醫用中心供氧系統選型技術經濟性分析

嚴玉朋,孔麗麗,陳志杰

(中山大學腫瘤防治中心,廣州市 510030)

醫用氣體系統被稱為生命支持系統,對生命起著非常重要的支持作用。醫用中心供氧系統是醫用氣體系統重要組成部分,直接關系到危重患者生命健康和治療效果。近三年由于新型冠狀病毒的大規模傳播,醫用氧氣在治療中的重要性更加凸顯,醫用供氧的安全與穩定直接影響到新冠患者的生命。世界衛生組織總干事譚德塞指出:“對于某些患者來說,能否獲得醫療氧氣可能是生與死之間的區別。但是在許多國家已經供不應求的情況下,這種流行病可能會加劇這種短缺。”

在醫院建設中,如何科學合理地選擇中心供氧系統,保障醫院供氧的安全穩定,降低運行管理成本,是廣大醫院后勤管理者關注的重點[1-3]。因此,基于醫院中心供氧系統的建設與管理實踐,從技術、經濟角度對比分析醫院中心供氧系統的選型具有重要意義。

1 醫用中心供氧系統的種類與工作原理

當前醫院常用的中心供氧系統按照氧氣供氧源可分為液氧汽化供氧系統、分子篩制氧系統、匯流排供氧系統三大類。其中液氧氣化供氧系統又可分為液氧貯罐汽化供氧系統、液氧杜瓦罐汽化供氧系統[4-5]。

1.1 醫用液氧汽化供氧系統

醫用液氧沸點為-183 ℃,密度為1.14 g/cm3,采用深冷法空氣分離原理以空氣為原料,經過壓縮、凈化、熱交換、精餾來獲得液氧。每1立方米液氧可汽化為800 m3氧氣,純度可≥99.5%。

1.1.1 液氧儲罐汽化供氧系統。液氧儲罐汽化供氧系統由液氧貯罐、空溫式汽化器、穩壓裝置、安全閥、流量計、報警裝置等組成。其工作原理是貯罐中的低溫液氧經過空溫式汽化器后,復熱變成常溫氣體,經過減壓閥后以0.4～0.5 MPa壓力輸出。液氧貯罐配置不宜少于兩個,并且能夠切換使用。

1.1.2 液氧杜瓦罐汽化供氧系統。液氧杜瓦罐汽化供氧系統由杜瓦罐、空溫式汽化器、匯流排(帶調壓裝置)、穩壓箱等組成。其工作原理是杜瓦罐中的低溫液氧經過空溫式汽化器后汽化為氣態氧氣,經過匯流排減壓后0.4～0.5 MPa壓力輸出。液氧匯流排一般采用N+N的方式,可自動切換。

1.2 醫用分子篩制氧系統

醫用分子篩制氧系統由空氣壓縮設備、空氣罐、空氣干燥設備、分子篩制氧機、氧氣罐、流量計等組成。醫用分子篩制氧系統以空氣為原料,利用變壓吸附(PSA)工藝制備氧氣,制取的氧氣濃度為90%～96%,也被成為富氧空氣[6]。

1.3 醫用匯流排供氧系統

醫用匯流排供氧系統由鋼瓶、匯流排等組成。鋼瓶內約13.5 MPa壓力氧氣經過匯流排減壓裝置減壓為0.4～0.5 MPa壓力輸出,氧氣濃度≥99.5%。

2 醫用中心供氧系統選型因素分析

以下關于中心供氧系統技術經濟對比,均以華南地區某三甲醫院為例,該醫院總開放床位2 140張,其中A院區開放床位1 500張,日均用氧量約為900 m2,主氣源為分子篩制氧系統;B院區開放床位640張,日均用氧量約為400 m2,主氣源為液氧汽化供氧系統。

2.1 標準、規范因素

醫用液氧與鋼瓶氧氣品質應執行《GB 8982-2009 醫用及航空呼吸用氧》和《中國藥典》2015年版標準,見表1。

表1 醫用液氧與鋼瓶氧氣品質要求

醫用分子篩制氧機屬于國家Ⅱ類醫療器械,制造企業須具有《中華人民共和國醫療器械生產許可證》和《中華人民共和國醫療器械注冊證》,醫用分子篩制取氧氣應當滿足WS1-XG-008-2012《富氧空氣(93%氧)》要求(見表2)。

