某院医用气体系统安全性分析和优化措施探讨

潘善伟，金雨松

（浙江医院后勤管理中心，杭州 310013）

0 引言

某大型综合性医院设有总院与分院，总院医疗建筑布局分散，而分院医疗建筑规划单体大且功能设置集中，总院气体设备机房分别设于三幢建筑的一层，而分院建设遇上了地下室大开发、大利用的时代，医疗压缩空气机组和医用真空设备均设置在地下室一层。医用气体作为医院的生命支持系统，其昼夜不停运行维系着医疗救治的工作秩序。本文就医院医用正负压气体和氧气供应系统的设计、安装和运维环节的安全性问题进行探讨。

1 医用气体系统的设计及优化

1.1 医疗空气机组容量的配置优化

对于医疗空气机组容量设计和设备选型，遵循“当最大流量的单台压缩机故障时，其余备用压缩机应能自动逐台投入运行并仍能满足设计流量”的原则[1]，故而设计师基本都选择一用一备的机组配置模式。实际上，由于医院业务的快速发展，医疗空气用量在后续运行中存在许多变动的因素，如医院拓展了医疗业务，重症患者床位增加导致呼吸机设备增加，气体输送管道和病房设备终端存在泄漏问题，设备的老化导致效率下降等，因此，适当提高设备容量选择有其必要性。另外，当一台医疗空气机组出现故障的情况下，维修的及时性非常重要，尤其售后服务为外地企业，再加上涉及进口设备的配件问题，势必大大延长设备修复的时间，期间对于医疗空气保障的压力是显而易见的。

分院医疗空气的设计用量为130 m3/h，最大峰值为150 m3/h，最初设计空压机选择2台排气量为186 m3/h的无油涡轮式压缩机。基于运行中设计峰值出现概率非常低，压缩机设备容量配置并非越大越好，因此设计方案应掌握设备配置的合理性原则，既要考虑压缩机容量问题，又要考虑压缩机台数问题，还要考虑设备投资成本和运行效率问题，最终优化方案选择了3台排气量为148 m3/h的空压机，即1台设备处于“冷”备用状态，2台设备工作且处于自动切换运行状态。空压机采用“一用一备一维修”的配置模式，有效地解决了医疗空气供给的安全保障问题。

1.2 基于应急功能的冗余设计

根据国家卫生健康委员会《三级综合医院评审标准》对于供水、供电、供气的保障要求，设备设施运行必须具备应急功能与备用功能。显然，采用合理的冗余设计方式可以有效提升医用气体系统的应急保障能力。

1.2.1 氧气机房的冗余设计

总院的建筑物之间距离较远，室外氧气管线走向曲折，存在管线易折断和损坏的风险。经多方讨论决定，医院集中设置一个液氧站（满足国家规范和相关细化技术要求），同时增设3个瓶装氧气应急供应点。供氧系统示意图如图1所示，3个供氧点既可以连成一片也可以独立应急运行，当供氧总管在某区域发生折断或系统氧气量不足时，各应急供氧点可以实行分区域供氧，也可以代替液氧站进行集中供氧，尤其使医院重点医疗区域的用氧安全得到了保障。

图1 总院供氧系统示意图

1.2.2 医疗空气系统冷干机的冗余设计

总院医疗空气系统通过冷干机降低空气露点温度而达到除湿目的。2014年6月某日机房1台冷干机故障而值班人员未及时发现，医疗空气中含水量大增，导致ICU1台呼吸机发生严重故障。经过院方分析和讨论，最后对冷干机配置进行改进。如图2所示，在原有系统内串联1台冷干机（设备功率仅为0.1 kW），即2台冷干机实行同步运行，既增强了冷干机除湿效果，又提高了气体的除湿保险系数，效果较好。

1.3 氧气输送管路的安全设计

近年来，全国医院建设项目持续不断，新建筑室外地面破坏现象时有发生，如施工沉降、地质下沉、车辆压塌，尤其新建建筑周围地质松软，地面沉降需要持续多年，加上有些氧气管道材质缺乏延展性，防护套管设置又不科学，经常会发生各种类别管道折断的事故。根据GB 51039—2014《综合医院建筑设计规范》要求，为了提高氧气管线的安全性，要求氧气站到一级供氧负荷点实行单独接管，以期提高供氧可靠性。

图2 总院医疗空气系统双冷干机配置图

图3 氧气套管交接处重叠保护示意图

实际上，不论氧气管是否单独接管，作为基建管理者都需要考虑建筑外围管道布局和走向是否具有安全性：一方面要重视管道常规敷设细节要求[2]；另一方面还要研究室外地质基础是否夯实、安装焊接是否规范、气管材质是否具有延展性、防护套装设置是否科学等，尤其在穿墙和道路地下的防护套管衔接处应该设置重叠保护措施，钢套管防护方式如图3所示。

1.4 氧气应急气源自动切换装置的应用设计

医院氧气系统设计由主气源、备用气源和应急气源组成，应急气源的汇流排与氧气总管之间通过阀门切换相连。氧气总管压力下降时，压力检测系统默认氧气需求量增加，应急气源通过切换装置自动连接并投入使用，但是考虑到室外管路折断或室内大泄漏等状况，甚至不需要15 min，大量应急瓶装氧气在切换后就会快速消耗殆尽。综上，应急气源与总管间实行自动切换存在很大的隐患，如果要运用自动切换装置必须基于氧气流量实时检测与报警功能可靠的基础上才有实际意义，即只有判断氧气流量处于合理的范围内才可以启动自动切换。目前，院方管理实行压力报警和人工应急操作相结合的方式。

