普通PSA制氧机存在问题及解决方法.docx
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普通PSA制氧机存在问题及解决方法
普通PSA制氧机存在问题及解决方法
一、普通型PSA制氧机存在的主要问题：
1、进入吸附塔内的压缩空气中含有乳浊液等有害物质较多，对沸石分子筛的损害程度较重。
2、进入吸附塔内压缩空气所产生的气流较大，容易对沸石分子筛造成冲击性损伤，进而导致沸石分子筛粉化重。
3、吸附塔内设置的压紧装置弹性压力较大，可对沸石分子筛产生挤压性损伤，当沸石分子筛受潮时损伤的程度更为严重。
4、每个吸附周期至多能将压缩空气中28%的氧气分离出来，与DKO-PSA制氧机比较几乎相差一倍。
5、大部分PSA制氧机不具备为高压氧舱提供氧气的条件。
供氧系统大都以0.5MPa的压力供氧，病房鼻插管供氧的终端装置会因压力过高而损伤，最终会导致氧气泄漏率大范围增加。
6、不具备监控用氧状态的技术条件，对中心供氧系统发生的氧气泄露难以及时控制。
当中心供氧系统发生较大的氧气泄漏，又没有有效的监控措施时，就必然会导致设备的运行负荷加重及加大氧气的使用成本。
7、普通型PSA制氧机使用周期达到1-2年时，制氧纯度或制氧量均逐渐开始下降。
届时，若保持正常供氧量，制氧浓度大部分都会低于90%或80%；若保持制氧浓度在90%以上，制氧量即可降低到使用初期的80%左右；且在使用过程中会频繁地发生运行故障。
二、国内普通型PSA制氧机存在问题及解决方法
导致普通型PSA制氧机存在诸多问题主要包括设备结构、配套设施及组合方式不合理等多方面的因素，解决方法和理想状态大致如下：
1、制氧主机结构形式
绝大多数普通型PSA制氧机采用双塔式结构形式。
它由两个吸附塔交替进行吸附与解吸附。
在一个吸附周期内只有一半时间处在氧气分离过程中，另一半则处在非产氧状态。
因此，同功率的双塔式PSA制氧机在单位时间内需消耗成倍的压缩空气。
气体在吸附塔内产生的气流强度也会因此增大，较大的气流强度会对沸石分子筛产生冲击性损害。
理想的结构形式：
采用多塔结构形式设计制造PSA制氧机，它由四个以上吸附塔组成，在一个吸附周期内，氧气的分离过程是呈连续性和持续性的，没有氧气分离的停顿时间。
同功率的多塔式PSA制氧机在单位时间内所消耗的压缩空气仅为双塔式PSA制氧机的二分之一。
多塔式PSA制氧机吸附塔内产生的气流强度不会构成对沸石分子筛产生冲击性损害的程度。
2、主机产氧率
PSA制氧机的吸附程序与氧收率有密切的关系。
双塔式PSA制氧机，在一个吸附周期内只能建立六个吸附程序，氧收率为25%左右，最佳吸附状态时也只能达到28%；而四塔式PSA制氧机在一个吸附周期内可建立十二个吸附程序，氧收率可达到50%；六塔或八塔结构的PSA制氧机在一个吸附周期内可建立十六个吸附程序，氧收率可达到56%（吸附塔数量增多并不代表氧收率成比例增大）。
由于双塔式PSA制氧机的氧收率较低，因此，在单位时间内消耗的压缩空气量也会成倍增加。
理想的设备状态：
吸附塔越多，氧收率就越高；氧收率越高，能耗就越低。
由于多塔结构的PSA制氧机吸附程序复杂而数量较多，因此，它不但具有成倍的节能功效，还可减轻供气设备的运行负荷，延长沸石分子筛和整个机组的使用寿命。
3、吸附塔内的气流强度
有诸多因素可导致吸附塔内的气流强度增大，如主机结构形式、氧收率及供氧方式等，都是导致吸附塔内的气流强度大幅度增加的直接原因。
