某院醫用氣體系統安全性分析和優化措施探討

潘善偉，金雨松

（浙江醫院后勤管理中心，杭州 310013）

0 引言

某大型綜合性醫院設有總院與分院，總院醫療建筑布局分散，而分院醫療建筑規劃單體大且功能設置集中，總院氣體設備機房分別設于三幢建筑的一層，而分院建設遇上了地下室大開發、大利用的時代，醫療壓縮空氣機組和醫用真空設備均設置在地下室一層。醫用氣體作為醫院的生命支持系統，其晝夜不停運行維系著醫療救治的工作秩序。本文就醫院醫用正負壓氣體和氧氣供應系統的設計、安裝和運維環節的安全性問題進行探討。

1 醫用氣體系統的設計及優化

1.1 醫療空氣機組容量的配置優化

對于醫療空氣機組容量設計和設備選型，遵循“當最大流量的單臺壓縮機故障時，其余備用壓縮機應能自動逐臺投入運行并仍能滿足設計流量”的原則[1]，故而設計師基本都選擇一用一備的機組配置模式。實際上，由于醫院業務的快速發展，醫療空氣用量在后續運行中存在許多變動的因素，如醫院拓展了醫療業務，重癥患者床位增加導致呼吸機設備增加，氣體輸送管道和病房設備終端存在泄漏問題，設備的老化導致效率下降等，因此，適當提高設備容量選擇有其必要性。另外，當一臺醫療空氣機組出現故障的情況下，維修的及時性非常重要，尤其售后服務為外地企業，再加上涉及進口設備的配件問題，勢必大大延長設備修復的時間，期間對于醫療空氣保障的壓力是顯而易見的。

分院醫療空氣的設計用量為130 m3/h，最大峰值為150 m3/h，最初設計空壓機選擇2臺排氣量為186 m3/h的無油渦輪式壓縮機。基于運行中設計峰值出現概率非常低，壓縮機設備容量配置并非越大越好，因此設計方案應掌握設備配置的合理性原則，既要考慮壓縮機容量問題，又要考慮壓縮機臺數問題，還要考慮設備投資成本和運行效率問題，最終優化方案選擇了3臺排氣量為148 m3/h的空壓機，即1臺設備處于“冷”備用狀態，2臺設備工作且處于自動切換運行狀態。空壓機采用“一用一備一維修”的配置模式，有效地解決了醫療空氣供給的安全保障問題。

1.2 基于應急功能的冗余設計

根據國家衛生健康委員會《三級綜合醫院評審標準》對于供水、供電、供氣的保障要求，設備設施運行必須具備應急功能與備用功能。顯然，采用合理的冗余設計方式可以有效提升醫用氣體系統的應急保障能力。

1.2.1 氧氣機房的冗余設計

總院的建筑物之間距離較遠，室外氧氣管線走向曲折，存在管線易折斷和損壞的風險。經多方討論決定，醫院集中設置一個液氧站（滿足國家規范和相關細化技術要求），同時增設3個瓶裝氧氣應急供應點。供氧系統示意圖如圖1所示，3個供氧點既可以連成一片也可以獨立應急運行，當供氧總管在某區域發生折斷或系統氧氣量不足時，各應急供氧點可以實行分區域供氧，也可以代替液氧站進行集中供氧，尤其使醫院重點醫療區域的用氧安全得到了保障。

圖1 總院供氧系統示意圖

1.2.2 醫療空氣系統冷干機的冗余設計

總院醫療空氣系統通過冷干機降低空氣露點溫度而達到除濕目的。2014年6月某日機房1臺冷干機故障而值班人員未及時發現，醫療空氣中含水量大增，導致ICU1臺呼吸機發生嚴重故障。經過院方分析和討論，最后對冷干機配置進行改進。如圖2所示，在原有系統內串聯1臺冷干機（設備功率僅為0.1 kW），即2臺冷干機實行同步運行，既增強了冷干機除濕效果，又提高了氣體的除濕保險系數，效果較好。

