張 鵬，龍 吟，王 博，劉立潔，顏 煒，杜 生，張力民，劉 俊，王廣軍

（新疆軍區(qū)總醫(yī)院，烏魯木齊830099）

0 引言

在現(xiàn)代化衛(wèi)勤保障中，機動性強、集成度高的醫(yī)療方艙是重要的運載平臺和集防載體[1]，被廣泛應(yīng)用于搶險救災中[2-3]。因任務(wù)保障需要，某部配備了一批產(chǎn)氧量為20 m3/h 的高原型制氧方艙，該制氧方艙為集裝箱式一體化設(shè)計，由空壓機、兩級精密過濾器、空氣純化干燥機、可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）、分子篩系統(tǒng)、儲氧罐、灌裝機等組成，按需安裝在高原地區(qū)不同地點，安裝環(huán)境具有通行路況差、晝夜溫差大、海拔高、氣壓低、氧氣含量少[4]等特點。

在高原惡劣環(huán)境下，制氧方艙從安裝到運行都出現(xiàn)了不同程度的問題。為提高制氧方艙在高原保障任務(wù)中的實用性，本文匯總了制氧方艙在高原環(huán)境中運行1 a 的維護情況，并針對故障和不足提出改進方案，以期為制氧方艙的維護和設(shè)計提供有價值的參考。

1 故障分析與排除

1.1 故障統(tǒng)計分析

統(tǒng)計安裝在海拔3 700～5 600 m 不同區(qū)域的同型號4 臺制氧方艙在1 a 內(nèi)的故障情況，如圖1 所示。由圖1 可以看出，安裝調(diào)試階段故障頻次最高的是管路脫落漏氣，占總故障率的24.29%，故障原因為高原運輸顛簸；運行階段故障頻次最高的是過濾器失效，占總故障率的21.43%，故障原因為高原野外條件下惡劣的環(huán)境。

圖1 2020 年7 月至2021 年6 月制氧方艙故障統(tǒng)計圖

1.2 故障案例

1.2.1 故障一

空壓機不啟動。

1.2.1.1 故障現(xiàn)象

制氧方艙裝機完成后，按供電要求接入200 kW、380 V 發(fā)電車，按照逐級通電的順序合閘調(diào)試[5]，合閘后空壓機電源指示燈亮，但按順序先啟動空壓機時空壓機無動作，艙內(nèi)照明電路閃爍。

1.2.1.2 原因分析

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)制氧方艙出廠時配置了額定電流為100 A、線徑為50 mm2的四芯電纜線，用綠、黑、棕和黃綠色4 種顏色的絕緣皮區(qū)分，未做線纜標識，導致工作人員將黃綠色線纜認作地線接到了發(fā)電車地線接線柱上，形成零線誤接地線的錯誤，造成輸入電源缺項，導致空壓機不啟動。

1.2.1.3 故障排除

制氧方艙的電路結(jié)構(gòu)相對簡單，因此結(jié)合電路圖使用萬用表測量對零線、火線加以區(qū)分。首先調(diào)整電源輸入電纜線的相序，并為線纜做U、V、W、N（或T1、T2、T3、N）標識，然后將N 號線接到零線接線柱上，最后按電器裝置地線填埋規(guī)定另行制作接地安全線。線纜調(diào)試完畢后通電開機，空壓機啟動正常，故障排除。

1.2.2 故障二

管路漏氣。

1.2.2.1 故障現(xiàn)象

制氧方艙艙體運輸?shù)轿徊⑼瓿傻跹b后，艙內(nèi)硬質(zhì)連接管路脫落，部分固定座斷裂。復位脫落管路，開機預運行制氧設(shè)備，多處管路有明顯漏氣聲。經(jīng)查看，空壓機輸出主管路、氧壓機到儲氣罐主管路、氧氣儲氣罐到灌裝機管路都出現(xiàn)不同程度的漏氣。

1.2.2.2 原因分析

因高原環(huán)境通行路況差，部分駐地甚至無通行路段，在運輸過程中車體顛簸導致艙內(nèi)設(shè)備固定底座斷裂，部分設(shè)備發(fā)生移位，造成氣體管路變形并脫落，連接卡扣受損，復位后卡扣間隙過大已失去密封性。

