制氧设备

制氧设备（通用9篇）

制氧设备 篇1

0 引言

急进高原极易引发急性高原反应,甚至危及生命[1]。吸氧是解决急性和慢性高原病最有效和最直接的方法[2,3]。中国是世界上高原面积最大的国家,其中号称“世界屋脊”的青藏高原就约占国土面积的1/4,平均海拔超过4 500 m[4]。驻守高原的官兵身处缺氧环境,其身心健康备受关注。如今西部高原又迎来了经济建设的大发展。面对高原环境下开展军事作业、野外施工和灾害救援等高强度体力劳动的官兵,亟待研制一种具备自行能力和电力自我保障的高机动性高原制氧车,伴随野外作业,实施现场制氧和供氧的应急机动保障。本文依据高原制氧车的功能需求和作业能力,分析其系统构成,针对制氧机、空压机、发电机组和底盘等主要设备,通过参数计算、性能比较和高原应用分析等方法,在充分论证的基础上,提出选型方案。

1 功能需求与设备配置

1.1 功能需求

根据应用需求和使用环境,高原制氧车应具有如下功能和作业能力:

(1)现场快速制氧:根据实际用氧需求,现场快速展开,随用随制,及时提供医疗和保健用氧。制氧量≮6 Nm3/h,氧气体积分数≮90%,启动时间≯30 min,额定的最高海拔高度5 000 m。

(2)现场供氧保障:保障现场周边作业人员随时吸氧,缓解急性高原反应。供氧压力0.2~0.35 MPa可调。

(3)现场压氧充瓶:保障现场周边应急医疗救治机构手术、急救和病房的医疗用氧。海拔3 000~5 000 m时,最大压氧充瓶压力应≮10 MPa。

(4)自行能力:适应野外作业时的制供氧伴随保障需求,提高机动性。整车行驶性能应适应高原路面要求,如爬坡度、转弯直径等。

(5)自供电能力:适应野外作业时电力保障不确定的应用特点,实现供电自我保障。额定输出功率应满足制压供氧设备在高原环境下的启动和正常运行要求。

1.2 设备配置

根据总体设计方案,其技术路线如下:

(1)现场快速制氧:采用分子筛变压吸附(pres-sure swing absorption,PSA)制氧技术。该技术以空气为原料,利用分子筛加压吸附、减压解吸的吸附特性,实现氮氧分离,制取医用氧气。

(2)现场供氧保障:采用管道集中供氧方式,在驾驶室、车内工作间、车下地面等相应位置设置固定和移动式吸氧终端,通过湿化瓶和吸氧管现场实时供氧,满足各类人员随时随地吸氧需求。

(3)现场压氧充瓶:将现场制取的氧气通过氧压机灌装至氧气瓶内,形成瓶氧之后送周边用氧单位,通过减压器向高原病患者或手术、急救用仪器供氧。

(4)自行能力:采用适应高原大气环境和高原路面行驶的越野汽车底盘,通过副车架与厢体固定,形成整车,实施机动伴随保障。

(5)自供电能力:采用适应高原环境的柴油发电机组,并进行低温启动功能的辅助装置改进,保障制压供氧设备用电和照明用电。

由上述技术路线可知,该车由越野汽车底盘、厢体和上装设备等构成,上装设备主要有制氧、压氧、供氧设备和发电设备。制氧设备包含制氧机、空压机、空气压缩后处理装置、储罐等;压氧设备包含全无油高压氧压机、自动充氧装置、氧气瓶等;供氧设备包含自动供氧装置、供氧管道、吸氧终端、移动供氧器、湿化瓶、吸氧管等。在上述设备中,对整车性能起关键作用的主要设备是制氧机、空压机、发电机组和底盘等,因此,本文重点阐述这些设备的选型论证研究。

2 设备选型

2.1 选型原则

根据高原制氧车的高原应用环境,该车设备选型基本原则如下:

(1)满足作业指标要求。所选设备的作业能力应达到总体技术方案的设计指标要求,如制氧机的产氧量、空压机的排气量、发电机组的额定输出功率、底盘的长度和承载能力等。

(2)性能可靠。所选设备均应可靠运行,任何一个分设备出现故障都必将影响整车的性能。

(3)高效节能。基于整车设计方案可行性要求,制氧设备应采用高效的PSA制氧流程,减少所需空气进气量,以便选用功耗更低的空压机,从而对发电机组的额定输出功率要求更小,同时可有效降低空压机、发电机组的体积和质量,最终实现对上装设备用电量、体积和质量的可控,使车内布局和底盘承载设计方案可行。同时,还能有效降低用户运行成本。

(4)高原适应性好。海拔每升高1 000 m,大气压下降约11.5%,空气密度减小9%,发电机功率下降10%左右[5,6]。同时,海拔高度对制氧设备的产氧量、氧气体积分数也有很大影响[7]。此外,高寒缺氧、道路崎岖等因素对底盘的影响也很大。

(5)零配件供应渠道顺畅,并有充裕的货源,便于今后设备的维护保养和维修。

2.2 制氧机选型

目前,医用制氧技术主要有PSA、深冷分离、膜分离等物理制氧技术和过氧化物-催化剂-水混合产氧(化学产氧器)、氯酸盐氧烛热分解(氧烛)等化学制氧技术。其中,PSA制氧技术以空气为原料,在常温、低压下工作,因此,具有原料来源广泛、成本低廉,现场随用随制,且安全、无污染、制氧量大等特点,非常适合野战条件下使用。PSA制氧技术已在医疗行业中得到广泛应用。本车制氧设备拟选用PSA医用制氧设备。

PSA制氧效率对空压机和发电机组体积、质量的影响如图1 所示。空压机是整车用电量最大的设备,约占总用电量的81%,对发电机组额定输出功率的确定起关键作用。发电机组是所有上装设备中外形尺寸最大、质量最重的设备,其次是空压机。因此,发电机组和空压机尺寸和质量对车内布局和上装质量影响显著。

不同吸附床数量的制氧流程对PSA制氧机氧收率有重要影响,有文献表明,二吸附床和四吸附床PSA制氧机氧收率分别为30%和40%[8],六吸附床氧收率可达58%[9]。目前市场上常见的大型PSA医用制氧设备不同制氧流程的技术特点见表1。

综合分析,本研究选用六吸附床制氧机。由军事医学医学院卫生装备研究所研制的PSA-YY系列六吸附床式高原高效医用制氧机主要技术特点如下:

(1)高效节能:采用六吸附床PSA制氧流程技术,与二吸附床比较,氧收率高近1 倍,功耗可降低近40%,便于空压机、发电机组等上装设备的选型,且运行成本低。

(2)运行稳定可靠:流程控制采用六吸附床多通旋转分配阀,该阀在功能上替代了常规方式的30 个气动电磁阀才能实现的六吸附床制氧流程功能,气体分配结构简单,运行稳定可靠。

(3)操作简单,维修方便:采用可编程序控制技术和触摸屏技术,实现制氧过程全自动控制和人机在线实时对话,采用一键式操作方式,使用简单,具有故障自检功能,维修方便。

(4)高原适应性好:就高原空气稀薄、低温寒冷等因素对制氧设备的影响进行了针对性的研究和改进[10,11],有效地提高了高原适应性,现已在高原得到广泛应用。

2.3 空压机选型

2.3.1 气量计算

六吸附床制氧流程最大氧收率为58%,采用冗余设计,氧收率取50%,100 000 m高空以下氧气在空气中的体积分数均为20.9%。由式(1)计算在海拔5 000 m点位作业时所需的空气进气量:

式中:Q空5 000为空压机在5 000 m海拔高度时应达到的排气量,单位为m3/min;为制氧机在5 000 m海拔高度时应达到的制氧量,单位为m3/h;为制取的氧气体积分数;V空为大气中的氧气体积分数;R为制氧机氧收率;P5 000为5 000 m海拔高度的大气压,单位为h Pa;P0为海平面的大气压,单位为h Pa。

经计算,所需空气进气量为1.78 m3/min。因此,所选空压机的排气量应≮1.78 m3/min,才能保证制氧设备在海拔5 000 m的地方制氧量达到设计要求。

2.3.2 选型

由于车内空间尺寸极为有限,为节省占地面积,选用空气压缩及后处理一体化的螺杆空压机。目前,市场上知名品牌的空压机主要有Atlas Copco、Inger-soll Rand、Kaeser、Kobelco、柳州富达,各品牌螺杆空压机主要技术参数见表2。其中,Ingersoll Rand V11-7 不含内置冷干机,且排气量为1.67 m3/min;Kobelco的最小机型是SG280AD-15,其轴功率为15 k W。

注:1 bar=0.1 MPa

根据设计要求,空压机最重要的选型指标是排气量,其次是轴功率和外形尺寸,然后是质量、含油量和噪声等指标。综合比较,选用Atlas Copco公司的GAe11-7.5-FF空压机。

