Кислородный изолирующий аппарат

Кислородный изолирующий аппарат — это средство индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД), которое полностью изолирует органы дыхания человека от окружающей атмосферы и обеспечивает подачу дыхательной смеси из автономного источника. В отличие от фильтрующих противогазов, которые очищают вдыхаемый воздух, изолирующие аппараты создают замкнутый контур, не зависящий от состава и загрязнённости внешней среды. Основное применение — работа в условиях недостатка кислорода, при наличии токсичных веществ в высоких концентрациях, а также в средах, непригодных для дыхания (например, при пожарах, в шахтах, при ликвидации химических аварий).

Принцип действия

Кислородные изолирующие аппараты работают по замкнутому (регенеративному) циклу. Выдыхаемый человеком воздух, содержащий углекислый газ (CO₂) и водяные пары, не выбрасывается в атмосферу, а направляется в регенеративный патрон. В патроне происходит химическая реакция: CO₂ поглощается специальным веществом (обычно на основе гидроксидов щелочных или щёлочноземельных металлов, например, натронной извести или супероксида калия). Одновременно выделяется кислород, который поступает в дыхательный мешок. После очистки и обогащения газовая смесь снова подаётся на вдох. Таким образом, аппарат многократно использует один и тот же объём газа, компенсируя только потреблённый кислород и поглощённый углекислый газ.

История

Первые попытки создания изолирующих дыхательных аппаратов относятся к концу XIX века. В 1853 году швейцарский инженер Теофиль Гюйо (Théophile Guille) запатентовал устройство для подводных работ, использующее сжатый воздух. Однако практическое развитие кислородные изолирующие аппараты получили в горнодобывающей промышленности. В 1880 году немецкий инженер Бернхард Дрегер (Bernhard Dräger) основал компанию Drägerwerk, которая в 1904 году выпустила первый серийный регенеративный кислородный аппарат «Dräger 1904», предназначенный для спасения горняков после аварий в шахтах. В России первые образцы таких аппаратов появились в начале XX века. В 1912 году на Ижорском заводе началось производство аппаратов «Горноспасатель», разработанных инженером А. А. Бурдаковым. В советский период разработкой и совершенствованием кислородных изолирующих аппаратов занимались такие предприятия, как «Кислородмаш» (Москва) и «Сорбент» (Пермь). В 1930-е годы были созданы аппараты типа «КИП» (кислородный изолирующий прибор), которые стали основой для последующих поколений СИЗОД.

Классификация

Кислородные изолирующие аппараты классифицируются по нескольким признакам.

По принципу регенерации

С химически связанным кислородом (регенеративные). Наиболее распространённый тип. В регенеративном патроне происходит химическая реакция, при которой поглощается CO₂ и выделяется O₂. Примеры: КИП-8, КИП-9, «Урал-10», «ИП-5».
Со сжатым кислородом (дыхательные аппараты со сжатым кислородом). Кислород хранится в баллоне под высоким давлением (до 200–300 атм). Выдыхаемый воздух очищается от CO₂ в патроне с поглотителем, а кислород добавляется из баллона. Примеры: аппараты серии «АСВ-2» (аппарат со сжатым воздухом, хотя по конструкции близок к кислородным), «КИП-10», «Dräger PSS 7000».
С жидким кислородом. Кислород хранится в криогенной ёмкости при низкой температуре. Используются редко, в основном в авиации и космонавтике (например, в скафандрах).

По назначению

Горноспасательные. Предназначены для работы в шахтах и рудниках. Отличаются повышенной прочностью, устойчивостью к ударам и пыли. Примеры: Р-12, «Шанс-2», «ИП-6».
Пожарные. Используются пожарными для работы в задымлённой среде. Обычно имеют меньший вес и более компактные размеры. Примеры: ПТС «Профи-М», «КИП-8М».
Промышленные (аварийно-спасательные). Применяются на химических производствах, при ликвидации утечек токсичных веществ. Могут быть как регенеративными, так и со сжатым кислородом.
Спасательные (эвакуационные). Лёгкие, компактные аппараты, предназначенные для кратковременного использования (обычно 15–30 минут) при эвакуации из опасной зоны. Примеры: самоспасатели «Шанс-Е», «СПИ-20».
Медицинские. Используются в реанимации, анестезиологии, при транспортировке больных. Часто представляют собой портативные кислородные ингаляторы.

По времени защитного действия

Кратковременного действия (до 30 минут) — эвакуационные самоспасатели.
Среднего времени действия (1–2 часа) — большинство промышленных и пожарных аппаратов.
Длительного действия (4 часа и более) — горноспасательные аппараты и специальные модели для подводных работ.

Устройство и основные компоненты

Типичный кислородный изолирующий аппарат регенеративного типа состоит из следующих узлов:

Лицевая часть (маска, загубник или шлем-маска). Обеспечивает герметичное соединение с дыхательными путями. Шлем-маска закрывает всё лицо, защищая глаза и кожу. Загубник используется с носовым зажимом.
Дыхательный мешок. Резервуар для дыхательной смеси. Служит буфером между вдохом и выдохом, обеспечивая равномерную подачу газа.
Регенеративный патрон. Химический реактор, в котором происходит поглощение CO₂ и выделение O₂. Заполняется гранулами регенеративного вещества (например, натронной известью, супероксидом калия или надпероксидом натрия).
Клапанная коробка. Направляет поток газа: выдыхаемый воздух — в патрон, очищенный — в мешок, а затем на вдох.
Избыточный клапан. Сбрасывает избыток газа из дыхательного мешка, предотвращая его разрыв.
Баллон с кислородом (для аппаратов со сжатым кислородом). Хранит запас кислорода под давлением. Оснащён вентилем и редуктором для снижения давления до рабочего.
Манометр. Показывает давление в баллоне.
Корпус (ранец или сумка). Вмещает все компоненты, крепится на спине или поясе пользователя.