表2 富氧空氣(93%氧)品質要求

2016年1月,國家食品藥品監督管理總局對YY/T 0298-1998 《醫用分子篩制氧設備通用技術規范》進行了修訂,修訂后的替代標準為YY 1468-2016《用于醫用氣體管道系統的氧氣濃縮器供氣系統》,確保氧氣濃縮器供氣系統適當引入到衛生保健機構,但也指出使用富氧空氣的決定宜由衛生保健機構根據國家和地區的法規在早期作出,不在本標準的范圍內。是否使用富氧空氣和氧氣的混合氣也由衛生保健機構決定,本標準不宜被視為是對另一種氧氣濃度的認可或推薦[7]。目前富氧空氣(93%氧)尚未納入《中國藥典》,也未明確其適用范圍。因此,在選擇氧氣供應源時,應嚴格遵守衛生保健機構有關醫用分子篩制氧用于臨床醫療的規定,保證醫療機構使用氧氣安全合法[8-10]。

2.2 場地條件因素

以華南地區某三甲醫院為例,一套2×5 m3液氧貯罐汽化供氧系統占地面積約55 m2。但液氧儲罐屬于助燃氣體,應該滿足《GB 50016-2014 建筑設計防火規范》與《GB 50751-2012 醫用氣體工程技術規范》中氧氣儲罐防火間距要求。為滿足建筑防火要求,液氧貯罐站需布置于醫院內較為空曠區域,這就要求醫院具有足夠的場地。

醫用分子篩制氧系統建筑用房相對較大,以華南地區某三甲醫院為例,為滿足1 500張床位用氧要求,該醫院配置四套PTSI-1000型號制氧機組,每套機組最大制氧量為34 Nm3/h,兩用兩備,四套制氧機組總占地面積約為160 m2。另外按照規范要求,醫用分子篩制氧系統站房應布置為獨立單層建筑,耐火等級不低于二級,建筑圍護結構上的門窗應向外開啟,且不宜地下空間或者半地下空間[11]。

液氧杜瓦罐汽化供氧系統與鋼瓶氧氣匯流排系統均是利用匯流排供氧,對站房選址要求相對較低,但作為醫院的主氣源,氧氣的儲存量不宜低于3天[12]。按照每天900 m3的用氧需求,需要至少存儲20瓶杜瓦罐,或者540個鋼瓶,同時考慮氣瓶儲存區應區分空瓶區、滿瓶區,按照體積估算,液氧杜瓦罐汽化供氧系統需占地約60 m2,鋼瓶氧氣匯流排系統占地約120 m2。杜瓦罐液氧匯流排與鋼瓶氧氣匯流排相比,每個杜瓦罐需配置一臺空溫式汽化器,在液氧氣化的過程中需要釋放大量的冷量,因此瓦罐液氧匯流排宜布置于室外,或者通風極佳之地,否則會導致汽化器、管道結冰,影響使用。

2.3 交通運輸因素

醫院所使用的液氧、鋼瓶氧氣均需要從氣體公司采購,而醫用氧屬于危險化學品,其運輸過程應符合《危險化學品安全管理條例》的要求[13],需要有特定的危險化學品運輸車輛,且在特定的時間段內進行運輸,尤其是液氧槽車運輸更是受到嚴格的交通管制,這也給醫院液氧、鋼瓶氧氣的補充帶來了一定的壓力。位于山區、偏遠地區、海島、軍事管制區等區域的醫院,液氧的運輸將更加困難[13-14]。而醫用分子篩制氧系統則可就地生產氧氣,不受交通條件的約束。因此醫院供氧方式的選型也將受到交通條件的影響。

2.4 運維管理因素

中心供氧系統所配備的液氧儲罐、氣體儲氣罐、安全閥、壓力表等均屬特種設備壓力容器管理范圍,按照《特種設備安全監察條例》要求,醫院應根據情況設置特種設備安全管理機構或者配備專職、兼職的安全管理人員。運維操作人員必須持有壓力容器作業證方可上崗。

液氧儲罐汽化供氧系統結構相對簡單,操作少,故障點相對較少,運行穩定可靠,一周到兩周左右充裝一次,不需要設置專職人員24小時值守,每4個小時巡查一次即可,且供氧不受電力影響。但是液氧屬危險品,液氧站存在火災、爆炸風險,站房周邊需要嚴格管理,嚴禁煙火。

