醫(yī)用中心供氧系統(tǒng)技術改造及臨床應用研究

何德慶 江門市人民醫(yī)院后勤管理科 （廣東 江門 529000）

1.前言

氧氣在醫(yī)療領域尤其是在危重病人急救方面起著重要的作用，醫(yī)用中心供氧系統(tǒng)是醫(yī)學臨床重要的支持系統(tǒng)，本院醫(yī)用中心供氧系統(tǒng)采用醫(yī)用變壓吸附（PSA）制氧機和匯流排作為中心供氧系統(tǒng)的氧源，使用時間較長，系統(tǒng)存在不足，需作技術改造以優(yōu)化供氧質量和運行成本，改善臨床應用效果，并為臨床應用維護積累經(jīng)驗。

2.醫(yī)用PSA變壓吸附制氧原理

醫(yī)用PSA變壓吸附制氧系統(tǒng)的核心部件是沸石分子篩，醫(yī)用制氧機制取醫(yī)用氧氣的過程即為氮氣在沸石分子篩的吸附和解吸的循環(huán)工作過程。沸石分子篩對于被吸附的氮氣來說，在吸附平衡的情況下，溫度越低，壓力越高，沸石分子篩對氮氣的吸附量越大；反之沸石分子篩對氮氣的吸附量越小[1]。沸石分子篩的吸附量直接影響產(chǎn)品氣（氧氣）的純度指標，根據(jù)單分子層吸附的朗格繆爾（Langmuir）方程：q=kpqm/(1+kp)，Langmuir平衡常數(shù)k與吸附劑和吸附質的性質以及溫度有關，其值越大，表示吸附劑的吸附性能越強。因此醫(yī)用制氧設備的氧氣純度和產(chǎn)氧量的關鍵性指標為原料氣（壓縮空氣）的溫度和壓力。在項目的技術改造中，對醫(yī)用制氧機原料氣的溫度和壓力進行針對性優(yōu)化改造是項目成功的關鍵。

3.醫(yī)用PSA制氧機原料氣溫度優(yōu)化改造

本院醫(yī)用制氧系統(tǒng)采用兩臺4.5m3/min螺桿式空壓機為PSA變壓吸附制氧機組提供原料氣，兩臺螺桿式空壓機原配置兩臺冷凍式干燥機對壓縮空氣進行冷凍和干燥，舊冷凍式干燥機由于使用年限較長，換熱效率已明顯降低，造成原料氣（壓縮空氣）冷凍效果較差，原料氣在進入醫(yī)用PSA變壓吸附制氧機溫度偏高，造成制氧機的沸石分子篩工作過程溫度波動較大，引起醫(yī)用制氧機出氧流量和氧氣純度波動，影響醫(yī)用中心供氧系統(tǒng)供氧，在醫(yī)療臨床科室用氧需求較大時需要開啟匯流排供氧，增加了醫(yī)院的醫(yī)療用氧成本[2]。因此對原料氣增加二次冷凍干燥機是解決該問題的方案。

表1. 環(huán)境溫度修正系數(shù)表

表2. 進氣溫度修正系數(shù)表

表3. 進氣溫度修正系數(shù)表

根據(jù)冷凍式干燥機的選型使用規(guī)范，冷凍式干燥機的技術數(shù)據(jù)是以參考工況：環(huán)境溫度：25?C，進氣溫度：35?C，進氣壓力：7bar為依據(jù)，因此需要根據(jù)實際使用工況對環(huán)境溫度、進氣溫度、進氣壓力進行修正計算以進行設備選型。修正系數(shù)表如表1～3。

冷干機選型氣量=空壓機氣量/K1/K2/K3

在醫(yī)用PSA制氧系統(tǒng)中高溫季節(jié)機房環(huán)境溫度約35?C，進氣溫度約：45?C，進氣壓力：8bar。因此冷凍式干燥機選型的氣量計算：

9.0m3/min÷0.81÷0.69÷1.03=15.6m3/min

為保證原料氣在低溫季節(jié)的冬季和高溫季節(jié)的夏季均能夠達到相同的冷凍和干燥效果，冷凍式干燥機的選型需按照15.6m3/min選型。醫(yī)用PSA變壓吸附制氧系統(tǒng)改造后安裝流程圖如圖1所示。

