醫用負壓系統運行分析及改造研究

崔彥青 桂朝偉 姜 山

醫院負壓吸引系統像水和電一樣必須24 h不間斷供應，并服務于全院每一病區，而且使用頻繁，是醫院不可缺少的重要設備。通過對醫用負壓系統的組成、原有負壓系統的運行分析、原有負壓系統存在的問題、原有醫用負壓系統的改造以及對改造后各項指標的分析對比等進行研究，力爭設計一套性能穩定、安全可靠、可操作性強的醫用負壓系統。

1 醫用負壓系統的組成

醫用負壓吸引系統是由用戶管網和真空吸引站組成。用戶管網包括組合終端和吊塔；真空吸引站包括電控柜、水環式真空泵、醫用真空罐、除菌過濾器、氣液分離器、集污罐等，(如圖1所示)。真空泵通過對真空罐抽真空，使真空罐能夠維持一定負壓值的壓力， 并連續不斷地向用戶管網提供吸力來滿足用戶需求[1]。

醫用負壓系統工作流程∶用氣端點→集污罐→真空罐→消毒器→真空泵→氣水分離器→廢氣排空、污液采取集中收集，送至污水處理站[2]。

2 原負壓系統運行分析及存在的問題

2.1 系統運行分析

圖1 醫用負壓系統構成

原醫用負壓系統為2005年安裝，系統使用后二年發現，各項指標均出現異常，系統運行報警次數增多。為及時掌握系統異常運行的規律，對原負壓系統各項運行指標進行監測，對負壓系統安裝了水、電等計量設備，并對水環式真空泵運行時間、月均維修次數等指標進行統計(見表1)。通過三個月的系統運行指標分析，根據系統各項指標數值顯示，系統處于非正常運行狀態。

表1 2007年4-6月系統運行指標分析表

2.2 系統存在的問題

經對系統進行檢查，發現系統存在以下問題∶

⑴真空泵選擇不當。真空泵為國產SK-6水環式真空泵，該泵采用盤根填料式密封方式，在真空泵每日反復多次啟動后，出現密封不嚴、漏水嚴重以致抽氣壓力下降，造成真空泵每次系統運行時間延長，導致耗電量增加。

⑵真空泵進氣系統設計不完善。由于北方水質硬，系統運行數年后冷卻循環水返流，反復多次造成充氣電磁閥閥芯附著水垢及顆粒雜質，以致充氣電磁閥關閉不嚴而使系統運行故障率升高。

⑶汽水分離器安裝不合理。為確保冷卻循環水控制在25～35 ℃，原系統采取不間斷補水排放的方式，經測算每天平均耗水量高達13噸以上，造成用水量增加。

⑷冷卻水循環系統安裝不規范。冷卻水循環系統連接管頸小，水流速度低、真空泵供水量小，致使負壓系統冷卻循環水溫經常超高(水溫最高可達65℃)，同時也進一步造成水系統中鈣、鎂離子的結垢現象，真空泵抽吸能力大幅下降，形成惡性循環，如圖2所示。

圖2 冷卻水循環系統的惡性循環示意圖

由于循環水溫超高影響系統平穩運行，三個月泵和相連管路內形成的水垢厚度達10 mm以上，為解決這一個問題每年需定期清洗4次。由于真空泵抽氣性能下降，泵工作運行時間延長、定時追加功能致使兩臺泵同時工作運行，而造成非正常耗電。

⑸控制系統設計過于簡單。系統中只有雙泵交替自動運行模式，沒有單泵自動控制運行模式，如果運行中有一單泵出現故障檢修時，整個負壓系統不能正常運行。

⑹電接點真空壓力表控制電壓不合理。選用交流電220 V為電接點控制電壓，真空壓力表經系統運行3～4月后，其電接觸點因接觸電弧積炭而造成接觸不良，導致負壓系統報警、故障頻率呈明顯上升趨勢。

3 醫用負壓系統改造方案

通過對原有醫用負壓系統的運行分析，對原有醫用負壓系統所暴露的問題，在認真檢查、分析的前提下，提出了對原有系統的改造方案。

3.1 水環式真空泵系統的改造

由于對負壓系統的絕對真空度要求不是很高，通常可選用結構較為簡單、維護方便的水環式真空泵[3]。水環泵是靠泵腔容積的變化來實現吸氣、壓縮和排氣，屬于變容式真空泵[4]。長期以來，由于對水環真空泵產品的特性了解不多，實際應用中往往忽視了真空泵在消耗電能的同時，還需消耗清水的工作特點，忽略了節水、節能[5]。因此，在對水環式真空泵系統進行改造時，從泵的穩定性和節水、節能兩大方面做了改進。

