化学氧自救器药量与防护时间的关系分析.pdf

2 0 0 6 年6 月 矿 业安 全与环保 第3 3 卷第3 期 化学氧自救器装药量与防护时间的关系分析 刘 浩， 许凯 煤炭科学研究总院重庆分院 科华公司， 重庆 北碚 4 0 0 7 0 0 摘 要 国内化学氧自救器的生氧药剂普遍采用超氧化钾 K O 2 ， 其装药量的多少直接影响着产品 的防护性能， 为此从理论和试验方法上对装药量与防护时间的关系进行了分析。 关键词 自救呼吸器； 有效氧； c o 2 含量； 氧放出率； 氧利用率 中图分类号 T D 7 9 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 8 4 4 9 5 2 o o 6 0 3 0 0 3 1 0 2 化学氧自救呼吸器是一种便携式个人防护自救 产品， 适用于缺氧或存在有毒有害气体危及个人生 命安全的环境中。其主要性能指标防护时间， 主要取决于装药量的多少， 故装药量计算是整个产 品设计中的关键。 1 药剂中有效氧和 C o 2 含量的测定 1 ． 1 试验 系统 有效氧和 C o 2 含量的测定试验系统见图 1 。 1 ． 9 一水准管 ； 2 ， 3 ， 8 一乳胶管； 4 一量管2 ； 卜 量管 1 ； 6 一寒2 ； 7 一骞 1 ； 1 O 6 0 m L 磨 口 瓶 1 l 一三通塞； l 2 一水准瓶； 1 3 --F e C 1 3 溶液； l 4 一食 盐水。 图 1 测定试验系统 1 ． 2 试验原理 4 K O 2 2 H 2 O 4 K O H 3 0 十； R C 3 2 H C I R C 1 2 c o 2 十H 2 O ， 式中 R代 表 2价金属离子； Na 2 0C 0 2Na 2 C O 3 Mg C l o 4 2 H 2 O M g C I o 4 2 ‘ n il 2 O 。 1 ． 3 试剂和试验仪器 1 F e C l3 溶液 质量摩尔浓度为 4 m o l／ k g 的 H C I 与质量摩尔浓度为 2 m o l ／ k g 的F e C 13 溶于 1 L 容量瓶 收稿 日期 2 0 0 5 0 31 2 ； 2 0 0 5一 o 8 1 9 修 回 中， 按 1 1 混合； 2 酸性 N a C 1 溶液 5 0 g N a C l 溶于6 0 0 m L 水中， 并加入 1 5 m L H 2 s o , 和 2 m L甲基橙溶液； 3 烧碱石棉 N a 2 0 装在 U形管内作吸收剂 ； 4 无水高氯酸镁 M g C l 0 4 装在 u形管内作 吸收剂 ； 5 气体量管 1 0 0 m L管 2 支， 最小刻度 0 ． 1 m L ； 6 U 形管 1 支； 7 二孔塞磨口瓶 6 0 m L 1 个； 8 水准管 1 0 0 m L 2 支； 9 水准瓶 2 5 0 m L 1 支。 1 ． 4 试验方法 在装药室内将药剂样品快速研碎， 装于磨口瓶 中。用小玻璃瓶取粉碎样 0 ． 2 0 ． 3 g ， 在分析天平 上准确称量试样质量 m， 并作好记录。在水准管中 装上酸性 N a C l 溶液， 将 U形管两塞关闭， 分别将塞 1 和塞 2 转至气体量管和空气相通 ， 移动水准管， 将气 体量管中的空气排完， 关闭塞 1 和塞 2 ， 把三通打开 使磨口瓶与空气相通， 在磨口瓶内装上 F e C l3 溶液至 固定的刻度。将试样连同小玻璃瓶一起放入磨口瓶 内， 塞好瓶塞， 关闭三通。开塞 1 ， 检查气密性。当气 密性完好后， 放倒磨口瓶， 使生氧剂粉与 F e C l 3 溶液 反应， 待充分反应后的温度降至室温时， 读量管 1 中 的水平面数 。 。 