矿用救生舱制冷制氧系统调研分析报告.docx

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矿用救生舱制冷制氧系统调研分析报告

矿用救生舱制冷制氧系统调研分析报告

从7月26日到8月10日期间，王总、付院、穆总、陆工、刘工、李工、崔工一行7人调研了河南新太行电源有限公司（755厂）、济宁市众力矿山设备制造有限公司、北京恒信化工有限公司（化工四厂）、北京尼克福斯阀门科技有限责任公司、兰州空间技术物理研究所（510研究所）、南阳市一通防爆电气有限公司等救生舱产品配套件企业，并与国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局通信信息中心主任关于救生舱产品市场、技术特点及认证等相关事宜进行沟通。

现从各个配套件厂家情况、各系统技术特点及下一步行动方向等方面进行逐一介绍，具体如下：

一、各个配套件厂家情况

（一）河南新太行电源有限公司（755厂）

河南新太行电源有限公司始建于1956年,是我国“一五”期间兴建的第一个研制和生产各类碱性蓄电池专业基地。

是国家重点工程主要配套厂家，中国物理与化学电源行业协会副理事长单位。

其产品主要包括镉镍碱性蓄电池、氢镍圆柱蓄电池、锌银蓄电池、铁镍蓄电池、阀控式密封铅酸蓄电池、锂离子电池、充电器及碱性蓄电池专用设备共八大系列500多个品种。

其电池应用领域包括“蛟龙号”深潜器、战机、直升机、装甲车、鱼雷、动车组、地铁等军工及民用领域。

其中，我们重点调研的镉镍碱性蓄电池单体最大容量能够达到1200Ah，额定电压1.2V。

其特点主要有：

一是镉镍蓄电池容量衰减速度慢（半年衰减20%），可以半年充电一次；二是镉镍蓄电池使用寿命可以达到10年以上（中科院使用的蓄电池已经用了28年）；三是镉镍蓄电池需半年维护一次，主要考虑补水；四是单体镉镍蓄电池没有煤安证，可以随时申办。

通过与厂家的反复沟通多次，厂家均明确表示因厂内不具备加工能力及没有相关专业的技术人员，所以不做蓄电池组的防爆壳体。

（二）山东济宁市众力矿山设备制造有限公司

山东济宁市众力矿山设备制造有限公司是矿用电机车及其配套产品的专业生产厂家，主要针对酸性蓄电池组生产防爆壳体。

通过深入交流后，厂家表示没有能力制作我么要求的大容量镉镍碱性蓄电池组的防爆壳体，但通过现场学习，其壳体结构及其配件对我们设计有一定的借鉴意义。

（三）北京恒信化工有限公司（化工四厂）

北京恒信隶属于北京化学工业集团有限责任公司，以生产钾、钠系列精细化工产品为主，建有800吨/年金属钾生产装置，1000吨/年超氧化钾生产装置，500吨/年过氧化钠生产装置。

生产的超氧化钾广泛用于宇宙航天、潜艇航行、矿山自救器、海底探测、高原作业、消防抢险，产品远销美国、日本、南非、韩国、乌克兰等国家，国内生产超氧化钾的企业仅此一家，是亚洲最大的超氧化钾基地。

通过考察得知，我们购进的氧板名称为“65型钾空气再生药板”（2400元/箱，36片/箱），其与水、CO2反应后生成碳酸钾、氧气及释放一定的热量。

其化学方程式为：

。

再生药板反应后体积增大约为10%—20%；北京恒信经过试验测出，25片氧板可以满足为6人在

的密闭空间内提供12小时的供氧量；同时，其缺点为药板在反应的过程中释放出大量的热量，周围环境温度能达37℃；关于我们最为关心的如何避免药板与烃类有机物质接触产生火花的问题，北京恒信表示他们曾为军方供应过由类似要求的产品，如下图所示：