改造安裝改冷凍式干燥機后，醫(yī)用PSA制氧機原料氣（壓縮空氣）的進氣溫度經(jīng)現(xiàn)場檢測長期穩(wěn)定于28～30?C，符合沸石分子篩運行需要的最佳進氣溫度。

4.醫(yī)用PSA制氧機進氣壓力穩(wěn)定性優(yōu)化改造

醫(yī)用PSA制氧機變壓吸附是沿著吸附等溫線進行的，如圖2所示，P3表示吸附壓力，P2表示原料氣進氣壓力，P1表示解吸（減壓后）壓力，P3與P1所應的吸附量的差就是有效吸附量，以Ve表示之，即圖中陰影區(qū)域，從靜態(tài)吸附平衡來看，吸附等溫線的斜率對它的影響很大，有效吸附量Ve越大醫(yī)用PSA制氧機效率越高，氧氣產(chǎn)量和純度指標越穩(wěn)定，而P1為大氣壓是常值，因此適當提高原料氣進氣壓力P2是提高有效吸附量的途徑。

圖1.

圖2.

圖3.

本院34M3舊醫(yī)用制氧機已使用多年，由于配套設施的局限，制氧機原料氣采用0.5MPa壓力向醫(yī)用制氧機組供應壓縮空氣，氧氣供應壓力為0.35～0.4MPa，根據(jù)以上理論分析，制氧機組氧氣產(chǎn)氧和純度較低，在用氧高峰時需要頻繁開啟匯流排補充供氧，不僅造成醫(yī)院購買瓶裝高壓氧氣費用，而且大大增加了值班人員更換氧氣瓶的勞動強度，對醫(yī)院醫(yī)療用氧的穩(wěn)定性造成一定影響。經(jīng)過多次實驗探索，將制氧機組原料氣進氣壓力提高至0.6Mpa制氧機組的穩(wěn)定性和氧氣純度指標最為合適。改造采用對空壓機改裝新型智能控制器，如圖3，使其具有自動控制功能和故障監(jiān)控、預警功能，改變空壓機的產(chǎn)氣控制壓力以提高醫(yī)用制氧機組的原料氣（壓縮空氣）的供應壓力，在制氧機組的原料氣進氣口加裝穩(wěn)壓控制閥門，以保障醫(yī)用PSA制氧機組供氣壓力的穩(wěn)定[3]。

圖4.

5.改造后應用效果

改造前對34M3醫(yī)用制氧機組的氧氣純度、原料壓力、原料氣溫度、瓶裝氧使用量（瓶/天）進行了每天10點進行為期20d的數(shù)據(jù)記錄。在技術改造完成后，相同條件下對34M3醫(yī)用制氧機組的氧氣產(chǎn)量、原料壓力、原料氣溫度、瓶裝氧使用量（瓶/天）進行了每天10點進行為期20d的數(shù)據(jù)記錄。關鍵參數(shù)改造前后對比情況如圖4。

6.綜述

醫(yī)用中心供氧系統(tǒng)作為現(xiàn)代醫(yī)院臨床必備的醫(yī)用氣體供應系統(tǒng)，為臨床、監(jiān)護和手術麻醉提供了一種安全、便捷的氣體供應，使患者能夠得到及時搶救或治療[4]。本院的醫(yī)用PSA制氧系統(tǒng)通過本文理論分析和技術改造措施，不僅提高了本院的醫(yī)用中心供氧系統(tǒng)的穩(wěn)定性和供氧質量，保障了系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、連續(xù)的正常運行，而且為醫(yī)院和國家節(jié)約運營成本，具有一定的經(jīng)濟效益和社會效益[5]。通過對醫(yī)用PSA制氧系統(tǒng)成功的技術改造，驗證了原料氣供氣溫度和供氣壓力對醫(yī)用PSA制氧系統(tǒng)的產(chǎn)量和產(chǎn)氧純度影響的關系，為醫(yī)院醫(yī)用PSA制氧系統(tǒng)的后期維護和使用積累了經(jīng)驗。

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