康复医院医用气体系统的设计与常规配置

康复医院医用气体系统的设计与常规配置

季如宁,徐旻怡,叶清佐,章郑林,张名桓,王骏

苏州市立医院北区 医学工程部,江苏 苏州 215008

[摘 要]医用气体系统是医院医疗服务的重要保障,是医院支持系统的核心之一。本文对我院康复院区医用气体(主要针对医用氧气、正压空气、负压真空吸引)系统的设计环节进行研究,通过计算得出康复院区所需的气体用量(负压气体总流量为2813 L/min、医用压缩空气总流量为1225 L/min)、管径尺寸等具体数据来完善医用气体系统的设计与常规配置,用科学的手段来保障医用气体的使用安全,从而保障医院的医疗安全以及医疗质量。

[关键词]医用气体系统设计;用气量;管道布置;管道设备

引言

2020年新型冠状病毒感染的肺炎(简称新冠肺炎)疫情在全球蔓延,国内尤以湖北地区最为严重。随着各家医院救治任务的不断开展,报道出来救治患者必需的救命医用氧气,尤其是收治重症患者的定点医院,出现氧气的供应压力、气体流量达不到标准,普遍出现供氧不足情况,影响临床的医疗救治工作。收治医院虽是国内比较知名的医院,当初设计的医用气体系统也均符合行业的标准,但是新冠肺炎的病人从普通流量吸氧到绝大部分床位的高流量吸氧,以及使用了无创呼吸机、有创呼吸机、甚至ECMO人工肺系统等,对氧气的需求量变高,导致原先的气体系统出现供应不足等问题。通过借鉴这些出现的问题,在我院康复医院设计初期就有关医用气体系统的设计与常规配置做充分的考虑,本文将一一阐述。

医用气体指应用于医院各部门用于治疗、设备的动力源或者麻醉等领域用于救治病患的气体,主要包括医用氧气、正压空气、负压真空吸引、二氧化碳、氮气、笑气或者其他特殊气体等,当然手术麻醉废气体的排放也纳入医用气体管理的范畴[1]。我院康复院区医用气体项目,覆盖8个普通护理单元、手术室、ICU、HDU、高压氧舱等共计12个区域,约500张床位。

1 医用氧气系统设计

1.1 供氧系统站房

疫情期间武汉某医院是700张床位,每个床位都要吸氧,危重症患者几乎都要用呼吸机。呼吸机对用氧压力有要求,一般要在0.4 Mpa以上[2-3]。极端使用情况下(使用量达到日常使用峰值的10倍)压力上不去,流量跟不上,汽化器已经完全结冰,调节阀组严重结霜,后来通过对医用气体系统进行改造,增加液氧罐、汽化器,提高整个系统的压力到1.0 Mpa才解决问题,与此同时,备用汇流排每天使用的氧气瓶高达400瓶左右。参考以上数据建议,主供氧源及备用供氧源采用液氧罐供氧,至少设置2台5 m3液氧罐,2台500 Nm3/h汽化器,互为备用;同时应急氧源采用2×20瓶汇流排供氧。

1.2 用氧量计算

医院医用氧气用量计算需要参照GB50751-2012《医用气体工程技术规范》[4]附录B医用气体气源流量计算表,见表1,表中对各功能区域的各种医用气体用气流量有明确的数量值,利用这些数据结合康复医院各个功能区域的床位分布数,见表2,再利用公式(1)可计算出用氧量[5]。医用气体系统气源流量计算,见公式(1)。

式中:Q——气源计算流量,L/min;Qa——终端处额定流量,L/min;Qb——终端处计算平均流量,L/min;n——床位或计算单元的数量;η——同时使用系数;