2.4 发电机组选型

2.4.1 额定功率测算

由上述设备选型结果可知,空压机轴输出功率为11 k W。通常,空压机电动机效率取85%,则空压机实际功耗为12.94 k W。制氧机功耗≯0.2 k W,其他用电设备用电量约为3.66 k W,总用电量约为16.8 k W。

海拔高度每升高1 000 m,发电机组效率下降10%,由此可知,在海拔5 000 m环境下作业,发电机组输出功率下降为额定功率的(1-10%)5。GA11 空压机启动方式为Y-△转换,启动电流可控制在正常工作电流的3 倍左右。经计算,发电机组额定功率应≥65.7 k W。

2.4.2 选型

选型中,柴油发电机组除需要满足上述基本选型原则外,还需考虑如下问题:

(1)品牌配置:为便于高原用户维护保养和维修,应采用高原应用广泛的品牌,如康明斯发动机。

(2)结构形式:发电机组按结构分为开架式和静音式。鉴于车内空间有限,采用开架式,借助车厢的厢体结构进行燃烧噪声、进排气噪声、排烟噪声、风扇噪声和机械噪声等的降噪处理。

(3)油箱容积:根据野外作业特点,油箱的储油量一次应能满足发电机组连续运行10~12 h。

目前,市场上柴油发电机组品牌繁杂,本选型研究在咨询专家的基础上进行市场调研,选用了HHC85 型开架式柴油发电机组。

2.5 越野汽车底盘选型

在满足上述基本选型原则的基础上,底盘选型还应满足以下具体要求:

(1)承载能力。依据上装设备、厢体、副车架等质量,越野行驶承载质量应≮8 000 kg。

(2)车架可用长度。依据上装设备外形尺寸、制压供氧工艺流程要求和发电机组工作要求,应用Auto CAD技术进行车内布局,测算其最小空间要求,车架可用长度应≮6 800 mm。

(3)驾驶室乘员数量。高原地域辽阔,野外执行任务时,行驶路线长,通常配备2 名驾驶员。制氧设备作业时,按要求需配备1~2 名相关保障人员。因此,乘员数量应≮3 名,驾驶室最好是双排,后排可供驾驶员休息。

通过市场和高原应用情况调研,对高原应用广泛的SX系列和ZZ2197 系列越野汽车底盘的相关技术参数进行比较,综合考虑,选用ZZ2197M4657J型越野汽车底盘。

3 选型结果

经设备选型论证,所选主要设备基本技术参数见表3。

各部分主要作业能力如下:

(1)制氧机:制氧量≥6 Nm3/h,氧气体积分数≥90%。

(2)空压机:排气量2.0 m3/min,出口压力7.25 bar(1 bar=0.1 MPa)。

(3)发电机组:主用功率68 k W,备用功率75 k W,电气性能达到GB/T 2819—1995《移动电站通用技术条件》Ⅱ级电站要求。

(4)底盘:越野行驶承载质量9 200 kg,车架可用长度7 490 mm,最高车速≮86 km/h,最大爬坡度≮60%,转弯直径≯22.7 m。

4 应用情况与检测结果

首台高原制氧车研制过程中,设备选型时未曾考虑驾驶室乘员数量,试制的样车驾驶室为单排2名乘员。在部队试用过程中,试用单位根据高原道路特点、车辆行驶要求和制供氧作业人员数量要求,提出了驾驶室应为双排2+2 名乘员数量的改进意见。根据部队试用意见,在此后的底盘选型中增设了驾驶室乘员数量要求,据此改进后的高原制氧车已生产多台,并交付部队使用。

2014 年9 月,部队药品仪器检验所在海拔高度4 200 m的青藏线某高原训练场对高原制氧车的作业性能进行了现场检测,主要作业指标要求和检测结果见表4。

高原制氧车多次执行制供氧机动伴随保障任务,其中海拔最高的作业点达到4 800 m。部队使用后认为该车设计合理,制、压、供氧装备性能优良,操作、维修、保养方便,智能化程度高。

5 结语

设备选型研究在后勤装备研制中是一个非常重要的环节,所选设备的功能、性能以及设备相互间的匹配、兼容等都将直接影响到装备的整体作业能力、作业效果以及稳定性、可靠性、可维修性等。本文从技术的可行性、先进性、可靠性、可维修性和高原适应性等方面探讨高原制氧车的设备选型。在实际研究过程中,还应综合考虑选型设备的经济合理性、售后服务质量、高原应用情况等其他因素,目的是为高原制氧车技术方案设计和工程设计提供依据。按本文提出的选型论证方案研制的高原制氧车实现了制氧、压氧、供氧、发电和自行等功能的集成,高原作业性能检验和部队试用结果表明该车性能达到了设计指标要求。高原制氧车已在历次的高原制供氧机动保障任务中发挥了积极的作用。为适应某些高原边远地区更为恶劣的路况,或满足未来更大保障能力的勤务需求,可从制氧流程、工艺结构和高原吸附特性等方面开展制氧关键技术研究,并及时跟踪新型吸附材料的研究进展,探讨其应用的可行性,进而有效提高制氧效率,减少和降低单位制氧量的吸附剂用量和功耗,进一步提升高原制氧车的高原越野性能或作业能力。目前,几乎所有变频器的使用数据都规定海拔高度1 000 m以下适用,随着变频器高原应用技术的成熟,可探讨选用变频空压机的可行性和可靠性,有效降低其启动电流,减小发电机组额定输出功率,使设备稳态运行过程中的用电负荷与发电机组额定输出功率合理匹配,有效减小和减轻发电机组的体积和质量,降低运行成本,这无论是对高原制氧车还是对其他应用于高原的装备而言,都有一定的应用价值。

摘要：目的:为高原制氧车的研制提供设备选型方案。方法:依据高原制氧车功能需求、总体设计要求和高原环境应用特点,分析整车构成,明确设备配置,提出设备选型基本原则;根据制氧量、氧气体积分数、海拔高度等作业指标要求,对制氧机、空压机、发电机组和汽车底盘等主要设备作业需求量进行计算,提出具体的选型指标要求;对符合选型要求的各品牌设备进行性能比较和高原应用情况分析,提出该高原制氧车主要设备的选型方案。结果:该高原制氧车应选用高效的制氧机、综合性能较优的空压机、运行可靠的发电机组和高原适应性好的底盘。结论:经海拔4 200 m的高原现场检验结果表明,该高原制氧车制氧量为6.65 Nm~3/h、氧气体积分数为91.7%,证明该套设备选型方案可行、配置合理,实现了制氧、供氧、压氧、自发电、自行等功能的综合集成。

关键词：高原,制氧车,设备选型论证

参考文献

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[3]崔建华,高亮,邢文荣,等.氧疗在预防慢性高原病中的作用[J].中国应用生理学杂志,2013,29(5):391-394.

[4]王雪梅,李新,马明国,等.青藏高原科研文献地理信息空间分析研究[J].地球科学进展,2012,27(11):1 288-1 294.

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制氧设备 篇2

国食药监械[2010]109号 2010年03月21日 发布

各省、自治区、直辖市食品药品监督管理局（药品监督管理局）：

近年来，医疗机构使用医用分子筛制氧设备（以下简称分子筛设备）作为集中供氧系统氧源的比例不断增加。为进一步加强监管，保障患者用氧安全，依据《医疗器械监督管理条例》及《关于医用氧气管理问题的通知》（国食药监办〔2003〕144号），国家局决定对作为医疗机构集中供氧系统氧源的分子筛设备开展专项检查。现将有关事项通知如下：

一、检查方式与时间

本次检查分为自查、抽查和督查三个阶段实施，具体时间为：

自查阶段：2010年4月1日至5月15日

抽查阶段：2010年5月18日至6月18日

督查阶段：2010年6月21日至7月21日

二、自查内容及要求

请各省级食品药品监督管理部门通知辖区内使用分子筛设备作为集中供氧氧源的医疗机构，按照《医用分子筛制氧设备专项检查医疗机构自查表》（以下简称自查表）（附件1）所确定的内容开展自查。自查结束后，医疗机构应当如实填写自查表并向所在辖区省级食品药品监督管理部门上报该表及相关材料。

三、抽查内容及要求

（一）检查范围

各省级食品药品监督管理部门应当根据医疗机构上报的自查情况，结合本辖区实际，认真制订抽查工作方案。各省（区、市）抽查医疗机构数量原则上为10家或不少于10%。凡自查中存在问题的医疗机构，应当列入抽查名单。

（二）检查内容

各省级食品药品监督管理部门应当依据《医用分子筛制氧设备专项检查省局抽查记录表》（以下简称抽查表）（附件2）所确定的内容对分子筛设备注册及运转情况等实施核查。核查结束后，如实填写抽查表。必要时，省级食品药品监督管理部门应当对分子筛设备产出气氧浓度实施检测。