该制氧装置通过氧板与制氧箱体结合一体，其结构类似立起来的抽屉，抽拉打开即可应用。

保证药板不与任何固体物质接触，每箱可供4人24小时，售价1.2万左右（该价格是军方采购的价格）。

其中药板的成本仅为2千元左右。

北京恒信生产的超氧化钾生氧剂，除了65型钾空气再生药板外，还有粒状生氧剂及片状生氧剂，主要应用于隔绝式自救器及呼吸器使用。

与药板相比，粒状、片状生氧剂价格更低，反应更完全，但释氧量不易计算。

国内救生舱企业上海鹏燕在使用该再生药板，应用于软体救生舱；武船使用该再生药板作为备用氧源。

（四）北京尼克福斯阀门科技有限责任公司

该公司是专业从事管路设计，气路设计，管件阀门的产品供应商。

2010年介入救生舱领域，目前已经为辽宁卓异，龙煤卓异，兰州510所等救生舱企业提供了供氧系统、压风系统、泄压系统、风幕喷淋系统、洗气系统等救生舱配套系统。

（五）兰州空间技术物理研究所（510研究所）

兰州空间技术物理研究所1962年建所，隶属于航天科技集团第五研究院，是我国第一批直接从事空间飞行器研制的单位。

在真空、低温、空间电子等专业优势突出，建有“真空低温技术与物理”、“表面工程技术”2个国家级重点实验室。

针对救生舱市场，在今年8月3日成立了兰州泓瑞航天机电装备有限公司，该公司是兰州空间技术物理研究所的全资子公司。

其开发的非电力驱动生命保障系统2010年11月在龙煤机械装备公司通过了矿用救生舱真人试验，2011年4月通过了安标认证试验。

已经通过煤安认证的辽宁卓异也是使用该套技术（据称辽宁卓异是对龙煤卓异购买510所产品的研究后，自己研制的降温除湿及空气净化系统）。

510所的生命保障系统包括供氧单元、过渡舱空气净化单元及降温除湿及空气净化单元。

整套系统售价35.8万，供货期一个月，舱内安装需两周。

其核心技术为降温除湿及空气净化单元，通过

相变过程，驱动马达使舱内空气流动和循环，同时完成除湿及空气净化流程。

该系统中使用的

制冷剂中添加了航天制冷剂，使

的相变温度由通常的31.5℃提升到35℃。

（六）南阳市一通防爆电气有限公司

目前，南阳一通研制的蓄冰空调是市场上蓄冰空调的主导。

据称已有约百家救生舱企业使用该产品。

是目前被应用最多的制冷企业。

已经获得煤安认证的陕西重生就是使用该产品，青岛磐石已经完成了10人132小时的真人试验。

整套降温除湿系统由空调柜、空调控制系统、风机、风机控制系统、压缩机、电池、电池控制系统组成。

制冷剂采用氟利昂制冷剂；空调的结构及通风管道的布置形式，将根据用户救生舱的具体情况进行定制；12人120h的整套系统价格在13-14万之间；供货周期30-45天。