Применение

Горноспасательное дело

Кислородные изолирующие аппараты являются основным средством защиты горноспасателей при ликвидации аварий в шахтах. В условиях загазованности, обрушений и пожаров они позволяют работать в течение нескольких часов без доступа к свежему воздуху. В России и странах СНГ широко используются аппараты серии «ИП» (изолирующий противогаз) и «Р» (регенеративный).

Пожарная охрана

Пожарные используют изолирующие аппараты для работы в непригодной для дыхания среде (задымление, высокая температура, токсичные продукты горения). В России основным типом являются аппараты со сжатым воздухом (АСВ), но наряду с ними применяются и кислородные регенеративные аппараты, особенно при тушении пожаров в подземных сооружениях.

Промышленная безопасность

На химических, нефтехимических, атомных и других опасных производствах изолирующие аппараты применяются при аварийных работах, ремонте оборудования в загазованных зонах, а также как средства эвакуации. Они незаменимы при утечках аммиака, хлора, сероводорода и других токсичных газов, где фильтрующие противогазы неэффективны.

Медицина

В медицинских учреждениях кислородные изолирующие аппараты (часто в виде портативных кислородных ингаляторов) используются для оказания первой помощи при отравлениях, удушье, инфарктах, а также для транспортировки пациентов с дыхательной недостаточностью. В реанимации применяются аппараты ИВЛ, которые также могут работать по замкнутому контуру.

Подводные работы

Кислородные изолирующие аппараты (ребризеры) используются аквалангистами для подводных погружений. Они позволяют находиться под водой дольше, чем обычные акваланги со сжатым воздухом, и не выделяют пузырьков, что важно для скрытных операций (военные, научные).

Преимущества и недостатки

Преимущества

Полная независимость от состава атмосферы. Аппарат работает в любых условиях, включая среду с нулевым содержанием кислорода, высокими концентрациями токсичных газов, радиоактивной пылью.
Длительное время работы. Регенеративные аппараты могут обеспечивать дыхание до 4–6 часов, что значительно превышает время работы фильтрующих противогазов.
Отсутствие выброса вредных веществ в окружающую среду. Выдыхаемый воздух очищается и рециркулирует, что важно в замкнутых пространствах (подводные лодки, космические станции).
Возможность работы при высоких температурах. В отличие от фильтрующих противогазов, изолирующие аппараты не теряют эффективности при нагреве.

Недостатки

Большой вес и габариты. Аппараты длительного действия могут весить 10–15 кг, что затрудняет работу.
Сложность обслуживания. Требуется регулярная замена регенеративных патронов, проверка герметичности, зарядка баллонов.
Ограниченный срок хранения регенеративных веществ. Химические поглотители имеют ограниченный срок годности (обычно 3–5 лет) и требуют специальных условий хранения.
Риск теплового удара. Химическая реакция в регенеративном патроне выделяет тепло, что может привести к перегреву вдыхаемого воздуха.
Высокая стоимость. По сравнению с фильтрующими противогазами, изолирующие аппараты значительно дороже.

Известные модели

КИП-8 (Россия) — регенеративный аппарат со временем защитного действия 4 часа. Используется в горноспасательных и пожарных службах.
ИП-5 (Россия) — изолирующий противогаз для подводных работ, рассчитан на погружение до 7 метров.
Р-12 (Россия) — горноспасательный аппарат с химически связанным кислородом, время действия 4 часа.
Dräger PSS 7000 (Германия) — аппарат со сжатым воздухом, широко используется пожарными в Европе и России.
Shanxi Yuhua (Китай) — серия горноспасательных аппаратов, распространённых в угольной промышленности Китая.
Spiromatic (Франция) — регенеративные аппараты для подводных работ.

Интересные факты

Первый в мире кислородный изолирующий аппарат для подводных работ был создан в 1825 году английским инженером Уильямом Джеймсом. Он представлял собой медный шлем с баллоном сжатого воздуха.
В космонавтике используются кислородные изолирующие аппараты в скафандрах. Например, в скафандре «Орлан-МКС» (Россия) применяется регенеративная система, обеспечивающая до 10 часов работы в открытом космосе.
В 1950-х годах в СССР был разработан аппарат «КИП-6», который использовался для спасения людей из загазованных колодцев и цистерн. Он весил всего 4 кг и имел время действия 30 минут.
Регенеративные патроны на основе супероксида калия (KO₂) способны не только поглощать CO₂, но и выделять кислород при контакте с влагой, что делает их особенно эффективными.

Источники

ГОСТ Р 12.4.220-2001 «Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты органов дыхания. Аппараты изолирующие регенеративные. Общие технические требования».
«Средства индивидуальной защиты органов дыхания. Справочник» / Под ред. А. А. Бурдакова. — М.: Недра, 1985.
«История развития горноспасательного дела в России» / В. А. Баранов, А. И. Козлов. — М.: Горная книга, 2010.
«Пожарная техника. Средства индивидуальной защиты органов дыхания» / Ю. А. Голубев, В. В. Теребнев. — М.: Академия ГПС МЧС России, 2005.
Drägerwerk AG & Co. KGaA. «History of Dräger. 1889–2014». — Lübeck, 2014.
«Технические характеристики кислородных изолирующих аппаратов КИП-8, ИП-5, Р-12» (паспорта изделий, ОАО «Кислородмаш», г. Москва).

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →