[圖文]在生命禁區創造奇跡

　　高原制氧機

　　7月1日，青藏鐵路全線通車。工程創下了多項世界紀錄，其中在被稱為“生命禁區”的風火山修建的風火山隧道是目前世界上海拔最高的隧道。“來到風火山

，三魂已歸天”，高原上的千古民謠并非夸大其詞。這里海拔4905米，氧分壓最低為10.8千帕，比人類能夠生存的極限還低1.2千帕，空氣氧氣濃度只有平原地區的50%。顯然，人類在風火山根本無法生存。然而，敢于挑戰極限的中國人卻創下了在“生命禁區”施工連續兩年無一例因高原病死亡的奇跡。立下汗馬功勞的就是高海拔變壓吸附制氧技術和據此研制的大型制氧機。

　　被3萬名青藏鐵路施工人員喻為“大救星”的高原制氧機到底是一種怎樣的裝置，它是如何發揮神奇功效的？近日，本報記者專訪了該技術發明人——北京科技大學氣體分離工程研究所所長劉應書教授。

　　“千里馬”遇“伯樂”

　　劉應書從事氣體分離工程研究已經很多年了，高原制氧項目是他的一個研究方向。“從1999年開始我們就著手研制供家庭使用的小型高原制氧機。2001年7月，從報紙上得知青藏鐵路開工的消息后，我感到這是我們的研究成果得以推廣應用的絕好機會，于是就派人到風火山推銷我們研制的小型制氧機。”但與施工方接觸的情況讓劉應書陷入沉思。“研制一個巨大的制氧站，像鍋爐供應蒸汽一樣源源不斷向施工現場和宿舍輸送氧氣。”中鐵二十局青藏鐵路工程指揮部指揮長況成明的設想讓劉應書也覺得有些大膽。這樣大的制氧機自己從來沒見過，也從來沒想過，查閱資料，海拔5000米以上的制氧機全世界也沒有先例。但劉應書知道，在風火山那樣的地方，氧氣對于人們意味著什么。劉應書第一次來到風火山時，缺氧讓他整夜整夜失眠，“那是11月，穿著厚厚的棉衣還是冷得厲害。在那里，吃飯夾菜這個簡單得不能再簡單的動作卻能讓人累得喘氣。”劉應書在施工現場看到，施工人員都背負著5千克重的氧氣瓶工作，不僅增加了負擔，氧氣容量也不能滿足施工人員對氧氣的需求。由于工人缺氧嚴重，風火山隧道的開鑿工作進度極其緩慢，每天只能前進2米。

　　“既然小的能做，大的也能做，原理都一樣嘛。劉教授，你要是把我們這個制氧站搞出來了，你就是世界制氧第一高人啊。”風火山的所見所聞和與況成明的一番對話讓劉應書下定了研制大型制氧機的決心。

　　艱苦的測試研究

　　劉應書與中鐵二十局的負責人一起，創造性地提出了有壓吸附、低壓解吸的變壓吸附制氧工藝和“隧道掌子面彌散供氧和隧道氧吧車供氧的新方法”，也就是空氣經過濾器凈化后進入空氣壓縮機壓縮，經過后冷器冷卻后進入變壓吸附制氧機，將空氣中的氧氣、氮氣分離，氮氣排除到室外，高濃度的氧氣進入制氧機的儲氣罐。

　　“先要用小型制氧機制出氧氣來，但不是想制出來，就能制出來的。”劉應書上山后，首先進行了多次小制氧機的試驗。這些實驗雖然在內地已經進行了很長時間，但是真正上山后，他發現制氧機的功率與內地相比存在很大差別。劉應書介紹，在海拔5000米的高原，制氧效率只是內地的40%～50%。也就是說，在內地每小時能產生100立方米氧氣的制氧機到了高海拔地區，只能產生40～50立方米了。“我們從來沒有在如此高海拔的地方嘗試過，許多在內地根本不是問題的小事情到了這里卻成了難以解決的大問題。比如制氧效率隨著海拔高度變化的規律；制氧系統在高海拔環境下能否正常運作。”