2 医用气体系统应急措施和运行能效提升措施

2.1 水环式真空泵应急措施

总院二号楼医用真空泵配置采用“一用一备”的模式，真空泵运行2 min、停顿5 min，机组处于比较合理的工作状态，但夏天最炎热的时段，真空泵运行间歇时间发生了很大的变化，真空泵运行15 min而停机时间降至3～4 min，储水罐的水温达到60～70℃。实际上，水介质温度升高，真空泵饱和蒸汽压降低，真空度下降，真空泵运行时间被拉长且高水温易结垢，导致泵体间隙变小[3]。显然，在高温状态下，真空泵运行时间与水温形成了恶性循环，而真空泵电动机长期在高温状态下运行，易加速绝缘材料的老化，电动机寿命也会大大缩短。

根据WS 435—2013《医院医用气体系统运行管理》规定，机房温度应维持在10～38℃，解决的方法是采用空气调节设备使环境温度下降或降低负荷运行。在降温或降低负荷存在困难的情况下，院方运维人员临时增大储水罐的自来水补水量，即显著降低储水罐的水温。实践证明，降低循环水的水温后，真空泵启停状态明显改善，运行状态回归良性循环。

2.2 提升医用气体设备运行能效的措施

节约能源已经是我国经济发展的基本政策，也是构建我国高效能源体系必不可少的环节，在确保安全供气的前提下，应降低机房设备运行能耗或提高设备运行效率。机房用能设备有空压机、真空泵、送风机、排风机、机房降温空调等较大功率设备，缩短电动机设备运行时间和减少启停频数是最为便捷的节能举措之一。

2.2.1 医疗空气罐体容积的选择

目前，压缩空气储气罐与真空缓冲罐设计容积普遍都不大，大多以1～2 m3为主，而设备停机时间与罐体容积配置呈正相关性，假如医院医疗空气用量为60 m3/h，罐体容积每增加1 m3间歇停机时间至少增加1 min，医疗空气压力与时间关系以及空压机输出功率与时间关系如图4所示。显然设备的启停频繁，既影响设备寿命，又增大能耗。因分院机房场地条件宽裕，适当增大储气罐容积至4 m3，即配置2个2 m3储气罐，有效地降低了电动机启动初期的能耗。

图4 医疗空气压力/空气压缩机输出功率-时间曲线图

2.2.2 设置合理的医用气体系统运行压力范围

在满足医疗空气压力的前提下，压缩机运行的压力设定非常有讲究，应避免压缩机控制压力的上限值调得太高，如果压力上限值采用高压运行，产生同样的空气量，压力越高电动机运行电流越大，所对应能耗也越大。实际上医院可以探索一段时间，选择适合自己医院系统运行的上限压力值，同理，对于医用真空设备，在满足病房需求压力的情况下，可以将压力下限适当上调，以降低真空泵运行能耗。

3 医用气体系统运维管理

针对医用气体系统开展的日常运维管理工作，既需要系统设备组成本身具备的完备性和可靠性，也需要运维人员具备相应的技术能力作为支撑。

3.1 真空缓冲罐的排水处理措施

总院医用真空系统设有一个真空缓冲罐，缓冲罐底部排污阀操作前，需要打开旁通阀门并关闭该缓冲罐进出气管的阀门。为了不影响系统运行，也为了简化排水操作程序，设计并增加一个污水回收罐，如图5所示，当需要排水时，关闭缓冲罐底部的阀门，再排尽回收罐的废水便可。

图5 总院负压气体机房配置污水回收罐

3.2 管理人员认知水平提高的必要性

当前，随着医院后勤社会化外包趋势越来越明显，许多医院对后勤岗位实行“只出不进”的人事政策，后勤服务岗位存在“铁打的营盘流水的兵”的状况[4]。实际上，对于突发性问题的处理和应变能力，没有一定的专业知识和经验积累，安全是很难得到保证的。医用气体产生、输送以及系统运维管理涉及到强弱电、机械管材和压力容器等专业知识，可见，对维护人员设置专业职业资格和操作技能考核要求，可以有效提高维护人员的技术水平。目前院方要求运维者应持有电工和压力容器操作证书，当然维护者也应加强与相关职能部门进行经验交流与合作，以便进一步拓宽运维者的知识面[5]。

3.3 推进医用气体系统信息化管理

利用信息技术对医用气体系统数据进行检测和控制，是医疗建筑发展的趋势[6]。大型医疗建筑的管线越来越多，许多管道位置、材质和管径也非常容易混淆，对运维管理工作造成很大困扰，如果能利用先进软件或信息化手段建立医疗建筑三维立体档案与运维管理系统，对医用气体管道系统物理特征实行数字化和可视化表达[7]，便于管理、更新、维护、快速检索。分院采用建筑信息模型（building information modeling，BIM）建立信息技术档案，大大强化了各类医用气体管线走向的管理。

4 结语

医用气体系统安全运行与系统工艺技术、设备质量、安装工艺和运维管理等环节息息相关，影响医用气体系统安全的环节和因素各不相同，作为基建项目的设计者和管理者以及后续运维者应具有风险防范意识及应急管理能力，以安全问题为导向，推进安全管理和措施优化，进而提升医用气体的安全保障能力。