表1 医用气体气源流量计算表

使用科室 医疗空气/(L/min)医用氧/(L/min QaQb η/% QaQb η/% QaQb η医用真空/(L/min)手术室麻醉诱导 40 40 10 40 30 25 100 6重大手术室、整形、神经外科40 20 100 80 40 100 100 10小手术室 60 20 75 80 40 50 100 10苏醒室 60 25 50 40 30 25 10 6重症监护ICU、CCU 60 30 75 40 40 75 10 6新生儿NICU 40 40 75 40 20 25 10 4妇产科分娩 20 15 100 40 40 50 10 10产房 40 25 50 40 40 50 10 6产后恢复 20 15 25 40 40 25 10 6新生儿 20 15 50 40 40 25 10 3其他急诊 60 20 20 40 40 50 100 6普通病房 60 15 5 40 20 10 10 6呼吸治疗室 40 25 50 40 40 25 - -创伤室 20 15 25 60 60 100 - -实验室 40 40 25 40 40 25 - -增加的呼吸机 80 40 75 - - - - -气)/%25 75 50 100 100 100 25 25 25 50 15 15----CPAP呼吸机 - - - - - - 75 75 75门诊 20 15 10 - - - 10 6 15

表2 康复医院床位分布

注:表示HDU(high dependency unit)是生命体征稳定的ICU患者往普通病房过渡的一个桥梁病房,继续按照ICU标准24 h密切监测患者生命体征,同时积极开展康复类治疗。

序号 病房性质 床位数量/张 备注1 普通护理单元 400 8个护理单元2 氧疗中心 40 36人高压氧舱、4人抢救室3 手术室 8 5间手术室、3张苏醒室4 ICU 10 重症监护病床5 HDU① 32 重症康复病房

其中,QaQbη根据GB50751-2012《医用气体工程技术规范》附录B医用气体气源流量计算表取值(表1)。

根据表2可以看出,普通护理单元400张床位、高压氧舱36人、抢救室4人、手术室5间、苏醒室3张床位、10张ICU床位、32张HDU床位。将这些数据结合医用气体气源流量计算表,利用公式(1),计算出各区域具体用气量,如表3所示。

另外,为了应对极端情况,增加考虑呼吸湿化治疗仪、呼吸机等高流量设备:本项目按每护理单元2台、手术室、ICU、HDU每张床位1台高流量设备计算共计机64台,每台设备按照正常使用流量30 L/min(高流量设备实际峰值可达60 L/min),按同时使用系数75%计算,用氧量64×30×75%=1440 L/min。因此康复医院整个院区使用氧气总流量为表格中所有区域的流量总和以及额外考虑的高流量设备的流量总和,相加为2721.1 L/min。

表3 各区域具体用气量汇总表

注:手术室标准同时使用系数表1中是75%,考虑余量按100%计算;氧疗中心、HDU科室床位用氧量参照ICU床位用氧量计算。

病房性质 Qa Qb床位数/张同时使用系数/%用气量/(L/min)普通护理单元 10 6 400 15 369.1氧疗中心 100 10 40 100 490手术室 100 10 5 100 140苏醒室 10 6 3 100 22 ICU 10 6 10 100 64 HDU 10 6 32 100 196

1.3 管道

1.3.1 管道布置

自液氧供氧站建议设置分气缸,从分气缸至氧疗中心设置一路专用氧气管道;手术室、ICU、HDU设置一路专用氧气管道;普通护理单元设置一路供氧管道;再引出一路专供手术室、ICU、HDU的应急氧气管道;另外预留一路备用应急氧源管道。其中手术室、ICU、HDU氧气管道在各区域预留阀门。

1.3.2 管径

依据管径计算的数学公式,按照已知参数,计算出符合临床需求压力,流量所需要的管径内径值[6]。管径计算见公式(2)。

式中,d——管道内径,mm;V——气体在标准状态下的体积流量,Nm3/h;Tm——管内气体平均温度,K——常温管道可按40℃计算;WR——气体实际流速,m/s,常规气体流速可按照10~20 m/s计算Pm——管内气体的平均压力,MPa。

