3 空气分离制氧设备
空分设备是以空气为原料，用深度冷冻法液化空气，并用低温精馏法将其分离为氮气和氧气的成套设备。 27
工业用氧流程采用中压活塞式膨胀机深度冷冻循环，分子筛常温吸附，双级精馏。 医疗用氧专用成套设备流程采用效率较高的透平膨胀机深度冷冻循环，液氧泵取代氧压机提高了氧气纯度，达到国家医用氧标准。这类设备的工艺流程见〔图4-1〕所示。
采用分子筛法制氧的设备具有以下主要优点：1、原料采用取之不尽的空气；2、产氧纯度高（高达95%）；3、在常温条件下工作，系统工作压力低（最高压力≤0.7Mpa）4、分子筛再生不用加热等其他手段；5、自动化程度高、操作简单、维护方便；6、性能稳定可靠，使用周期长，运行成本低等。
【工作原理】
变压吸附制氧机是采用5A沸石分子筛为吸附剂。5A沸石分子筛的晶体是笼型结构，有非常发达的 晶穴。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，而氧氮的诱导偶极和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，所以氮被5A沸石分子筛优先吸附而富集于分子筛的固相中，氧富集于非固相中，这就是氧的产品气。5A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，可采用对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。 【工艺流程图】
①空气压缩机；②.空气预冷机组；③.纯化器；④.透平膨胀机；⑤.分馏塔；⑥.液氧泵；⑦.灌充台
〔图4-1〕医用氧专用成套设备工艺流程
29
〔图4-2〕分子筛空气分离设备原理图
【典型产品的规格型号及技术指标】
序号 型号 产氧量 氧纯度 输出压力 功率 折算钢瓶数 外型尺寸 (Nm3/h) (%) (MPa) (KW) （张） 长×宽×高（mm） 1 BZY-2.5 2.5 90～95 0.5 5.8 12 700×600×1200 2 BZY-5.0 5.0 90～95 0.5 8.1 24 1000×1000×1700 3 BZY-7.5 7.5 90～95 0.5 12 36 1000×1000×1900 4 BZY-10 10.0 90～95 0.5 16 48 1200×1200×1800 5 BZY-15 15.0 90～95 0.5 23 72 1500×1400×1700 6 BZY-20 20 90～95 0.5 31.7 96 1500×1400×2000 7 BZY-30 30 90～95 0.5 40 144 1800×1600×3500 8 BZY-50 50 90～95 0.5 55 240 2600×2200×4500 3 液氧站设计的特殊要求
（1）.确定液氧罐数量及有效容积时应考虑：
①. 不少于3日的储备量； ②. 液氧槽车的容量；
30
28
③. 运输成本和储罐折旧； ④. 运输距离和供应周期。
（2）.液氧罐宜放置在室外。室外的液氧罐必须有遮阳、防雨设施。
（3）.当液氧的总贮存量不应超过10m3时，液氧罐允许布置在室内。液氧罐宜设置在单独的房间内，但加注、放液、排气管的管口应在室外。气体放散管和液氧等排放管应引至室外安全处，放散管口宜高出地面4.5m或以上。
（4）.放有液氧罐的房间不允许有可燃、易燃流体管道和裸露电线穿过。 （5）.室内应通风良好，氧气浓度应小于23%。 （6）.放有液氧罐的房间应设安全出口。 §4-5压缩空气站设计 1 压缩空气站的基本组成
医用压缩空气站一般由无油空气压缩机、气罐、过滤器、干燥器、管道、阀门和控制报警系统等部分组成。当采用有油空气压缩机时，为防止气罐发生爆炸，应使进入气罐的压缩空气含油量降至1mg/m3以
29
下。为此，在空气压缩机和气罐之间应加装油水分离器。
单储气罐系统 31
图4-4 压缩空气站（双气罐）的基本组成 1.1 空气压缩机
常用的空气压缩机按工作原理分，可分为三种基本类型： 往复式、回转式和 离心式。
空气压缩机按配套情况又可分为裸机和整机。按冷却方式可分为风冷型和水冷型。按润滑方式可分为喷油型和无油型。 往复式空压机
往复式空压机是变容式压缩机。这种压缩机将封闭在一个密闭空间内的空气逐次压缩（缩小其体积）从而提高其气压。往复式空压机以汽缸内的一个活塞作为压缩位移的原件来完成以上的压缩过程。
当压缩过程仅靠活塞的一侧来完成时，该往复式称为单作用空压机，如果靠活塞的二头来完成时称为双作用。往复式空压机在每一个气缸上有许多弹簧式阀门，只有当阀门两侧的压差达到一定值后阀门才会 打开。
当气缸内的压力略低于进气压力时，进气阀门打开，当气缸内的压力略高于排气压力时排气阀门打开。 如果压缩过程由一个汽缸或一组单级的汽缸完成时，该空压机称为单级空压机。许多实际使用工况要超过单级空压机的能力。压缩比大小（排气/进气压力）会引起排气温度过热或其他设计上的问题。
30
许多功率超过75Kw的往复式空压机被设计为多级机组，压缩过程由双级或多级组成，级级之间一般有冷却功能以降低进入下一级的气温。
往复式空压机有喷油和无油两种，具有压力和气量的广泛选择余地。 回转式空气压缩机
回转式空压机是变容式压缩机，最普通的回转式空压机是单级喷油螺杆式空压机，这种压缩机在机腔内有两个转子，通过转子来压缩空气，内部没有阀门。这种空压机一般为油冷（冷却介质是空气或水），这种油起到了密封的作用。
由于冷却在空压机内部进行，因此部件不会有很高的温度，因此，回转式空压机是连续工作制可设计成风冷或水冷机组。 由于结构简单易损件少，回旋式螺杆空压机很容易维护，操作，并具有安装灵活的特点。回转式空压机可安装在任何能支撑重量的地面。两级喷油回转式螺杆空压机在主机部件里带有两对转子，压缩过程由第一级和第二级串接压缩完成。两级回转式空压机具有结构简单和灵活性以及高效率的特点，两级回转式螺杆式空压机可是风冷和水冷以及全封装式。
无油回转式螺杆空压机使用特别设计的主机无需喷油就可进行压缩，从而产生无油压缩空气。无油回旋螺杆式空压机有风冷和水冷两种，并具有和喷油一样的灵活性。如你所看到的，回转式螺杆空压机有风冷、水冷、喷油、无油、单级和两级、在压力、气量、结构上有广泛的适用性。
离心式空气压缩机
离心式空压机是一动力型空压机，他通过旋转的涡轮完成能量的转换，转子通过改变空气的动能和压力来实现以上的转换。由静止的扩压器降低空气的流速来实现动能向压力的变换。
离心式空压机是无油空压机，运动齿轮的润滑油由轴密封和空气隔离。 离心式是连续工况式压缩机，移动件很少，特别适用于大气量无油的要求。 离心式空压机是水冷式的，典型机组包括后冷却器和所有的控制装置。 2设计标准
（1）.《特种设备安全检察条例》
（2）.GB50029-2003《压缩空气站设计规范》；
（3）.GB50333-2002《医院洁净手术部建筑技术规范》； （4）.GB50073《洁净厂房设计规范》 （5）.GB50316《工业金属管道设计规范》
（6）.ISO7396-1《医用气体管道系统——第1部分：医用压缩气体和真空管路》 3压缩空气站设计的特殊要求
（1）.气站输出的压缩空气应符合下述质量指标： ①.所含固体颗粒物的最大尺寸应不大于0.01μm；
32