据测试：
同功率的双塔式PSA制氧机在吸附过程中，沸石分子筛所承受的气流强度是多塔式PSA制氧机的八倍多，若采用提高供气压力的方式提高供氧压力时，气流强度会超过多塔式制氧机十倍以上。
过大的气流强度不但会对沸石分子筛产生直接的冲击性损伤，还会导致沸石分子筛在吸附塔内发生串动性粉化。
理想的气流控制方式和程序：
采用多通路回旋阀控制进塔气体的分配过程，可以从根本上消解气流强度对沸石分子筛所造成的危害。
以四塔式PSA制氧机为例，它每个吸附塔在吸附过程中所产生的气体强度仅仅是同功率双塔式PSA制氧机的1/8，如此微小的气流强度不仅不会对沸石分子筛构成冲击性损伤，也不会导致沸石分子筛在吸附塔内发生串动，可有效避免气流因素对沸石分子筛造成的损害。
4、压缩空气消耗量
普通型双塔式PSA制氧机每制取1立方米氧气至少需要20立方米压缩空气，耗气量是多塔式PSA制氧机的两倍多；双塔式PSA制氧机大多是用提高供气压力方式提高供氧压力，这种方式会使压缩空气的消耗量进一步加大。
因此需加大动力设备的功率和增加能耗，同时，沸石分子筛的使用寿命也会因此缩短。
理想的设备类型：
采用多塔式PSA制氧机，它每制1立方米氧气只需10立方米压缩空气，耗气量仅为双塔式PSA制氧机的二分之一。
供氧采取特殊的分级供氧体系，不需用提高供气压力的方式提高供氧压力，也不会增加供气设备的运行功率和设备的运行负荷。
5、分子筛压紧装置
双塔式PSA制氧机吸附塔内的沸石分子筛由于承受的气流强度较大，很容易发生串动，所以必须设置压紧装置对其进行固定。
压紧装置是一种弹性较大的弹簧结构性组件，它能将吸附塔内的沸石分子筛牢牢地固定。
但是，它在有效固定沸石分子筛的同时，也会对沸石分子筛产生挤压性损伤，只是挤压性损伤的程度要比沸石分子筛在吸附塔内发生串动时所造成的损失小而已。
理想的解决方式：
采用多塔式PSA制氧机，通过多塔式结构、多通路回旋阀等科学而严格的控制供气、制氧、供氧流程，可大幅度地减小吸附塔内的气流强度。
所以，吸附塔内不需设置压紧装置。
6、吸附塔气体分配控制阀
双塔式PSA制氧机的气体分配控制阀均采用炮铜角座式结构，共需八组，由PLC编程控制它们的开启与关闭过程。
炮铜角座阀是由气动压杆推动着阀芯与阀座进行密封，这种结构容易被大颗粒杂质损伤密封面。
当阀门的密封面受到损伤时，它的使用寿命也即行结束。
标准状态下，炮铜角座阀的使用次数仅为200万次，按照日运行时间16小时计算，至多能用2年。
理想的解决方法：
采用多通路回旋阀，它由定盘、转盘、摩擦片及驱动汽缸等部件构成。
一套多通路回旋阀可同时控制十二个气体通道。
气体通道的密封过程是以转盘旋转方式进行。
定、转盘之间衬有耐摩擦、且密封性能极好的摩擦片，因此，可避免杂质对阀门的密封面产生损伤。
多通路回旋阀的正常使用次数可达到2000万次以上。
按日运行16小时计算，使用周期接近20年。
7、进塔气体控制
普通型PSA制氧机只设置一套冷冻干燥机及空气过滤器。
冷冻干燥机运行方式没有具体的控制程序，它的启动过程是与系统设备同步。
但在实际运行过程中，冷冻干燥机在启动后至少需要3-8分钟才能将气体温度降至2-3℃。
若与PSA制氧机的系统设备同步启动运行，必会使部分未经冷却的气体进入后道工序。
此时，空气过滤器的拦截功能会大打折扣。