（三）检查方法

1.向相应审批部门核实分子筛设备医疗器械注册证，并记录相关情况。

2.分子筛设备运转使用情况检查：

（1）查验医疗机构培训记录。

（2）查验医疗机构近两个月来维修保养记录。同时，随机选定自设备投入使用以来重要部件三个应实施定期保养及维修的时间，请医疗机构提供相应保养维修记录情况复印件。

（3）查验医疗机构近两个月来氧浓度监测/检测记录，查验氧浓度监测/检测仪器校准记录。同时，随机选定自设备投入使用以来三个日期，请医疗机构提供相应氧浓度监测记录复印件。

（4）抽验分子筛制氧设备制取的氧气（以下称产出气），确定其是否符合YY/T0298-1998《医用分子筛制氧设备通用技术规范》标准中氧浓度要求。

各省级食品药品监督管理部门通知有资质的医疗器械检测机构配合完成抽样、封样及检测工作。检测报告由各检测机构报送相应省局。具有分子筛设备承检资质的医疗器械检测机构名单附后（附件3）。

（四）问题整改及处理

1.对分子筛设备未注册的，按照《医疗器械监督管理条例》第四十二条规定处理。

2.对分子筛设备运转使用中存在问题的，应要求相应医疗机构限期整改，完善相应工作程序，做好维护保养及检测设备校准工作，确保分子筛制氧设备良好运转。

3．经抽验，对产出气氧浓度不符合YY/T0298标准要求的，依据《医疗器械监督管理条例》第四十二条规定，应责令医疗机构限期整改，确保产出气符合行业标准要求。整改期间，医疗机构应停止使用相应分子筛设备。

整改后，医疗机构应再次进行自查，并向所在地省级食品药品监督管理部门提交自查报告。报告中应明确不合格原因、采取的整改措施，并提供整改后产出气经相应医疗器械检测机构复检，氧浓度符合行业标准要求的检验报告。

专项检查中发现其他违反医疗器械相关法规的情况，各省级食品药品监督管理部门应按照有关法规规定处理。

（五）总结

省级食品药品监督管理部门应当对医疗机构自查情况、省级食品药品监督管理部门抽查情况进行全面总结并填写《医用分子筛制氧设备专项检查医疗机构医用分子筛制氧设备使用情况汇总表》及《医用分子筛制氧设备专项检查省局抽查情况汇总表》（附件4、5），于2010年6月18日前，书面报送国家局医疗器械监管司。

四、督查

国家局组织有关司（局）和技术机构组成督查组，根据各省（区、市）专项检查情况选择部分省（区、市），实施督查。

五、检查经费

本次专项检查工作中抽查工作费用根据各省级食品药品监督管理部门支出情况由国家局给予补助；产出气抽样检验费用由国家局承担。

附件：1．医用分子筛制氧设备专项检查医疗机构自查表

2．医用分子筛制氧设备专项检查省局抽查记录表

3．具备医用分子筛制氧设备承检资格的医疗器械检测机构名单

4．医用分子筛制氧设备专项检查医疗机构使用情况汇总表

5．医用分子筛制氧设备专项检查省局抽查情况汇总表

国家食品药品监督管理局

制氧设备新技术研究与发展 篇3

我国制氧机经历过了50多年的发展, 制氧工艺经过了石头蓄冷器换热器流程、全低压板式切换流程、常温分子筛吸附增压膨胀机流程、规整填料上塔和全精溜制氩流程。制氧机技术随着钢铁冶金、化工行业的发展而同步发展。下面就笔者的工作经验, 探讨一下制氧设备最新技术发展。

2 我国制氧设备产业发展概况

近几年, 在我国气体分离技术 (变压吸附、膜气体分离) 异军突起, 风靡全国。这些技术不但可以分离氧气、氮气, 还可以分离回收二氧化碳、一氧化碳、氢气、甲烷等气体。同时, 高纯气体、特种气体、电子气体的纯化和制备技术也不断发展, 数量和品种日渐增多, 满足了科研、电子等工业的部分需要。而且一些空分设备制造厂现在也发生了经营观念的转变, 改变原来只是埋头造设备的模式, 开始介入气体生产。

就技术方面而言, 国内空分设备制造企业积极开发大型制氧设备, 并且在逐步进行产业链的延展, 试图通过充分开发和利用自身技术和人才优势, 打造大型制氧设备生产基地。目前国产制氧设备实现了规整填料、内压缩流程等先进技术, 并且具备了大型化、高负荷、多工况、自动化、低能耗、长周期等诸多特点。比如, 北京北大先锋科技有限公司于2000年开发成功具有自主知识产权的P U-8型新型高效制氧吸附剂制造技术, 并以此吸附剂为核心, 开发成功两塔、三塔、五塔流程的新型变压吸附空分制氧技术, 并利用该技术为用户建设了多套变压吸附制氧装置, 制氧能耗与国外先进水平相当, 产氧规模则超过国外公司产品, 可达10000m3/h以上。

尽管中国制氧设备产业取得了长足的发展, 但目前仍然存在一些问题。1、恶性竞争, 无序发展, 缺乏宏观统筹规划;2、企业小而散, 不够规模, 形不成“拳头”;3、安全隐患有待根治;4、外商冲击严重, 民族工业翅沉难飞;5、气体应用领域面窄, 有待拓宽。

3 我国制氧设备产业的发展趋势

国内对制氧设备的需求不断加大, 大型制氧设备产业带来难得的发展机遇。未来几年, 我国大型制氧设备的需求量将持续看涨, 国内形成数10亿元的市场需求。目前, 中国石化、化工、钢铁、电力等行业正在运行的5000Nm3/h以上制氧设备约有6000余套, 小型设备更是不计其数, 受钢铁、电力、石化、化工等行业投资力度加大拉动, 中国制氧设备行业出现了前所未有的产销两旺好局面。庞大的市场需求, 使国内对大型制氧设备的需求将迎来新一轮高峰。但随着相关行业的发展, 大型制氧设备国产化以及制氧装置流程多样化将成为我国制氧设备制造行业做大做强的关键。

3.1 设备大型化对制氧设备的技术研发提出新要求

冶金行业、煤制油、甲醇、乙烯等行业的快速发展, 在要求设备向更大型化方向发展的同时, 也对技术发展提出了新的要求。就目前来看, 煤化工领域制氧设备的规格一般在5万等级以上。业内人士认为, 5万等级的制氧设备将是今后煤化工领域的标准配置, 也是比较低的规格配置。从“十一五”规划及2020年远景规划来看, 虽然制氧设备产业仍将保持持续快速发展态势, 但从制氧设备产业技术发展情况来看, 比较重大的技术突破都是首先由国外先进企业完成的。

面对气体市场对制氧设备的巨大需求, 国内企业的当务之急是争取在7万~8万等级制氧设备上加大产品技术开发力度, 力争在这一等级上实现零的突破, 以满足一些行业对大型、特大型制氧设备的需求。此外, 对于深冷空分而言, 降低一定的氧产品纯度, 设备运行的费用也会相应降低。国外已经有公司采用常温法进行气体分离, 使空制氧备所产氧气直接达到煤制油工艺所需的纯度, 以此降低设备投资。

3.2 从制造大国向制造强国迈进

在大型制氧装置国产化方面, 针对我国还没有大型氧压机, 大型氧压机可靠性还不能完全过关的实际情况, 我国大型制氧设备国产化采用内压缩流程是比较合适的。但是, 目前兴起的煤制油以及冶金领域内新采用的部分新工艺等, 对空分流程的要求将更加多样化。中国在成为制氧设备制造大国之后, 如何成为制氧设备设计、制造的强国, 是值得深思的问题。

3.3 进行产业链的拓展迫在眉睫

中国制氧设备产业从制造大国向强国挺进并不是难事, 如果像国外气体公司那样, 设备制造商既卖设备又卖气体, 形成一个较长的产业链, 这样国内的制氧设备制造行业才有望向设计、制造强国迈进。

笔者以为, 目前国内工业用气企业的新一轮整合即将到来, 工业气体将会独立为一个的行业, 新的市场机会正摆在面前。为应对与国际大鳄的竞争, 增强国际竞争能力, 许多企业都在酝酿行业内的重组合并, 出于降低生产成本、优化资源配置的考虑, 原来由企业自行采购制氧设备供应气体逐渐转为市场化供气, 工业气体将发展成为一个独立的新兴行业。此时, 正是制氧设备企业进入气体行业的良好契机。

4 制氧设备新技术的主要特点

4.1 率进一步提高。国外制氧设备的氧提取率可达99%以上;