管内气体的平均压力,见公式(3)。

式中,P1——管道始端压力,MPa;P2——管道末端压力,MPa。

气体在标准状态下的体积流量,见公式(4)。

式中,P0 =0.1 MPa;T0=273 K。

根据各总管的用气流速和压力等已知数据可计算得出各个区域的氧气管道内径,结合常用脱脂紫铜管型号[7-8],可得出氧疗中心专用氧气管道宜采用φ42×1.5脱脂紫铜管;手术室、ICU、HDU氧气管道采用φ42×1.5脱脂紫铜管;普通护理单元氧气管道采用φ42×1.5脱脂紫铜管;护理单元走廊水平管路全部采用φ16×1脱脂紫铜管;进房间管道全部采用φ8脱脂紫铜管等。

1.3.3 管道设备

中心供氧系统管道每护理单元设置氧气二级减压箱1台,减压箱内置双回路,一路供气、一路备用;氧疗中心、手术室设置大流量二级减压箱。减压箱应设旁通装置,减压箱更换或维修时不停止供气。

另外建议每个单元安装压力传感器以及报警装置,纳入医院信息管理系统。有条件可以增设氧气流量计,便于科室单独计量、成本核算,另外流量计也可以考虑纳入信息管理系统。

2 医用中心吸引系统

2.1 吸引系统中心站房

吸引中心站房建议使用油式真空泵、自动控制系统、细菌过滤器、废气处理系统、真空罐等设备构成[9-10]。真空泵建议选用2~3台,每台泵流量不小于300 m3/h,一用一备或者两用一备。真空罐选用2 m3真空罐2~3台,真空罐符合GB150的标准要求。自动控制系统设置需要既能手动控制每台真空泵的运转,又能通过压力自动控制真空泵的运转,单台泵维修时不影响整个系统的运行。另外条件允许的情况下,可以配置压力传感器等实时监控真空系统设备的运转和压力情况。为保证排气口细菌含量符合要求不造成环境污染,需要配置细菌过滤器,并增加废气处理系统,消除废气中可能夹带的病毒、细菌等微生物,建议选择的废气处理系统包含废气监测以及对装置灭菌效果监测与报警装置。另外排废气口参照标准要求,需要远离建筑物的门窗等,至少3 m以上距离。

如果有感染病房或者发热门诊区域,建议这些区域独立设置管道,独立设置负压吸引机组。

2.2 用气量计算

床位布置以及用气量计算方法参照医用氧气系统,重点区域局部放大系数,各区域用气量如表4所示。

表4 各区域具体用气量汇总表

用气量/(L/min)普通护理单元 40 20 400 10 838手术室 80 40 5 100 240苏醒室 40 30 3 25 55 ICU 40 40 10 100 400 HDU 40 40 32 100 1280病房性质 Qa Qb床位数/张同时使用系数/%

综合上表中的数据,康复医院整个院区使用负压气体总流量为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,手术室、ICU、HDU一路吸引系统管道;普通护理单元一路吸引管道,预留一路备用应急负压吸引管道[11]。手术室、ICU、HDU吸引管道在各区域预留阀门。

2.3.2 管径

依据1.3.2部分的数学计算公式,按照已知流量、压力等参数,计算出各个区域需要的管道内径,结合常用脱脂紫铜管型号,可得出手术室、ICU、HDU一路吸引系统管道宜采用φ54×2脱脂紫铜管,普通护理单元一路吸引管道宜采用φ48×2脱脂紫铜管,护理单元走廊水平管路全部采用φ28×1.5脱脂紫铜管,进房间管道全部采用φ10脱脂紫铜管。

2.3.3 管道设备

每护理单元设置吸引维修阀门,建议每个单元安装压力传感器以及报警装置,纳入医院信息管理系统。

3 医用压缩空气系统

3.1 压缩空气站房

压缩空气站房设计采用无油式空压机组2~3台,每台流量不低于1.5 m3/min;空气后处理选用无热再生吸附式干燥机,同时设置3级过滤器,过滤精度达到0.01 μm。

3.2 用气量计算

压缩空气系统仅设计手术室、ICU、HDU区域。床位布置以及用气量计算方法参照医用氧气系统,各区域用气量如表5所示。

表5 各区域具体用气量汇总表

/张同时使用系数/%用气量/(L/min)手术室 40 20 5 100 120苏醒室 60 25 3 50 85 ICU 60 30 10 75 262.5 HDU 60 30 32 74 757.5病房性质 Qa Qb床位数

