医用负压系统运行分析及改造研究

崔彦青 桂朝伟 姜 山

医院负压吸引系统像水和电一样必须24 h不间断供应，并服务于全院每一病区，而且使用频繁，是医院不可缺少的重要设备。通过对医用负压系统的组成、原有负压系统的运行分析、原有负压系统存在的问题、原有医用负压系统的改造以及对改造后各项指标的分析对比等进行研究，力争设计一套性能稳定、安全可靠、可操作性强的医用负压系统。

1 医用负压系统的组成

医用负压吸引系统是由用户管网和真空吸引站组成。用户管网包括组合终端和吊塔；真空吸引站包括电控柜、水环式真空泵、医用真空罐、除菌过滤器、气液分离器、集污罐等，(如图1所示)。真空泵通过对真空罐抽真空，使真空罐能够维持一定负压值的压力， 并连续不断地向用户管网提供吸力来满足用户需求[1]。

医用负压系统工作流程∶用气端点→集污罐→真空罐→消毒器→真空泵→气水分离器→废气排空、污液采取集中收集，送至污水处理站[2]。

2 原负压系统运行分析及存在的问题

2.1 系统运行分析

图1 医用负压系统构成

原医用负压系统为2005年安装，系统使用后二年发现，各项指标均出现异常，系统运行报警次数增多。为及时掌握系统异常运行的规律，对原负压系统各项运行指标进行监测，对负压系统安装了水、电等计量设备，并对水环式真空泵运行时间、月均维修次数等指标进行统计(见表1)。通过三个月的系统运行指标分析，根据系统各项指标数值显示，系统处于非正常运行状态。

表1 2007年4-6月系统运行指标分析表

2.2 系统存在的问题

经对系统进行检查，发现系统存在以下问题∶

⑴真空泵选择不当。真空泵为国产SK-6水环式真空泵，该泵采用盘根填料式密封方式，在真空泵每日反复多次启动后，出现密封不严、漏水严重以致抽气压力下降，造成真空泵每次系统运行时间延长，导致耗电量增加。

⑵真空泵进气系统设计不完善。由于北方水质硬，系统运行数年后冷却循环水返流，反复多次造成充气电磁阀阀芯附着水垢及颗粒杂质，以致充气电磁阀关闭不严而使系统运行故障率升高。

⑶汽水分离器安装不合理。为确保冷却循环水控制在25～35 ℃，原系统采取不间断补水排放的方式，经测算每天平均耗水量高达13吨以上，造成用水量增加。

⑷冷却水循环系统安装不规范。冷却水循环系统连接管颈小，水流速度低、真空泵供水量小，致使负压系统冷却循环水温经常超高(水温最高可达65℃)，同时也进一步造成水系统中钙、镁离子的结垢现象，真空泵抽吸能力大幅下降，形成恶性循环，如图2所示。

图2 冷却水循环系统的恶性循环示意图

由于循环水温超高影响系统平稳运行，三个月泵和相连管路内形成的水垢厚度达10 mm以上，为解决这一个问题每年需定期清洗4次。由于真空泵抽气性能下降，泵工作运行时间延长、定时追加功能致使两台泵同时工作运行，而造成非正常耗电。

⑸控制系统设计过于简单。系统中只有双泵交替自动运行模式，没有单泵自动控制运行模式，如果运行中有一单泵出现故障检修时，整个负压系统不能正常运行。

⑹电接点真空压力表控制电压不合理。选用交流电220 V为电接点控制电压，真空压力表经系统运行3～4月后，其电接触点因接触电弧积炭而造成接触不良，导致负压系统报警、故障频率呈明显上升趋势。

3 医用负压系统改造方案

通过对原有医用负压系统的运行分析，对原有医用负压系统所暴露的问题，在认真检查、分析的前提下，提出了对原有系统的改造方案。

3.1 水环式真空泵系统的改造

由于对负压系统的绝对真空度要求不是很高，通常可选用结构较为简单、维护方便的水环式真空泵[3]。水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气，属于变容式真空泵[4]。长期以来，由于对水环真空泵产品的特性了解不多，实际应用中往往忽视了真空泵在消耗电能的同时，还需消耗清水的工作特点，忽略了节水、节能[5]。因此，在对水环式真空泵系统进行改造时，从泵的稳定性和节水、节能两大方面做了改进。

