某船气调保鲜装置的安全分析与优化1

吴大维，王振强，黄雪平

（中国卫星海上测控部，江苏无锡 214431）

0 引言

随着科技的进步，人类对大洋的开发和探索不断深入，各类大型船舶应运而生。近年来，船员在海上作业的时间越来越长，为保证食物的新鲜和饮食的健康，某船安装了气调保鲜装置。该装置一方面可通过制造氮气来降低氧气含量，另一方面能起到制冷效果，可有效解决蔬果的保鲜问题。然而，该装置在使用过程中也呈现出一些问题。本文分析气调保鲜装置的安全性并对其进行优化设计，最终确定安全设计理念和执行方案。

1 设备简介

根据某船蔬果贮藏的实际需要，设计并安装气调保鲜装置。该装置将气调、冷藏和控制等多种功能进行模块化集成，具有安装方便、操作简单、保鲜效果好、自动化程度高、运行稳定性好、通用性好，以及可维修性强等优点。

按系统功能划分，气调保鲜装置可分为气调系统、冷藏系统及控制系统。

气调系统主要功能是精确控制保鲜装置空气环境中的氧气、二氧化碳和乙烯含量，以及空气湿度，使其稳定处于相应的指标范围内，以满足贮藏单元空气环境的相关要求，达到蔬果贮藏长期冷藏保鲜的作用。气调系统在保鲜装置外部另配有空气压缩与膜组分离设备，为该装置提供持续不断的高纯度氮气。

冷藏系统主要功能是提供一个封闭的贮藏空间，该空间具有良好的气密性和隔热性。在装置内部，冷藏系统与气调保鲜单元共型设计，为气调保鲜单元提供应需的冷源和内部通风，保证蔬果贮藏具有相对稳定且适宜的环境温度。在装置外部，冷藏系统另外配有制冷机组，利用制冷压缩机将制冷剂进行压缩，把制冷剂送入冷凝器。制冷剂的热量被冷却水带走，由气态变为液态；然后，液态制冷剂经热力膨胀阀进入蒸发吸收库，吸收热量变成气态，再被压缩机吸收。如此循环往复，可为保鲜库提供持续不断的冷源。

控制系统的主要功能是实现对装置内空气环境指标的监测分析，并据此实现对整个系统及参数的精准控制。

2 问题描述

在安装气调保鲜装置后，部分工作人员在蔬果整理作业过程中有时会产生头晕、心慌和呼吸困难等不适症状，该问题引起了高度重视。

根据气调保鲜装置工作原理，结合相应舱室空间狭小的特点，认定舱室含氧量较低，装置内气调保鲜单元空气环境含氧量极低是造成上述问题的主要原因。作业时，工作人员因缺氧出现不同程度的身体不适。

氧气是我们赖以生存的基本保障。一般海拔条件下空气中正常氧含量为21%，低氧环境会对人体造成不同程度的伤害，严重时甚至危及生命。根据《环境空气质量健康标准》和相关事故统计资料，不同空气含氧量对应的症状表现见表1。

表1 不同空气含氧量对应的症状表现

3 安全分析

3.1 基本布置

气调保鲜装置舱室布置情况见图1。某船气调保鲜舱室尺寸为15 m×7 m×2.7 m（长×宽×高），在舱室内均匀放置12个保鲜库，每个保鲜库的尺寸为5.4 m×1.8 m×2.2 m（长×宽×高）。

图1 气调保鲜装置舱室布置图

3.2 系统分析

根据分析，缺氧主要是气调系统造成的。为保证蔬果保鲜，气调系统利用制氮装置将空气中的氮气和氧气分离，制取得到高浓度氮气，然后将其充入气调保鲜库进行气体置换，以达到低氧状态。当船员进入作业时，若氮气未及时排除，那么极容易造成安全隐患。

3.3 问题排查

保鲜库结构封闭，内部和外部均无通风措施。工作人员在进行摘取蔬果作业时，作业环境内的氧气浓度需要由外部机械来提供。健康指标要求规定：正常情况下，作业环境的氧气含量不得低于 20%；极端情况下，作业环境的氧气含量不得低于 18%。为达到要求，一方面需要有良好的外部机械通风环境，另一方面需要在人员作业时提前打开库门，保证自然对流强度，以降低库内氮气含量，提高氧气含量，进而达到要求。

舱内气调保鲜装置布置较为密集，机械送风口和排风口数量较少，且位置离保鲜装置较远。此外，装置外机械通风对装置内自然对流的改善作用不够明显。因此，人员作业区的氮气和氧气含量距离健康标准相差很远。人员作业时，在舱室和保鲜装置内的关键位置，经常会发生氧气含量无法保证人员健康要求的情况，极易导致作业人员身体不适，并造成相应形式的人体伤害。舱室和保鲜库内含氧量随气调保鲜装置运行时间的变化情况见表2。

表2 舱室和保鲜库内含氧量随气调保鲜装置运行时间的变化情况

4 优化设计

为保证船员能在安全舒适的环境工作，通过更改舱室布局、优化通风系统和安全监控系统等方式来改善特殊工位的空气环境。

4.1 通风系统优化

在每个保鲜库门口增加通风，改善通风效果。然而，由于保鲜舱室空间狭小、位于船底层、舱室结构复杂，以及风口位置特殊等原因，通风管路无法铺设，故无法达到设计要求的效果。

4.2 系统功能改善

可利用高压空气瓶将制氮装置分离出来的氧气收集起来，并通过铜管分布到每个保鲜库中。在保鲜库门上安装执行器，执行器在开门瞬间将空气瓶中的氧气送入保鲜库中，在提供船员安全使用的同时，也不会对舱室空气含氧量造成影响。

为进一步加强人员作业安全，可在保鲜库安装氧气监控报警系统，以实时掌握保鲜库的含氧状态。当库门打开时，若含氧量低于安全作业要求，则监控系统触发报警提示。待氧气充注完毕，保鲜库含氧量达到正常作业要求时，报警停止，可正常作业。

4.3 执行方案

当气调保鲜装置在正常工作时，制氮装置制取氮气充入库中，使蔬果达到长期的保鲜效果。在船员进行蔬果作业时，装置停止，氧气监测报警系统发出声光报警。同时，空气瓶中的氧气迅速充入库中，用以中和库中氮气。3 s后，氧气监测报警系统检测正常，停止报警，人员正常进行蔬果作业。这样既能保证船员在舒适安全的环境下作业，也能保证蔬果长期保持新鲜，同时也不会对其他舱室的空气环境造成影响。

5 结论

本文阐述了某船最新投入使用的气调保鲜装置的设备原理，提出并分析了因空气分离导致的人员缺氧的安全问题，分析了气调保鲜装置的安全性并对其进行优化设计，最终确定了安全执行方案。