以功率5m3/h的普通型PSA制氧机为例，冷冻干燥机的每个启动过程至少能有5-8m3压缩空气未经冷却即进入空气过滤器，会有2-3mmg润滑机未能过滤而进入吸附塔内。
据测定，普通型PSA制氧机每启动一次，至少会有2g沸石分子筛因这部分未经冷却的压缩空气而失效。
理想的控制方式及程序：
设双套冷冻干燥机和空气过滤器，并通过电脑系统控制其运行过程。
当制氧主机接通电源时，冷冻干燥机率先启动，当气体温度降至2-3℃时，制氧主机随即开机运行。
8、设备组合数量
无论是PSA制氧机国家标准，还是国内专业生产厂，均没有对PSA制氧机的组合数量进行限制。
采用单机组合的模式较多。
PSA制氧机采用单机组合时一旦出现故障，整个供氧系统就会显的极其被动；还会因单机频繁启动而影响PSA制氧机的制氧纯度和性能，设备的使用寿命也会受到很大的影响。
理想的配置方式：
采用双机组（或多机组）联动组合，在用氧量小或单机能够满足供氧需求时，其它机组即处在备用状态；在用氧量大或单机运行满足不了用氧需求时，其它机组（或多台机组）可协同运行。
这样不但可保持供氧的连续性和可靠性，还能减轻设备的运行负荷和减少电能消耗，并延长设备的使用寿命，制氧纯度也不会发生波动性变化。
当一台机组出现故障时，其它机组也可取而代之。
9、氧机功率设置
大多数普通型PSA制氧机每日运行时间多达16小时以上，有的甚至达到20小时以上才能满足医院的实际用氧量。
实验证明：
PSA制氧机最佳运行总时间是12小时/日以内，运行时间过长会缩短设备的使用周期和影响沸石分子筛的吸附性能。
标准条件（指：
压缩空气含油量和进塔气流不会对沸石分子筛产生损害的供气状态）下，总运行时间控制在12小时/日以内的PSA制氧机，沸石分子筛的使用寿命可达到10年以上；若总运行时间超过12小时/日时，沸石分子筛的使用寿命可大幅度缩短。
一台同功率的PSA制氧机，当总运行时间经常达到16小时/日以上时，沸石分子筛的使用寿命仅能维持4-5年。
理想的制氧功率设置：
以双机组（或多机组）组合、单台机组每日总运行时间不超过12小时即可达到随时满足医院各级用氧设备或单位同时用氧，是理想的组合和功率设置模式。
例如：
某综合性医院日用氧量为400立方米，应配置两套功率为18m3/h，或三套功率为12m3/h的PSA制氧机组，总制氧功率为36m3/h。
10、PSA制氧机的运行控制模式
大多数普通型PSA制氧机没有规定具体的运行模式，只要供氧量不足，PSA制氧机就会立即启动运行，有的甚至处在昼夜连续性运行或频繁的启动运行状态。
据有关资料证实，PSA制氧机若经常性或无规律性连续运行时间过长或停机间歇时间过短，会降低沸石分子筛的吸附性能。
如：
在标准条件下频繁性的一次连续运行4小时以上、运行的间歇停机时间又短于1.5小时的PSA制氧机，它的使用寿命至多能达到5年；而一次连续运行时间短于3.5小时，且停机间歇时间多于1.5小时的PSA制氧机，使用寿命至少能年达到10年以上。
理想的运行模式：
至少由两台PSA制氧机组成，并通过电脑系统以交替方式控制其运行过程。
其中一台机组运行时间达到3-3.5小时即自动停机，另一台机组则自动开机；每次停机的间歇时间应1.5小时；当一台机组本次率先启动时，下一次应由另一台机组率先启动。
如此周而复始。
11、空气压缩机
空气压缩机是提供压缩空气的主要动力设备，PSA制氧机多采用螺杆式空气压缩机，运行过程中有如下因素会影响其性能：
1）转子轴承