3.1.1 更换不合理的真空泵

国产SK系列真空泵是采用盘根密封，适用于长时间运转而较少反复启动、停机的系统。而医院的负压真空系统则使用负压气量变化较大，真空泵需要经常反复启动、停机，因此国产SK系列真空泵不适用于医院负压站使用。

经市场调研，医院最终选用了纳西姆/西门子2BV系列机械密封水环式真空泵。该泵密封性能好，耐磨性能高(机械密封器可累计连续运转8000 h)，工作稳定，抽气效率高。事实证明，更换真空泵后故障率明显下降，且无漏水现象。

3.1.2 改造真空泵进气系统

⑴增加真空泵进气逆止阀∶可防止真空泵运行停止时工作循环水返流，阻止杂质进入充气电磁阀阀芯，保证管道的气密性。

⑵增加进气截止阀∶在负压系统管路链接中增加进气截止阀，保证系统在检修、保养，定期清除污垢时，可启动单台真空泵系统运行，如图3所示。

图3 负压系统管路链接图

图中∶1.为1号真空泵；2.为2号真空泵；3.7.为逆止阀；4.6.8.10.为电磁阀检修截止阀门；5.9.为带充气真空电磁阀；11.连接管道；12.14.为负压储气罐；13.15.为检修截止阀门；16.17.为储气罐排污截止阀；18.为电接点真空表A；19.为电接点真空表B。

3.1.3 改造汽水分离器及补水系统

⑴采用再增加汽水分离器1台，使之与原汽水分离器串联连接，提高了循环水储水量1倍(0.35+0.35)m3。由真空泵排出的汽水混合物，先通过原汽水分离器分离、降温、冷却，气体部分直接排出室外，而水通过连接管进入新安装的汽水分离器再次降温、冷却，最终传输至真空泵水循环系统作为冷却水循环使用，改造后冷却循环水的温度明显降低。

⑵增加补水电磁阀∶保证真空泵与补水联动，即防止水温度过高影响真空泵的抽气效率，又减少不必要水资源浪费，如图4所示。

图4 工作用水连接示图

图中1为2BV真空泵；2为排气口；3为进气口；4为排空口；5为工作水连接入口；6为供水调节阀；7、10、22为检修截止阀；8为供水电磁阀；9为旁通管路截止阀；11为供水过滤器；12为供水管道；13为工作水供出链接口；14为水面溢流口；15为汽水分离器串接；16为汽水分离器1、2；17为汽水分离器入口；18为汽水分离器排气口；19为工作水补充口；20为补水电磁阀；21为水流量计；23为汽水分离器排空口，24为基础底座。

3.1.4 改造真空泵冷却循环水供给系统

⑴改造冷却循环水管路∶将系统冷却水供水管道由1/2”(4分)改为3/4”(6分)管路，减少了供水阻力，增加了真空泵冷却循环供水量、循环水温下降，系统结构现象明显减轻。

⑵增加供水电磁阀∶真空泵启动同时电磁阀开启，给真空泵供水，真空泵工作停止电磁阀关闭，确保真空泵再次启动运行时为最佳工作状态。

⑶增加冷却循环水旁通管路及截止阀∶便于保养、检修真空泵及供水电磁阀。为了防止真空泵无水运行，截止阀打开才能启动真空泵，确保真空泵内保持一定工作液面。

⑷增加冷却循环水过滤器∶防止冷却循环水杂质颗粒物进入真空泵，减少真空泵内部叶轮、轴承、机械密封等部件磨损，延长真空泵的使用寿命。

⑸增加水流量计∶为科学、有据地调节补水量，保证真空泵的抽气工作效率为最佳状态提供依据。（经计量改造后每天平均耗水量仅为3 t，较改造前每天节水12 t）使真空泵冷却循环水温度控制在真空泵正常工作范围25～35 ℃，泵内结垢现象基本消失，更避免水资源浪费，如图4所示。

3.2 医用负压控制系统改造方案的实施

在原有机箱的基础上，选用西门S7-CPU224型可编程控制器(programmable logic controller，PLC)，为负压控制系统，主电路为AC380 V，控制电路采用AC220 V为主控电路，独立的DC24 V电源作为外接电路控制；全系统以PLC为核心，外围以中间继电器与外部主电路实现真空泵的启动、停止、压力监控、故障监控等全自动化控制系统。改造后控制系统接点少、耗电省、故障率下降70%以上，如图5所示。