　　為了測試設備在高原地帶的運行規律，劉應書前后20多次到風火山實地考察，最長的一次在風火山住了近一個月。“到底實驗了多少次，我自己也記不清楚了。”2001年7月開始，劉應書帶著研究隊伍沿著青藏鐵路尋找有電的地方，在海拔不同的地方進行機器測試。從海拔3000米到4000米再到5000米，從西寧、格爾木，一直到西大灘、納赤臺，最后到風火山，前后共有100多人次參加了實地測試。每到一處，都需要將儀器從車上抬下來，組裝后反復測試制氧機的狀態，反復進行調整。“這些工作在內地并非難事，但在青藏高原，卻是對人類身體和毅力的挑戰。僅僅是將儀器從車上抬下來就會讓人頭昏目眩，需要休息好半天。”每處的測試有的需要幾個小時，有的甚至需要幾天才能完成。

　　通過在不同的海拔高度進行測量和大量的實驗研究，揭示不同海拔地區氧氣濃度與產氧量的關系，研究組首次取得了變壓吸附制氧裝置的高原效率曲線和氣源容量匹配曲線，為高海拔地區變壓吸附制氧提供了設計依據。

　　創造高原制氧奇跡

　　2001年11月28日，經過了200多次試驗，大型制氧機和隧道氧吧車誕生了。制氧機由氣源系統、分離系統、氧氣供應系統、控制系統、溫度調節系統組成，僅制氧部分大小就為3米×1.5米×2.5米，如何把這個“大家伙”運上去，又是一大難題。“我們采用了分塊運輸的方法。就是把機械分塊后，用汽車運上去，之后我們再到上面進行組裝，把管道連起來，然后把水電接好，安裝好后調試運行。”整個過程下來，光組裝就花費了一個多月的時間，組裝好的設備占地面積足足有200平方米。“光組裝制氧機就可以說是一個工程了。”

　　全長1338米的風火山隧道，一共采用了兩臺大型制氧機，從隧道的兩個洞口源源不斷地把氧氣輸送進去。制氧站每小時制氧超過40立方米，能保證職工每天吸氧2小時。它的建成，徹底改變了傳統的背負氧氣瓶的供氧方式，在整個隧道里面實現了彌漫式供氧，洞內氧氣濃度達到92%以上，相當于把海拔高度降低了1000米，大大緩解了工人的高原反應。

　　工人們采取幾班輪流工作，每次大概工作兩個小時，然后就可以在隧道氧吧車里吸氧。隧道氧吧車是劉應書的另一項發明，工人干累了可以到氧吧車去休息，通過鼻吸管直接吸氧，很快就可以恢復體力，繼續工作。

　　有了劉應書的制氧機，風火山隧道的施工速度由以前的每天掘進1～2米提高到了每天5～8米，風火山隧道提前10個月完工。

　　這項技術很快在青藏鐵路全線推廣，一共建造了17座這樣的大型制氧站。劉應書自豪地說：“就是因為我們把制氧的問題解決了，整個青藏鐵路建設過程中沒有一個工人因為缺氧和高原病死亡的，這也算是一個世界奇跡了。”

　　風火山隧道建成了，青藏鐵路通車了，劉應書又開始了新的研究。隨著鐵路的開通，前往西藏旅游的人數將大大增加，當地的旅游業也必將快速發展。劉應書正準備將自己的研究成果運用到高原的賓館中，就像在賓館里安裝中央空調輸送冷氣一樣，將氧氣也輸送到賓館的每個角落；為了減輕旅客的高原缺氧反應，他們還將研制便攜式的制氧機，這樣旅客就不用擔心隨身帶的氧氣會用完了。相信不久的將來，缺氧將不再成為通向世界屋脊的障礙，人們也能像在平原上一樣隨時隨地享受到充足的氧氣。