1.3 氧氣輸送管路的安全設計

近年來，全國醫院建設項目持續不斷，新建筑室外地面破壞現象時有發生，如施工沉降、地質下沉、車輛壓塌，尤其新建建筑周圍地質松軟，地面沉降需要持續多年，加上有些氧氣管道材質缺乏延展性，防護套管設置又不科學，經常會發生各種類別管道折斷的事故。根據GB 51039—2014《綜合醫院建筑設計規范》要求，為了提高氧氣管線的安全性，要求氧氣站到一級供氧負荷點實行單獨接管，以期提高供氧可靠性。

圖2 總院醫療空氣系統雙冷干機配置圖

圖3 氧氣套管交接處重疊保護示意圖

實際上，不論氧氣管是否單獨接管，作為基建管理者都需要考慮建筑外圍管道布局和走向是否具有安全性：一方面要重視管道常規敷設細節要求[2]；另一方面還要研究室外地質基礎是否夯實、安裝焊接是否規范、氣管材質是否具有延展性、防護套裝設置是否科學等，尤其在穿墻和道路地下的防護套管銜接處應該設置重疊保護措施，鋼套管防護方式如圖3所示。

1.4 氧氣應急氣源自動切換裝置的應用設計

醫院氧氣系統設計由主氣源、備用氣源和應急氣源組成，應急氣源的匯流排與氧氣總管之間通過閥門切換相連。氧氣總管壓力下降時，壓力檢測系統默認氧氣需求量增加，應急氣源通過切換裝置自動連接并投入使用，但是考慮到室外管路折斷或室內大泄漏等狀況，甚至不需要15 min，大量應急瓶裝氧氣在切換后就會快速消耗殆盡。綜上，應急氣源與總管間實行自動切換存在很大的隱患，如果要運用自動切換裝置必須基于氧氣流量實時檢測與報警功能可靠的基礎上才有實際意義，即只有判斷氧氣流量處于合理的范圍內才可以啟動自動切換。目前，院方管理實行壓力報警和人工應急操作相結合的方式。

2 醫用氣體系統應急措施和運行能效提升措施

2.1 水環式真空泵應急措施

總院二號樓醫用真空泵配置采用“一用一備”的模式，真空泵運行2 min、停頓5 min，機組處于比較合理的工作狀態，但夏天最炎熱的時段，真空泵運行間歇時間發生了很大的變化，真空泵運行15 min而停機時間降至3～4 min，儲水罐的水溫達到60～70℃。實際上，水介質溫度升高，真空泵飽和蒸汽壓降低，真空度下降，真空泵運行時間被拉長且高水溫易結垢，導致泵體間隙變小[3]。顯然，在高溫狀態下，真空泵運行時間與水溫形成了惡性循環，而真空泵電動機長期在高溫狀態下運行，易加速絕緣材料的老化，電動機壽命也會大大縮短。

根據WS 435—2013《醫院醫用氣體系統運行管理》規定，機房溫度應維持在10～38℃，解決的方法是采用空氣調節設備使環境溫度下降或降低負荷運行。在降溫或降低負荷存在困難的情況下，院方運維人員臨時增大儲水罐的自來水補水量，即顯著降低儲水罐的水溫。實踐證明，降低循環水的水溫后，真空泵啟停狀態明顯改善，運行狀態回歸良性循環。

2.2 提升醫用氣體設備運行能效的措施

節約能源已經是我國經濟發展的基本政策，也是構建我國高效能源體系必不可少的環節，在確保安全供氣的前提下，應降低機房設備運行能耗或提高設備運行效率。機房用能設備有空壓機、真空泵、送風機、排風機、機房降溫空調等較大功率設備，縮短電動機設備運行時間和減少啟停頻數是最為便捷的節能舉措之一。