转子轴承是螺杆式空气压缩机的重要部件，在保养良好的荷载状态下使用寿命一般为3万小时。
按每日平均运行16小时计算，使用周期可达到5年，若发生损坏或届时未按期更换，会导致空压机运行负荷加重或转子抱死。
理想的控制状态：
1）选择原装进口螺杆空气压缩机，它的组件质量较高，组件间的配合比较合理，运行性能也比较稳定。
2）及时对整机实施保养，尤其是润滑机油应始终保持足够的数量和良好的质量状态。
3）采用多塔式PSA制氧机，以减少压缩空气的消耗量。
4）采用电脑-远程监控系统对空气压缩机的运行过程和实际运行时间进行控制和跟踪记录，保证设备能按期保养和及时更换转子轴承。
2）空气滤清器
环境气体中有大量粉尘和杂质，当杂质过多或空气滤清器超期使用时，这些杂质就会进入供气系统而影响气体的净化效果。
普通型PSA制氧机空气滤清器的使用周期是依靠人工判定，保养不及时或超期使用的现象极为常见。
理想的解决办法：
采用电脑.远程监控系统对空气滤清器的使用周期进行跟踪控制，并根据空气压缩机的实际运行时间自动记录，达到及时更换或及时保养空气过滤器滤芯的目的。
3）润滑机油
润滑机油以油膜的形式充填在空气压缩机的阴、阳转子之间，以确保转子在无摩擦的状态下高速运行，这是螺杆空气压缩机的特征性结构。
润滑机油是转子轴承的重要润滑剂，一旦缺乏，会迅速导致空压机转子或转子轴承发生损伤。
理想的控制状态：
通过电脑.远程监控系统对设备的运行状态和机油数量进行监测，并确保及时添加或更换润滑机油。
5）轴封
螺杆式空气压缩机轴封的正常使用周期为6千小时，超期使用或损坏都会产生气缸漏油、漏气，并破坏转子轴承。
普通型PSA制氧机对轴封的使用是靠人工进行记录使用时间，没有电脑.远程监控系统跟踪控制的条件，容易发生轴封过期使用。
理想的控制状态：
通过电脑.远程监控系统对设备的运行过程进行跟踪监测，以准确控制轴封的使用周期或更新时程。
12、冷冻干燥机
冷冻干燥机是对压缩空气实施净化的基础设备，主要用于冷却压缩空气，为后续净化打下基础。
若发生故障会直接影响压缩空气的净化质量。
如下因素会影响它的正常运行：
1）散热器
散热器故障，可导致冷冻干燥机的压缩机因运行负荷加重而停机。
理想的应用状态：
设置动态传感器，当气体温度在规定的时间内未达到设定值或运行过程气体中的温度低于设定值时，空气压缩机则不启动或自动停机。
此时，电脑.远程监控系统将发出故障警示信号或提示。
2）排污器
冷冻干燥机均采用电磁阀控制排污，电磁阀在高气压下频繁启动与关闭，会因压力的冲击而损伤。
一旦冷冻干燥机排污电磁阀发生故障，冷却、净化系统的净化性能即大幅度下降，届时，大量污浊液就会涌入空气过滤器而使气体净化质量下降。
理想的方式：
设置专用排污器对冷冻干燥机、分离器、储气罐等设施内分离、沉淀的油、水或沉淀液等进行集中储存，然后通过缓慢开启式气动薄膜阀在电脑系统的控制下定期排泄。
缓慢开启式气动薄膜阀可在1.0MPa以内的各种压力下使用，是一种免维护式排污设施，设计使用寿命为十二年。
2）机房温度
房间温度超过40℃或通风不良时，可影响冷冻干燥机的正常功能。
房间温度过高会导致气体露点增高，进而影响气体的净化效果，这是普通型PSA制氧机常见的问题。
理想的控制方式：
设置环境温度传感器，通过电脑系统对前置冷干机进行控制。
前置冷冻干燥机具有变频功能，电脑系统可根据房间温度变化对冷冻干燥机发出运行指令，此时，冷冻干燥机可通过变频功能调节设备的运行功率或运行速率，使压缩空气的温度能始终稳定在2-3℃。
