Компрессорное оборудование

Существуют несколько методов приготовления NITROX (кислородно-азотной газовой смеси по отечественной терминологии):

- метод смешивания по парциальному давлению;

- метод динамического смешивания;

- метод удаления азота из атмосферного воздуха.

Выбор того или иного способа приготовления и перекачки газовых смесей определяется в основном составом смеси, которую желают получить, имеющимся оборудованием, а также мастерством и профессионализмом специалистов, производящих смешение.

Важным при приготовлении искусственных газовых смесей является тщательный газовый анализ. При этом важно достаточно точно определить процентное содержание кислорода в смеси для избежания риска кислородного голодания (гипоксии) или кислородного отравления (гипероксии).

1. Смешивание по парциальному давлению.

Это самый распространенный метод приготовления NITROX, отличающийся относительной дешевизной, простотой, портативностью, позволяющей работать даже в полевых условиях. Несмотря на то, что точность этого метода весьма сомнительна, он вполне обеспечивает устойчивые, воспроизводимые результаты.

Метод основан на том факте, что процентное содержание конкретного газа в газовой смеси прямо пропорционально его парциальному давлению в смеси.

В отечественной практике (главным образом в ВМФ) в пустой баллон сначала перепускают воздух (или азот) из транспортного баллона или группы баллонов, а затем кислород до конечного давления. Такой способ значительно снижает опасность воспламенения кислорода и взрыва, однако требует использования дожимающего кислородного компрессора. Из отечественных кислородных дожимающих компрессоров известны компрессор с электроприводом КД-3М и ручной компрессор ВКП-300. Однако они обладают малой производительностью, т.к. в основном предназначены для наполнения малолитражных баллонов изолирующих дыхательных аппаратов. Кроме того компрессор КД-3М ненадежен и часто выходит из строя.

За рубежом используют, в основном, обратный способ, т.е. сначала из баллонов с чистым кислородом в баллон дыхательного аппарата перепускают определенное количество кислорода. Скорость перепуска обычно не превышает 5 атм/мин для предотвращения нагревания кислорода. После того, как достигнуто необходимое давление кислорода, баллоны охлаждают и добавляют требуемое количество воздуха, дожимая его обычным воздушным компрессором. Как видно, этот способ не требует использования дорогостоящего дожимающего кислородного (безмаслянного) компрессора. Однако этот способ требует высокой очистки воздуха, добавляемого в кислород. Эта степень очистки должна быть на порядок выше, чем очистка воздуха, используемого для дыхания. Такую очистку воздуха не могут обеспечить фильтры типа ФВД-200 или штатные фильтры компрессоров дыхательного воздуха, поэтому для этих целей используют специальные фильтры, позволяющие очищать воздух в очень высокой степени, в основном от углеводородов.

В обоих случаях давление в баллоне, в который перепускают газы, контролируют по манометру. После остывания смеси в баллоне давление в нем уменьшается и, соответственно, изменяется процентный состав газовой смеси, первоначально полученной по показаниям мано-метра. Необходим некоторый опыт для учета влияния температурного перепада газовой смеси на ее состав.

Преимуществом рассмотренного метода является то, что он позволяет приготовить NITROX с практически любым содержанием кислорода.

2. Метод динамического смешивания.

Суть этого метода в инжектировании кислорода в воздушный поток при атмосферном давлении. Смесь подается через смеситель на вход обычного воздушного компрессора для дыхательного воздуха, а оттуда - в баллоны или газовые хранилища. На выходе смесителя устанавливают газоанализатор, регистрирующий процентное содержание кислорода в смеси. В установке предусмотрена возможность изменять скорость инжекции кислорода в воздушный поток для того, чтобы получать NITROX различного состава.

Безмаслянный компрессор требуется в случаях, когда необходимо приготовить NITROX с содержанием кислорода свыше 50%. При содержании кислорода в смеси ниже 40% для «забивания» смеси в баллоны можно использовать обычный воздушный компрессор дыхательного воздуха. При этом крайне важно обеспечить однородность газовой смеси, т.е. тщательно смешать кислород с воздухом, в чем, собственно и состоит основное назначение и особенность конструкции устройств, предназначенных для динамического смешивания.
Метод динамического смешивания имеет ряд преимуществ над смешиванием по парциальному давлению. Во-первых, он избегает проблем, связанных с обращением с кислородом высокого давления, что, с одной стороны, уменьшает взрывоопасность, а с другой, позволяет использовать чистый кислород из баллона без остатка или вообще жидкий кислород. Во-вторых, точность этого метода несколько выше, так как при низком давлении газов различие между реальными газами и их идеальным приближением минимально. Еще одним преимуществом динамического смешивания является возможность изменения состава смеси в процессе приготовления за счет увеличения или уменьшения инжекции кислорода.

3. Метод удаления азота из атмосферного воздуха.

Существует еще один метод приготовления NITROX - метод удаления части азота из обычного атмосферного воздуха. Этот достаточно перспективный метод основан на использовании технологии пористых мембранных материалов, успешно используемых в медицине в течение длительного времени. Принцип действия прост: различные компоненты обычного воздуха имеют различную скорость прохождения через мембранный материал, которая определяется различной скоростью диффузии газов. Мембранный материал, состоящий из огромного числа волокон, разделяет входящий воздух на два потока - поток, обогащенный азотом, который удаляется в атмосферу, и поток, обогащенный кислородом, используемый для получения NITROX.

Преимуществами этого метода являются легкость и быстрота установки желаемого процентного состава смеси, очень высокая точность, длительный срок гарантии, возможность потребления воздуха как из баллонов высокого давления, так и хранилищ низкого давления, компактность и высокая производительность (до 9000 л/мин). Кроме того, к несомненным преимуществам относится отсутствие кислорода в системе и, следовательно, ее большая безопасность.

Устройства и установки для приготовления дыхательных газовых смесей представляют собой один из описанных выше способов.