疫情等突發(fā)情況下的應(yīng)急供氧方法探討

張 毅 王星魁 崔兵彥 牛同鋒

（1.湖北航天化學(xué)技術(shù)研究所；2.應(yīng)急救生與安全防護(hù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗室；3.航天化學(xué)動力技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室）

一 新冠肺炎與氧療

新型冠狀病毒肺炎的診療方案指出，要及時給予病患有效氧療措施，包括鼻導(dǎo)管或面罩給氧等。重癥病人需要不間斷吸氧，危重病人需要用到呼吸機(jī)，均對氧氣有較大的需求量。在治療過程中，氧氣的短缺可能會導(dǎo)致患者無法得到有效救治，從而延誤病情，甚至付出生命的代價。隨著新冠肺炎疫情的發(fā)展蔓延，各定點(diǎn)醫(yī)院普遍出現(xiàn)供氧不足的情況。

大型醫(yī)院一般建有中心供氧站，氣源為液氧罐或利用分子篩變壓吸附法（PSA）制氧。液體氧和PSA制氧均需要耗費(fèi)大量電力，若出現(xiàn)電力短缺的情況，氧氣制備也會受到影響。與此同時，液體氧對氧氣的制備、運(yùn)輸、使用均有較高的要求，例如，一組大型液氧儲氣罐需要經(jīng)過長達(dá)9天的時間才能在緊急情況下完成安裝；PSA制氧面臨著不同情況下安裝空間不同、用電負(fù)荷高、噪聲大、原料氣污染、產(chǎn)氧量和氧氣質(zhì)量不一定能夠滿足需求等一系列問題。圖1為在此次新冠肺炎疫情中武漢市紅十字會醫(yī)院緊急安裝的液氧設(shè)備。

圖1 武漢市紅十字會醫(yī)院緊急安裝液氧設(shè)備

二 高壓氣瓶氧源

《醫(yī)用氣體工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50751—2012）中對醫(yī)用氧氣提出了明確的要求：醫(yī)用氧氣氣源應(yīng)由主氣源、備用氣源和應(yīng)急備用氣源組成，應(yīng)急備用氧氣源不能由已作為主氣源的分子篩制氧系統(tǒng)或液態(tài)氧供應(yīng)。目前，我國國內(nèi)的醫(yī)院基本上都配備了高壓氧氣瓶或由高壓氧氣瓶組成的氣體匯流排作為應(yīng)急備用氧氣源?，F(xiàn)階段，沒有建設(shè)中心供氧站的醫(yī)院也僅能依靠調(diào)配氧氣鋼瓶作為應(yīng)急備用氧氣源來保證患者對氧氣的需求。

高壓氧氣瓶的安裝、使用及維護(hù)均需要進(jìn)行嚴(yán)格的管理。常用的40L氧氣瓶空瓶的質(zhì)量約為46kg，充滿15MPa氧氣后的總質(zhì)量約為55kg。由于高壓氧氣瓶存在壓力高、質(zhì)量大、需求數(shù)量多等情況，對后續(xù)的供貨、運(yùn)輸、存儲、轉(zhuǎn)運(yùn)都造成了較大的麻煩。圖2為醫(yī)護(hù)人員在搬運(yùn)氧氣鋼瓶。

圖2 醫(yī)護(hù)人員在搬運(yùn)氧氣鋼瓶

根據(jù)《醫(yī)用及航空呼吸用氧》（GB8982—2009）規(guī)定，醫(yī)用氧的有效期為1年，高壓氧氣瓶不能長時間儲存氧氣。根據(jù)相關(guān)氣瓶檢定標(biāo)準(zhǔn)，盛裝氧氣的氣瓶需要3年檢定1次，減壓器需要半年進(jìn)行1次強(qiáng)制檢驗。

三 固體化學(xué)氧源

醫(yī)用氧氣氣源應(yīng)配有可靠且可以快速投入緊急情況中使用的備用氧源，固態(tài)氧可以在短時間內(nèi)快速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氧氣，并不易受外界因素的影響，十分適合用做應(yīng)急供氧裝置。