13、空气过滤器
空气过滤器是用于拦截压缩空气中乳浊液的关键设施。
如下因素可影响其使用性能：
1）排污功能
空气过滤器具有拦截乳浊液和自动排污功能，当排污装置发生故障或排污受阻时，乳浊液会随压缩空气进入吸附塔而影响沸石分子筛的吸附性能。
2）滤芯质量
空气过滤器的滤芯与产品型号匹配不当时，会影响对乳浊液的拦截功能。
3）环境温度
环境温度25℃、环境湿度为70%时，滤芯的使用周期一般为9000小时。
环境温度过高时，可因冷冻干燥功能不足而影响空气过滤器的过滤性能。
4）环境污染或杂质含量
环境气体污染较重或粉尘含量较大时，空气过滤器滤芯的使用寿命将下降。
5）气体滤过量
在标准条件下（指：
气体温度25℃、湿度70%），功率为1m3/h的PSA制氧机，它配置的空气过滤器可过滤10万立方压缩空气。
普通型PSA制氧机每制1m3氧气需要20m3压缩空气。
按此计算，空气过滤器的使用周期至多能达到5000小时。
当环境条件发生变化时，空气过滤器滤芯的使用寿命也会随着发生改变。
普通型PSA制氧机不具备准确记录载荷使用时间的条件。
因此，很容易发生空气过滤器滤芯超期使用。
如此会导致大量乳浊液进入吸附塔而使沸石分子筛的吸附性能下降。
理想的控制方法和程序：
选用国际品牌产品，严格控制规格型号，设置房间温度传感器，并通过电脑远程监控系统对空气过滤器载荷使用时间进行跟踪记录，以确保空气过滤器及时更新。
14、储气罐气体及沉淀液控制
1）压缩空气进罐前控制
多数PSA制氧机的空气压缩机产出气体未经净化处理即进入储气罐，大量的乳浊液会因此污染储气罐而影响后续净化设施的性能。
理想的控制方式：
在储气罐之前设置一套冷冻干燥机和标准组套的空气过滤器，使压缩空气以相对洁净状态进入储气罐。
2）储气罐沉淀液排除
普通型PSA制氧机没有自动排污程序，也没有人工排污的严格规定，对储气罐实施定期排污的PSA制氧机很少，因此，储气罐内大量沉淀液会进入供气系统而加重空气过滤器滤芯的净化负荷。
理想的控制方式：
储气罐是沉淀压缩空气中乳浊液的重要设施，它以缓冲气体的原理对压缩空气中的乳浊液进行沉淀；设置专用排污器集中储存储气罐内的沉淀液，然后经缓慢开启式排污阀排到室外或污液井内。
15、供氧方式
医疗用氧设备或设施对供氧压力有不同的要求。
高压氧舱需要0.6MPa，麻醉机和呼吸机需要0.4MPa，病房鼻插管供氧的终端装置则需要0.2MPa。
普通型PSA制氧机为了满足设备的用氧压力要求，多用提高供气压力的方式提高产氧压力，并将所有设备的用氧压力设定在同一水平。
PSA制氧机产氧压力越高，压缩空气消耗量就越多。
但它的氧收率却不会因耗气量增大而增加，反而，过高的供气压力还会导致沸石分子筛的吸附容量大幅度下降（见图4PSA制氧机的产氧压力达到0.5MPa时，压缩空气消耗量要比产氧压力为0.3MPa时高出60%，而氧收率还会因此降低；另有一部分PSA制氧机是采用氧气增压机增压的方式供氧，但它没有专路供氧条件或技术，因此，医院使用的全部氧气均经氧气增压机增压后供给，供氧压力多在0.5MPa以上。
如此高的供氧压力，不但会导致氧气增压机运行负荷加大，还会使病房鼻插管供氧的终端装置因压力过载而损伤密封部件，最终使氧气泄漏率加大。
理想的方式和程序：
设置专路供氧管路和供氧设施，以各自适宜的供氧压力提供用氧保障。