4.2 耗进一步降低。

国外的大型制氧设备、制氧加压氧电耗能到0.55k w/m3以下。当上塔采用填料塔后, 能降低上塔阻力约0.02M P。, 空压机轴功率可降低5%一7%。当采用带氧气增压器的空分流程, 充分利用冷凝器的位能 (即液柱高度) , 使出冷箱的氧气压力达到0.17-0.2MPa, 从而使压氧电耗可降低0.03kw/m3左右。当采用膜式主冷, 可降低空压机排压0.3一0.4bar (lba=103 Pa) , 使空压机轴功率下降3%-4%;

4.3 制氧设备更可靠, 更安全, 操作更简便。

国外许多公司较普遍推荐内压缩流程, 有关资料指出“在较高的液氧压力下, 随着液氧沸腾温度的升高, 烃的挥发度及溶解度也随之提高, 液氧的沸腾压力在3bar以上时, 就可排除烃累积到危险浓度的可能性”。有关文献作了统计, 全世界已经在使用的约50套内压缩流程的空分设备, 迄今还没有发生过意外爆炸事故。内压缩流程的能耗比外压缩更高5%一7%, 但投资上要节约9%一10% (均为国外与国外对比) ;

4.4 装置更加大型化。

目前国内的最大空分设备为宝钢的72000m 3/h和河北曹妃甸的75000m 3/h空分设备, 这两套空分设备由美国空气化工产品公司和德国林德公司制造。世界最大的设备已在前面谈及, 不再重复。

4.5 单机和单元设备的改进和完善。

例如空气压缩机配用叶轮反冲洗系统, 可使压缩机运转时间延长到4-5年。

摘要：目前, 制氧设备技术随着钢铁冶金、化工行业的发展而发展起来。本文分析了我国制氧设备产业方面的发展现状, 并对该产业最新技术发展进行了探讨。

关键词：低温法,制氧设备,新技术

参考文献

[1]张哲.空气分离装置的有效能分析及节能研究.硕士论文.华东理工大学.2003[1]张哲.空气分离装置的有效能分析及节能研究.硕士论文.华东理工大学.2003

制氧机房管理制度 篇4

一、工作人员应每天，早晨，和下午提前

15分钟到达氧气房，巡视设备运行情况，认真填写设备运行记录，出现故障时应及时保障好氧气瓶供氧，并及时维修，填写维修记录。遇到节假日，应安排好值班人员。

二、制氧机房内须保持良好通风，温度、湿度要适宜制氧机工作范围，避免空气污染，以保证空气的进口质量。

三、禁止烟火，消防器材保持完好，操作人员均会正确使用，禁止氧气房门口停车，应在氧气房门口贴出告示。

四、医用制氧设备所有管路阀门等须要进行脱脂处理，凡部件、工具等与氧气接触前须进行脱脂处理。机房内绝对禁油。

五、设备在运行中，不准在系统中动用工具，坚固连接部件。

六、机房内严禁闲杂人员入内。

七、定期全面清洗设备及管路的污垢，尘垢使设备安全正常运行。

八、遇到紧急情况时休班人员接到电话后必须立即到岗不得以任何理由拖延不到。

制氧设备 篇5

1. 分子筛制氧设备的标准现状

美国国家药典自1990年开始即收录利用分子筛变压吸附法生产的氧浓度90%~96%的医用氧气,并命名为[Oxygen 93 Percent]即[93%氧],其2006年版(USP30)美国国家药典亦将其收录在内[1]。对于通过分子筛变压吸附法(PSA)生产的医用氧,欧盟建议氧最低浓度值为94%;供应分子筛变压吸附设备的厂家须在其供货合同中说明利用该设备制取的氧气含量最低值,并作出《临界值的警示[2]。其他国家和地区也允许分子筛制氧设备的使用并颁布了相关的标准。

我国医药行业标准YY/T 0298-1998《医用分子筛制氧设备通用技术规范》对利用变压吸附法(PSA)制取的93%医用氧[3]进行了规定。该标准是依据国际标准ISO 10083:1992《医用气体管道系统制氧设备》[4],同时结合我国当时医用分子筛制氧设备的发展水平及生产状况制定的。标准规定利用医用分子筛制氧设备所制得的氧浓度≥90%,其水分≤0.07g/m3,CO2≤0.01%(V/V),CO、气态酸和碱、臭氧及其他气态氧化物的指标均与GB 8982《医用氧》[5]规定的指标一致。由于GB 8982对固体物质粒径和含量没有明确规定,该指标的制定参考了ISO 10083和GB 8983《航空呼吸用氧》[6]。因此,利用符合YY/T 0298-1998要求的医用分子筛制氧设备制取的氧气,符合我国及国际上的相关规定。

目前ISO 10083的最新版为2006年版,在该版本中规定了利用氧气浓缩系统制取的氧气浓度≥90%(V/V),并命名为富氧空气(Oxygen-enriched Air),同时对剩余的成分作了限量要求[7]。国家食品药品监督管理局已于2010年完成对YY/T0298-1998《医用分子筛制氧设备通用技术规范》的修订工作,等同采用ISO 10083:2006国际标准,形成《医用气体管道系统用氧气浓缩器供气系统》(送审稿)并在国家药监局网站上公开征求意见。

2. 医用分子筛制氧设备的管理

美国FDA对依据变压吸附原理制取氧气(氧含量在90%~96%之间)的便携式制氧机按II类医疗器械管理,该产品的主要适用范围:需要吸氧作辅助治疗用,或在医生的监控下用于氧气治疗,但不能用于生命支持且不具备病人的监测功能;或为部队的医院、手术室以及其他相关临床提供医用级氧气(USP 93%)等。为医用中心供氧系统提供氧源的大型分子筛制氧设备在美国并不按医疗器械管理,而是作为制药机械管理,须符合cG MP(current Good Manufacturing Practice)要求。该设备制取的氧气按药品管理,须符合美国药典(USP)93%要求。欧盟对依据变压吸附原理制取氧气(氧含量在90%~96%之间)的便携式制氧机(氧气浓缩器)按IIa类医疗器械管理。为医用中心供氧系统提供医用氧源用的大型分子筛制氧系统以及为成人和儿童呼吸机和麻醉机提供氧气的设备—制氧空压机,在欧盟亦均按医疗器械管理。

我国国家食品药品监督管理局提供的注册数据库显示,到2011年底,共计有92家医用分子筛制氧设备生产企业取得了123个有效注册证,其中:作为医疗机构供氧源的制氧设备生产企业41家,有效注册证50个;作为供氧保健或辅助治疗用的便携式分子筛制氧机生产企业56家,有效注册证73个,显示分子筛制氧设备已在我国广泛应用。从已有国家监管记录中尚未发现医用分子筛制氧设备的安全性事故和不良事件。

3. 医用分子筛制氧设备的应用现状

目前医疗机构供氧基本采取集中供氧,按照氧源的不同可分为3种方式,即:由瓶氧经氧气汇流排减压集中供氧,由液氧贮槽经液氧汽化器汽化、减压、稳压后集中供氧,以及由变压吸附制氧设备(PSA)生产医用氧气后连续供氧。PSA制氧供氧技术在国外已有几十年的使用历史。国内这一技术的应用始于20世纪80年代末,90年代这一技术得到了迅速发展。为防备制氧设备的停机,医疗机构的备用氧为氧气厂生产的瓶装医用氧气,通过供氧自动转换控制台,就可实现供氧系统的转换,组成一套备用氧气供应系统。

医用分子筛制氧设备按其预期用途,可分为两大类:一种是由制氧机、空压机、冷干机、稳压罐、控制系统等多部分组成,主要配套用于医疗单位中心供氧系统提供医用氧气源,或是与高压氧舱配套为高压氧舱提供氧气源的大型医用分子筛制氧设备;另一种是由分子筛吸附装置、过滤装置、流量计、湿化瓶等部分组成,主要供医疗单位或家庭作供氧保健或辅助治疗用(不适用于手术、急救、危重病人)的小型便携式医用分子筛制氧机。

医疗机构通过分子筛制氧设备制取的氧气作为集中供氧的氧源,其氧气终端(氧气输出口)通向医院的各个科室,如门诊急救室、抢救室、普通病房、病区抢救室、ICU病房、CCU病房、大小无菌手术室等。按照临床使用特点,分子筛制氧设备所制取氧气可分为麻醉机、呼吸机以及ICU病房用氧、高压氧舱用氧和普通病房用氧。

麻醉机、呼吸机以及ICU病房用氧对供氧的时间和压力要求相对较为严格,其氧气含量可调整范围在21%~90%之间。另外,医药行业标准YY 0042-2007《高频喷射呼吸机》中规定了呼吸机的最高氧浓度达到85%即满足标准的相关要求。

