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来自:山东威诺医疗设备工程有限公司 发布日期:2018-7-19
核心提示: 医用PSA制氧系统由气源系统、吸附分离系统、产品系统以及控制系统四个模块组成。
1.系统流程及设备。
         医用PSA制氧系统由气源系统、吸附分离系统、产品系统以及控制系统四个模块组成。
气源系统由空气压缩机、冷干机、空气贮罐、过滤器组成。空压机是制氧系统的关键设备,它的作用是给吸附分离系统提供压缩气源。同时制氧设备的大部分能耗、噪音等都与空压机密切相关。因此,要选择性能优越的要缩机,以保证制氧机无故障、低能耗、低噪音的长寿命运行。由空压机出来的高压高温空气经C级过滤器过滤、冷干机冷却降温后进入空气贮罐。空气贮罐是压缩空气进入吸附分离系统前的储备中心,其主要作用是克服活塞压缩机运行造成的气体脉冲和压力波动,使进入分离系统的气流连续平稳。同时,空气储罐还起到分离凝结水的作用,分离出来的水从空气贮罐底部经阀门排出。压缩空气在进入吸附分离系统之前要经过T级、A级、H级三级过滤。气源系统的过滤器都属于精密过滤器,其中C级过滤器可除去大量的液体及3μm以上固体微粒,达到最低残留油分含量仅5ppm,有少量的水分、灰尘和油雾,用于空压机之后,冷干机之前;T 级过滤器能滤除小至1μm的液体及固体微粒,达到最低残油分含量仅0.5ppm,有微量水分、灰尘和油雾,用于A级过滤器之前作前处理之用;A级过滤为超高效除油过滤器,能滤除小至0.01μm的液体及固体微粒,达到最低残油含量仅0.001ppm,几乎所有的水分、灰尘和油都被去除,用于H级过滤和冷干机之前,起保护作用;H级过滤器为活性炭微油雾过滤器,能滤除小至0.01μm的油雾及碳氢化合物,达到最低残油含量仅0.003ppm,不含水分、灰尘和油,无臭无味,起最后一道过滤作用。因此,从气源系统进入吸附分离系统的空气高压、洁净、无味,适合吸附分离,又不会使分子筛失效。
吸附分离系统由两个吸附塔(也有采用多塔的)、一组控制阀门和排气消音器组成。吸附分离系统是制氧机的核心模块,其分离效果直接影响着氧气纯度。吸附塔内装有沸石分子筛,利用其对氮气与氧气的吸附力、吸附速度以及吸附量的差异,在较高压力下将氮气吸附并在较低压力下将其解吸。两个吸附塔交替完成吸附与解吸过程,从而连续不断的产生氧气。其中,阀门的开关动作控制着吸附塔的吸附与解吸过程,解吸出来的废气经消音器排出,以减小系统的噪音。
        产品气系统包括氧气贮罐和灭菌、除尘过滤器。氧气贮罐与吸附塔出口相连,一方面起着平衡氧气压力与贮存氧气的作用;另一方面,通过压力传感器控制吸附塔的循环过程。由于医用氧气要求洁净、无菌,因此,在供用户之前要除去细菌等病原微生物。
        制氧机的控制系统由运行控制系统和远程监控系统组成。运行控制系统是指控制制氧机起、停、正常运转的计算机控制程序和实现该程序的控制器。制氧系统的压缩机、吸附塔、氧气储罐、流量计等都装有传感器,传感器将压力信号、流量信号以及浓度信号传给运行控制系统,该系统通过这些参数控制制氧机的正常运行。远程监控系统可以将制氧机的运行状态包括氧气流量、压力、浓度等参数显示在远程的显示终端上,坐在办公室就可以看到制氧机的运行状况,从而提升了医院的管理水平。
2.关键因素。
       影响制氧机制氧效果的关键因素有分子筛性能、吸附塔结构和吸附工艺参数。
       分子筛是变压吸附制氧的核心,分子筛的性能直接决定着变压吸附制氧装置的优劣。选用性能好的分子筛可以减少分子筛的用量,降低吸附压力,减小空氧比,从而减小制氧机的重量与体积,降低制氧机的能耗。表1是两种医用制氧分子筛的性能比较表。由表1可知,在1个大气压下,FZS2的氮气静态吸附量是FZS1的2.375倍,FZS2对N2/O2的选择性约为FZS1的两倍,同时,FZS2的吸附压力低于FZS1的吸附压力。FZS1与FZS2两种分子筛的吸附等温线如图1、图2所示。由图1和图2可以看出,压力在1-3bar之间时,FZS2的氮气吸附等温线比FZS1的氮气吸附等温线陡,当分子筛量一定时,FZS2每次循环的产氧量(假定吸附压力均为3bar)是FZS1的1.58倍。由以上分析可知,采用FZS2进行分离空气制氧比采用FZS1分子筛用量小、空氧比小、氧气回收率高、吸附压力低、能耗低。