我们认为，在制冷效果、可靠性等方面，蓄冰制冷较

制冷有着很大的优势（在下面有两种制冷方案的对比）。

但是，该产品最大的问题是煤安认证问题。

通过沟通，我们发现南阳一通在整套产品的煤安认证方面，还差3个部分，分别为防爆风机、变压器及蓄电池。

防爆风机、变压器的煤安认证正在申办过程中，就差现场评审环节，申办认证应该问题不大。

蓄电池方面因国家标准迟迟没有出台，所以无从下手，蓄冰制冷也就无法获取煤安认证，进而影响救生舱企业获取煤安认证的进程。

（主要是国家煤安中心对蓄冰制冷的安全性、可靠性还存有疑问，如正在制冰期间发生矿难，所制成的冰量有可能不够，影响救生舱的防护时间。

蓄电池的情况类似，特别是制冷、空气净化系统如果也需要蓄电池驱动，在电池电量不足的情况下，就会使救生舱内的环境不适于避难人员的生存。

这是因为蓄电池需要定期充电、维护，在这个时间段内发生事故就会影响救生舱的防护功能）。

二、各个系统的技术特点

（一）降温除湿系统的技术特点

●蓄冰制冷

1.制冷效果好，受外界温度影响不大；

2.较CO2制冷而言，蓄冰制冷系统体积小。

满足10人5天的空调柜体积约为2.7mX0.8mX2m，可以根据客户的要求采用整体式或分体式；；

3.电池标准未出台，煤安认证受影响；

4.电池充电存在隐患。

5.能够控制救生舱内的湿度，但效果不如CO2制冷。

需要加干燥剂除湿。

●CO2制冷

1.无源，节省电力，本质安全型；

2.可靠性高；

3.较蓄冰制冷而言，CO2制冷体积大。

12人120小时需50个气瓶；

4.CO2在高温的环境下，制冷效果会受影响，对钢瓶内的气体是否具有制冷效果无法观测，有爆炸的隐患；

5.CO2在相变的过程中，驱动电机（轴向密封）、散热密封存在泄露的隐患；

6.CO2直接排放到巷道中，会对人员的逃生造成影响；

7.2-3年维护一次，管路密封性好，泄漏量可控制在10-7数量级；

8.一瓶30Kg的60L的制冷剂开两路可提供12人使用2h;

9.能够控制救生舱内的湿度在75%以下。

10.除陕西重生外，另外几家获得救生舱试验煤安证的厂家都采用CO2制冷。

11.CO2制冷系统中的液态CO2能够驱动风机，为救生舱内环境提供空气循环，并能够与空气净化系统形成整体组件，从而实现舱内的空气净化。

●化学制冷

1.乙醇+水制冷，效果不高；需要的制冷剂量大，救生舱内难以储存;

2.在成本、安全性等方面性价比高；

3.安标不予表态，难推广；

4.产生次生污染气体（氢氨）；

5.可作为辅助制冷。

●压缩机制冷

1.电池标准未出台，不能申办煤安证；

2.电池隔爆箱问题；

3.制冷产生水的问题；救生舱内的湿度难以控制，如采用干燥剂所需的量也很大。

4.冷凝器防护问题。

（二）供氧系统的技术特点

●化学制氧（超氧化钾）

1.易生成火花，使用时避免与有机物接触。

申办安标问题较大，需自行研制出一个类似军用制氧箱的装置，避免与有机物接触；如采用制氧箱，一是增加成本，二是增加体积。

2.

在反应的过程中释放出大量的热量，周围环境温度能达37℃；增加降温系统的负担。

3.25片氧板可以满足为6人在

的密闭空间内提供12小时的供氧量；使用寿命15年；

4.产物生成钾碱，具有吸潮杀菌作用；

5.安标中心态度暧昧，不支持、不反对，一定程度上会影响煤安申办进行（国家安监局通信中心王宇主任观点）。

●压缩制氧

1.制氧技术成熟；

2.安标中心认可；

3.有一定的危险性；

4.12人，120h需8个氧气瓶。

（三）空气净化系统

1.主要针对CO和CO2气体的去除；

2.吸附CO2气体时，放热量按10人96小时计算，大概是2人的放热量；

3.CO2吸附剂约为160Kg，CO吸附剂约为7Kg，CO吸附使用霍加拉特。

下一步工作规划：

现在有4家已经申请MA证，另有6至7家预计年底前能完成MA证申办工作。

已申办4家在配置方面：

1.制冷3家采用二氧化碳制冷（目前MA认可此种方式制冷），1家采用蓄冰制冷（跟随十一五课题通过的MA认证，现在对蓄冰空调MA不予审批）；

2.制氧方面均采用压缩氧，供氧量均以满足12人以下、96h生存。

通过8月2日在北京与王宇（国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局通信信息中心主任）沟通以及这半个多月的走访调查得知：

①化学制氧—国家煤安中心现在对化学制氧态度不明确，既不肯定也不否定，如果以化学制氧为主要氧源，整舱在申请MA认证中周期会很长；

②蓄电池—国家未正式颁布救生舱用蓄电池的标准，只是在意见稿中提及可用磷酸铁锂蓄电池，不可用镍氢、镍镉蓄电池。

故建议对制冷和供氧采取两步走：

一方面国家有可能提高救生舱行业进入门槛，应尽快以现有安标认证的技术路线，采用压缩氧、二氧化碳制冷，快速申办MA证，进入市场。

另一方面，采用化学氧及蓄电池提供动力源的电力空调继续加以研究。

在确定供氧方式、制冷方式后，研究确定其它各功能部件的结构形式，再确定舱体结构形式，设计舱体并进行舱体抗冲击能力的有限元分析计算，并着手编制申请煤安所需的各种技术资料，在适当时机进行各部件性能试验、救生舱真人试验，并向煤安中心申办煤安证。