高压氧舱的用氧特点是瞬时用氧量大,氧气压力高。按加压介质来看,可分为:(1)空气加压舱:一般为4人以上、多者可达数十人的多人治疗舱,以及手术舱、过渡舱等。空气加压舱舱内氧浓度限制为25%以下。(2)氧气加压舱:一般为双人或单人的治疗用舱,婴儿氧舱亦属此列。氧气加压舱治疗时舱内氧浓度一般均高于80%[8]。

目前各医疗机构高压氧舱用氧的氧源既有液态瓶装氧,也有利用分子筛制氧设备提供氧源的情况,对于不同制氧方式氧气在高压氧舱的使用上,临床并没有明确的限制。

普通病房用氧是指病人在常压状态下吸氧。常压氧可以增加血液中的血氧饱和度。当病人因为心脏、肺或中枢神经系统等原因所致呼吸困难,导致血氧饱和度异常时,通常进行常压氧治疗,效果明显。常压吸氧的氧气浓度一般控制在24%~35%[9]。

目前利用医用分子筛制氧设备制取临床用氧现象较为普遍,且反映对利用分子筛制氧原理制取的氧气与液态瓶装氧气在临床使用中并没有实质性的区别。事实上,英国、加拿大以及美国的医疗机构以及科研机构研究表明,利用分子筛制氧设备制取的93%医用氧与传统的医用氧瓶或液氧相比较,临床使用上的要求并无不同,对于患者治疗具有同等的质量[10]。

参考文献

[1]USP30/NF25.2006.1610

[2]NHS Estates.Medical gas pipeline systems,design,installation,validation and verification[M].London:The stationaryoffice,1997

[3]国家医药管理局.YY/T0298-1998,医用分子筛制氧设备通用技术规范[S].中国标准出版社,1998

[4]International organization for standardization.ISO 10083:1992,Oxygen concentrators for use with medical gas pipelinesystems[S]

[5]国家质量技术监督局.GB8982-1998,医用氧[S].中国标准出版社,1999

[6]国家质量技术监督局.GB8983-1998,航空呼吸用氧[S].中国标准出版社,1999

[7]International organization for standardization.ISO 10083:2006,Oxygen concentrator supply systems for use with medicalgas pipeline systems[S].

[8]卫生部医政司医用高压氧岗位培训中心.高压氧在儿科及产科的应用[M].人民军医出版社,2003

[9]编委会.高压氧治疗技术标准规范与高压氧舱管理及质量控制实用手册[M].中国医药科技出版社,2007

制氧设备 篇6

关键词：大型医用分子筛制氧设备,氧源设备,供氧方式,中心供氧系统

近年来, 作为医疗机构中心供氧系统的氧源设备, 医用分子筛制氧设备被广泛应用于临床。与其他类型氧源设备相比, 医用分子筛制氧设备有其自身的特点。

一、医用分子筛制氧设备的原理及发展

(一) 工作原理

医用分子筛制氧设备的工作原理是:沸石分子筛在不同压力下对氮的吸附容量不同, 加压时对氮的吸附容量增加, 而减压时则对氮的吸附容量会减少, 利用这种特性, 在充填沸石分子筛的吸附塔内, 形成加压吸附、减压解吸的快速循环过程, 便可分离空气中的氧气、氮气, 然后再滤除氧气中的有害物质, 从而获取高纯度氧气 (浓度范围在90%~96%之间) 。

(二) 结构与用途

医用分子筛制氧设备由制氧机、空压机、冷干机、稳压罐、控制系统等组成, 主要配套用于医疗机构的中心供氧系统, 作为医用氧气源, 或是为高压氧舱提供氧气源。

(三) 发展情况

变压吸附 (PSA) 制氧技术在国外已有几十年的使用历史。上世纪70年代中期, 德国和美国便将PSA技术用于空气分离。1985年, 美国研制的第一台小型制氧机的问世标志着PSA技术医用化的开始。随着技术的不断发展, 生产工艺从双塔变压吸附发展到多塔变压吸附, 既可以获得更高纯度的气体, 又可提高氧气回收率, 还能减小压缩机功率、降低能耗。装置的发展包括大型化、微型化及高纯度3个方向。大型装置主要是为了应对医疗机构未来用氧量的增长、满足大型医院高峰时对用氧量的需求。

这一技术在国内的应用始于20世纪80年代末;20世纪90年代以来, 这一技术得到了迅速发展。

二、大型医用分子筛制氧设备的标准

(一) 国外标准

1990年, 美国国家药典开始收录利用分子筛变压吸附法生产的医用氧气 (氧浓度为90%~96%) , 并将其命名为“93%氧”;2006年版 (USP30) 美国国家药典亦将其收录在内。其他一些国家和地区也允许分子筛制氧设备在医疗机构中的使用并颁布了相关标准。

(二) 国内标准

我国医药行业标准《医用分子筛制氧设备通用技术规范》 (YY/T0298-1998) 对利用PSA技术制取的纯度为93%的医用氧进行了规定;2012年颁布了《用于医用气体管道系统的氧气浓缩器供气系统》 (YY/T 0316) 。

标准对氧、水分、二氧化碳、一氧化碳、气态酸和碱、臭氧及其他气态氧化物、固体物质粒径的含量均做出了规定, 例如, 氧浓度≥90%, 其水分≤0.07g/m3, 二氧化碳≤0.01% (V/V) 。

利用满足标准要求的医用分子筛制氧设备制取的氧气, 符合我国及国际上的相关规定。

三、大型医用分子筛制氧设备的管理

(一) 美国及欧盟

对于大型分子筛制氧设备, 欧盟将其按医疗器械管理。美国将其作为制药机械管理, 须符合c GMP (current Good Manufacturing Practice) 要求;该设备制取的氧气按药品管理, 须符合美国药典的要求。

(二) 中国

我国将医用分子筛制氧设备列入二类医疗器械, 属于手术室急救设备范围。国家食品药品监督管理局提供的注册数据显示, 生产作为医疗机构供氧源的医用分子筛制氧设备的企业发展迅速, 而使用大型医用分子筛制氧设备的医院也在不断增加。

(三) 不良事件情况

在我国已有的监管记录中, 尚未发现大型医用分子筛制氧设备的安全性事故和不良事件。在美国的医疗差错和不良事件报告系统中, 均未发现医用分子筛制氧机的不良事件。

四、大型医用分子筛制氧设备的临床应用

英国、加拿大以及美国的科研机构研究表明, 利用分子筛制氧设备制取的93%医用氧与传统的医用氧瓶或液氧相比, 在临床使用上的效果并无不同, 近年来的大量临床应用也证明了这一点。

医疗机构通过分子筛制氧设备制取的氧气通往医院的各个科室, 如门诊急救室、抢救室、普通病房、病区抢救室、ICU、CCU、无菌手术室等。按照临床使用特点, 可将其分为麻醉机、呼吸机以及ICU用氧, 高压氧舱用氧和普通病房用氧。

五、3种氧源的特点

医院医用氧气的供应方式有氧气瓶、液氧与制氧机3种, 其供氧方式各有特点。

(一) 安全性

1. 氧气质量、工艺与物理化学变化

医用分子筛制氧设备采用纯物理吸附, 空气经过多级净化后进行分离, 去除水分、二氧化碳、一氧化碳、气态酸和碱、臭氧及烃等对人体有害的成分, 产出的氧气在浓度达到标准后再经过滤、消毒, 然后输入中心供氧管网, 保证了质量。

液氧, 需按照《医用氧气》国家标准和《中国药典》规定的含量, 如果氧含量低于99.5%, 将对人体造成危害。

2. 运行压力

大型分子筛制氧设备在低压状态下运行, 与1:800汽化比的液态氧和高压钢瓶氧相比, 在气压方面要安全得多。

3. 消防隐患

医用分子筛制氧设备制取的氧气是气态高浓度氧, 而液氧的使用如果严格按照操作规范进行, 则可以避免危险事故, 但是如果违规使用, 会出现液氧泄漏、燃烧、爆炸的事故。

4. 供应保障

大型分子筛制氧机以空气为原料, 无需运输, 仅消耗电能, 设备随时开机随时出氧, 连续供氧, 同时还设有备用机, 与需要运输的液氧和钢瓶氧相比, 在供应方面更有保障。

国内大型医院用氧量巨大, 送氧间隔天数缩短, 全国各地地形、气候差异很大, 这些因素使得液氧的供应存在较大的不确定性。

钢瓶氧也需要运输, 且灌装医用氧的钢瓶, 每3年须进行一次检验, 要进行清洗、加热、烘干和抽空等工序;操作人员每年要进行体检, 排除患有传染病等情况;如果医用氧的充装、钢瓶处理过程没有严格按规程实施, 原本要作为医用氧使用的钢瓶氧会沦为工业氧。

(二) 方便性

分子筛制氧设备开机后, 30分钟后便可产生合格氧气。生产流程是全自动的, 原料为空气, 非常方便;不受氧气涨价、运输等市场因素影响, 避免造成缺氧的情况, 保证供氧及时。

(三) 经济性

分子筛制氧设备使用寿命长, 3~5年可收回投资;成本低, 在氧气使用量相同的情况下, 每年花费的费用低于液态氧。

六、结束语

大型医用分子筛制氧机已广泛应用于医疗机构, 只要医疗机构和医护人员专业用氧、定期对设备进行自检和维护, 加强分子筛制氧设备使用的管理, 患者用氧的安全、有效就可以得到保障。

参考文献

[1]蓝翁驰, 许伟.医用分子筛制氧设备的标准及应用现状[J].中国医疗器械信息, 2012 (5) .

