何德庆 江门市人民医院后勤管理科 （广东 江门 529000）

1.前言

氧气在医疗领域尤其是在危重病人急救方面起着重要的作用，医用中心供氧系统是医学临床重要的支持系统，本院医用中心供氧系统采用医用变压吸附（PSA）制氧机和汇流排作为中心供氧系统的氧源，使用时间较长，系统存在不足，需作技术改造以优化供氧质量和运行成本，改善临床应用效果，并为临床应用维护积累经验。

2.医用PSA变压吸附制氧原理

医用PSA变压吸附制氧系统的核心部件是沸石分子筛，医用制氧机制取医用氧气的过程即为氮气在沸石分子筛的吸附和解吸的循环工作过程。沸石分子筛对于被吸附的氮气来说，在吸附平衡的情况下，温度越低，压力越高，沸石分子筛对氮气的吸附量越大；反之沸石分子筛对氮气的吸附量越小[1]。沸石分子筛的吸附量直接影响产品气（氧气）的纯度指标，根据单分子层吸附的朗格缪尔（Langmuir）方程：q=kpqm/(1+kp)，Langmuir平衡常数k与吸附剂和吸附质的性质以及温度有关，其值越大，表示吸附剂的吸附性能越强。因此医用制氧设备的氧气纯度和产氧量的关键性指标为原料气（压缩空气）的温度和压力。在项目的技术改造中，对医用制氧机原料气的温度和压力进行针对性优化改造是项目成功的关键。

3.医用PSA制氧机原料气温度优化改造

本院医用制氧系统采用两台4.5m3/min螺杆式空压机为PSA变压吸附制氧机组提供原料气，两台螺杆式空压机原配置两台冷冻式干燥机对压缩空气进行冷冻和干燥，旧冷冻式干燥机由于使用年限较长，换热效率已明显降低，造成原料气（压缩空气）冷冻效果较差，原料气在进入医用PSA变压吸附制氧机温度偏高，造成制氧机的沸石分子筛工作过程温度波动较大，引起医用制氧机出氧流量和氧气纯度波动，影响医用中心供氧系统供氧，在医疗临床科室用氧需求较大时需要开启汇流排供氧，增加了医院的医疗用氧成本[2]。因此对原料气增加二次冷冻干燥机是解决该问题的方案。

表1. 环境温度修正系数表

表2. 进气温度修正系数表

表3. 进气温度修正系数表

根据冷冻式干燥机的选型使用规范，冷冻式干燥机的技术数据是以参考工况：环境温度：25˚C，进气温度：35˚C，进气压力：7bar为依据，因此需要根据实际使用工况对环境温度、进气温度、进气压力进行修正计算以进行设备选型。修正系数表如表1～3。

冷干机选型气量=空压机气量/K1/K2/K3

在医用PSA制氧系统中高温季节机房环境温度约35˚C，进气温度约：45˚C，进气压力：8bar。因此冷冻式干燥机选型的气量计算：

9.0m3/min÷0.81÷0.69÷1.03=15.6m3/min

为保证原料气在低温季节的冬季和高温季节的夏季均能够达到相同的冷冻和干燥效果，冷冻式干燥机的选型需按照15.6m3/min选型。医用PSA变压吸附制氧系统改造后安装流程图如图1所示。

改造安装改冷冻式干燥机后，医用PSA制氧机原料气（压缩空气）的进气温度经现场检测长期稳定于28～30˚C，符合沸石分子筛运行需要的最佳进气温度。

4.医用PSA制氧机进气压力稳定性优化改造

医用PSA制氧机变压吸附是沿着吸附等温线进行的，如图2所示，P3表示吸附压力，P2表示原料气进气压力，P1表示解吸（减压后）压力，P3与P1所应的吸附量的差就是有效吸附量，以Ve表示之，即图中阴影区域，从静态吸附平衡来看，吸附等温线的斜率对它的影响很大，有效吸附量Ve越大医用PSA制氧机效率越高，氧气产量和纯度指标越稳定，而P1为大气压是常值，因此适当提高原料气进气压力P2是提高有效吸附量的途径。

图1.

图2.

图3.

本院34M3旧医用制氧机已使用多年，由于配套设施的局限，制氧机原料气采用0.5MPa压力向医用制氧机组供应压缩空气，氧气供应压力为0.35～0.4MPa，根据以上理论分析，制氧机组氧气产氧和纯度较低，在用氧高峰时需要频繁开启汇流排补充供氧，不仅造成医院购买瓶装高压氧气费用，而且大大增加了值班人员更换氧气瓶的劳动强度，对医院医疗用氧的稳定性造成一定影响。经过多次实验探索，将制氧机组原料气进气压力提高至0.6Mpa制氧机组的稳定性和氧气纯度指标最为合适。改造采用对空压机改装新型智能控制器，如图3，使其具有自动控制功能和故障监控、预警功能，改变空压机的产气控制压力以提高医用制氧机组的原料气（压缩空气）的供应压力，在制氧机组的原料气进气口加装稳压控制阀门，以保障医用PSA制氧机组供气压力的稳定[3]。

图4.

5.改造后应用效果

改造前对34M3医用制氧机组的氧气纯度、原料压力、原料气温度、瓶装氧使用量（瓶/天）进行了每天10点进行为期20d的数据记录。在技术改造完成后，相同条件下对34M3医用制氧机组的氧气产量、原料压力、原料气温度、瓶装氧使用量（瓶/天）进行了每天10点进行为期20d的数据记录。关键参数改造前后对比情况如图4。

6.综述

医用中心供氧系统作为现代医院临床必备的医用气体供应系统，为临床、监护和手术麻醉提供了一种安全、便捷的气体供应，使患者能够得到及时抢救或治疗[4]。本院的医用PSA制氧系统通过本文理论分析和技术改造措施，不仅提高了本院的医用中心供氧系统的稳定性和供氧质量，保障了系统能够稳定、连续的正常运行，而且为医院和国家节约运营成本，具有一定的经济效益和社会效益[5]。通过对医用PSA制氧系统成功的技术改造，验证了原料气供气温度和供气压力对医用PSA制氧系统的产量和产氧纯度影响的关系，为医院医用PSA制氧系统的后期维护和使用积累了经验。

[1] 宋建建,李占芳,李俊卿.医用氧的检验方法及监管[J].中国当代医药,2010,17(27):140-141.

[2] 孟庆婷.浅谈医用氧检验中常见问题的解决[J].中国新技术新产品,2012,18(7):122.

[3] 祁建强.三甲医院中心供氧系统安装及临床应用[J].中外医疗,2009,28(26):179.

[4] 张喆,崔泽.浅谈医用PSA制氧机制氧原理[J].内蒙古科技与经济,2014,15(23):111-112.

[5] 王啸,马正飞,周汉涛,等.两床变压吸附空分制氧过程的模拟[J].天然气化工(C1化学与化工),2003,28(1):50-56.