1.2.2.3 故障排除

暫時用生膠帶做密封處理，封堵?lián)p壞卡扣的縫隙，并向廠家訂購符合氣體管道標準的軟性高壓連接管和配套卡扣，配件到位后更換，故障修復。

1.2.3 故障三

灌裝機報警。

1.2.3.1 故障現(xiàn)象

灌裝機進氣壓力低報警（低于0.4 MPa），顯示進氣壓0.1～0.3 MPa。

1.2.3.2 原因分析

經(jīng)觀察，儲氣罐壓力表顯示儲氣罐氣體壓力為1.0 MPa，連接氧氣瓶灌裝機和充裝氧氣袋匯流排的2個支路上的減壓閥壓力表分別顯示0 MPa 和0.4 MPa。多次調(diào)節(jié)連接氧氣瓶灌裝機支路的減壓閥，壓力數(shù)值無變化。將上述2 個減壓閥對調(diào)后，連接氧氣瓶灌裝機支路的減壓閥壓力表顯示0.4 MPa，充裝氧氣袋匯流排支路的壓力表顯示0 MPa，由此可判斷減壓閥故障。

1.2.3.3 故障排除

訂購減壓閥進行更換，故障排除。

1.2.4 故障四

充瓶壓力低。

1.2.4.1 故障現(xiàn)象

灌裝機通過增壓向40 L 氧氣瓶充氣的過程中，預設(shè)充裝壓力10 MPa，但充裝壓力至6 MPa 時壓力不再上升，同時灌裝機提示溫度報警并伴有焦煳味。

1.2.4.2 原因分析

無油灌裝機通過活塞往復運動將氧氣通過第一、第二和第三級氣缸逐級壓縮增壓，達到設(shè)定壓力值后進行冷卻灌裝，因此可逐級檢查第一、第二和第三級氣缸的工作狀況來判斷故障發(fā)生位置。經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)第三級氣缸缸體溫度異常并伴有焦煳味。參照廠家提供的結(jié)構(gòu)圖紙對進氣閥和排氣閥進行拆卸檢查（如圖2 所示），發(fā)現(xiàn)第三級進氣閥閥芯磨損嚴重，密封墊已融化，導致灌裝泄壓。更換閥芯和密封墊后，開機加壓，故障排除，但運行不久后故障重復出現(xiàn)，同批次安裝在其他點位的制氧方艙的灌裝機也出現(xiàn)相同故障，表明預設(shè)充裝壓力為10 MPa 時單向閥容易損壞。

圖2 第三級氣缸及單向閥結(jié)構(gòu)示意圖

1.2.4.3 故障排除

聯(lián)系廠家更換全新材質(zhì)配件，并將供氣壓力降至7 MPa，同時將水冷循環(huán)更換成防凍液循環(huán)，開機運行后未再發(fā)生故障。

1.2.5 故障五

空壓機高溫報警。

1.2.5.1 故障現(xiàn)象

（1）1 臺制氧方艙在安裝調(diào)試階段，開機運行短時間后空壓機提示高溫報警，并停機保護；（2）同批次安裝的4 臺制氧方艙運行3 個月后，空壓機都提示高溫報警。

1.2.5.2 原因分析

（1）安裝調(diào)試階段發(fā)生溫度報警：通過觀察，發(fā)現(xiàn)該空壓機運行時排風口無空氣流動，檢查冷卻風扇電動機時發(fā)現(xiàn)風罩半脫落，導致風扇運轉(zhuǎn)散熱困難，冷卻器失效而高溫報警，故障原因為運輸過程中顛簸導致冷卻風扇彈簧墊片及螺釘脫落。（2）運行階段溫度報警：通過檢查空壓機的空氣濾芯和透明回油管，發(fā)現(xiàn)空氣濾清器堵塞、潤滑油油量降低且氧化變色，原因為野外條件下沙塵大，空壓機連續(xù)作業(yè)負荷大，冷卻器循環(huán)效率低導致高溫報警。

1.2.5.3 故障排除

（1）安裝調(diào)試階段：拆下風罩，檢查風機葉片和軸承正常，重新安裝風罩并安裝合適的彈簧墊片，涂抹螺紋固定劑，故障排除。（2）運行階段：按設(shè)備使用說明書規(guī)定的設(shè)備維護要求，更換空氣濾清器濾芯、油氣分離器、油路過濾器和符合標號的螺桿機專用潤滑油，故障排除。

1.2.6 故障六

氧氣體積分數(shù)低。

1.2.6.1 故障現(xiàn)象

多臺制氧方艙運行半年以上后，在運行參數(shù)值不變的情況下，所制氧氣的體積分數(shù)低于93%，部分制氧方艙所制氧氣的體積分數(shù)甚至低于50%。查看故障記錄，變壓吸附（pressure swing adsorption，PSA）制氧系統(tǒng)進氣壓力低，觀察其精密過濾器有明顯滲油現(xiàn)象，不排除分子篩被未經(jīng)凈化處理的空氣污染。