[2]赵奇侠.医用分子筛制取氧气在临床使用的监管问题[J].中国医院建筑与装备, 2012 (11) .

制氧设备 篇7

海拔3 000 m以上的地方通常被称为医学上的高原。我国海拔3 000 m以上的高原占中国国土面积的1/4以上[1], 主要分布在新疆、西藏、青海、四川、云南等地。高原环境最大的特点是缺氧, 由于高原缺氧引起的各种高原病严重威胁急进高原和常驻高原人群的健康。吸氧是预防、治疗急性高原反应、高原肺水肿、高原脑水肿、高原红细胞增多症、高原心脏病的最有效方法之一[2,3,4]。为此, 2008年以来, 某高原部队为海拔5 000 m以上所属单位陆续安装了若干套PSA-YY系列医用制氧设备, 这些设备在高原恶劣环境下运行并制取93%的高浓度医用氧, 有效地缓解了所属单位的高原用氧问题, 高原病发病率显著下降。在5 a多的实际应用中, 某单位的一套制氧设备曾出现因配套设备故障而停机的现象, 造成该单位较长时间用氧紧张。为了确保制氧设备在高原恶劣环境下可靠运行, 本文就此问题进行分析, 提出解决方案。

1 应用情况

1.1 制氧设备特点

PSA-YY-3A型医用制氧设备采用六吸附床变压吸附制氧流程, 具有制氧效率高、耗电量小的特点;其控制系统采用可编程控制技术和可编程终端技术, 具备自动操作和故障自诊断功能;整套设备采用一键式操作方式设计, 操作简便、运行可靠、维护容易, 且运行参数可在线实时调整[5], 因此非常适合高原部队使用。

1.2 使用环境及其影响

制供氧设施设备建设单位地处高原、边远地区, 海拔高、气压低、空气稀薄、气温低、昼夜温差大, 设备由柴油发电机组供电。特殊、恶劣的使用环境对人员和设备将产生如下影响:

(1) 海拔高, 空气含氧量低, 人的思维能力下降。建设的最高点为海拔5 420 m, 最低点为海拔5 070 m, 空气含氧量为海平面处的50%左右, 最低处仅为海平面处的40%左右。众所周知, 高原缺氧易使人大脑反应变慢、动作迟缓、判断力下降。在设备使用和维护保养等方面, 无论是操作人员自行作业, 还是与内地厂家工程技术人员进行电话沟通, 与平原比较, 都存在较大差异。

(2) 空气稀薄, 电气元件绝缘性能和散热效果下降[6]。海拔5 000 m处空气密度是平原的55%左右。空气密度下降, 将导致电气元件的绝缘性能下降;同时也将导致空气流动性差, 这对电气元件的散热非常不利, 电气元件温度升高, 易烧毁。

(3) 气温寒冷, 昼夜温差大, 将使器材和材料的性能、可靠性和寿命下降。冬季最低温度可达-55℃, 且昼夜温差大, 最大温差可达-30℃左右。高寒气候加速材料的老化;大范围温差变化带来的经常性的热胀冷缩过程加速器件性能、可靠性和寿命的下降。

(4) 供电电压波动大, 易使电气元件失灵或烧毁, 如接触器、电磁阀等。建设单位地处边远地区, 无法使用市电电网供电, 主要采用柴油发电机组供电。建设单位往往是只有一台发电机组, 既要保障制氧设备的供电, 又要保障照明、锅炉等其他设备的供电, 电压波动大。当电压过高时, 易烧毁元器件;当电压过低时, 易使某些电气元件失灵。

(5) 地处边远地区, 交通不便, 维护保养和维修得不到及时处理和解决。建设单位距可购买一般建材的城市最近距离也有数百公里, 外出采购常用器材的往返周期通常需要1周以上。因此, 购置维护保养耗材不方便, 设备维修周期长。

1.3 设备运行状况

截止2014年1月, 部分设备运行状况见表1。在5 a多的高原恶劣环境应用中, 总体而言, 设备运行状况良好, 为保障高原官兵身心健康发挥了积极的作用。从表1可知, 运行时间最长的是2008年9月底安装的设备, 运行时间为2 920 h;运行时间最短的是2012年10月底安装的设备, 运行时间为738 h。但是, 2008年3月在海拔5 170 m点位安装的设备运行了1 040 h之后出现空压机故障, 造成整个制氧设备停机较长一段时间后才得以恢复运行。

2 故障分析与讨论

2.1 故障现象

海拔5 170 m点位的制氧设备故障现象:2012年1月某日, 制氧员通过制氧主机触摸屏的开机触摸键向制氧设备发出开机指令, 制氧主机接到指令后首先向冷干机发出启动指令, 2 min后向空压机发出启动指令;根据制氧主机的控制指令, 冷干机立即启动, 2 min后空压机却无任何反应, 空气不能被压缩, 制氧主机没有气源, 5 min后制氧主机发出声光报警信号。

2.2 故障分析

分析故障现象, 初步判断, 存在以下2种可能性:

(1) 制氧主机没有按程序要求发出启动指令, 或空压机没有收到制氧主机发出的启动指令。

(2) 空压机自身故障, 从而无法执行制氧主机的启动指令。

2.3 原因查找

采用排除法, 判断是上述第1种可能性还是第2种可能性。将空压机“远程控制”设置改为“本地操作”, 然后通过空压机操作面板上的开机键启动空压机, 空压机无任何反应, 由此判断为空压机自身故障。该空压机为Atlas GA7螺杆空压机。

同样可以采用排除法, 判断空压机故障来自于前级 (微机板) 、中级 (“Y-△”转换及控制板) 或后级 (机头) 。首先, 强制K21或K22接触器吸合, 使机头获得三相380 V电压, 检测空压机动作。由此判断出空压机故障主要来自于中、前级, 即“Y-△”转换电路或微机板出现问题, 使供电电压无法传输给机头。“Y-△”转换电路的故障多因K21、K22、K23接触器线圈烧了而无法使触点动作;微机板的故障多因供电电压波动过大而烧毁, 从而无法向K21、K22、K23接触器输出驱动信号。

采用替换法, 判断是“Y-△”转换电路故障还是微机板故障。“Y-△”转换电路主要由K21、K22、K23接触器组成, 分别更换K21、K22、K23接触器, 故障未能排除。由此可断定故障来源于微机主板, 当更换微机主板后, 故障排除。需要注意的是:更换微机主板之前, 必须先设定好程序。

2.4 问题探讨

分析本案例, 我们认为产生该故障的原因主要有: (1) 高原高寒天气, 易加速微机板内的电气元件的老化。 (2) 高原空气稀薄, 导致微机板内的电气元件绝缘性能下降, 散热效果不佳, 温度升高。 (3) 该建设单位柴油发电机组装备时间较早, 性能下降, 高原低氧环境使其额定输出功率减半, 从而造成输出电压波动大, 有时高达450 V, 有时却降至320 V, 从而损坏微机主板。

3 解决方案与措施

针对PSA-YY系列医用制氧设备多年来的高原应用情况, 通过理论分析, 结合实际维修经验, 对存在的问题和可能面临的问题进行探讨, 提出以下改进方案和措施:

(1) 提高发电机组性能。在经费允许的条件下, 更新高原适应性好的柴油发电机组, 且输出功率具有一定的冗余量, 以确保在为制氧设备供电的同时, 不受其他用电设备负荷变化的影响。如果条件允许, 最好设专用柴油发电机组, 这样既不受其他用电设备负荷变化产生的电压波动的影响, 也可避免发电机组为适应不同用电设备的需要而经常改变相序而引发的问题。

(2) 增设稳压设备。方案一:在机房电力进线端, 增设大功率的三相交流稳压电源, 使其输出稳定的三相交流电压, 从而不受发电机组电压波动的影响。该方案必须基于发电机组具备足够的输出功率, 且成本高。方案二:为空压机、冷干机、制氧主机等用电设备的控制电路分别增设小功率单相交流稳压电源, 确保各设备控制电路不受发电机组电压波动的影响。该方案不能确保除控制电路外的用电设施的安全, 如空压机的机头、冷干机的压缩机等。

