康復醫院醫用氣體系統的設計與常規配置

蘇州市立醫院北區 醫學工程部，江蘇 蘇州 215008

引言

2020年新型冠狀病毒感染的肺炎（簡稱新冠肺炎）疫情在全球蔓延，國內尤以湖北地區最為嚴重。隨著各家醫院救治任務的不斷開展，報道出來救治患者必需的救命醫用氧氣，尤其是收治重癥患者的定點醫院，出現氧氣的供應壓力、氣體流量達不到標準，普遍出現供氧不足情況，影響臨床的醫療救治工作。收治醫院雖是國內比較知名的醫院，當初設計的醫用氣體系統也均符合行業的標準，但是新冠肺炎的病人從普通流量吸氧到絕大部分床位的高流量吸氧，以及使用了無創呼吸機、有創呼吸機、甚至ECMO人工肺系統等，對氧氣的需求量變高，導致原先的氣體系統出現供應不足等問題。通過借鑒這些出現的問題，在我院康復醫院設計初期就有關醫用氣體系統的設計與常規配置做充分的考慮，本文將一一闡述。

醫用氣體指應用于醫院各部門用于治療、設備的動力源或者麻醉等領域用于救治病患的氣體，主要包括醫用氧氣、正壓空氣、負壓真空吸引、二氧化碳、氮氣、笑氣或者其他特殊氣體等，當然手術麻醉廢氣體的排放也納入醫用氣體管理的范疇[1]。我院康復院區醫用氣體項目，覆蓋8個普通護理單元、手術室、ICU、HDU、高壓氧艙等共計12個區域，約500張床位。

1 醫用氧氣系統設計

1.1 供氧系統站房

疫情期間武漢某醫院是700張床位，每個床位都要吸氧，危重癥患者幾乎都要用呼吸機。呼吸機對用氧壓力有要求，一般要在0.4 Mpa以上[2-3]。極端使用情況下（使用量達到日常使用峰值的10倍）壓力上不去，流量跟不上，汽化器已經完全結冰，調節閥組嚴重結霜，后來通過對醫用氣體系統進行改造，增加液氧罐、汽化器，提高整個系統的壓力到1.0 Mpa才解決問題，與此同時，備用匯流排每天使用的氧氣瓶高達400瓶左右。參考以上數據建議，主供氧源及備用供氧源采用液氧罐供氧，至少設置2臺5 m3液氧罐，2臺500 Nm3/h汽化器，互為備用；同時應急氧源采用2×20瓶匯流排供氧。

1.2 用氧量計算

醫院醫用氧氣用量計算需要參照GB50751-2012《醫用氣體工程技術規范》[4]附錄B醫用氣體氣源流量計算表，見表1，表中對各功能區域的各種醫用氣體用氣流量有明確的數量值，利用這些數據結合康復醫院各個功能區域的床位分布數，見表2，再利用公式(1)可計算出用氧量[5]。醫用氣體系統氣源流量計算，見公式(1)。

式中：Q——氣源計算流量，L/min；Qa——終端處額定流量，L/min；Qb——終端處計算平均流量，L/min；n——床位或計算單元的數量；η——同時使用系數；

表1 醫用氣體氣源流量計算表

表2 康復醫院床位分布

其中，Qa、Qb、η根據GB50751-2012《醫用氣體工程技術規范》附錄B醫用氣體氣源流量計算表取值（表1）。

根據表2可以看出，普通護理單元400張床位、高壓氧艙36人、搶救室4人、手術室5間、蘇醒室3張床位、10張ICU床位、32張HDU床位。將這些數據結合醫用氣體氣源流量計算表，利用公式(1)，計算出各區域具體用氣量，如表3所示。

另外，為了應對極端情況，增加考慮呼吸濕化治療儀、呼吸機等高流量設備：本項目按每護理單元2臺、手術室、ICU、HDU每張床位1臺高流量設備計算共計機64臺，每臺設備按照正常使用流量30 L/min（高流量設備實際峰值可達60 L/min），按同時使用系數75%計算，用氧量64×30×75%=1440 L/min。因此康復醫院整個院區使用氧氣總流量為表格中所有區域的流量總和以及額外考慮的高流量設備的流量總和，相加為2721.1 L/min。

