青藏铁路与氧气——青藏高原变压吸附与膜分离制氧报载与文献综述.pdf

新 技 术 篇IN I f w w w c h in a g a s e s c o m 青藏铁路与氧气 青藏高原变压吸附与膜分离制氧 报载与文献综述 顾 福 民 杭州制氧机研究所 退休 杭州市上城区长明寺巷长庆里4 5 号2 0 2 室 3 1 0 0 0 9 Q i a n g z h a n g R a i l w a y a n d O x y g e n T h e R e p o r t a n d V i e w o f P S A 部分人还可能因空气干燥而出现皮 肤粗糙 嘴唇开裂 鼻孔出血或血块等症状 严重者就 是肺水肿 脑水肿 威胁生命 氧气是人类赖以生存的生命之气 养身之气 是维 持人体生命活动的必要物质 氧与生命 生死枚关 人 可以停吃三餐饭 但不能3 分钟不吸氧 氮气窒息死亡 就是 人一断空气 正常空气中含氧2 0 9 5 就会死 亡 即窒息而死 正常人每分钟需消耗氧气2 5 0 一 4 0 0 毫 升 一天约需3 6 0 一5 0 0 升氧气 而且是 现吸现用 因此人就得一刻不停地进行呼吸 吸空气中所含的2 0 9 5 氧气组分 一旦环境大气中含氧量不足 也就是供 氧不足 人的脑功能就会马上下降 而出现缺氧症状 缺氧是万病之源 缺氧是 看不见的危险 空气中 含氧量低于1 8 就不行 再低就会出现 缺氧症 日 本 划的 界限 为1 6 O Z 当 空 气中 氧 浓 度 低 至1 0 6 人就会出现意识不清 严重的要濒于死亡 青藏铁路建筑 坚持 以人为本 卫生保障先行 先生存 再生产 对所有参建人员进行严格体检 免 费发放防寒用品和抗缺氧药物 铁路沿线建立了1 4 4 个 三级医疗机构 每1 0 公里一座医院 医务人员与施工人 员的比 例达到1 5 2 0 并形成快速 及时 有效 救治危重病人的网络系统 研制出 海拔4 9 0 0 米以 上地 区每小时生产2 4 立方米的医用制氧设备 并在全线推 广 有效地改善了作业环境 据统计 二期工程开工以 来 全线累计接诊病人5 2 4 8 0 0 人次 治疗脑水肿5 6 6 例 肺水肿8 2 6 例 抢救成功率达1 0 0 创造了高原病零死 亡的记录 改写了生命禁区的历史 为抗缺氧 青藏铁路沿线建立了1 7 座变压吸附制 氧站 配置了2 5 个高压氧舱 职工每人每天平均强制性 吸氧不低于2 小时 中国铁道建筑报 2 0 0 6 年7 月1 3 日 登出该报总编朱海燕在唐古拉铁道兵站戴着氧气面 罩 背后立着一只氧气瓶伏案写稿的照片 另有报载高 压氧舱吸氧治疗的照片 如2 0 0 4 年6 月3 日 中国安 全生产报 登出3 张照片 一张为中铁十八局工地医院 的高压氧舱 一张为工地氧吧 一张为工人在氧吧吸氧 及氧气瓶与导管 2 0 0 4 年5 月1 6日 杭州日 报 登出 新华社的照片新闻 中铁十五局3 位工人口戴氧气罩 坐着吸氧 身旁立着2 只氧气瓶 青藏铁路如何破解缺氧难题 是隧道工程指挥部与 高校联手攻关 2 0 0 2 年7 月的一天 北京科技大学热能 工程研究所刘应书教授到风火山 推广科研成果一 分 子筛变压吸附 制氧技术 风火山隧道 全长1 3 3 8 米 轨 面海拔高度4 9 0 5 米 工程指挥部指挥长况成明等一拍 即合 联合组成科技攻关组 因为当时高原病发生率很 高 中铁二十局集团公司4 0 0 名职工刚来到风火山隧道 工地 每天门 诊人数平均达到5 9 人 感到要解决缺氧难 题 不能再走传统供氧 瓶装氧气 的老路 为此 攻 关组创造性地提出了 有压吸附 高原低气压直接解吸 的变压吸附制氧工艺和隧道掌子面弥散供氧和氧吧车供 2 0 0 6 年年会专刊 新 技 术 篇 国乳常 w w w c h i n a g a s e s c o m 氧相结合 的新方法 经过2 0 0 余次试验 