医用制氧机常见故障分析及维护

睿医界2018-10-16 10:52:14

第二届全国医院后勤精细化管理高峰论坛

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2017年3月24日- 3月27日

湖南 长沙 远大城

随着医疗技术的迅速发展,现在很多医院都采用变压吸附法 ( Pressure Swing Adsorption 简称PSA) 制取医用氧气的设备。下面就以我院的制氧系统 (美国AIRSEP牌,原装整机进口) 为例,通过对我院8 年来的维修维护经验,对制氧机的常见故障进行简要分析,谈几点切身体会。

目前制取氧气主要有如下几种方法

a、化学法

化学法制氧是经由化学反应,使富氧化合物分解供人们应用的一种制氧方法。主要有两类:一类是以碱金属的过氧化物和超氧化物与二氧化碳、水反应产生氧气:一类是以氯酸盐和过氯酸盐加热情况下分解成氯化物和放出氧气。这种方法制氧器价格便宜,但长期使用原料消耗比较大,造成使用费用比较昂贵。同时,这种方法生产能力小无法生产大量的氧气。现在只用在小型家庭用便携式制氧器的生产上。

b、电解法

采用的原理是在稀的硫酸、氢氧化钠或硫酸钠的水溶液中通直流电,使水电离,氧积聚在阳极,氢积聚在阴极。每制取1m3氧气,同时获得2m3氢气。但由于制取1m3氧气耗电量为12-15度耗电量太大,这种方法也不能大量生产。

c、空气分离法

空气分离法是目前最常用的制取氧气的方法。

空气中的主要成分是氧和氮,它们分别以分子状态存在。分子是保持它原有性质的最小颗粒,而分子的数目非常多,并且不停地作无规则运动。因此,空气中的氧、氮等分子是均匀地相互搀混在一起的,要将它们分离开是较困难的,但如通过一定的科技手段则是可以实现的。目前空气分离的方法主要有三种:

(1)低温法(也称深冷法)

它是先将空气通过压缩、膨胀降温,直至空气液化,再利用氧、氮气低温度(沸点)不同(在大气压力下氧的沸点为-182.96℃,氮的沸点为-195.8℃)在一定的设备—精馏塔内,氧先变成液体流出。从而进行空气分离,是目前应用最为广泛的空气分离法。这种方式制氧量大,纯度高,可以在制氧气的同时制取其他气体。但这种方式规模比较大,一般在每小时几千立方以上,设备一次性投资大,生成气体从启动到应用时间比较长,一般在8—16小时,设备复杂,占地面积大,对操作人员要求高,一般作为大型应用氧设备供应。

(2)变压吸附法

它是让空气通过充填有分子筛的吸附塔。利用分子筛对不同的分子具有选择性吸附的特点,将通过的氮优先吸附,让氧分子通过因而可得到纯度较高的氧气。

由于吸附剂的吸附容量有限,当吸附某种分子达到饱和时,就没有继续吸附的能力,需要将被吸附的物质驱赶掉,才能恢复吸附的能力。为了保证连续供气,需要有两个以上的吸附塔交替使用。

在物理吸附过程中,改变压力或改变温度都可以改变吸附的吸附量。对于等温条件下的气体混合物,吸附剂对被吸附组分的吸附量,因其分压升高而增加,其分压下降而减少。这样,吸附剂在高压下吸附,达到吸附平衡后,再降压解吸,释放出被吸附的气体组分,吸附剂再生。这就是变压吸附过程。