表3 各區域具體用氣量匯總表

1.3 管道

1.3.1 管道布置

自液氧供氧站建議設置分氣缸，從分氣缸至氧療中心設置一路專用氧氣管道；手術室、ICU、HDU設置一路專用氧氣管道；普通護理單元設置一路供氧管道；再引出一路專供手術室、ICU、HDU的應急氧氣管道；另外預留一路備用應急氧源管道。其中手術室、ICU、HDU氧氣管道在各區域預留閥門。

1.3.2 管徑

依據管徑計算的數學公式，按照已知參數，計算出符合臨床需求壓力，流量所需要的管徑內徑值[6]。管徑計算見公式(2)。

式中，d——管道內徑，mm；V——氣體在標準狀態下的體積流量，Nm3/h；Tm——管內氣體平均溫度，K——常溫管道可按40℃計算；WR——氣體實際流速，m/s,常規氣體流速可按照10～20 m/s計算Pm——管內氣體的平均壓力，MPa。

管內氣體的平均壓力，見公式(3)。

式中，P1——管道始端壓力，MPa；P2——管道末端壓力，MPa。

氣體在標準狀態下的體積流量，見公式(4)。

式中，P0=0.1 MPa；T0=273 K。

根據各總管的用氣流速和壓力等已知數據可計算得出各個區域的氧氣管道內徑，結合常用脫脂紫銅管型號[7-8]，可得出氧療中心專用氧氣管道宜采用φ42×1.5脫脂紫銅管；手術室、ICU、HDU氧氣管道采用φ42×1.5脫脂紫銅管；普通護理單元氧氣管道采用φ42×1.5脫脂紫銅管；護理單元走廊水平管路全部采用φ16×1脫脂紫銅管；進房間管道全部采用φ8脫脂紫銅管等。

1.3.3 管道設備

中心供氧系統管道每護理單元設置氧氣二級減壓箱1臺，減壓箱內置雙回路，一路供氣、一路備用；氧療中心、手術室設置大流量二級減壓箱。減壓箱應設旁通裝置，減壓箱更換或維修時不停止供氣。

另外建議每個單元安裝壓力傳感器以及報警裝置，納入醫院信息管理系統。有條件可以增設氧氣流量計，便于科室單獨計量、成本核算，另外流量計也可以考慮納入信息管理系統。

2 醫用中心吸引系統

2.1 吸引系統中心站房

吸引中心站房建議使用油式真空泵、自動控制系統、細菌過濾器、廢氣處理系統、真空罐等設備構成[9-10]。真空泵建議選用2～3臺，每臺泵流量不小于300 m3/h，一用一備或者兩用一備。真空罐選用2 m3真空罐2～3臺，真空罐符合GB150的標準要求。自動控制系統設置需要既能手動控制每臺真空泵的運轉，又能通過壓力自動控制真空泵的運轉，單臺泵維修時不影響整個系統的運行。另外條件允許的情況下，可以配置壓力傳感器等實時監控真空系統設備的運轉和壓力情況。為保證排氣口細菌含量符合要求不造成環境污染，需要配置細菌過濾器，并增加廢氣處理系統，消除廢氣中可能夾帶的病毒、細菌等微生物，建議選擇的廢氣處理系統包含廢氣監測以及對裝置滅菌效果監測與報警裝置。另外排廢氣口參照標準要求，需要遠離建筑物的門窗等，至少3 m以上距離。

如果有感染病房或者發熱門診區域，建議這些區域獨立設置管道，獨立設置負壓吸引機組。

2.2 用氣量計算

床位布置以及用氣量計算方法參照醫用氧氣系統，重點區域局部放大系數，各區域用氣量如表4所示。

表4 各區域具體用氣量匯總表

綜合上表中的數據，康復醫院整個院區使用負壓氣體總流量為2813 L/min。

2.3 管道

2.3.1 管道布置

自真空罐引出至少3路管道，手術室、ICU、HDU一路吸引系統管道；普通護理單元一路吸引管道，預留一路備用應急負壓吸引管道[11]。手術室、ICU、HDU吸引管道在各區域預留閥門。

