 裝配

凈化裝置的管路連結(jié)采用現(xiàn)場(chǎng)配制和焊接方式，裝入系統(tǒng)前，所有管路要做水壓試驗(yàn)，并清洗吹凈。

3.2 調(diào)試

由于凈化器處理壓縮空氣需要一定的時(shí)間與空間，所以凈化裝置供氣速度不能太快，根據(jù)有關(guān)資料和試驗(yàn)，需要將充氣站充氣速度限制在5L/S以下。調(diào)節(jié)供氣速度一般可以通過凈化器上所帶的最小壓力閥和供氣手動(dòng)截止閥來完成，但在調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)該調(diào)試方法控制難度大。于是在凈化器出口加一限流孔板，來控制供氣速度，操作方便。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

調(diào)試完成后，對(duì)凈化裝置的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)，符合設(shè)計(jì)要求。具體檢測(cè)結(jié)果及判斷見表2。

表2 試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)語

（1）針對(duì)艦船使用環(huán)境和呼吸用氣品質(zhì)的要求，自主研發(fā)了能夠?qū)⑵胀▔嚎s空氣凈化處理為呼吸用氣的KQZ型呼吸空氣凈化裝置。

（2）研制過程中的一氧化碳還原處理技術(shù)及氣體流量控制技術(shù)，能夠?yàn)橥惪諝鈨艋b置的研究提供參考。

（3）本裝置經(jīng)針對(duì)性改型后可推廣應(yīng)用于戰(zhàn)時(shí)、天災(zāi)等緊急狀況和惡劣環(huán)境下人員呼吸用氣的凈化處理，情景廣闊。