        吸附塔是保证制氧机长期稳定运行的关键,在进行吸附塔结构设计时,要保证高效、长寿两大目标。高效性主要指吸附塔的死空间小、贴壁效应低、布气效果好;长寿主要指吸附塔的压紧机构要保证分子筛不上下浮动以避免分子筛的磨损。死空间的大小决定着分子筛的利用率,当死空间比较大时,会造成1/3的分子筛不工作;贴壁效应会增加死空间体积,从而降低分子筛的利用率;布气效果不仅影响死空间的大小,还会影响分子筛的使用寿命,目前可以均压力、均流速的气流分布器的布气效果最好。吸附塔内的压力在升压阶段特别是均压过程变化很快,如果压紧效果不好,会使分子筛在吸附塔内周期性浮动,从而将分子筛磨损和压碎。
        变压吸附制氧机的工艺参数包括∶吸附时间、均压时间、反吹气量等。在产品气流量一定的情况下,氧气纯度随吸附时间、均压时间、反吹气量的增加都是先增加后减小,即存在一个最佳的吸附时间、均压时间和反吹气量。且最佳的吸附时间随反吹气量的变化而变化,同时还受氧气流量的影响。同时,均压时间的优劣不仅影响氧气的浓度,还很大程度上影响着系统的能耗和回收率,因此,设定恰当的均压时间可以有效提高制氧机的性能。工艺参数直接影响制氧机的运行效果和运行寿命,是制氧机正常运转的保障。
3.产品规格与配置。
         产氧量是医用PSA制氧机的一个重要指标,目前国内医用PSA制氧机的产氧量一般在2~90Nm3/h,具体规格与其适用范围如表2所示。
        集中供氧系统在配置制氧机时有两种选择:单机配置、双机配置。当需供氧气量上下落差小时(如图3的B曲线),为了更合理的有效利用医用供氧装置,节约能源,易选用单机配置。当需供氧量上下波动大,存在用氧高峰期时(如图3的A曲线),易选用双机组配置,其优势在于,用氧高峰期时,双机组同时开启工作,实现高峰供氧,而在供氧量需求不高时,可关闭一台机组,只需用单机组供氧,这样大大降低使用能耗,更趋经济合理化。
        在利用PSA制氧机供氧时,一般还有备用氧配置,包括汇流排和多极充瓶装置。汇流排可以在用氧高峰时或突然停电时供氧,从而使得供氧系统更加安全、可靠。在氧气有余量时,多极充瓶装置可以给钢瓶充装多余的氧气,这样就解决了备用汇流排氧气的来源,并能向高压氧舱以及医院没有铺设中心供氧管道的用氧部门供氧,或向周边用氧单位提供氧气出售,创造效益。
4.能耗状况。
        由于制氧机要长期连续运转,其运行费用主要是消耗的电能,故此,单位氧气的能耗是制氧机的一个重要性能指标。图4是三种制氧机的能耗曲线,其中曲线1、2是国产机,曲线3是进口机。由图4可知,随着产氧量的增加,单位氧气的耗电量逐渐下降,并且在小产量时变化更为明显。这主要由产氧量小时氧气回收率低,各设备的效率低造成的。由图4还可以看出,国产制氧机的能耗要比进口机的能耗高,并且国产机之间能耗也有差距。这主要由于国外对PSA技术的研究起步较早,技术比较成熟。相比之下,国内PSA技术落后,并且,各单位的技术水平也相差较大。
        由前文的分析可知,影响制氧机能耗的因素主要有分子筛性能、吸附塔结构、系统运行的工艺参数等。因此,在进行制氧机的设计时,要从这几个方面综合分析,在保证制氧机产量和氧气纯度的前提下,尽量降低系统的能耗,以提高长期运行的经济性。用户在选择制氧机时也要考察其能耗指标,尽量选择单位氧气耗电量小的产品。
 结论
1.目前,氧气钢瓶直接供氧的形式已经基本上被淘汰,集供氧系统是现代医院的必然选择,在集中供氧系统的氧气供应方式上,各医院要应根据自己的实际情况以及医院的长远规划,进行综合分析,选择最适合的供氧方式。
2.吸附分离系统是医用PSA制氧机的核心,该系统的分子筛性能、吸附塔结构、运行时的工艺参数等都直接影响制氧机的制氧效果、系统的能耗与运行寿命。
3.在配置制氧机时,医院要根据自己的氧气需求情况选择合理的配置,并注意考察制氧机的能耗状况。
 
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