空气呼吸器集中式供气系统

张晓杰

(上海联恒异氰酸酯有限公司，上海 201500)

化工行业是国民经济的基础行业，化工生产中化学品种类繁多，从原料到产品(包括工艺过程中的半成品、中间体、添加剂等)大多数都具有易燃、易爆、有毒有害等危险特性，而且多数以气体、液体状态存在。化工装置在检修过程中经常要进行容器清洗、管道清洗和动设备的更换等作业，虽然在装置检修作业开始前已经使用氮气或蒸汽等按照既定的吹扫流程和操作规程对工艺系统进行了吹扫，但是吹扫死角仍然无法完全避免，作业人员中毒的情况时有发生。

目前常用的防止作业人员中毒的主要方法有两种：一种是佩戴过滤式防毒面具，靠滤盒来阻挡有毒气体、蒸汽和有害粉尘，如3M公司的6006CN滤盒，能够有效过滤氯化氢、二氧化硫、甲醛和氨等多种气体和蒸汽；另一种是佩戴空气呼吸器(又称正压式空气呼吸器[1])，该系统由高压空气气瓶、减压装置、供气软管和面罩组成，通过气瓶为作业人员佩戴的面罩补充新鲜空气，并维持面罩处微正压，彻底隔绝有毒有害介质。

1 移动式气瓶车供气系统

空气呼吸器常用的是使用移动式气瓶车为气源，小车自带减压系统，通过软管将低压空气送至面罩。在作业人员少和使用不频繁的情况下，使用移动式气瓶车供气较为便捷。但是当装置停工大检修，作业点多，作业人员多，移动式气瓶车作为供气方式的短板就暴露出来：第一，作业过程中，监护人员既要时刻关注作业情况，又要监控供气气瓶压力防止作业人员发生窒息，容易顾此失彼；第二，每个呼吸面罩都需要独立的供气软管，也就意味着，当现场存在多个作业人员同时作业时，就需要多根供气软管。供气软管的增多，容易发生相互缠绕打结，使监护人员无法分辨软管与供气气瓶的对应关系，一旦发生气瓶压力不足，无法及时提醒作业人员及时撤离；第三，移动式气瓶车气瓶数量有限，供气时间受到了限制。

2 集中式供气系统

为解决移动式气瓶车供气方式在供气时间和气瓶压力监控过程中暴露出来的缺点，经过前期供货商咨询、工艺方案筛选、工艺设计以及HAZOP安全分析，呼吸空气集中式供气系统完成设计定型。

2.1 集中式供气系统构成

如图1所示，集中式供气系统主要由气瓶站、一级减压系统、二级减压系统、现场供气点和个人面罩供气系统五个部分构成：

1)气瓶站内设置两个气瓶组，一用一备，气瓶采用200 bar高压气瓶。

2)一级减压系统设置两套，对应气瓶站内气瓶组，一用一备；一级减压系统由精密空气过滤器、高灵敏度减压阀和安全阀等构成，主要作用是将气瓶内的高压气体减压中压，输送至布置在装置内的二级减压系统，精密过滤器用于防止高压气瓶内气体洁净度不达标，含有的油污、颗粒物等影响减压阀的正常工作；

3)二级减压系统由精密空气过滤器、高灵敏度减压阀和安全阀构成，主要作用是将中压气体减压至低压，送至各个供气点。二级减压系统可以根据装置规模及作业点的多寡进行增加或减少；

4)现场供气点能同时服务多个用户，供气点也安装了精密过滤器，防止管道里的异物颗粒进入呼吸面罩。供气软管安装在能自动回弹收管的卷轴上，卷轴固定在卷轴架上，卷轴架底部安装万向轮，方便现场使用；

5)个人面罩供气系统，由面罩、逃生气瓶和自动供气切换装置构成。

图1 集中式供气系统

2.2 集中供气系统的安全设计

集中供气系统作为防止作业人员中毒的一道重要安全保护，既要保证供气的流量和压力稳定，又要保证系统自身的工艺安全，防止带来次生危害。基于本质安全的设计理念，该系统在设计过程中采取了多项措施来保证系统和人员安全：

1)气瓶站远离生产装置，并设置了遮阳板，防止阳光暴晒导致气瓶超压。

2)为保证供气流量和系统抗干扰性，选用了两级减压的方法。即一级减压后的中压气体由气瓶站接入装置区域，二级减压后的低压气体从装置区域接入供气点。

3)一级减压系统和二级减压系统均安装了安全阀，安全阀的泄放量根据减压阀的CV值进行了选型核算，确保减压阀失效情况下的系统安全。

4)一级减压系统和二级减压系统的出口均设置了压力传感器，将压力信号传回中控室，并设置了报警，使该系统时刻处在操作人员的监控之下。

5)现场安装了由报警灯和高音喇叭组成的声光报警装置，供气系统的压力出现低低会触发该报警，提醒现场作业人员紧急撤离。

6)当供气管路供气压力低低时，个人面罩供气系统能将个人面罩供气源自动切换至逃生气瓶并发出哨声，提醒作业人员撤离。逃生气瓶使用时间按15 min设计。

7)个人面罩供气系统的设计压力大于二级减压系统故障时能达到的最大压力，从本质上保证安全。

8)两套气瓶组的供气管路手阀均安装了阀位指示器，阀位信号被引至中控室，方便操作人员及时获取各个气瓶组的使用状态。

9)供气管路采用食品级不锈钢管，保证空气质量。

10)除了严格审核每批次气瓶组的空气质量检验报告外，还在一级减压系统后的供气总管上安装了线氧含量分析仪，实时监测输送至装置现场的空气质量。

2.3 集中供气系统的安全分析

供气系统设计资料完成后，召集了由工艺、设备、仪表、电气、操作和安全专业的技术人员组成分析小组用HAZOP分析方法[2-3]对该系统进行了安全分析。HAZOP分析使用了本公司最新的风险矩阵、严重性等级和可能性等级。以整个供气系统作为一个节点，对多项偏差进行了分析，提出了多条建议项。建议项经过整改落实后，所有风险均控制在企业可接受范围内。

2.4 集中供气系统的使用测试

集中供气系统历经设计、采购、施工、调试和开车前安全检查后，具备投用条件。按照既定的测试方案对系统进行了测试，以检验稳定性。测试方案如下：

1)根据系统设计最大承载能力配置测试人员

2)气瓶组以及一级减压系统由于是一用一备的关系，需要分别进行测试。

3)由于现场设置了多个二级减压系统，确保测试过程覆盖每一个二级减压系统。

4)测试过程中模拟正常使用的情况，即人员随机的接入和撤出系统，以检验减压系统的稳定性。

5)测试过程中模拟某个接头出现插拔故障，测试了大量漏气情况下系统的稳定性。

经过测试，在额定承载人数情况下，人员随机的接入和撤出供气系统，一级减压系统后压力波动值在1 bar左右，最低压力较联锁值高3 bar，有充足的抗冲击余量。二级减压系统后压力波动值在2 bar左右，最低压力较联锁值高2 bar，有充足的抗冲击余量。

3 结语

集中式供气系统很好地解决了移动式供气系统在装置大检修期间存在的供气时间短和气瓶压力监控不足方面存在的弊端，通过采用多点压力信号接入中控室、氧含量在线监控和声光报警等方式实现了供气系统的自动化监控。大量工艺安全设计的应用，不仅提高了使用空气呼吸器供气系统的安全性，也使监护人员能够更为专注的监控作业情况，确保作业安全。