固體化學(xué)氧氣發(fā)生器經(jīng)機(jī)械拉發(fā)啟動或電流啟動后，通過富含氧的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氧氣。與高壓氣瓶中的氧氣呈氣態(tài)，液氧罐中的氧氣呈液態(tài)不同，固體化學(xué)氧氣發(fā)生器中的所有物質(zhì)均為固態(tài)。

固體化學(xué)氧氣發(fā)生器產(chǎn)氧技術(shù)較為成熟，在20世紀(jì)20年代，德國首先將固體氧氣發(fā)生器產(chǎn)品投入應(yīng)急救援工作中使用。第二次世界大戰(zhàn)期間，德國和日本開始著手研制飛機(jī)上使用的固體氧氣發(fā)生器，以為戰(zhàn)斗機(jī)駕駛員在高空飛行中提供充足的氧氣。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，英國、美國先后成功研制了在潛艇上使用的固體氧氣發(fā)生器，許多歐美國家將該技術(shù)在核潛艇上沿用至今。20世紀(jì)60年代，固體氧氣發(fā)生器在化學(xué)反應(yīng)過程中存在的問題被解決后，迅速取代了傳統(tǒng)的氣體供氧系統(tǒng)，成功且廣泛地應(yīng)用于民航飛機(jī)領(lǐng)域。在礦用應(yīng)急救援領(lǐng)域，包括移動式救生艙和避難硐室中，南非選用固體化學(xué)氧氣發(fā)生器作為系統(tǒng)主要供氧源，澳大利亞、美國等國家選用固體化學(xué)氧氣發(fā)生器作為備份氧源。

相比于其他產(chǎn)/儲氧方法，固體化學(xué)氧氣發(fā)生器可確保其作為應(yīng)急供氧裝置更具有經(jīng)濟(jì)性，這也是其得到廣泛應(yīng)用的主要原因之一。固體化學(xué)氧氣發(fā)生器及其相關(guān)制氧技術(shù)具有如下特點(diǎn)：

（1）利用自身化學(xué)物質(zhì)分解產(chǎn)氧，只需機(jī)械拉發(fā)啟動或 電流啟動，產(chǎn)氧過程無需消耗動力，應(yīng)用范圍廣泛。

（2）固體氧氣發(fā)生器儲存的是處于常壓狀態(tài)下的固體物質(zhì)，使用時才產(chǎn)生氧氣，不需要用高壓容器儲藏，對環(huán)境溫度的要求低。發(fā)生器殼體上設(shè)置有安全泄壓閥，可確保儲存、運(yùn)輸和使用過程中的安全。

（3）固體化學(xué)氧氣發(fā)生器加上內(nèi)在的固態(tài)物質(zhì)總重為12kg，可產(chǎn)氧2200L，平均儲氧密度為183L/kg，固體氧氣發(fā)生器具有較為輕便的優(yōu)點(diǎn)。

（4）只需啟動固體氧氣發(fā)生器，就可按設(shè)計指標(biāo)進(jìn)行產(chǎn)氧，無須其他調(diào)節(jié)操作，使用簡單。

（5）固體化學(xué)氧氣發(fā)生器安裝簡便快捷，輸出氧氣壓力即為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，無需復(fù)雜的減壓閥門和管路連接。

（6）固體化學(xué)氧氣發(fā)生器中固體物質(zhì)由無機(jī)物組成，不含有機(jī)物組分，性能穩(wěn)定且耐儲存性好，最大的優(yōu)勢是儲存期間不需要維護(hù)。

（7）用過的固體氧氣發(fā)生器不存在危害物質(zhì)泄漏風(fēng)險，可以當(dāng)作普通垃圾處理，無需特殊操作。

固體氧氣發(fā)生器具有常壓安全可靠、不受環(huán)境限制、免維修保養(yǎng)、壽命長、體積小、質(zhì)量輕、操作簡單、便于運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)，與高壓氣瓶氧和液氧相比，其在密度、儲存、穩(wěn)定性、保質(zhì)期等方面具有較大的優(yōu)勢，十分適用于各種情況下的應(yīng)急供氧。