1.2.6.2 故障分析

空壓機的油氣分離器、油路過濾器失效導致油氣分離器中未被凈化處理的壓縮空氣進入PSA 制氧系統(tǒng)內(nèi)部，其中的微小粉塵、霉菌和油霧等雜質(zhì)累積后會導致精密過濾器失效，致使分子篩性能劣化，制氧率下降。如果分子篩長期在污染狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，會使其無法恢復性能，須更換吸附劑才可繼續(xù)制氧。產(chǎn)生故障的主觀原因為未按使用說明書規(guī)定的維護要求做定期維護保養(yǎng)，客觀原因是使用單位輪換，操作人員為非專業(yè)技術(shù)人員，培訓時間短、操作不規(guī)范，交接不充分，缺乏有效保養(yǎng)等。

1.2.6.3 故障排除

聯(lián)系廠家訂購空氣濾清器濾芯、油氣分離器、油路過濾器以及精密過濾器濾芯等耗材，更換后，故障排除。針對操作管理不規(guī)范的問題，經(jīng)溝通后生產(chǎn)廠家赴高原地區(qū)進行全面保養(yǎng)維護，并制作操作視頻及電子版操作手冊留存，同時建立完善交接制度，以保障設(shè)備正常運行。

2 存在的設(shè)計問題與改進方案

通過高原現(xiàn)場實際展開和運行，除上述故障外，在運輸、安裝及使用過程中還發(fā)現(xiàn)制氧方艙部分設(shè)計存在不符合實際應(yīng)用場景、不方便作業(yè)流程、保障功能缺失、環(huán)境適應(yīng)性較差等問題，本文針對這些問題提出具體整改方案。

2.1 增設(shè)隔振措施

（1）存在的問題：制氧方艙中的空氣處理、氧氣制造、氧氣存儲和氣體灌裝4 個機組單元通過螺栓固定在艙體底座上，高原環(huán)境下大量凍土、融水及落石導致通行路況差，運輸過程中箱體會產(chǎn)生震動，使得艙內(nèi)機組移位，硬質(zhì)連接管繃斷脫落，嚴重的甚至導致機組傾倒，需焊接才能恢復，影響制氧方艙的安裝和運行。

（2）改進方案：①增設(shè)減震裝置提高抗震性[6]，如在機組固定螺栓固定處安裝彈性減震膠墊；②將硬質(zhì)連接管更換為符合氣體標準的軟性高壓連接管，運輸時不裝配連接管，待設(shè)備安裝完畢后再進行管路連接。

2.2 增設(shè)維修檢查區(qū)

（1）存在的問題：①因艙體空間有限，所有裝備均靠側(cè)面布置安裝，如圖3 所示，導致整個艙體重心偏離，橫向穩(wěn)定性難以滿足要求，運輸及吊裝均存在安全隱患；②氧氣制造單元未預留維修艙門，靠側(cè)端設(shè)備和管線不便檢修，維修、維護空間小，可維修性差。

圖3 高原型制氧方艙結(jié)構(gòu)布局圖

（2）改進方案：為氧氣制造單元靠側(cè)區(qū)增設(shè)維修檢查區(qū)（如圖4 所示），在運輸、吊裝和檢修時，將氧氣制造單元調(diào)至檢修位置并固定，保持運輸、吊裝穩(wěn)定且方便維修檢查；在運行時，將氧氣制造單元調(diào)至安裝位置并固定，保證其運行時的操作空間。2 個位置的轉(zhuǎn)換通過滑軌來完成，氧氣制造單元的固定通過預留固定螺栓來實現(xiàn)，各個單元的連接管線在設(shè)備固定后再進行安裝連接。

圖4 高原型制氧方艙結(jié)構(gòu)布局圖

2.3 增設(shè)調(diào)平機構(gòu)

（1）存在的問題：制氧方艙標定規(guī)格為6 058 mm×2 438 mm×2 438 mm（長×寬×高），質(zhì)量為7 t，安裝場地要求平整，不得安裝在塌陷區(qū)，水平傾斜度≤5°，但野外條件下部分場地不符合安裝條件，設(shè)備無法立即安裝到位并投入使用，需依靠機械或人工平整場地后才能安裝。