这种方法流程简单,操作方便,运行成本较低,产品氧纯度在93%左右,现在已普遍应用在医院制氧和富氧燃烧中。

(3)膜分离法

它是利用一些有机聚合膜的渗透选择性,当空气通过薄膜(0.1um)或中空纤维膜时,氧气穿透过薄膜的速度约为氮的4-6倍,从而实现氧氮的分离。

这种方法装置简单,操作方便,启动快,投资少。但它的氧浓度比较低,一般在28%-35%,所以它一般应用在氧气纯度不算高的地方。如煤矿、油田、玻璃窑炉等地方。

我院中心供氧站设备配置情况

3台30立方/小时美国原装Airsep制氧机

3台40千瓦合资阿特拉斯空气压缩机

6台40立方/小时美国原装Airsep制氧机

6台55千瓦美国原装阿特拉斯空气压缩机

2台55千万与2台15千瓦空气压缩机供应

医用压缩气体

3台11千瓦3台15千瓦结缔纳斯水环泵

供应负压吸引

2台无油氧气增压机为高压氧仓提供

高压氧气

我院采用的Airsep 制氧设备的工作原理

变压吸附空气分离的关键是分子筛。

分子筛是一类K、Na、Ca、Al等元素的硅酸盐矿物晶体。因为这种物质灼烧时产生类似起炮的沸腾现象,故该类矿物人们都称它为沸石或泡沸石。

沸石的晶体结构独特,其内有无数空洞,洞之间又有无数通道,并经窗孔与外界相通,好似未安“门”“窗”的住房大楼一般。不同的沸点其空洞直径大小也各异。大者空洞直径可达10-15埃(百亿分之一米)而孔道直径一般仅3-10埃。经灼烧的沸石会选择性的吸附分子,它可以吸附直径比孔道小的分子(其中特别是有极性或易极化的分子易被吸附)反之则被通过。由于沸石能选择性吸附分子,可起筛分分子作用。因此称沸石分子筛,简称分子筛。

由于天然沸石矿物远远满足不了作为分子筛的需要,现已人工合成的沸石分子筛有上万种,其中用途较广的有A型、X型、Y型和丝光沸石等

我院选用的分子筛是全世界最大的分子筛吸附剂制造商,美国UOP公司生产的5A型分子筛,是钙型硅铝酸盐。它的孔道直径为5-5.6埃,是晶体结构的笼型结构,有非常发达的晶穴,晶穴占体积的50%左右,平均每克分子筛有700-800m2的内表面积。在晶穴中具有非常强的阳离子和氧负离子,构成了极性极强的极性分子筛,而氧和氮是非极性分子,当氧氮通过5A极性分子筛时,在极性分子作用下,氧氮产生了诱导偶极,而氢氧的诱导偶极和5A沸石分子筛的极性偶极作用产生一种诱导力,而容易极化的氮产生的诱导力远远大于氧产生的诱导力,因此5A分子筛对氮的吸附容量大于对氧的吸附容量,氮被5A沸石分子筛优先吸附,而氧分子则通过分子筛,就制取了氧气。

5A沸石分子筛还具有加压时,对氮的吸附容量增加,减压时吸附容量减少的特性。因此,采用对5A沸石分子筛加压时吸附氮,减压时,氮从5A分子筛中解吸出来的方法来实现变压吸附制氧。为了连续不断的产氧,我们采用两个吸附塔循环工作,其流程由PLC机进行自动控制。

氧气生产流程图及原理图

压缩空气由高效螺杆空压机压缩经油水分离后,经主管路过滤器预过滤以保护整个系统后,进入冷冻干燥机进一步除水干燥(压力露点2-10ºC),然后经精密过滤、活性碳过滤后,使无油(0.003PPM)、无尘(0.01um)、干燥的压缩空气(0.7MPa)进入空气缓冲罐,进行稳压调压后,进入A吸附塔,吸附塔内的分子筛吸附掉空气中的氮气,未被吸附的氧气大部分经角座阀进入氧气缓冲罐,小部分氧气经回吹阀进入B吸附塔,吹扫解吸其吸附的氮气,经角座阀、消音器排空,A塔吸附接近饱和时均压阀打开, A塔的气体进入B塔,两塔压力均衡,此时A塔排气阀打开,塔内气体经消音器排空,同时B塔进气吸附、解吸、均压切换,重复上述步骤,如此循环不断产生氧气,氧气缓冲罐出来的氧气经进一步的除尘及除菌过滤,完全达到医用氧标准而供医院使用。(见下图)

工艺流程图

日常制氧机在使用中的常见故障分析

(1) 现象: 空压机不能启动

分析原因:没有主电源或控制电压.星形三相计时器损坏。

故障排除: 检查供电。检查控制线路保险丝。检查主控制电压的变压器次线圈.