3.1.1 更換不合理的真空泵

國產SK系列真空泵是采用盤根密封，適用于長時間運轉而較少反復啟動、停機的系統。而醫院的負壓真空系統則使用負壓氣量變化較大，真空泵需要經常反復啟動、停機，因此國產SK系列真空泵不適用于醫院負壓站使用。

經市場調研，醫院最終選用了納西姆/西門子2BV系列機械密封水環式真空泵。該泵密封性能好，耐磨性能高(機械密封器可累計連續運轉8000 h)，工作穩定，抽氣效率高。事實證明，更換真空泵后故障率明顯下降，且無漏水現象。

3.1.2 改造真空泵進氣系統

⑴增加真空泵進氣逆止閥∶可防止真空泵運行停止時工作循環水返流，阻止雜質進入充氣電磁閥閥芯，保證管道的氣密性。

⑵增加進氣截止閥∶在負壓系統管路鏈接中增加進氣截止閥，保證系統在檢修、保養，定期清除污垢時，可啟動單臺真空泵系統運行，如圖3所示。

圖3 負壓系統管路鏈接圖

圖中∶1.為1號真空泵；2.為2號真空泵；3.7.為逆止閥；4.6.8.10.為電磁閥檢修截止閥門；5.9.為帶充氣真空電磁閥；11.連接管道；12.14.為負壓儲氣罐；13.15.為檢修截止閥門；16.17.為儲氣罐排污截止閥；18.為電接點真空表A；19.為電接點真空表B。

3.1.3 改造汽水分離器及補水系統

⑴采用再增加汽水分離器1臺，使之與原汽水分離器串聯連接，提高了循環水儲水量1倍(0.35+0.35)m3。由真空泵排出的汽水混合物，先通過原汽水分離器分離、降溫、冷卻，氣體部分直接排出室外，而水通過連接管進入新安裝的汽水分離器再次降溫、冷卻，最終傳輸至真空泵水循環系統作為冷卻水循環使用，改造后冷卻循環水的溫度明顯降低。

⑵增加補水電磁閥∶保證真空泵與補水聯動，即防止水溫度過高影響真空泵的抽氣效率，又減少不必要水資源浪費，如圖4所示。

圖4 工作用水連接示圖

圖中1為2BV真空泵；2為排氣口；3為進氣口；4為排空口；5為工作水連接入口；6為供水調節閥；7、10、22為檢修截止閥；8為供水電磁閥；9為旁通管路截止閥；11為供水過濾器；12為供水管道；13為工作水供出鏈接口；14為水面溢流口；15為汽水分離器串接；16為汽水分離器1、2；17為汽水分離器入口；18為汽水分離器排氣口；19為工作水補充口；20為補水電磁閥；21為水流量計；23為汽水分離器排空口，24為基礎底座。

3.1.4 改造真空泵冷卻循環水供給系統

⑴改造冷卻循環水管路∶將系統冷卻水供水管道由1/2”(4分)改為3/4”(6分)管路，減少了供水阻力，增加了真空泵冷卻循環供水量、循環水溫下降，系統結構現象明顯減輕。

⑵增加供水電磁閥∶真空泵啟動同時電磁閥開啟，給真空泵供水，真空泵工作停止電磁閥關閉，確保真空泵再次啟動運行時為最佳工作狀態。

⑶增加冷卻循環水旁通管路及截止閥∶便于保養、檢修真空泵及供水電磁閥。為了防止真空泵無水運行，截止閥打開才能啟動真空泵，確保真空泵內保持一定工作液面。

⑷增加冷卻循環水過濾器∶防止冷卻循環水雜質顆粒物進入真空泵，減少真空泵內部葉輪、軸承、機械密封等部件磨損，延長真空泵的使用壽命。

⑸增加水流量計∶為科學、有據地調節補水量，保證真空泵的抽氣工作效率為最佳狀態提供依據。（經計量改造后每天平均耗水量僅為3 t，較改造前每天節水12 t）使真空泵冷卻循環水溫度控制在真空泵正常工作范圍25～35 ℃，泵內結垢現象基本消失，更避免水資源浪費，如圖4所示。

3.2 醫用負壓控制系統改造方案的實施

在原有機箱的基礎上，選用西門S7-CPU224型可編程控制器(programmable logic controller，PLC)，為負壓控制系統，主電路為AC380 V，控制電路采用AC220 V為主控電路，獨立的DC24 V電源作為外接電路控制；全系統以PLC為核心，外圍以中間繼電器與外部主電路實現真空泵的啟動、停止、壓力監控、故障監控等全自動化控制系統。改造后控制系統接點少、耗電省、故障率下降70%以上，如圖5所示。

