船舶舱室空气再生技术现状与研究展望

2020-01-14杨威李斌霍美娴申张钊

化工管理 2020年3期

杨威李斌霍美娴申张钊

（1.陕西航天西诺美灵电气有限公司，陕西西安710025；2.西安航天动力测控技术研究所，陕西西安710025）

随着现在科技的不断发展，人们对于周围生活的环境要求越来越高。不管是民用的船只还是军用的舰艇都需要进行舱室的空气的调节再生，并且随着船只的快速更新换代，这项工作变得越来越复杂困难，所以船舶舱室的空气再生技术的重要性显而易见。具体来讲，它的重要性主要体现在以下方面：对于一艘船只来说，如果没有相应的舱室空气调节再生技术，那么它舱室内的氧气将会在较短的时间内消耗殆尽，二氧化碳的浓度同时急剧提高，从而舱室丧失了能够允许人类正常生活与工作的环境条件，保证工作人员的正常生活与工作这一点对于潜艇和水下深潜器等深潜船只至关重要，哪怕是一些在水面上航行的船只，没有船舶舱室空气再生技术，其船内的空气环境也将很快进行恶化，自然情况下的通风和人工通风的效果并不能保证满足要求，所以所有具有舱室的船只，都需要配备相应的空气调节再生技术。在国内外的研究中，已经有着很多种实用的方法，虽然各有优势，但是都有着各自的缺陷与不足，本文简要分析了这些方法并讨论了基于海洋生物的船舶舱室空气调节再生新技术。

1 船舶舱室空气再生技术的重要性与复杂性

一个完美的船舶舱室空气调节再生技术并不容易实现，其实现困难之处在于：在几十乃至几百米深的水下补充氧气并不容易实现，所以空气的循环调节再生是比较现实的一种解决方法。该技术必须要维持舱室内氧气以及二氧化碳的合适浓度比，毕竟我们应首要考虑舱室内工作人员的正常生活与工作，而氧气是其最基本的生活条件。在补充氧气的同时，我们也应考虑到气体味道对于工作人员的影响，空气环境应尽量保持与陆地相同，以免工作人员产生不适应感，从而影响工作效率。而调节再生后的空气，也应该满足各种严格的船舶舱室热湿规范要求。由此可见船舶舱室空气调节再生技术的重要性和复杂性。

2 船舶舱室空气再生的现有主要技术

2.1 特种氧化法

这种方法是在当今世界上最常用的空气再生方法。其原理是利用过氧化钾，过氧化钠，超氧化钾，超氧化钠等特种氧化物进行化学反应，从而实现空气的化学再生，其中过氧化物的氧化能力远胜强氧化剂，而超氧化物的氧化能力比氧化物还强，这些化学物质不仅在温度升高时释放氧气，并且与空气中的二氧化碳，水蒸气接触的时候也会将其吸收并放出大量氧气。目前在国内外已经有大量的密闭环境广泛使用特种氧化法来进行空气转换调节，执行产生氧气，转换过量二氧化碳和水蒸气的任务。

2.2 氧烛法

氧烛的全名叫做化学生氧蜡烛，其主要以碱性金属的氯酸盐和高氯酸盐作为主要原料，然后加入部分燃料粘接剂进行调配，制成形如蜡烛的供氧材料。相较于其它空气调节方法，氧烛法的优点在于其具有极高的稳定性，在氧烛的燃烧过程当中能够稳定的供给氧气。但是在燃烧过程当中应注意远离易燃易爆物品，以免引发火灾。以碱性金属的氯酸盐和高氯酸盐作为原料制成的氧烛，燃烧的放氧量趋近于同等体积的液态氧气。由此可见，氧烛法具有高效产氧的特点。在目前的西方国家，通常使用这种方法在常规潜艇中作为主要供氧方法，而在一些核潜艇上则作为应急供氧措施，同时在其它密闭的地方，该种方法也可以作为应急供氧装备。

2.3 高压氧瓶法

高压氧瓶法主要分为两大类，第一类在瓶子中直接储存纯氧气，在减压后释放出来提供呼吸使用。而该类氧气瓶普遍运用于医学航空，潜水员也会携带氧气瓶进行潜水，以便维持水下呼吸。在军用潜艇上普遍都携带有大量的压缩氧气，这也是潜艇应急供养的一种方法，因为这种方法能够快速的向舱室内进行供氧，所以在发生了重大事故后，使用压缩空气可以维持舱内工作人员一定时间内的生命安全。而基于气态氧气罐携带不便，体积较大的缺点，人们发明出了液态氧气瓶，在零下183 度的时候，氧气成液态，相较于气态，显而易见液态氧气罐更容易携带。并且在相同体积的情况下，液态氧气的密度大约是气态氧气的1000倍，所以液态氧气罐可用的氧气远远大于气态氧气罐。随着技术的发展，部分潜艇已可以将液态氧气罐挂置在潜艇外部，因此这种供养方法可以在常规的潜艇上广泛的使用。

2.4 电解水法

相较于以上几种当舱室空气调节再生方法，电解水法是目前应用最广泛的一种方法。该法的原理是利用电流将水分解成基本元素氢和氧，再通过氢气分离器和氧气分离器进行分离后，经过一系列纯化、分离、冷却。剩余的液体返回电解槽进行循环利用，而氢气和氧气则被释放出来，用于舱室工作人员生活所需。该法主要优点是取材方便，原理简单，所以在航空航天化工，潜水等许多行业都普遍运用这一方法进行制氧。

3 现有技术存在的主要不足分析

在现有的空气再生方法中，如特种氧化法，氧烛法，高压氧瓶法，电解水法等，这些方法虽然都已经得到了普遍的认可与运用，但依旧存在着各种各样的不足之处，总结起来主要体现在以下方面。空气清新度不足要求在长期的水下生活中，舱室工作人员对于空气的要求十分严格，利用以上化学方法进行空气调节，并不能保证空气的清新程度，长时间呼吸这种空气，可能会产生焦躁疲劳，工作效率下降等不良反应。进而可能会引发一些不堪设想的严重后果。由于潜艇体积十分有限，不仅要携带空气调节装置，还需要携带各种武器食物等等，所以空气调节装置的体积也是一项重要的参考指标。高压氧瓶中储存的液态氧气，其对于温度的要求十分高，必须要有可靠的保温技术。氧烛燃烧生成的气体，也会有其他杂质，必须进行过滤呼吸。电解水法也需要消耗大量的电能，其装置体积庞大，不易携带。从再生的原则来看，以上几种方法都有种种不足，而这也是我们所克服的困难所在。

4 海洋生物再生的原理

由于采用化学和物理的方法，均无法完美满足空气调节再生的要求，所以基于海洋生物的船舶舱室空气调节再生技术应运而生，在自然界中存在一种特定的海洋藻类，其可以用专门设定的方式呼吸空气中的二氧化碳释放氧气来供给舱室工作人员使用，与此同时空气中的杂质也可以被海洋生物进行吸收，使空气环境得到改善。根据有关资料显示，使用海洋藻类，实现船舶舱室空气调节再生是完全可行的，这无疑证明了海洋生物空气再生技术的广阔前景。