醫用分子篩制氧系統工作基本原理及故障研究探討

＊楊冠林

（珠海市奧吉賽科技有限公司 廣東 519060）

醫用分子篩制氧系統工作基本原理及故障研究探討

＊楊冠林

（珠海市奧吉賽科技有限公司 廣東 519060）

筆者著重講解了醫用制氧系統的基本原理，對空氣壓縮設備、制氧機的工作原理進行闡述，并對分子篩的附著特征等進行解析，并給出空壓機、制氧機、冷干機故障處理方法。

醫用；分子篩；系統；工作原理；故障闡述

醫用分子篩制氧系統誕生已經超過二十年，在當前大中規模的醫療機構頻繁應用。制氧系統包含空氣壓縮設備、空氣罐、冷干設備、制氧機、氧氣罐等設備，其有操控便利、保護生態，成本合理、效率奇高等特點。制氧系統在既定的壓力下會制成濃度達到93%的O2，可以在常溫常壓的大氣環境中制造氧氣，其所利用的科技技術有著極強的可操作性。該系統中的分子篩吸附劑能夠吸附大氣中的氮分子、二氧化碳分子和水分。在系統操控階段，分子篩能夠自動完成二次利用。該系統控制程序控制了整個系統中的設備、閥門、儀表等。系統維檢、維護較為簡便。筆者在本文中將探討醫用分子篩制氧系統中空壓機、制氧機等的工作原理，并融合過去的工作經驗對醫用分子篩制氧系統的常規故障實施解析，并給出具體應對策略。

1.醫用分子篩制氧系統工作基本原理

醫用分子篩制氧系統工作原理見圖：

圖 醫用分子篩制氧系統工作原理圖

醫用分子篩制氧系統以空氣為原料，利用PSA（變壓吸附）原理通過壓縮、轉化、吸附功能來制備氧氣。醫用分子篩制氧系統通過螺桿空壓機形成的壓縮空氣通過過濾、冷卻、干燥后流入制氧系統中的空氣罐。空氣儲氣罐中的壓縮空氣進入分子篩制氧機，空氣經過分子篩制氧機中分子篩，通過加壓附著空氣中的氮分子等，讓空氣內的氧氣與氮氣等能夠分離并制備出純度理想的氧氣。制備出氧氣通過氧氣儲氣罐緩沖作用后，輸送到醫療機構供氣管道中，在醫院的各個用氧終端完成使用。醫用分子篩制氧系統有著操控便利、開啟快速、故障率低的優勢，僅通過操控界面上的開關就能夠完成整個系統的啟動或終止，操控極為簡易。開啟設施數分鐘后就能夠產生較高純度、高產量的氧氣，制氧速率迅速。因為制氧系統管控了全部進出氣電磁閥開關，所以需挑選品質可靠的電磁閥確保系統的安全平穩運轉。

(1)空氣壓縮機的工作原理

螺桿空壓機的工作循環可分為進氣、壓縮和排氣三個過程。隨著轉子旋轉，每對相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環。

①進氣過程：陰陽轉子的齒溝空間在轉至進氣端壁開口時，其空間最大并與進氣口的相通，因在排氣完成時齒溝的氣體被完全排出，齒溝處于真空狀態，當轉至進氣口時，外界空氣即被吸入，沿軸向進入陰陽轉子的齒溝內。當轉子進氣側端面轉離機殼進氣口，在齒溝的氣體即被封閉。

②壓縮過程：陰陽轉子在吸氣結束時，其陰陽轉子齒尖會與機殼封閉。其嚙合面逐漸向排氣端移動。嚙合面與排氣口之間的齒溝空間漸漸件小，齒溝內的氣體被壓縮壓力提高。

③排氣過程：當轉子的嚙合端面轉到與機殼排氣口相通時，被壓縮的氣體開始排出，直至齒尖與齒溝的嚙合面移至排氣端面，此時陰陽轉子的嚙合面與機殼排氣口的齒溝重合，即完成排氣過程。

(2)制氧機的工作原理

利用制氧機中分子篩的吸附功能，制取純度達93%產品類氧氣。當壓縮空氣通過填滿分子篩顆粒的吸附塔時，分子篩憑借對相異分子的挑選性附著的能力，附著壓縮空氣中的氮分子、二氧化碳和水分，提高氣體中氧氣的含量從而制得合格純度的氧氣。因為分子篩附著容量有限，當附著氮氣分子等形成飽和狀態階段，其附著功能會被弱化。使用氣體低壓反吹，分子篩顆粒會解吸氮分子，氮分子并隨著反吹氣排泄到設備外，分子篩恢復附著功能。該流程也是二次利用的流程。為確保持續供應氧氣，通常做法是使用超過兩個的吸附塔，其一用來加壓吸附氮分子并獲得產品氧氣；其二，利用低壓反吹，解吸氮分子，恢復分子篩的吸附功能，為下一次加壓吸附做準備。