隨著時代的發(fā)展，在應(yīng)急和日常用氧領(lǐng)域，固體化學(xué)氧氣發(fā)生器逐漸由軍用轉(zhuǎn)變?yōu)檐娒駜捎谩，F(xiàn)階段，固體化學(xué)氧氣發(fā)生器將朝著小型便攜式個體供氧防護(hù)和密閉空間大型智能供氧系統(tǒng)兩個方向發(fā)展。

小型便攜式固體化學(xué)氧氣發(fā)生器主要用于緊急情況需要少量用氧和日常醫(yī)療供氧方面，具體已拓展至以下領(lǐng)域：民航飛機(jī)旅客應(yīng)急救援，高空跳傘，家庭應(yīng)急供氧，農(nóng)村衛(wèi)生院、小型醫(yī)療所、軍隊等基層醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)，醫(yī)生外出搶救，救災(zāi)搶險，高原地區(qū)旅游、運(yùn)輸和作業(yè)等。小型便攜式固體化學(xué)氧氣發(fā)生器正朝著輕量化、系列化、低成本等技術(shù)方向發(fā)展。國內(nèi)外最新研制出來的便攜式小型固體化學(xué)氧氣發(fā)生器，如圖3所示。

圖3 國內(nèi)外最新便攜式小型固體化學(xué)氧氣發(fā)生器

密閉空間大型智能供氧系統(tǒng)主要由固氧發(fā)生器、氧氣濃度傳感器、可編程邏輯控制器（PLC）、箱體等組成，如圖4和圖5所示。氧氣濃度傳感器實(shí)時監(jiān)控環(huán)境中的氧氣濃度，可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定氧氣濃度值。當(dāng)氧氣濃度低于設(shè)定的氧氣下限值時，控制器會啟動固氧發(fā)生器以產(chǎn)生氧氣，并將氧氣釋放至環(huán)境中，從而提高環(huán)境中的氧氣濃度?？刂颇K會根據(jù)環(huán)境中氧氣濃度來控制固體氧氣發(fā)生器的自動啟動，從而使環(huán)境中的氧氣濃度維持在19.5%～23%范圍值內(nèi)，避免出現(xiàn)缺氧或氧氣濃度過高的現(xiàn)象。智能供氧系統(tǒng)可調(diào)整能力強(qiáng)，可根據(jù)密閉空間人員情況及需氧量調(diào)整固氧發(fā)生器數(shù)量，以滿足各種工況需求。

圖4 密閉空間大型智能供氧系統(tǒng)

圖5 大型智能供氧系統(tǒng)中固氧發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖

密閉空間大型智能供氧系統(tǒng)主要應(yīng)用于空間站、水下艦艇艙室、軍民地下工事、礦用移動式救生艙和避難硐室、高原室內(nèi)等相對密閉缺氧的空間，其最大的特點(diǎn)是智能可控性。系統(tǒng)在常規(guī)供氧的基礎(chǔ)上集成了自動檢測和自動控制模塊，可精確感知環(huán)境中氧氣的濃度，自動調(diào)整氧氣釋放速率，使相對空間內(nèi)的空氣含氧量保持在正常范圍內(nèi)。

大型智能供氧系統(tǒng)與醫(yī)院現(xiàn)有中心供氧系統(tǒng)進(jìn)行接口匹配、供氧速度匹配改造后，即可作為醫(yī)院中心供氧系統(tǒng)的應(yīng)急備用氧氣源，用于特殊情況下（如疫情時期）醫(yī)療用氧供應(yīng)緊缺的快速應(yīng)急補(bǔ)充。

四 結(jié)束語

固體氧氣發(fā)生器非常適合作為應(yīng)急供氧裝置使用，可作為疫情時期醫(yī)療用氧供應(yīng)緊缺情況下的快速應(yīng)急補(bǔ)充。平時儲備一定數(shù)量的固體化學(xué)供氧裝置，可在緊急情況下迅速投入醫(yī)用供氧，以及各種密閉缺氧空間的應(yīng)急供氧。