3 个月后 世 界上第一座变压吸附 P S A 高原制氧站在风火山上建 成 职工高原病发病率因此下降了4 4 1 中 铁二十局 建立了两座P S A高原制氧站 安置在隧道进出口两端 从两头向施工的隧道内进行2 4 小时弥漫供氧 使隧道 内氧气含量达到平原地区的7 0 左右 施工环境相当于 下降了1 0 0 0 米高度 工人疲惫了 可以随时到安装在 洞内的移动式氧吧车内吸氧休息 2 0 0 6 年7 月8 日 中 国安全生产报 并有一幅高压氧舱内两职工一坐一卧 吸氧治疗照片 高原有了制氧站 青藏铁路线上就坚持施工人员间 断吸氧 野外背负氧气瓶施工的防护方法 提高了救治 能力和劳动效率 并实现向隧道内弥散供氧 使隧道施 工工效提高了3 倍 据报载 风火山P S A制氧设备已经 鉴定 高原变压吸附制氧技术达到国际先进水平 通过笔者向友人刘应书教授电话采访 了解了他去 青藏高原协建P S A 制氧站的情况 北京科技大学提供风 火山的是2 4 m 3 h P S A制氧机 后又提供沱沱河3 6 m 3 h P S A制氧机 雁石坪4 0 M 3 h P S A 制氧机 此外 温 州乐清浙江龙飞集团有限公司也在青藏线上建了6 个制 氧站 制造提供了2 0 一 3 0 m3 h P S A制氧机 中铁十八 局一公司 2 0 0 3 年8 月 耗资8 0 多万元 在那曲安多 建起了制氧站 把氧气供应到职工宿舍 以满足职工吸 氧的需要 并在每个项目区设立 工地氧吧 司机氧 气瓶随身带 另外 北京北大先锋科技有限公司提供 8 m 3 h P S A制氧机8 套 中国军事医科院天津卫生装 备研究所亦提供P S A制氧机多套 3高原旅客列车与级气 新中国成立以来 青藏高原陆路交通跨越了三个时 代 1 9 5 5 年以前是骆驼时代 1 9 5 5 一1 9 7 8 年为汽车时 代 1 9 7 9 年至今逐步迎来了火车时代 但号称 沙漠之 舟 的 骆驼 适应不了高寒缺氧的 青藏高原 1 9 5 3 年8 月西藏骆驼运输总队成立 短时间内2 7 0 0 0 峰骆驼迅速 从内蒙古 辽宁 甘肃等地集中到千里风雪的青藏运输 线上 但到1 9 5 4 年春 已 有8 0 0 0 峰骆驼死在运粮路上 骆驼总数损失近1 3 1 9 5 4 年1 2 月2 5 日 青藏 康 川 藏两条公路正式通车到 拉萨 今天 北京到拉萨的1 0 9 国道 全长3 9 0 1 公里 1 9 5 6 年5 月2 6日 北京至拉萨 的航线试飞成功 2 0 0 6 年7 月1 日 青藏铁路全线通车 因此 青藏高原的交通经历了骆驼一汽车一 飞机一 火车 的历史变迁 这其中都与氧气相关 下面就青藏铁路旅 客列车与氧气作一摘集 前面所说青藏铁路建筑与氧气 主要是变压吸附制 氧 旅客列车上所需氧气 则是膜分离制氧 当然 千 里青藏线上也有用深冷法制氧机所生产充灌的瓶装氧 气 据杭州制氧机研究所1 9 8 8 年1 2 月 全国空分设备 普查调研报告 调查到的深冷法制氧机 西藏有5 0 m 3 h l 套 1 5 0 m3 h 2 套 青海有5 0 m3 h 3 套 1 5 0 m3 h 3 套 青海格尔木炼油厂就有深冷法的小型制氧机 有一 空分车间 周边的甘肃 四川等省 市也有中小型深 冷法制氧机 提供瓶装氧气 变压吸附法制氧 其基本原理是 利用分子筛吸附 剂 对 氧 O Z 氮 N 2 的 选 择 性吸 附 的 差 异 及 吸 附 剂 吸附容量随压力的变化而变化的特性 在加压条件下完 成空气内氧氮组分的吸附分离 在降压条件下解吸去除 所吸附的杂质组分 一般为两只吸附器 一只工作 一 只再生 交替切换使用 从而实现空气中氧氮组分的分 离而制得氧气 或氮气 变压吸附制氧 氧浓度一般 为9 0 一 9 3 最高为9 5 大多为富氧 变压吸附制 氮 氮 浓度可达9 5 一 9 9 9 9 9 5 膜分离法制氧 