醫用分子篩制氧系統結構相對復雜,機械部件、電子器件較多,故障點較多,需要配置專人24小時值守。空壓機組需有專業人員定期維護,更換濾芯、油隔、風隔等耗材,維護工作量較大。制氧機組必須保障電力供應穩定,否則將會影響到醫院氧氣的穩定供應,制氧機組必須配備雙電源,以保障供電安全。在用氧高峰期應時刻關注氧氣濃度,應急供氧源時刻做好準備,避免因供氧量不足導致氧氣濃度低于90%情況[15-18]。

液氧杜瓦罐汽化供氧系統與鋼瓶氧氣匯流排系統均是利用匯流排供氧,結構相對簡單,故障率低,停電時也可正常工作,無需24小時值守。但是當用氧量大時,需要頻繁的更換杜瓦罐或者鋼瓶,工作量大,耗費人力,且存在一定危險性。

2.5 經濟性因素

在滿足上述因素條件下,經濟型因素是醫用中心供氧系統選型的決定性因素,必須進行充分地研究與分析。上述四種供氧方式經濟性分析需根據建設成本、運維成本、使用壽命等進行綜合考慮。因運維成本與醫院所在地區的經濟水平密切相關,本文以華南地區某三甲醫院實際運維情況作為分析依據,日均氧氣用量為900 m2。以下成本分析均不考慮占地成本。

液氧儲罐汽化供氧一套2×5 m3,建設總投資為75萬元,使用壽命超過15年,按照15年計算折舊成本,液氧價格為1 200元/噸,每年按照300 d計算,運行成本約為46.29萬元,因不需專人值守,按照1名運維人員計算成本,每人每年成本7萬元,保養成本主要為安全閥、壓力表、閥門等易損部件的更換,壓力容器年檢費用等,初步估計約為1.5萬元/年。

液氧杜瓦罐汽化供氧系統采用匯流排供氧,因用氧量較大,建議2套3+3匯流排,造價約為30萬元,杜瓦罐充裝液氧價格為2 500元/噸,包含運費、杜瓦罐租金,運行費用約為96.43萬元。保養成本主要為匯流排減壓閥、管道等易損件維修更換,估計約為1萬元。

醫用分子篩制氧系統該院共配置4套PTSI-1000型號制氧機組,總投資為350萬元,機組投運時最大制氧量為34 Nm3/h,但是因機組已運行8年,機組老化,目前最大制氧量為25 Nm3/h。經統計,目前耗電量約為2.5 kW·h/Nm3,每臺空壓機配置有3 kW排風機組,機房內配套有4臺冷量為7.2kW空調,電費按0.75元/kW·h計算,總運行費用為55.80萬元,還需配置4人24小時駐場,按人均7萬元計算需28萬元。空壓機組每年需要定期更換耗材,年維保費用為27.56萬元。

醫用匯流排供氧系統擬采用兩套10+10匯流排,總投資約為24萬元,40L氧氣瓶35元/瓶,運行成本約為171.82萬元。

四種供氧方式的經濟性對比見表3。

表3 四種供氧方式的經濟性對比

2.6 對比分析

四種供氧方式的技術、經濟性對比分析見表4。

3 總結

醫用中心供氧系統的選型是關系到醫院供氧安全穩定和運營成本的重要問題,必須在醫院前期規劃時予以充分的研究分析。液氧貯罐汽化供氧與分子篩制氧是兩種最常用主氣源。在滿足規范標準、場地與交通條件的情況下,液氧貯罐汽化供氧系統的建設成本與運行成本最低,故障率低,不受停電影響,供氧安全穩定,是最優的供氧方案。而分子篩制氧系統則首先需要考慮是否滿足國家和地方的相關規范、標準的要求,主要適用于醫院場地條件受限,或者中小型基層醫院,以及醫院位置偏遠、交通受限、附近區域無液氧生產廠家等情況。液氧杜瓦罐汽化供氧方式主要應用于場地受限,但交通運輸條件好的醫院,使用相對較少。匯流排供氧一般廣泛用于醫院的應急備用氣源,結構簡單,運行穩定,但因成本較高,很少被用于作為主氣源使用。

綜上所述,在醫用中心供氧系統的選型中,應結合醫院的實際情況進行充分的調研,因地制宜,選擇技術最優、成本最低、運行最穩定的供氧方案,對于醫院運行穩定與健康發展具有十分重要的意義。