更换星形三相计时器。即可。

(2) 现象: 空压机机器周期性停机。

分析原因:主机排气温度高。主电机过载.传动带张紧保护(在安装之后)

线压异常。

故障排除: 添加冷却剂。把过载保护设到正确值,并把开关转到重新设置位置。更换皮带。确保电压启动时不降到10%以下,在运转时不降到6%以下。

 (3) 现象: 空压机温度过高而停机。

分析原因:空压机高于额定压力而操作.预滤器受阻。冷却器受阻。面板漏装或安装有误。冷却剂不够。高环境温度。冷却气流受阻。

故障排除: 按机器额定设置正确压力。擦拭或更换预滤器。擦拭冷却器。确保所有面板的正确安装。添加冷却剂并检查有无泄漏。把空压机移到其他地方。

确保空压机有正确的气流。

(4) 现象: 安全阀开启

分析原因:开关有毛病或压力开关设置有误。最小压力阀功能失灵.加载电磁阀有毛病。放气阀有毛病。进气阀功能失灵。

故障排除: 更换安全阀,或按机器额定设置正确的压力。更换最小压力阀。更换加载电磁阀。更换放气电磁阀.更换进气阀。

(5) 现象: 氧气

纯度低

分析原因:1、连接管路接头松动有渗漏2、气动阀失灵3、电磁阀失灵4、吸附塔工作压力不足5、分子筛粉化失效

故障排除: 1、用肥皂水检漏并排除松动、渗漏2、检查气缸气源压力是否不足,调整压力调节阀3、检查接线圈与阀体4、提高进气压力,检查调压阀5、补充或更换分子筛

制氧机组的维护与保养

1、分子筛维护

a、分子筛是制氧装置的核心,为了防止污染而失效,必须严格按照对压缩空气的含油量要求来维护空压机,一般经过除油过滤器,滤除油份至0.01PPM以下,并经常检查过滤器,定期更换滤芯和除油活性碳。(全能、高效、超精三级滤芯每两年更换一次,除油级滤芯每半年更换一次。其更换可由用户自行更换)。

b、正常操作条件下,分子筛可使用十年以上,一般连续使用五年后,可打开吸附塔,根据分子筛的损耗情况进行填充;使用十年后,如果产氧量、产氧纯度未有明显下降,仍可继续使用。如有明显下降时(油污染严重,不满十年也会发生此种情况)应全部更换分子筛,更换分子筛时应通知厂方派专业人员在现场指导更换。

c、分子筛的存储、运输及更换均不会对人体产生危害,填充或更换分子筛时可戴护目镜及用抽气扇,填充后应以肥皂洗净皮肤接触处。

d、如订货时订有备用分子筛,存放时间过长的分子筛在填入吸附塔前,应先烘干活化。(烘干温度300~350℃,时间2小时)

2、气动阀、电磁阀的维护

a电磁阀体进入异物后,易堵塞先导孔,应经常检查排气消音器,清洗异物和油物,使排气通畅。

b在受到异常电压、电流冲击时,电磁头会损坏,应首先检查保护电路和指示灯,如正常,确认电磁头损坏,更换电磁头,同时查找损

坏电磁头的原因。有时电磁头发出鸣叫声,主要原因是电压不足,对先导芯级合力不强。

c一般电磁出现故障时,应整阀拆下修理,换上备用阀继续运行,可不影响设备使用。

d 气动阀门关闭不严时,应更换堵片上低密封胶垫。

3、PLC的维护

电控柜不要经常打开,避免粉尘进入PLC机内部影响正常运行,外部环境条件应满足PLC机环境要求,温度(0~55℃),相对湿度(≤80%),避免湿度变化急剧,造成结露,环境中应无腐蚀、可燃气体。另外,PLC机避免震动或传导冲击。

PLC机内部电池应按照PLC机说明的有效期和方法进行更换。一般在20℃时电池使用寿命为五年,高于此温度使用寿命会缩短。电池有效期一到ALARM、LED灯就闪烁(报警)要在一周内更换电池。未及时更换电池或更换电池时不慎造成不能运行时,应及时通知厂方人员,重新写入程序。

4、系统的维护

a设备连续运行时,应经常检查各管道连接处的气密性,不得有漏气现象。经常检查电磁阀、气动阀的运行状态。在一定流量下,纯度有明显的下降时,一般是电磁阀有故障更换电磁阀、气动阀不紧,更换密封胶垫。

b设备长期搁置不用或间断使用时,应保证每月开机一次,每次4小时,保证分子筛始终处于活化状态,每半个月手动运行气动阀若干次,防止气动阀抱死,影响启动运行。因长期不用设备,设备维护不良,造成设备不能正常运行时,应通知厂方技术人员维修设备。

参考文献:

[ 1] 医用分子筛制氧设备通用技术规范 [S] . YY/T 029

来源

本文安徽省立医院(杨晋

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