（2）改進方案：在艙體底座的四角位置上安裝調(diào)平支腿，通過自動調(diào)平位置進行調(diào)平[7]，提高制氧方艙的場地適應(yīng)性。

2.4 艙門臺階改為斜面設(shè)計

（1）存在的問題：艙體的入口尺寸為95 cm×243 cm（寬×高）且有高度為15 cm 的臺階，艙內(nèi)預設(shè)5 個氧氣瓶灌裝口。因灌裝時需要將氧氣瓶從艙外搬運到艙內(nèi)，搬運氧氣瓶消耗大量時間和人力，導致灌裝效率較低。以實際操作為例，40 L 氧氣瓶質(zhì)量約為55 kg，高原環(huán)境下低氧含量導致作業(yè)效能下降，人工搬運氧氣瓶較為吃力，一名制氧員裝卸、灌裝5 個40 L 氧氣瓶花費總時間為1 h 20 min，其中搬運時間為20 min，盡管制氧方艙每天開機10 h，但有效制氧和灌裝時間僅8 h，一天產(chǎn)能只有30 瓶，無法保障用氧需求。

（2）改進方案：①將艙門臺階改為斜面設(shè)計，方便將氧氣瓶滾動到艙內(nèi)；②預留方艙外側(cè)匯流排接口，艙體到位后將匯流排安裝在箱體外側(cè)。氧氣瓶卸車后可直接在艙外進行灌裝，無須花費時間將鋼瓶搬入艙內(nèi)，10 min 即可將5 個鋼瓶裝卸完畢。按1 d制氧8 h 計算，在艙內(nèi)灌裝時每天可灌裝6 組共30瓶，在艙外灌裝時每天可灌裝7 組共35 瓶，灌裝效率提高了14%。需注意的是，在艙外進行氧氣灌裝時要注意灌裝環(huán)境，避免因風沙、油污等雜質(zhì)污染氣瓶和灌裝接口導致安全事故。

2.5 增設(shè)現(xiàn)場保障機制

（1）存在的問題：方艙所制氧氣是以鋼瓶為載體運送至各需求單位，配以鋼瓶式氧氣流量表使用，缺少即插式用氧終端，不能快速用氧，現(xiàn)場供氧保障不完善[8]。

（2）改進方案：通過三通裝置、符合氣體管道標準的軟性高壓連接管和減壓閥，在滿足灌裝基礎(chǔ)上保障現(xiàn)場供氧。①艙內(nèi)增設(shè)氧氣終端，保障制氧員用氧需求；②增設(shè)配套的符合氣體管道標準的軟性高壓連接管，能快速連接，將氧氣輸送至方艙醫(yī)院、野戰(zhàn)醫(yī)療帳篷和高原供氧帳篷[9]。將制氧方艙的制氧與用氧結(jié)合，不僅能降低高原工作人員急性高原反應(yīng)的發(fā)生率，還能縮短傷病員住院的時間。

2.6 增設(shè)保溫裝置

（1）存在的問題：高原極寒環(huán)境下，設(shè)備啟動預熱時間長，每日理論使用時間為10 h，而實際有效制氧時間僅為8 h。高原環(huán)境制約著方艙的使用效率，需通過延長制氧時間來滿足當日用氧需求。

（2）改進方案：艙內(nèi)增設(shè)加溫裝置，在排風和散熱口處增設(shè)保溫窗，白天制氧方艙運行時打開保溫窗散熱，夜里制氧方艙停機時關(guān)閉保溫窗，并保證夜間艙內(nèi)溫度≥5 ℃，減少次日設(shè)備啟動預熱時間，通過增加有效制氧時間來增大產(chǎn)能。

3 結(jié)語

高原型制氧方艙既可為便攜式儲氧裝置進行灌裝，滿足遠距離用氧需求，又可為方艙醫(yī)院或野戰(zhàn)醫(yī)療帳篷供氧，滿足即時用氧需求。結(jié)合用戶需求、使用環(huán)境、故障統(tǒng)計和操作便捷度等因素，投入高原衛(wèi)勤保障任務(wù)的制氧方艙在設(shè)計中需要注重[10]：（1）提高設(shè)備在運送過程中的減震保護；（2）增強高原環(huán)境下運行的適應(yīng)性；（3）加強易損配件和保養(yǎng)耗材的儲備；（4）增加智能化自檢報警功能，及時有效提示故障信息。在使用中需注重周期性保養(yǎng)，輪換交接時注意操作及保養(yǎng)人員的培訓。只有這樣才能保證制氧方艙在高原環(huán)境下運行正常，滿足方艙醫(yī)院或野戰(zhàn)醫(yī)療帳篷等需氧單位的用氧需求。