(3) 进一步提高电气元件的高原适应性。通过上述分析可知高原恶劣环境对电气元件最大的影响是绝缘性能下降、散热效果差、器件老化, 从而导致可靠性和稳定性下降, 寿命缩短。为此, 建议在研制和生产过程中选择高原适应性好、耐低温级别高的电气元件和信誉度高的品牌;在控制电路设计中, 元器件之间留有一定的空间, 可提高绝缘性能和散热效果。

4 结语

PSA-YY系列医用制氧设备在高原已得到了广泛应用, 通过全面考量和综合评价判定这些设备总体运行状况良好。然而, 海拔5 170 m点位制氧系统的配套设备空压机损坏后, 因该单位维修能力不足、相关配件缺乏、厂家路途遥远等原因, 维修周期较长, 影响了该单位的正常供氧能力。为了使今后的制氧设备具有更好的高原适应性、能够更好地服务高原官兵, 客观上我们对存在的问题和可能面临的问题进行分析和探讨, 提出了改进方案和措施, 主观上重视暴露出的问题, 如制氧员工作中操作不规范、制氧设备运行期间监控不到位、出现故障时未能及时停机排除故障等, 通过制度、管理加以规范。

参考文献

[1]王雪梅, 李新, 马明国, 等.青藏高原科研文献地理信息空间分析研究[J].地球科学进展, 2012, 27 (11) :1 288-1 294.

[2]罗勇军, 周其全.急进高原卫生防护知识概述[J].西南军医, 2010, 12 (6) :1 142-1 144.

[3]罗勇军, 周其全.玉树地震灾后救援过程中高原病防治的实践和思考[J].西南军医, 2010, 12 (5) :952-954.

[4]LUO Yong-jun, CHEN Yu, ZHANG Yao, et al.The association of Angiotensin-converting enzyme gene insertion/deletion polymorphisms with acute mountain sickness susceptibility:a meta-analysis[J].High Altitude Medicine&Biology, 2012, 13 (4) :252-257.

[5]石梅生, 高振海, 马军, 等.高原高寒环境制氧机组关键问题探讨[J].医疗卫生装备, 2013, 34 (10) :83-84.

制氧设备 篇8

军事医学科学院卫生装备研究所研制的医用制氧设备利用分子筛变压吸附(pressure swing adsorption,PSA)制氧原理,采用六吸附床制氧流程,通过可编程逻辑控制器(programmable logic controller,PLC)控制六吸附床气体分配阀,实现氧、氮分离,制取医用氧[1]。该设备具有自动化程度高、分子筛吸附充分、制氧效率高、耗电量小、生产成本低、安全性能高等优点,适合各类医疗机构的中心供氧站使用。我院2007年安装了PSA-20A型制氧设备2套,2009年再次购置同型号设备2套,用以满足全院2 000张床位临床用氧。2011年,早期中的1套设备使用过程中,曾出现过停机故障。经我们对故障现象的深入分析,针对故障原因,对气缸控制电路进行了改进,此后该设备未再出现故障,现将故障维修及改进过程介绍如下,供参考。

1 故障现象

制氧设备故障停机,主机面板故障指示黄灯亮起。

2 故障分析

从制氧设备的构成和控制原理分析入手,PSA-20A制氧设备包含空压机、储气罐、冷干机、制氧主机、氧气加压泵和储氧罐,由PLC控制启动顺序,先是冷干机启动,约5 min达到冷干工况后启动空压机,当储气罐压力大于0.45 MPa时,制氧主机启动,当出氧体积分数达到90%时,氧气加压泵启动。如果空压机、冷干机或氧气加压泵故障,一般会引起制氧主机不启动或产氧率降低,故障现象和原因显而易见,故障容易排除,由故障现象可见,不是空压机、冷干机和氧气加压泵等配套设备引起的故障停机。根据工作原理分析,容易造成故障停机的原因一般发生在制氧主机吸附床气体分配阀组件的机械运动方面,具体有以下几方面:(1)电源电压不稳定引起的PLC程序错乱。(2)棘轮定位销过紧或过松引起棘轮转动不到位。(3)行程开关位置变动以致开关不能有效通断。(4)气缸位置变动或气缸复位弹簧老化引起气缸伸缩不到位。(5)气缸控制电磁阀故障,高压气体不能通过电磁阀有效打开气缸[2]。排除方法:(1)重新启动制氧设备,PLC自动校正运行程序。(2)加注润滑油保养棘轮定位销使之活动灵活。(3)调整紧定行程开关至合适的位置。(4)调整紧定气缸位置或更换复位弹簧。(5)清洗或更换气缸控制电磁阀。

3 维修过程

(1)将制氧设备断电,机组所有设备停止运行后后再送电,重启制氧机。观察到冷干机、空压机依次启动工作,储气罐压力逐渐上升,当制氧主机进气压力表达到0.45 MPa时,切换程序指示灯闪烁1次,气缸和气体分配阀稍有轻微动作,然后停机,故障灯亮起。可初步判断气缸无有效行程动作,吸附床气体分配阀没有进行气体分配,压缩气体没有进入到吸附塔,制氧流程还没有开始,可初步判断为气缸控制电磁阀未打开,该电子阀存在故障。

(2)将制氧设备断电,拆下气缸控制电磁阀,用万用表电阻R×1挡测量电磁阀线圈,阻值为接近0Ω,线圈正常。拆解、清洗、保养该控制电磁阀气路,然后复原电磁阀,再次送电启动制氧设备,故障依旧。

(3)经仔细观察核对,该气缸控制电磁阀与产氧控制电磁阀和储氧控制阀同型号,型号为MAC225B-121BA。将产氧控制电磁阀与该电磁阀互换,再次启动制氧主机,故障依旧,故障现象也未发生变化,可以推断故障不在气缸控制电磁阀,很可能在PLC或PLC外围电气控制部分。

(4)对PLC外围控制电路进行分析,还原PLC部分控制电气原理图如图1所示,PLC型号为欧姆龙CPM1A-40CDR-D-V1,该PLC直流24 V供电,24点输入,16点输出,输出类型为继电器型。气缸控制电磁阀106号线接于接线端子排XT2的14号端子,电磁阀L线接于接线端子排XT2的12号端子,106号线对应PLC输出点为06端子。从图中可以看出,气缸控制电磁阀直接受控于PLC。

(5)断开端子排XT2的12、14号气缸控制电磁阀端子接线,再次送电启动制氧机,同时用万用表交流250 V挡测量12、14号端子电压,气缸依旧无有效行程,万用表指针也未摆动,说明气缸控制电磁阀没有得到交流220 V供电电源。

(6)断开PLC控制器输出点06端子接线,再次送电启动制氧机,用万用表电阻R×1挡测量PLC控制器06端子与com端子间是否形成回路,同时观察PLC控制器06端子指示灯闪亮情况。制氧主机故障灯亮起,万用表指针无摆动,但PLC控制器06端子指示灯闪亮约1 s,由此可推断PLC控制器程序运行正常,故障应在PLC控制器06点输出继电器上。

(7)对于PLC控制器故障,一般来说只能更换,更换时需要灌装程序,更换时间一般为1周左右,并且更换价格昂贵。考虑到PLC控制器故障可能仅为输出继电器故障,因此做好PLC控制器外围接线标记,拆下PLC控制器并小心打开,取出驱动板,驱动板上并排16个型号为欧姆龙G6M-1A的输出继电器,继电器的排序从1~16,第7个继电器为06点输出继电器,即为故障继电器。

(8)从报废的西门子S7-200型PLC控制器中拆下一个型号为欧姆龙G6D-1A的继电器,该型号继电器引脚安装尺寸与欧姆龙G6M-1A的继电器相同,且供电电压同为24 VDC,控制电流同为5 A 250 V AC,可以互换通用。

(9)将该G6D-1A型继电器替换G6M-1A型故障继电器,复原装配好PLC控制器,连接PLC控制器外围接线,检查核对无误后送电启动制氧主机,气缸动作到位,制氧设备运行正常。

4 改进

该制氧设备故障为PLC控制器输出06点继电器触点老化、接触失效所致[3]。对PLC控制器及外围电路进行分析,发现冷干机、空压机、加压泵以及放水阀、产氧阀和储氧阀皆由PLC控制器通过K1~K5 5个欧姆龙LY2N-J(AC220 V)型中间继电器分别控制,而气缸控制阀、测氧阀、排空阀则为PLC控制器直接控制。制氧设备正常运行时气缸控制电磁阀每10 s动作1次,而测氧阀只有在需要检测出氧气体积分数时才动作1次,排空阀仅在设备停机时动作1次,因此,PLC控制器06点输出继电器和控制测氧阀和排空阀07、08点输出继电器相比,动作频率和承受的电流冲击要大得多[4]。2007—2009年我院制氧设备几乎是每天24 h连续工作,新增2套制氧设备后,每天运行约15 h,因此该PLC控制器06点输出继电器自2007年安装到出故障已动作约1 024万次。为保护PLC控制器06点输出继电器、减轻电流对该点输出继电器触点的冲击,根据PLC控制器对K1~K5的控制原理,新增1个欧姆龙LY2N-J(AC220 V)型K6中间继电器,实现PLC通过K6中间继电器控制气缸控制电磁阀,改进后电气原理图如图2所示。用万用表5 A挡测量PLC控制器06点继电器控制K6中间继电器的驱动电流约为0.3 A,测量中间继电器K6控制的气缸控制电磁阀的驱动电流约为2 A,由此可以看出,中间继电器K6可以有效保护PLC控制器,即使中间继电器K6老化,更换起来既省时省力,也经济方便。按以上方案对其他3套制氧设备进行改进,4套制氧设备运行至今,未再发生此故障,改进效果良好。

参考文献

[1]石梅生,赵开利,陈德瑞.高原高效医用制氧机的研制[J].医疗卫生装备,2010,31(8):24-26.