病房鼻插管供氧的终端装置供氧由储氧罐直接提供；高压氧舱、麻醉机和呼吸机采用专用供氧体系供氧。
整个供氧系统均通过电脑系统自动化进行控制。
18、氧气增压机
增压供氧的普通型PSA制氧机均采用活塞式增压机。
活塞式增压机每压缩5.6m3氧气需消耗1度电，正常使用寿命为12000小时，按照每日运行12小时计算，使用寿命约为2.7年；若按每日运行24小时计算，使用寿命仅能达到1.3年；在使用过程中，平均每运行3000小时即需更换一次活塞环和阀片。
理想的解决办法：
采用专路供氧管路和供氧设施，结合专用压力调节器进行调节。
氧气增压机采用全无油润滑的密闭往复循环式压缩机，设计使用寿命为13年。
19、用氧量监控
用氧设备需要正确的操作与管理，并需对氧气额外消耗进行监控。
根据调查统计：
中心供氧系统采用普通型PSA制氧机供氧，且管理比较到位的综合性医院，氧气利用率最多能达到80%，大约有20%的氧气因各种原因而额外消耗或浪费，也有很多单位的氧气利用率只能达到70%。
普通型PSA制氧机对氧气额外消耗没有监控条件和基础。
氧气泄漏状态很难被及时控制和排除。
用氧量控制的意义及方式：
预防氧气额外消耗，不但需要有过硬的设备质量，同时还要对用氧设备的使用状态及操作方式实施监控。
有效控制氧气额外消耗或减少氧气泄漏率，对降低能耗，延长设备的使用寿命有重要的意义。
通过电脑.远程监控系统对氧气使用过程进行监控，并对用氧方式加以管制，可达到有效避免氧气额外消耗、降低能耗和减轻设备运行负荷的目的。
说明：
为了解决麻醉机或呼吸机供氧问题，普通型PSA制氧机需要将供氧压力提高到0.5MPa以上。
据统计：
300张床位规模的综合性医院，每日平均用氧气量约为100立方米（相当于20-22瓶氧气），而普通型PSA制氧机为了解决供氧压力需0.4MPa、总用氧量仅占总用氧量5%的麻醉机和呼吸机用氧，均需将中心供氧系统的氧气全部提高到0.5MPa以上。
危害1：
病房鼻插管供氧的终端插拔阀和氧气湿器适宜的工作压力仅为0.2MPa，若在0.5MPa的压力下使用，会因压力过载而发生密封垫片损伤，最终导致氧气大范围渗漏或泄漏。
据调查统计：
一个管理较好的医疗单位，因插拔阀超压使用而造成的氧气泄漏量可高出30%以上。
危害2：
普通型PSA制氧机为了将供氧压力提高0.5MPa以上，就必须将供气压力提高到0.6-0.7MPa。
而PSA制氧机或沸石分子筛适宜的供气压力仅为0.45MPa，当达到0.6MPa以上时，不但会造成40%以上的压缩空气额外消耗，还会因此加大气流而损坏沸石分子筛，同时，沸石分子筛还会因供气压力增高而降低对氮气的吸附性能。
危害3：
根据测试：
普通式供氧终端插拔阀的密封垫及附件在0.2MPa的压力下使用，其使用周期可达到五年以上（上海捷锐的供氧插拔阀可达到十年以上），而在0.5MPa的压力下使用，其寿命仅为达到一年，届时必须更换，否则，氧气的泄漏率会更大。
备氧气汇流排-
PSA制氧机的制氧浓度、供氧量及日运行时间超出10小时，可自动切换到备用供氧汇流排继续不间断性供氧，并同时发出声、光两种信号进行报警，当报警信号连续发出30分钟而用户仍没有反映或信号仍没有停止时，本公司的远程监控系统将发出应急提示。
动用氧气汇流排的氧气所产生的费用由本公司承担。
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