图5 电控系统供电原理图

西门子S7-200CPU224型PLC，其性能参数如下∶电源为市电AC220 V 50 HZ，交流电源，电压波动范围AC184～264 V，频率波动范围47～63 Hz。PLC上有DC24V输入、输出。继电器输出电流2 A。可为外围元器件提供输入，输出用。该产品，结构紧凑、性能比较高、扩展性能好、指令功能强大、价格比较低廉，有14位输入，10位输出，输入可任意作NPN或PNP使用，继电器输出模组提供多组输出。有与电脑连线功能等。

系统具有手动运行，自动运行，循环程序运行(三台泵设置自动运行模式时)等3种运行模式及声光报警模式。如图6所示。

3.3 电接点真空压力表控制系统的改造

3.3.1 降低电接点真空压力表控制电压

选用独立DC24 V直流稳压电源，降低电接点真空压力表上限接点及下限接点的控制电压，减小电接点真空压力表接触电弧积炭的不良影响。

3.3.2 选用磁性触头电接点真空压力表

选用磁性触头的电接点真空压力表，当电接点真空压力表运行到上限接点及下限接点时，因电接点触头带磁性，在电接点即将接通的瞬间，在游丝张力和磁场力的共同作用下迅速吸合接通电接点，提高了电接点的接通速度，进一步减小了电接点真空压力表接触电弧积炭的不良影响而延长了电接点真空压力表的使用寿命。

3.3.3 选用两个电接点真空压力表并接

图6 真空泵电控原理图

表2 医用负压系统改造前后指标对比表

电接点真空压力表，在实际使用中工作频率相对较高，因此，很容易造成接触电极积炭现象，严重时触点积炭会造成触点无法导通。如出现在上限位则造成真空泵不停机，如出现在下线位则会造成真空泵无法启动。为了防止故障的发生，采取两个电接点表表A和表B并接，应用中将表A压力控制范围调整到(-0.045～-0.07 MPa)做主控，将表B的控制范围略微放大，调整为(-0.04～-0.075 MPa)作备控。当表A出现故障时，表B就会替代表A对负压系统实行控制。如发现负压系统由表B控制时，应及时将表B压力控制范围调整到(-0.045～-0.07 MPa)做主控，同时将检修好或更新的表A调整为(-0.04～-0.075 MPa)作备控，以保证负压系统运行的安全。

4 改造后运行分析

通过对水环式真空泵系统、全自动控制系统、电接点真空压力表控制系统进行改造，系统改造后医院负压系统运行平稳，我们对改造后的医用负压系统各项指标重新进行了统计如表2所示，改造后的医用负压系统降低了设备故障率和运行成本，很好地保证了医院医疗工作的正常进行。

通过对医院现有医用负压系统改造，每年可节水水3876.48吨，减少非正常耗电量9403.2 kwh，减少维修工时490 h以上。其中仅水电量两项费用就可节约2.8万元。

5 结论

通过对医院原有医用负压系统存在的问题进行分析、查找原因，实施了对原有负压系统的改造。通过对负压系统改造前后各项运行指标的分析证明，此次改造成功。一次性解决了原有负压系统存在的问题，降低了医疗风险，同时还做到了节能减排，减少了医院的运行成本。

目前，医用中心负压系统已经成为大、中型医院必备的基础设施，有些医院的负压系统长期带病工作，忽视了设备投入运行后的能耗以及对环境所造成的负面影响，并导致资源浪费。各级医院应对医用负压系统的运行状况给予足够的重视，此举不仅可提升医用负压系统的可操作性，安全性、可靠性，又可降低设备运行时对水、电的消耗量，为建设绿色、节能环保型社会做出贡献。

[1]钱志宏.医用中心负压系统的管理与使用[J].医疗装备，2001，14(5)∶17-18.

[2]李佳.城市大型医院的负压吸引系统设计[J].工程建设与设计，2009(8)∶85-88.

[3]潘建中.集中式负压系统的维护与改进[J].生物医学工程学进展，2009，30(1)∶61-62.

[4]曹锡利，奚灵强，张泽武.YQK-2型医用全自动负压系统的工作原理与维修[J].医疗设备信息2004，19(1)∶61-62.

[5]吴泰中.水环真空泵的智能化节能控制[J].机电工程技术，2006，35(5)∶77-79.