[图文]在生命禁区创造奇迹

　　

　　高原制氧机

　　7月1日，青藏铁路全线通车。工程创下了多项世界纪录，其中在被称为“生命禁区”的风火山修建的风火山隧道是目前世界上海拔最高的隧道。“来到风火山 ，三魂已归天”，高原上的千古民谣并非夸大其词。这里海拔4905米，氧分压最低为10.8千帕，比人类能够生存的极限还低1.2千帕，空气氧气浓度只有平原地区的50%。显然，人类在风火山根本无法生存。然而，敢于挑战极限的中国人却创下了在“生命禁区”施工连续两年无一例因高原病死亡的奇迹。立下汗马功劳的就是高海拔变压吸附制氧技术和据此研制的大型制氧机。

　　被3万名青藏铁路施工人员喻为“大救星”的高原制氧机到底是一种怎样的装置，它是如何发挥神奇功效的？近日，本报记者专访了该技术发明人——北京科技大学气体分离工程研究所所长刘应书教授。

　　“千里马”遇“伯乐”

　　刘应书从事气体分离工程研究已经很多年了，高原制氧项目是他的一个研究方向。“从1999年开始我们就着手研制供家庭使用的小型高原制氧机。2001年7月，从报纸上得知青藏铁路开工的消息后，我感到这是我们的研究成果得以推广应用的绝好机会，于是就派人到风火山推销我们研制的小型制氧机。”但与施工方接触的情况让刘应书陷入沉思。“研制一个巨大的制氧站，像锅炉供应蒸汽一样源源不断向施工现场和宿舍输送氧气。”中铁二十局青藏铁路工程指挥部指挥长况成明的设想让刘应书也觉得有些大胆。这样大的制氧机自己从来没见过，也从来没想过，查阅资料，海拔5000米以上的制氧机全世界也没有先例。但刘应书知道，在风火山那样的地方，氧气对于人们意味着什么。刘应书第一次来到风火山时，缺氧让他整夜整夜失眠，“那是11月，穿着厚厚的棉衣还是冷得厉害。在那里，吃饭夹菜这个简单得不能再简单的动作却能让人累得喘气。”刘应书在施工现场看到，施工人员都背负着5千克重的氧气瓶工作，不仅增加了负担，氧气容量也不能满足施工人员对氧气的需求。由于工人缺氧严重，风火山隧道的开凿工作进度极其缓慢，每天只能前进2米。

　　“既然小的能做，大的也能做，原理都一样嘛。刘教授，你要是把我们这个制氧站搞出来了，你就是世界制氧第一高人啊。”风火山的所见所闻和与况成明的一番对话让刘应书下定了研制大型制氧机的决心。

　　艰苦的测试研究

　　刘应书与中铁二十局的负责人一起，创造性地提出了有压吸附、低压解吸的变压吸附制氧工艺和“隧道掌子面弥散供氧和隧道氧吧车供氧的新方法”，也就是空气经过滤器净化后进入空气压缩机压缩，经过后冷器冷却后进入变压吸附制氧机，将空气中的氧气、氮气分离，氮气排除到室外，高浓度的氧气进入制氧机的储气罐。

　　“先要用小型制氧机制出氧气来，但不是想制出来，就能制出来的。”刘应书上山后，首先进行了多次小制氧机的试验。这些实验虽然在内地已经进行了很长时间，但是真正上山后，他发现制氧机的功率与内地相比存在很大差别。刘应书介绍，在海拔5000米的高原，制氧效率只是内地的40%～50%。也就是说，在内地每小时能产生100立方米氧气的制氧机到了高海拔地区，只能产生40～50立方米了。“我们从来没有在如此高海拔的地方尝试过，许多在内地根本不是问题的小事情到了这里却成了难以解决的大问题。比如制氧效率随着海拔高度变化的规律；制氧系统在高海拔环境下能否正常运作。”

　　为了测试设备在高原地带的运行规律，刘应书前后20多次到风火山实地考察，最长的一次在风火山住了近一个月。“到底实验了多少次，我自己也记不清楚了。”2001年7月开始，刘应书带着研究队伍沿着青藏铁路寻找有电的地方，在海拔不同的地方进行机器测试。从海拔3000米到4000米再到5000米，从西宁、格尔木，一直到西大滩、纳赤台，最后到风火山，前后共有100多人次参加了实地测试。每到一处，都需要将仪器从车上抬下来，组装后反复测试制氧机的状态，反复进行调整。“这些工作在内地并非难事，但在青藏高原，却是对人类身体和毅力的挑战。仅仅是将仪器从车上抬下来就会让人头昏目眩，需要休息好半天。”每处的测试有的需要几个小时，有的甚至需要几天才能完成。

　　通过在不同的海拔高度进行测量和大量的实验研究，揭示不同海拔地区氧气浓度与产氧量的关系，研究组首次取得了变压吸附制氧装置的高原效率曲线和气源容量匹配曲线，为高海拔地区变压吸附制氧提供了设计依据。

　　创造高原制氧奇迹

　　2001年11月28日，经过了200多次试验，大型制氧机和隧道氧吧车诞生了。制氧机由气源系统、分离系统、氧气供应系统、控制系统、温度调节系统组成，仅制氧部分大小就为3米×1.5米×2.5米，如何把这个“大家伙”运上去，又是一大难题。“我们采用了分块运输的方法。就是把机械分块后，用汽车运上去，之后我们再到上面进行组装，把管道连起来，然后把水电接好，安装好后调试运行。”整个过程下来，光组装就花费了一个多月的时间，组装好的设备占地面积足足有200平方米。“光组装制氧机就可以说是一个工程了。”

　　全长1338米的风火山隧道，一共采用了两台大型制氧机，从隧道的两个洞口源源不断地把氧气输送进去。制氧站每小时制氧超过40立方米，能保证职工每天吸氧2小时。它的建成，彻底改变了传统的背负氧气瓶的供氧方式，在整个隧道里面实现了弥漫式供氧，洞内氧气浓度达到92%以上，相当于把海拔高度降低了1000米，大大缓解了工人的高原反应。

　　工人们采取几班轮流工作，每次大概工作两个小时，然后就可以在隧道氧吧车里吸氧。隧道氧吧车是刘应书的另一项发明，工人干累了可以到氧吧车去休息，通过鼻吸管直接吸氧，很快就可以恢复体力，继续工作。

　　有了刘应书的制氧机，风火山隧道的施工速度由以前的每天掘进1～2米提高到了每天5～8米，风火山隧道提前10个月完工。

　　这项技术很快在青藏铁路全线推广，一共建造了17座这样的大型制氧站。刘应书自豪地说：“就是因为我们把制氧的问题解决了，整个青藏铁路建设过程中没有一个工人因为缺氧和高原病死亡的，这也算是一个世界奇迹了。”

　　风火山隧道建成了，青藏铁路通车了，刘应书又开始了新的研究。随着铁路的开通，前往西藏旅游的人数将大大增加，当地的旅游业也必将快速发展。刘应书正准备将自己的研究成果运用到高原的宾馆中，就像在宾馆里安装中央空调输送冷气一样，将氧气也输送到宾馆的每个角落；为了减轻旅客的高原缺氧反应，他们还将研制便携式的制氧机，这样旅客就不用担心随身带的氧气会用完了。相信不久的将来，缺氧将不再成为通向世界屋脊的障碍，人们也能像在平原上一样随时随地享受到充足的氧气。

作者： 杨 蕾