2.3.2 管徑

依據1.3.2部分的數學計算公式，按照已知流量、壓力等參數，計算出各個區域需要的管道內徑，結合常用脫脂紫銅管型號，可得出手術室、ICU、HDU一路吸引系統管道宜采用φ54×2脫脂紫銅管，普通護理單元一路吸引管道宜采用φ48×2脫脂紫銅管，護理單元走廊水平管路全部采用φ28×1.5脫脂紫銅管，進房間管道全部采用φ10脫脂紫銅管。

2.3.3 管道設備

每護理單元設置吸引維修閥門，建議每個單元安裝壓力傳感器以及報警裝置，納入醫院信息管理系統。

3 醫用壓縮空氣系統

3.1 壓縮空氣站房

壓縮空氣站房設計采用無油式空壓機組2～3臺，每臺流量不低于1.5 m3/min；空氣后處理選用無熱再生吸附式干燥機，同時設置3級過濾器，過濾精度達到0.01 μm。

3.2 用氣量計算

壓縮空氣系統僅設計手術室、ICU、HDU區域。床位布置以及用氣量計算方法參照醫用氧氣系統，各區域用氣量如表5所示。

表5 各區域具體用氣量匯總表

綜合上表中的數據，康復醫院整個院區使用醫用壓縮空氣總流量為1225 L/min。

3.3 管道

3.3.1 管道布置

手術室、ICU、HDU一路空氣管道，預留一路備用應急醫用壓縮空氣管道。

3.3.2 管徑

同樣依據1.3.2部分的數學計算公式，按照已知流量、壓力等參數，計算出需要的管道內徑，結合常用脫脂紫銅管型號，可得出手術空氣管道宜采用φ35×1.5脫脂紫銅管，空氣管道僅在各區域預留閥門。

4 醫用氣體監控系統

每科室需要設置醫用氣體監控控制箱、實時監視各系統的壓力，有異常時能夠及時提醒使用以及維護人員。有條件的醫療機構應設置醫用氣體監控系統，能夠實時顯示機房以及各病區設備的運行狀態[12-15]，而且可以監控各部門醫用氣體系統流量以及壓力，在醫院信息系統內能夠預警以及便于匯總統計。

5 醫用氣體系統設計的基本技術要求

醫用氣體系統設計的基本技術要求，主要包括以下6項：

（1）按照醫藥衛生行業內標準要求，醫用氧氣、負壓、壓縮空氣系統管道應符合YS/T650《醫用氣體和真空無縫鋼管》和GB/T1527-2006《銅和銅合金拉制管》技術要求，并保證醫用氧氣系統、醫用壓縮空氣系統管道平均每小時泄漏率不大于0.5%；醫用中心吸引系統管道增壓率≤0.18%/h。

（2）醫用氣體管道必須可靠接地，接地電阻不大于4 Ω。

（3）醫用氣體系統管道不允許和燃氣管等共架鋪設，必須共架時候要保持至少0.5 m的間距，而且共架部分不能有閥門及連接接頭等。當然也不允許和強弱電纜共架鋪設及交叉，防止漏電火花擊穿管道造成事故[16]。

（4）醫用氣體系統管道在穿墻時，應外穿套管，在套管內的管段不得有焊縫及接頭等。

（5）醫用氣體系統管道不得鋪設在建筑物結構內或鋪設在沒有檢查門或檢查口的管道井內，不允許與供電線路鋪設在同一管道井內。

（6）其他未盡事宜請參考GB50751-2012《醫用氣體工程技術規范》中的具體要求。

6 結語

綜上所述，本文綜合考慮醫用氣體極端使用情況下，通過計算康復院區的用氣量和管道內徑等具體數據，深入分析了我院康復院區醫用氣體系統的設計方案，確定康復院區常規配置及基本技術要求。由于各醫院規模和醫療技術的差異，醫用氣體系統的具體參數、常規配置要求不盡相同，但需要關注與思考的參數項是一致的，希望在今后醫院醫用氣體系統的設計過程中給大家帶來幫助。