摘要: 从动力设备、吸附塔结构、气动蝶阀和吸附剂四方面，详细分析变压吸附制氧设备配套关键设备的选型及其对整套设备运行性能的影响，阐述国内变压吸附制氧技术与国外技术之间存在的差距。

关键词: 制氧设备; 变压吸附; 设备配置; 选择

国内变压吸附制氧技术已逐渐趋于成熟和稳定，但与国外变压吸附制氧技术相比还存在一定的差距。变压吸附制氧设备是一个系统工程，不仅需要高性能的制氧分子筛，而且与之配套的动力设备、阀门及其他设备的选型也非常关键的因素。现就变压吸附制氧设备的配套设备进行分析和比较。

1、动力设备的性能比较

     ( 1）国外公司设计、制造的变压吸附制氧设备普遍采用罗茨鼓风机，国内早期使用离心鼓风机。离心鼓风机是定压式，流量随压力的变化而不断变化，虽流量可以调节，但只要偏离设计的佳点，效率就会很快下降。罗茨鼓风机为定容式，压力变化时流量基本稳定，稳定的流量对吸附床的冲击较小，也不会在大的范围内变化，有利于分子筛吸附。而且，罗茨鼓风机的效率高于离心鼓风机。由此可见，国内外变压吸附制氧设备制造厂家选择罗茨鼓风机和罗茨真空泵作为动力设备是有一定的科学依据，而实际运行证明其能耗指标也低。  

    （2）国内大型变压吸附制氧设备早期采用双级湿式真空泵，采用高压比流程 ( 压比大于 4) 。双级湿式真空泵和单级湿式真空泵对比，有负压高、能耗低等优势，但双级湿式真空泵也有售价偏高、二级小泵负载较大、级间止回阀容易损坏和安装复杂等劣势。现在国内外都采用低压比流程，综合考虑后国内变压吸附制氧设备大都采用单级湿式真空泵。国外大型真空变压吸附制氧设备绝大部分采用干式单级罗茨真空泵，减少了一台软水装置。

     （3）现在国内变压吸附制氧设备多采用 “一拖二”的机组配备，即一台电机同时带动鼓风机和湿式真空泵运转，设备少、配置合理，主机的稳定性也好。但国产鼓风机和真空泵转速较低、体积较大，与进口高速鼓风机和真空泵相比，占地面积大、效率低。虽然国产变压吸附制氧设备因为配套设备少，故障相对较少，处理比较容易。国外大型鼓风机的转速一般达到 1200r/mim，振动速度为 1718 mm /s; 国产大型鼓风机的转速仅为 590r/min，振动速度为 11.2mm /s。国外鼓风机和真空泵的机械效率高于国内产品。

2、吸附塔的结构和性能分析

吸附塔的结构设计，会影响分子筛的使用效果，是影响产品产量和纯度稳定性的一个至关重要的因素。国内变压吸附制氧设备吸附塔普遍采用轴向流结构，吸附床的优点是结构简单，制造费用低。 缺点是进气和排气对床层的冲击比较大，容器死空间比较大，设备体积也大，对气流分布计算要求比较严。因为轴向流吸附塔直径超大，频繁的正压进气和负压会引起丝网松动、破裂，导致分子筛被真空泵抽出，终全部粉化。如果在分子筛顶部添加陶瓷球，分子筛老化和粉化现象就没有了。国外变压吸附制氧设备供货商已经在研究和开发高效吸附塔，尤其在径向流吸附塔的研究和开发上已经倾注了很大的精力，20 世纪 80年代已经应用径向流吸附塔。目前，国内还没有解决径向流吸附塔的一些技术问题，如分子筛压紧、装填等事宜。因为技术开发和设备造价的原因，现在国内变压吸附制氧设备的吸附塔结构还是沿用轴向流结构，在没有大的结构设计突破的情况下，应合理优化，解决好气流分布和孔板强度问题，把好制造质量关，提高设备运行稳定性，保证分子筛的使用寿命超过 10 年。

3、气动蝶阀的选型

变压吸附制氧设备的运行稳定性由各组成部分的稳定性综合来决定，而配套气动阀门的可靠性和稳定性是为关键的一个环节。这主要是由变压吸附制氧工艺决定的，变压吸附制氧设备切换周期短，阀门在较短时间内快开快闭。因此适合变压吸附制氧设备的蝶阀需具备以下几个基本特点:开启、关闭快;密封性能好;能长时间运行。目前，国内外变压吸附制氧设备使用的都是双偏心气动蝶阀。双偏心气动蝶阀设计简单，机械性能可靠，密封件使用寿命可达到300 万次。国内有些变压吸附制氧设备生产厂家使用三偏心气动蝶阀。笔者认为双偏心气动蝶阀已经能完全满足变压吸附制氧的工艺要求，无需使用三偏心气动蝶阀。对于大口径蝶阀，气缸的容积变大，仪表气在排出气缸时，由于气缸流通面积不够，会使阀门动作迟缓。所以气缸需增设接口，并定期维护，添加润滑脂。同时，气动阀门电磁阀的可靠性也不容忽视。在气缸的接入口添加油雾器及过滤器，仪表气的露点需保持在-40 左右。目前国内的气动蝶阀还不能适用这种高频次、开启速度小于1s的工况。

4、吸附剂的选用

吸附剂是变压吸附制氧设备的核心，性能优良的分子筛也是决定制氧设备性能指标的关键。但是空气中含有一定的水分和化物，在设备运行中水分会大大降低分子筛的吸附性能，所以在吸附塔底部需添加高效脱水剂 ( 氧化铝) 。根据当地空气中的水含量来计算氧化铝的用量，在设备运行中需要对变压吸附制氧设备来说，鼓风机和真空泵的装机功率相对固定，如分子筛的用量少，单位分子筛的负荷变大，能耗变高，如适当增加分子筛一次装填量，在正常使用的情况下，因为分子筛使用寿命可达 10 年，所以设备运行 10 年期间无需更换或添加分子筛。

5 结 论

(1) 国内变压吸附制氧技术和国外技术相比存在一定的差距，主要表现在机加工和工业设计能力，可以从国外设备的选型和设计上得到一定借鉴。

(2) 国内变压吸附制氧设备生产厂家需不断提高自主研发能力，走自主化、国产化的道路。

(3) 变压吸附制氧设备的选型是否合理，技术水平是否，需要实际运行效果来证明。