(3)冷干機的工作原理

冷干機的制冷系統隸屬壓縮類制冷，由制冷壓縮設備、冷卻設備、蒸發設備、膨脹閥和換熱器等五類基礎元素構成。其通過管道依順序相聯，構成密封空間，制冷劑在系統中持續循環流動，完成壓縮空氣與冷凝媒介完成熱量交換，降低壓縮空氣溫度降低并冷凝出空氣中的飽和水，實現干燥與冷卻并行。

2.醫用分子篩制氧系統常規故障處置

(1)空壓機的常規故障與處置

故障現象：控制氣源的電磁設備，進氣閥卡住了閉合開關。

處置模式：檢測軟管，看閥門是不是運轉正常，假如運轉不流暢或發現異常，應修理或更換。

故障現象：空壓機空氣流量或壓力比常規值小。

現象分析：

①系統消耗氣體的規模超越空壓器的排氣規模；

②可能是電磁閥故障；

③油氣過濾設備阻塞。

處置模式：

①螺桿空壓機容量有限，應更換過濾芯體；

②檢測控制閥門的信號電路是不是有故障，確認之后維修閥身或更換電磁閥；

③油氣過濾設備濾芯更換；

(2)制氧機的常規故障與處置模式在運轉階段制氧機會出現以下故障

故障現象：變壓吸附過程不正常故障分析：

①配網電壓不夠（190伏之下）；

②開關故障時；

③計算機控制設備信號沒有傳遞時。

處理模式：

①更換相關故障設備；

②檢測信號線路。

故障現象：氧氣罐壓力不夠。

故障分析：

①制氧機進口端空氣流速小，類推檢測空壓機預定值偏低，及可能空壓機輸送到氧氣罐的管道泄露；

②氧氣消耗快，電氣設備用氣量大或氧氣罐輸出管道泄漏。

處理模式：

①更改空壓機預設值；

②管道泄漏部位處理。

故障現象：氧氣濃度不夠對于此種情況，應權衡到下列狀況。

故障分析：

①系統機械設備尚未運行穩定；

②制氧機進氣端氣壓不足；

②閥門污穢或毀壞；清理后能夠再次投用。

④制氧機中的分子篩罐中分子篩粉碎或受潮。

模式處理：

①等待系統運行穩定；

②改變壓縮空氣壓力進行調試；

③清理閥門或更換閥門；

④更換分子篩。

3.冷干機的常規故障與處置模式

故障現象：正常開啟總開關后，冷干機無法正常運轉。處置模式：

①檢測進線盒電器保險是不是完好無損，假如產生故障應第一時間修理或調換；

②檢測管控電源的觸發器，觸發點或線包是不是無故障；

③檢測氣壓管控開關，壓力是不是在既定的范疇內，假如出現異常應第一時間調換或整修。

故障現象：

①冷干設備運行正常，然而卻產生了出風端氣溫偏高的情況；膨脹閥或毛細管結冰；

②風冷凝設備熱揮發效果不佳。

現象分析：檢測進出氣端口的管道溫度，假如溫度差距極小或差別不大，就表明冷凝效果不佳，很可能是因為冷凝劑不夠。

處理模式：遇到這類狀況應添加冷凝劑，讓端口的溫度差距達到大概20攝氏度。

故障現象：冷凝壓力過大。

處置模式：

①冷凝設備的放置場所氣溫偏高；

②風機開關預設值異常；

③冷凝設備使用過度，并未進行維修與保修，熱揮發情況堪憂；

④冷凝水量不夠；

⑤摻入的冷凝劑太多；

⑥冷凝循環階段出現空氣，應開啟并對真空進行抽取，或調換冷凝劑。

故障現象：冷凝壓力不足。

處理模式：

①風機開關預設錯誤，啟動后應手動載入標準的預設值；

②熱氣旁通閥啟動過猛。解決措施是，逆時針轉動調節旁通閥，冷凝水太多的話，應降低冷凝水的流入量。

結束語

綜上所述，當前醫療機構供氧系統設施種類繁多，然而在具體投用階段，分子篩制氧系統因其可靠性高、操作簡便、危險性低、受限制條件少等特點而在大眾規模的醫療機構得到了普及。因此在繼續使用該系統設備時，也應持續解讀與利用其工作原理及相關科技技術。各類技術數據、安全操控、故障處理應做到心中有數，并且透徹解讀使用，方能夠保證醫用分子篩制氧系統能夠為患者提供保證、為醫療機構創價值。

楊冠林（1987～），男，珠海市奧吉賽科技有限公司，研究方向：化工設備及工程管道設計。

(責任編輯牛玉娟）

The basic principle of medical molecular sieve oxygen system and fault study

Yang Guanlin
（Ao Jisai Science and Technology Co., Ltd of Zhuhai, Guangdong, 519060）

The author focuses on explaining the basic principle of medical oxygen system, the working principle of air compression equipment, oxygen machine, cold and dry machine were introduced, and analysis of the molecular sieve attachment characteristics, and gives the air compressor, oxygen making machine, cold and dry processing method of machine fault.

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