其基本原理是 利用空气通过中空 纤维膜组件 由上百万根与人头发丝差不多粗细的空芯 纤维组成 具有不同渗透速率的物理特性 当空气通过 膜组件时被过滤 压缩 先渗透出 跑 得较快的 快 气 一 氧气 即先透过的为产品气氧 得到浓缩 纯 度提高 而不透过的 跑 得较慢的 慢气 氮气 爪 0 0 6 牵 牵 荟 若 1 新技 术篇 成为不透过的直进直出的气体产品氮 膜分离制氧 氧 浓度不高 一般为2 8 一 4 5 3 0 一 5 0 故主要用 来作为家 庭医 疗保健 而氮气浓度可以 达到9 5 一 9 9 2 0 0 6 年7 月1 日 开通的 青藏 铁路旅客 列车 除 机车 由 美国G E 公司制造外 但其采用的也是马钢车轮 又随 机车 海归 都为中国南车集团公司制造 由其下属的 四方机车车辆股份有限公司和青岛四 方一 庞巴 迪 加拿 大 一 鲍尔铁路运输设备有限公司 B S P 研发生产 与 平原旅客列车相比 高原旅客列车有许多独特的技术创 新 为应对高原反应的缺氧 首次配备了制氧系统 供氧 方式为两补 一种为弥散式供氧 通过混合空调系统中的 空气 供氧 使每节车厢的 氧浓度达到2 3 5 一 2 5 即 富 氧2 6 一 4 1 使旅客如同 进人 氧吧 另一种为分 布式供氧 其氧浓度可达4 0 0 o 一 4 5 旅客可通过供氧面 罩直接吸取氧气 这是独立的接口 吸氧 以免旅客出现高 原反应 在高海拔地区 如果厨师遇到高原反应 可以戴 着氧气管吸氧继续烧菜做饭 车厢还能随海拔高度的变 化 调节氧气的含量 确保旅客乘车的舒适度 为保障 供 氧的有效性以及减少风沙 紫外线对旅客的伤害 高原旅 客列车采用 气密式 车体 结构 车门 采用 双唇 密封 结构 车窗双层玻璃具有防止紫外线入侵的功能 列车的 最高运行时速可达1 6 0 公里 南车集团四方公司自 主研发 的1 6 9 辆高原旅客列车 2 0 0 6 年6 月1 3 日 全部交验出厂 2 0 0 6 年7 月1 日 中国冶金报 据7 月3 日 4 日 西藏日 报 报道 进藏列车首 创了旅客列车供氧系统 车厢采用弥散式和分布式供氧 相结合的方式 每节车厢都单独设置了膜式制氧机 生 产含氧量3 5 4 5 的富氧空气 分布式供氧器就在旅客 的座位底下 插上吸管后 富氧空气就直接送到旅客的 鼻腔中 弥散式供氧是将制氧机产生的浓度约为4 0 左 右的富氧空气送人主风道 使车厢的氧浓度达到2 5 左 右 满足大部分旅客的供氧需求 据7 月5 日 杭州 都市决 报 转载7 月4 日 新加坡 联 合早报 记者的报道 2 0 0 6 年7 月3 日 早上开始 笔者感 觉到轻微头痛和胸闷 这是典型的高原反应 进入海拔 5 0 7 0 米高的 唐古拉车站 记者看到许多人开始戴上吸氧 器 有人开始吃 抗缺氧药 为了 保险 笔者也向 乘务员要 了一个吸氧管 吸了半个小时后 头痛和胸闷明显减轻 据7 月3 日 甘肃日 报 记者随 访兰州首趟进藏火 车报道 车体采用全密封制氧 车窗上方安置了弥散式 制氧设备 座椅下方有一个白色小盒 当旅客感到不适 呼吸困难时 可以用氧气管直接插人盒内的插孔 实现 快速供氧 火车上的空调 通风及制氧设备 全部采用 自 动化控制 青藏铁路建成通车了 它创造了世界铁路建设史上 的多个奇迹 谱写了人类铁路建设史上的光辉篇章 高寒缺氧 多年冻土 生态脆弱 三大难题全都破解 环保投资1 5 4 亿元 全线建了3 3 个野生动物通道 生 态保护卓有成效 数十万建设大军的气慨 业绩 铸成 了 挑战极限 勇创一流 的青藏铁路精神 这是宝贵 的精神财富 气体分离设备行业的变压吸附制氧机与膜 分离制氧机与雪域高原实际环境相结合的研究开发 因 地制宜地为青藏铁路作出了创新性的贡献 攻克了高寒 缺氧的世界难题 实践再次告诫我们 科研必须与实践 相结合 才会创造奇迹 气体设备制造厂家与气体厂 家 必须走出去主动