[2]王东,张超,敖建萍,等.PSA-YY系列医用制氧设备高原环境应用分析[J].医疗卫生装备,2015,36(2):122-124.

[3]邓吉军,田苗,周铎,等.PAS医用制氧机常见故障处理及管理体会[J].医疗卫生装备,2014,35(8):149-150.

制氧空分压力管道设计计算 篇9

本设计是根据久泰能源科技有限公司与开封黄河空分集团所签署KDON-4000/2000型空分设备技术协议设计, 双方约定的界区范围;该管道设计, 主要介质为空气、氧气、氮气等。

2设计参数

2.1由空压机出口到空冷塔进口管道, 流量:23 000Nm3/h;工作压力:0.52MPa;工作温度:90℃;设计压力:0.60MPa;设计温度:100℃。

2.2由氧压机排气总管道到送出界区, 流量:4 000Nm3/h;工作压力:0.7MPa;工作温度:40℃;设计压力:0.8MPa;设计温度:45℃。

2.3由氮压机排气总管道到送出界区, 流量:2000Nm3/h;工作压力:0.7MPa;工作温度:40℃;设计压力:0.8MPa;设计温度:45℃。

3工艺计算

3.1由空压机出口到空冷塔进口管道。根据经验:管道流速按小于12m/s, 则管道外径DN= (1.34QT/PV) 0.5= (1.34×23 000×383.15/7×12) 0.5=370mm

综合考虑管道留有足够的余量及管道阻力的影响, 选用DN400的管道。确定为GC3类管道。

3.2由氧压机排气总管道到送出界区。根据经验:管道流速取小于5m/s, 则:DN= (1.34QT/PV) 0.5= (1.34×4 000×313.15/9×5) 0.5=190mm

综合考虑管道留有足够的余量及氧气的特殊性, 选用DN200的不锈钢管道。确定为GC2类管道。

3.3由氮压机排气总管道到送出界区。根据经验:管道流速取小于5m/s, 则:DN= (1.34QT/PV) 0.5= (1.34×2 000×313.15/9×5) 0.5=130mm

综合考虑管道留有足够的余量及氧气的特殊性, 故选用DN150的不锈钢管道。确定为GC2类管道。

4强度计算

4.1直管道厚度计算

4.1.1设计依据:《压力管道规范工业管道》GB/T20801-2006[1]。

当t<D/6时, 直管的计算壁厚:t=p D/2 (SΦ+p Y) ;直管的选用壁厚:td=t+C;式中t—直管的计算壁厚 (单位:mm) ;

p—设计压力MPa;D—直管外径 (单位:mm) ;S—设计温度下直管材料的许用应力MPa;Φ—焊缝接头系数;td—设计厚度 (单位:mm) ;C—直管壁厚的附加裕量 (单位:mm) ;Y—计算系数, 当t<D/6时, 按下选取:

4.1.2设计条件及计算

4.1.2.1由空压机出口到空冷塔进口管道

p—0.60MPa;D—426mm;S—138MPa;Φ—0.9;C—直管壁厚的附加裕量, C1为材料厚度负偏差、C2为腐蚀、冲蚀余量、C3机械加工深度mm;Y—0.4;经计算t=p D/2 (SΦ+p Y) =0.60×426/2× (138×0.9+0.6×0.4) =1.01mm;

C=C1+C2+C3=7×12.5%+2=2.88mm;

td=t+C=1.01+2.88=3.89mm;

根据市场规格管道壁厚圆整为7mm;选规格Ø426×7。

4.1.2.2由氧压机排气总管道到送出界区:p—设计压力, 0.8MPa;

D—200mm;S—138MPa;Φ—1;C—直管壁厚的附加裕量, C1为材料厚度负偏差、C2为腐蚀、冲蚀余量、C3机械加工深度mm;Y—0.4;经计算t=p D/2 (SΦ+p Y) =0.8×219/2× (138×1+0.8×0.4) =0.63mm;

C=C1+C2+C3=6×12.5%+2=2.75mm;

td=t+C=0.63+2.75=3.38mm;

根据市场规格管道壁厚圆整为6mm;选规格Ø219×6。

4.1.2.3由氮压机排气总管道到送出界区:p—设计压力, 0.8MPa;

D—150mm;S—138MPa;Φ—1;C—直管壁厚的附加裕量, C1为材料厚度负偏差、C2为腐蚀、冲蚀余量、C3机械加工深度mm;Y—温度修正系数, 0.4;经计算t=p D/2 (SΦ+p Y) =0.8×159/2× (138×1+0.8×0.4) =0.45mm;

C=C1+C2+C3=6×12.5%+2=2.75mm;

td=t+C=0.45+2.75=3.2mm;

根据市场规格管道壁厚圆整为6mm;选规格Ø159×6。

4.2弯头厚度计算

4.2.1设计依据:

根据《压力管道规范工业管道》GB/T20801-2006确定:

I—计算系数;R—弯头在管子中心线处的弯曲半径, 单位为毫米 (mm) ;tw—弯头在内侧、外侧、或弯管中心线处的计算厚度, 单位为毫米 (mm) ;a—弯管或弯头的转角, 单位为度。

弯头的计算厚度 (位于a/2处) ;tw=p D/2 (SΦ/I+p Y)

当计算弯头的内侧厚度时:I=4 (R/D) -1/ (4 (R/D) -2)

当计算弯头的外侧厚度时:I=4 (R/D) +1/ (4 (R/D) +2)

当计算弯头中心线处的侧厚度时:

4.2.2设计条件

4.2.2.1由空压机出口到空冷塔进口管道:p—0.60MPa;

D—426mm;S—138MPa;Φ—0.9;

Y—温度修正系数, 0.4;R—406;a—90°

经计算:内侧厚度I=1.55

tw=0.60×426/2 ( (138×0.9/1.55) +0.6×0.4) =1.59mm;外侧厚度I=0.83

tw=0.60×426/2 ( (138×0.9/0.83) +0.6×0.4) =0.85mm;中心线处厚度I=1.0

tw=0.60×426/2 ( (138×0.9/1) +0.6×0.4) =1.03mm

根据市场规格, 弯头壁厚圆整为7mm;

4.2.2.2由氧压机排气总管道到送出界区:p—0.8MPa;

D—219mm;S—138MPa;Φ—1;Y—温度修正系数, 0.4;R—203mm;a—90°;经计算:内侧厚度I=1.59

tw=0.8×219/2 ( (138×1/1.59) +0.8×0.4) =1.0mm;外侧厚度I=0.83

tw=0.8×219/2 ( (138×1/0.83) +0.8×0.4) =0.53mm;中心线处厚度I=1.0

tw=0.8×219/2 ( (138×1/1) +0.8×0.4) =0.63mm

根据市场规格, 弯头壁厚圆整为6mm

4.2.2.3由氮压机排气总管道到送出界区:p—设计压力, 0.8MPa;

D—159mm;S—138MPa;Φ—1;Y—温度修正系数, 0.4;R—取152mm;a—90°;经计算:内侧厚度I=1.55

tw=0.8×159/2 ( (138×1/1.55) +0.8×0.4) =0.71mm:外侧厚度I=0.83;

tw=0.8×159/2 ( (138×1/0.83) +0.8×0.4) =0.38mm:中心线处厚度I=1.0

tw=0.8×159/2 ( (138×1/1) +0.8×0.4) =0.45mm6mm

根据市场规格, 弯头壁厚圆整为。

5结论

计算和分析可知, 整个压力管道系统符合国家现行的标准、规范, 满足久泰4000空分项目工程管道的要求, 整个管道系统是安全可靠的。

参考文献