旋转塞 1 和塞2 ， 使量管与u 形管相通， 并将u 形 管的两塞旋到开通处， 并上下移动水准管 5 次， 关闭 塞2 量管 2 内充满食盐水 ， 在量管 I 内读水平面数 。记录室温 t 和大气压P 。 ， 同时查出室温 t 时饱和 蒸汽压力P 。 3l - 维普资讯 2 0 0 6 年6 月 矿 业安 全 与环 保 第3 3 卷第3 期 1 ． 5 药剂中有效氧和 c o 2 含量计算 mo 21 0 0 ％ 5 5 1 0 rr t 2 7 3 t 1 一 C o ， 1 0 0 ％ 4 4 0 8 0 m 2 7 t 2 一 3 式中 V O 2 有效氧含量， ％； v c o C o 2 含量 ， ％ ； m 试样质量， g ； m 仉 析出氧质量， g ； m 吼 析出 C 2 质量， g ； 。 总气体体积， m L ； o 2 的体积， m L ； ， 一 C 2 的体积， m L 。 2 氧放出率和氧放出量的计算 试验装置为隔绝式化学氧自 救器 M T 4 2 5 一l 9 9 5 仿人呼吸装置。 氧放出率和放出量计算公式如下 0 杀 1 0 0 ％ 3 0 ， 型 4 式中 O 。 氧放出率， ％ ； 0 氧放出量 ， L ； A b 检验前药剂有效氧含量， ％； A 。 检验后药剂有效氧含量， ％； m 防护性能前药剂质量 ， g ； m 。 防护性能后药剂质重； g 。 3 吸收率的计算 0 1 0 0 ％ 5 mb E v 3 6 7 式中 0 氧利用率， ％； E 防护性能时排出氧气体积， L ； C C 0 2 吸收率， ％ ； C b 检验前 C o 2 含量， ％； C 。 检验后 C o 2 含量 ， ％ ； I／ 3 防护性能试验时排出气体的体积， L ； r 排出气体中氧气的含量 ， ％。 3 2 4装药量的计算 1 按氧耗量在额定防护时间内K 2 满足规定做 功量的要求计算装药量 y丝 G 8 b ， 2 按额定防护时间内， K 1 2 吸收规定做功量呼 出 c o 2 的量的要求计算装药量 ，， 4 4 G ， l p Z 2 广2 一 ．4 9 一 ， 式中 防护时间， m i n ； 卜1 m i n 氧耗量， L ； Z 1 mi n C 2 呼 出量 ， L 。 按照 k i T 4 2 5 --1 9 9 5隔绝式化学氧 自救器的要 求 功率7 4 w， 呼吸量 3 0 l_ ／ m i n ， 呼吸频率2 5 次／ ra i n ， 抽氧量 1 ． 4 5 1 ．／ m i n ， C 2 进入量 1 ． 3 5 1 ．／ m i n 。如果药 剂充分反应， 氧放出率在 9 4 ％以上， C 2 吸收率在 2 0 ％以上， 在一般情况下氧放出率取 9 2 ％ 9 3 ％， C o 2 吸收率取 1 7 ％。 5 影响防护时间和装药量的其他因素 1 排气方式的影响 在装药量一定的条件下， 超前排气比滞后排气时间可延长 7 ％一1 1 ％。 2 生氧药罐结构、 呼吸气路形式等都对防护时 间有影响。 6 应用实例 煤炭科学研究总院重庆分院科华公司 2 0 0 2年 开发的 A Z H一 4 0化学氧 自救器采用的是往复式气 路 、 滞后排气方式。按照 k i T 4 2 5 --1 9 9 5隔绝式化学 氧自救器的要求， 氧放出率 O 取 9 3 ％， 1 m i n 氧耗量 y取 1 ． 4 5 L ／ m i n ， 1 m i n C 0 2 呼出量 z取 1 ． 3 5 l _ ／ m i n ， 氧利用率 O 取 5 3 ％， 检验前药剂有效氧含量 A 为 2 7 ％ ， C O 2 吸收率 C取 1 7 ％。因是滞后排气， 时间 延长 7 ％一1 1 ％， 取 9 ％， A Z H一 4 o化学氧自救器在 功率为 7 4 w时防护时间为 3 0 m i n ， 3 0 1 9 ％ 3 2 ． 7 m i n 。 