圖5 電控系統供電原理圖

西門子S7-200CPU224型PLC，其性能參數如下∶電源為市電AC220 V 50 HZ，交流電源，電壓波動范圍AC184～264 V，頻率波動范圍47～63 Hz。PLC上有DC24V輸入、輸出。繼電器輸出電流2 A。可為外圍元器件提供輸入，輸出用。該產品，結構緊湊、性能比較高、擴展性能好、指令功能強大、價格比較低廉，有14位輸入，10位輸出，輸入可任意作NPN或PNP使用，繼電器輸出模組提供多組輸出。有與電腦連線功能等。

系統具有手動運行，自動運行，循環程序運行(三臺泵設置自動運行模式時)等3種運行模式及聲光報警模式。如圖6所示。

3.3 電接點真空壓力表控制系統的改造

3.3.1 降低電接點真空壓力表控制電壓

選用獨立DC24 V直流穩壓電源，降低電接點真空壓力表上限接點及下限接點的控制電壓，減小電接點真空壓力表接觸電弧積炭的不良影響。

3.3.2 選用磁性觸頭電接點真空壓力表

選用磁性觸頭的電接點真空壓力表，當電接點真空壓力表運行到上限接點及下限接點時，因電接點觸頭帶磁性，在電接點即將接通的瞬間，在游絲張力和磁場力的共同作用下迅速吸合接通電接點，提高了電接點的接通速度，進一步減小了電接點真空壓力表接觸電弧積炭的不良影響而延長了電接點真空壓力表的使用壽命。

3.3.3 選用兩個電接點真空壓力表并接

圖6 真空泵電控原理圖

表2 醫用負壓系統改造前后指標對比表

電接點真空壓力表，在實際使用中工作頻率相對較高，因此，很容易造成接觸電極積炭現象，嚴重時觸點積炭會造成觸點無法導通。如出現在上限位則造成真空泵不停機，如出現在下線位則會造成真空泵無法啟動。為了防止故障的發生，采取兩個電接點表表A和表B并接，應用中將表A壓力控制范圍調整到(-0.045～-0.07 MPa)做主控，將表B的控制范圍略微放大，調整為(-0.04～-0.075 MPa)作備控。當表A出現故障時，表B就會替代表A對負壓系統實行控制。如發現負壓系統由表B控制時，應及時將表B壓力控制范圍調整到(-0.045～-0.07 MPa)做主控，同時將檢修好或更新的表A調整為(-0.04～-0.075 MPa)作備控，以保證負壓系統運行的安全。

4 改造后運行分析

通過對水環式真空泵系統、全自動控制系統、電接點真空壓力表控制系統進行改造，系統改造后醫院負壓系統運行平穩，我們對改造后的醫用負壓系統各項指標重新進行了統計如表2所示，改造后的醫用負壓系統降低了設備故障率和運行成本，很好地保證了醫院醫療工作的正常進行。

通過對醫院現有醫用負壓系統改造，每年可節水水3876.48噸，減少非正常耗電量9403.2 kwh，減少維修工時490 h以上。其中僅水電量兩項費用就可節約2.8萬元。

5 結論

通過對醫院原有醫用負壓系統存在的問題進行分析、查找原因，實施了對原有負壓系統的改造。通過對負壓系統改造前后各項運行指標的分析證明，此次改造成功。一次性解決了原有負壓系統存在的問題，降低了醫療風險，同時還做到了節能減排，減少了醫院的運行成本。

目前，醫用中心負壓系統已經成為大、中型醫院必備的基礎設施，有些醫院的負壓系統長期帶病工作，忽視了設備投入運行后的能耗以及對環境所造成的負面影響，并導致資源浪費。各級醫院應對醫用負壓系統的運行狀況給予足夠的重視，此舉不僅可提升醫用負壓系統的可操作性，安全性、可靠性，又可降低設備運行時對水、電的消耗量，為建設綠色、節能環保型社會做出貢獻。

[1]錢志宏.醫用中心負壓系統的管理與使用[J].醫療裝備，2001，14(5)∶17-18.

[2]李佳.城市大型醫院的負壓吸引系統設計[J].工程建設與設計，2009(8)∶85-88.

[3]潘建中.集中式負壓系統的維護與改進[J].生物醫學工程學進展，2009，30(1)∶61-62.

[4]曹錫利，奚靈強，張澤武.YQK-2型醫用全自動負壓系統的工作原理與維修[J].醫療設備信息2004，19(1)∶61-62.

[5]吳泰中.水環真空泵的智能化節能控制[J].機電工程技術，2006，35(5)∶77-79.