2.2.1 醫療空氣罐體容積的選擇

目前，壓縮空氣儲氣罐與真空緩沖罐設計容積普遍都不大，大多以1～2 m3為主，而設備停機時間與罐體容積配置呈正相關性，假如醫院醫療空氣用量為60 m3/h，罐體容積每增加1 m3間歇停機時間至少增加1 min，醫療空氣壓力與時間關系以及空壓機輸出功率與時間關系如圖4所示。顯然設備的啟停頻繁，既影響設備壽命，又增大能耗。因分院機房場地條件寬裕，適當增大儲氣罐容積至4 m3，即配置2個2 m3儲氣罐，有效地降低了電動機啟動初期的能耗。

圖4 醫療空氣壓力/空氣壓縮機輸出功率-時間曲線圖

2.2.2 設置合理的醫用氣體系統運行壓力范圍

在滿足醫療空氣壓力的前提下，壓縮機運行的壓力設定非常有講究，應避免壓縮機控制壓力的上限值調得太高，如果壓力上限值采用高壓運行，產生同樣的空氣量，壓力越高電動機運行電流越大，所對應能耗也越大。實際上醫院可以探索一段時間，選擇適合自己醫院系統運行的上限壓力值，同理，對于醫用真空設備，在滿足病房需求壓力的情況下，可以將壓力下限適當上調，以降低真空泵運行能耗。

3 醫用氣體系統運維管理

針對醫用氣體系統開展的日常運維管理工作，既需要系統設備組成本身具備的完備性和可靠性，也需要運維人員具備相應的技術能力作為支撐。

3.1 真空緩沖罐的排水處理措施

總院醫用真空系統設有一個真空緩沖罐，緩沖罐底部排污閥操作前，需要打開旁通閥門并關閉該緩沖罐進出氣管的閥門。為了不影響系統運行，也為了簡化排水操作程序，設計并增加一個污水回收罐，如圖5所示，當需要排水時，關閉緩沖罐底部的閥門，再排盡回收罐的廢水便可。

圖5 總院負壓氣體機房配置污水回收罐

3.2 管理人員認知水平提高的必要性

當前，隨著醫院后勤社會化外包趨勢越來越明顯，許多醫院對后勤崗位實行“只出不進”的人事政策，后勤服務崗位存在“鐵打的營盤流水的兵”的狀況[4]。實際上，對于突發性問題的處理和應變能力，沒有一定的專業知識和經驗積累，安全是很難得到保證的。醫用氣體產生、輸送以及系統運維管理涉及到強弱電、機械管材和壓力容器等專業知識，可見，對維護人員設置專業職業資格和操作技能考核要求，可以有效提高維護人員的技術水平。目前院方要求運維者應持有電工和壓力容器操作證書，當然維護者也應加強與相關職能部門進行經驗交流與合作，以便進一步拓寬運維者的知識面[5]。

3.3 推進醫用氣體系統信息化管理

利用信息技術對醫用氣體系統數據進行檢測和控制，是醫療建筑發展的趨勢[6]。大型醫療建筑的管線越來越多，許多管道位置、材質和管徑也非常容易混淆，對運維管理工作造成很大困擾，如果能利用先進軟件或信息化手段建立醫療建筑三維立體檔案與運維管理系統，對醫用氣體管道系統物理特征實行數字化和可視化表達[7]，便于管理、更新、維護、快速檢索。分院采用建筑信息模型（building information modeling，BIM）建立信息技術檔案，大大強化了各類醫用氣體管線走向的管理。

4 結語

醫用氣體系統安全運行與系統工藝技術、設備質量、安裝工藝和運維管理等環節息息相關，影響醫用氣體系統安全的環節和因素各不相同，作為基建項目的設計者和管理者以及后續運維者應具有風險防范意識及應急管理能力，以安全問題為導向，推進安全管理和措施優化，進而提升醫用氣體的安全保障能力。