代人式 8 ， 9 得 y旦 ∞ g ， ， 4 4 G， J p Z 2 2 ．4 5 1 o g 按以上分析计算数据进行装药 ， 所得产品性能 参数见表 1 。 下转第3 5页 维普资讯 2 0 0 6 年6 月 矿 业安 全 与环 保 第3 3 卷第3 期 2 ． 4 配套风机的设计 理论分析可知 如图 4 所示 ， 斜流风机压力系 数比轴流风机高， 而流量系数也比离心风机高。结 合该除尘器的功能， 采用斜流风机作为除尘器的配 套风机。 W I ， W 2 一叶片进12 1 和出12 1 相对速度； u 1 。 u 2 一叶片进12 1 和出12 1 圆周速 度； c 1 ， C 2 一叶片进1 2 1 和出1 2 1 绝对速度； c 1 ， 。 2 _I l一叶片进口和出12 1 平 均绝对速度； ， 一内周和外周叶片角。 图4 斜流风机速度三角形 3 型式试验及井下工业性试验 为了检测除尘器主要技术参数是否达到设计要 求， 样机加工完成后， 委托国家煤矿防尘通风产品质 量监督检验测试中心进行测试。按 M T 1 5 9 _ _ 1 9 9 5 矿用除尘器 测试了除尘器处理风景 、 工作阻力、 总 粉尘效率、 呼吸性粉尘效率、 外观等项内容。检测结 果为 工作阻力 l 4 4 9 P a 设计值 1 5 0 0 P a ， 总粉尘除 尘效率9 9 ． 0 3 ％ 设计值为9 9 ％ ， 呼吸性粉尘除尘效 率9 o ． 0 6 ％ 设计值为 9 0 ％ 。主要性能均达到设计 参数， 判为合格。 为了考察除尘器在煤矿井下的适应性， 于 2 0 0 2 年8 月至 l 0月在东升煤矿进行了为期 3 个月的井 下工业性试验， 东升煤矿提供的工业性试验报告表 明 在试验期间， 除尘系统运行平稳。除尘器运行 时， 在除尘器进风口安装的风量调节阀， 可根据工作 面风量大小及产尘情况， 调节除尘器的处理风量， 使之更适应井下工作面的实际情况。使用除尘器之 后回风巷降尘效果显著， 总粉尘的降尘效率达到了 9 o ． 7 4 ％， 呼吸性粉尘的降尘效率达到了8 8 ． 1 5 ％； 同 时， 除尘器的总粉尘除尘效率达到 9 9 ． 1 9 ％， 呼吸性 粉尘除尘效率达到 9 0 ． 6 6 ％， 达到了计划任务书的 要求。 该除尘器取得煤矿安全标志以后， 在甘肃华亭 煤矿综掘工作面使用后， 使掘进机司机处的粉尘浓 度由 8 6 0 tl 1g ， 降低到 7 5 tl1 g ， m 3 ， 降尘效率达到了 9 1 ． 2 7 ％。在铁法、 淮南、 晋城等局推广使用后， 均取 得了较好的效果。 2 0 0 5 年 1 月 1 3日国家安全生产监督管理总局 规划科技司在重庆召开了“ K C S 一 2 5 0型矿用过滤湿 式旋流除尘器” 的技术鉴定会， 对除尘器的总体评价 是达到国际先进水平。 4 结论 1 采用两级除尘技术， 显著提高了除尘器的除 尘效率， 其总粉尘除尘效率 9 9 ． 0 3 ％， 呼吸性粉尘除 尘效率 9 o ． 0 6 ％。 2 采用正压离心复合挡板脱水技术减小了除 尘器的体积， 更适合于我国煤矿井下综掘工作面的 生产技术条件。 3 在国内首次采用斜流风机作为除尘器的配 套风机， 加大了除尘器的处理风量适应范围， 同时也 缩小了除尘器的体积。 4 现场使用该除尘器后， 综掘工作面总粉尘降尘 效率达9 1 ． 2 7 ％， 采煤工作面回风巷总粉尘降尘效率达 到9 0 ．7 4 ％， 呼吸性粉尘的降尘效率达到了8 8 ． 1 5 ％。 ’ 责任编辑 吴自立 由表 1 可知， 产品性能参数均达到了“ 隔绝式化 学氧自 救器 M T 4 2 5 1 9 9 5 ” 的要求， 说明试验分析计 算合理可靠， 对今后化学氧自救器的生产和设计具 有指导作用。 责任编辑 卫蓉． 3 5 维普资讯