综合上表中的数据,康复医院整个院区使用医用压缩空气总流量为1225 L/min。

3.3 管道

3.3.1 管道布置

手术室、ICU、HDU一路空气管道,预留一路备用应急医用压缩空气管道。

3.3.2 管径

同样依据1.3.2部分的数学计算公式,按照已知流量、压力等参数,计算出需要的管道内径,结合常用脱脂紫铜管型号,可得出手术空气管道宜采用φ35×1.5脱脂紫铜管,空气管道仅在各区域预留阀门。

4 医用气体监控系统

每科室需要设置医用气体监控控制箱、实时监视各系统的压力,有异常时能够及时提醒使用以及维护人员。有条件的医疗机构应设置医用气体监控系统,能够实时显示机房以及各病区设备的运行状态[12-15],而且可以监控各部门医用气体系统流量以及压力,在医院信息系统内能够预警以及便于汇总统计。

5 医用气体系统设计的基本技术要求

医用气体系统设计的基本技术要求,主要包括以下6项:

(1)按照医药卫生行业内标准要求,医用氧气、负压、压缩空气系统管道应符合YS/T650《医用气体和真空无缝钢管》和GB/T1527-2006《铜和铜合金拉制管》技术要求,并保证医用氧气系统、医用压缩空气系统管道平均每小时泄漏率不大于0.5%;医用中心吸引系统管道增压率≤0.18%/h。

(2)医用气体管道必须可靠接地,接地电阻不大于4 Ω。

(3)医用气体系统管道不允许和燃气管等共架铺设,必须共架时候要保持至少0.5 m的间距,而且共架部分不能有阀门及连接接头等。当然也不允许和强弱电缆共架铺设及交叉,防止漏电火花击穿管道造成事故[16]

(4)医用气体系统管道在穿墙时,应外穿套管,在套管内的管段不得有焊缝及接头等。

(5)医用气体系统管道不得铺设在建筑物结构内或铺设在没有检查门或检查口的管道井内,不允许与供电线路铺设在同一管道井内。

(6)其他未尽事宜请参考GB50751-2012《医用气体工程技术规范》中的具体要求。

6 结语

综上所述,本文综合考虑医用气体极端使用情况下,通过计算康复院区的用气量和管道内径等具体数据,深入分析了我院康复院区医用气体系统的设计方案,确定康复院区常规配置及基本技术要求。由于各医院规模和医疗技术的差异,医用气体系统的具体参数、常规配置要求不尽相同,但需要关注与思考的参数项是一致的,希望在今后医院医用气体系统的设计过程中给大家带来帮助。

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Design and Routine Configuration of Medical Gas System in Rehabilitation Hospital

JI Runing, XU Minyi, YE Qingzuo, ZHANG Zhenglin, ZHANG Minghuan, WANG Jun
Medical Engineering Department, Suzhou Municipal Hospital North District, Suzhou Jiangsu 215008, China

Abstract: Medical gas system is an important guarantee for hospital medical service. It is one of the core of hospital support system. In this paper, the design of the medical gas system (mainly for medical oxygen, positive pressure air, negative pressure vacuum suction)in the rehabilitation hospital area of our hospital was studied. The specific data such as gas consumption (the total flow of negative pressure gas is 2813L/min, the total flow of medical compressed air is 1225L/min), pipe diameter and size required by the rehabilitation hospital area were calculated to improve the design and routine configuration of the medical gas system and ensure the safety of the use of the medical gas by scientific means, so as to ensure the safety of the medical gas Medical safety and quality of hospital.

Key words: medical gas system design; gas consumption; pipeline layout; pipeline equipment

收稿日期:2020-04-07

通信作者邮箱:jrn844@126.com

[中图分类号] R197.3

[文献标识码] A

doi: 10.3969/j.issn.1674-1633.2021.02.012

[文章编号] 1674-1633(2021)02-0050-04

本文编辑 韩莹