医用压缩空气系统安全性提升的探讨与实践

陆蕊坚，尹建鹏，张磊，竺炯

上海中医药大学附属曙光医院 a. 总务处；b. 院办，上海 201203

引言

随着我国医疗卫生事业的迅速发展，全国各级各类医院的数量和呼吸机的拥有量也持续增加[1]。呼吸机已广泛应用于呼吸科、ICU、急诊、心外科、神经外科、神经内科等各临床科室，在医疗设备中具有重要的地位。呼吸机作为具有较高风险的第三类医疗器械，需要严格控制管理以保证其安全性[2]。呼吸机最主要的故障是由于自带的空气压缩机故障引起的气源不足的故障[3-4]。由于许多科室空间比较拥挤，通风情况不是很好，影响空气压缩机的散热，同时技术人员工作繁忙，未能及时清理过滤器等零件，导致空气压缩机的故障，从而出现气源不足的情况，为避免此类故障的发生，所以几乎所有医院都采用了集中供压缩空气的方式[5-6]。但这种方式提供的压缩空气的品质就会直接影响呼吸机等医疗设备的正常运行。

在美国，对于医用压缩空气系统要求严格，将医用压缩空气作为一种特殊的药物来进行管理的，其品质要求必须符合医用药典标准[7]。

由于我国之前对医用压缩空气的认知程度较低、重视程度不高、管理不严、设备配置要求较低，而无油压缩机和吸附式干燥机的价格又相对较高，所以现在全国绝大部分医院仍然使用由喷油螺杆式空气压缩机、储气罐、冷冻式干燥机、管道过滤器、减压阀、管道系统等设备组成的医用压缩空气系统[8-9]。

此系统后期的维护压力大、成本高，还存在压缩空气中含有油和水的问题，会导致呼吸机中的电磁阀、传感器、电路板等器件损坏，造成高昂的维修费用，同时含油雾的空气被患者长期吸入容易引起肺炎[10-12]。

本文通过对医用压缩空气系统中产生油和水的设备进行研究分析，提出医用压缩空气系统中压缩机和干燥机的升级改进措施并进行实施，取得了良好的成效。为医院节省了维修呼吸机所产生的费用，为病人提供了更安全的气体。

1 方法

1.1 检测对象

医用压缩空气系统中压缩机和干燥机设备作为此次研究的主要对象。

1.2 检测方法与结果

按照GB/T 13277.3-2015的标准，通过在压缩空气管道中安装BEKO METPOINT DPM露点仪来实时测量压缩空气的含水量[13]。按照GB/T 13277.2-2015的标准，在压缩空气管道中安装BEKO METPOINT OCV残油蒸汽含量检测仪来实时检测压缩空气中的含油量[14]。参照GB/T 13277.1-2008的标准，对医用压缩空气进行3个月时间的在线检测，其检测的数值及压缩空气品质等级结果，见表1[15]。

表1 改造前的医用压缩空气品质

1.3 依据

在欧美发达国家已形成了一整套严格的标准体系。目前国际上关于医用气体系统最具影响力的标准有如下几个：美国消防协会NFPA 99C、英国卫生技术备忘录HTM 2022和国际标准化组织ISO 7396-1[16]。各国的标准之间会有所不同，不同点见表2[17]。

表2 各国标准之间的区别

我国在2012年3月30日发布了GB 50751-2012《医用气体工程技术规范》，并要求在2012年8月1日起实施[18]。《医用气体工程技术规范》中对部分医用空气的品质提出了要求，见表3[18]。

表3 部分医用空气的品质要求

1.4 需要改进点

通过与标准的对比，发现医用压缩空气的品质离要求还是有一点差距的，油含量和水含量还是不能达到标准，所以对产生油的喷油螺杆式压缩机和干燥压缩空气中水能力不够强的冷冻式干燥机进行改进。

1.5 改进方案

由于喷油螺杆式压缩机的原理导致排出来的压缩空气始终会含有油的问题，所以选择将原来使用的喷油螺杆式压缩机更换成无油压缩机。无油压缩机主要有无油螺杆式压缩机与无油涡旋式压缩机，通过对二种机型的对比（表4），最终选择无油涡旋式压缩机[19]。

表4 无油螺杆式压缩机与无油涡旋式压缩机的对比

由于冷冻式干燥机处理后的压缩空气还存在较多的水分，所以选择将原来的冷冻式干燥机替换成吸附式干燥机，从而提高医用压缩空气系统的品质。改进后的医用压缩空气系统流程图，见图1。

图1 改进后的医用压缩空气系统流程图

2 结果

通过使用无油涡旋式压缩机和吸附式干燥机的改进，再次对医用压缩空气进行3个月的在线检测，医用压缩空气的品质大大提高，已符合国际和国内的标准[15]。检测数据对比表，见表5。

表5 医用压缩空气品质对比表

通过改进医用压缩空气系统，明显减低了呼吸机因压缩空气质量而引起的故障，详见表6。为医院节省各项维修费用，同时也保证了呼吸机的安全运行。

表6 历年呼吸机因气体所导致的故障次数及百分率[次 (%)]

3 讨论

3.1 更换无油涡旋式压缩机的必要性

由于喷油螺杆式压缩机压缩时，空气和润滑油在其腔体内一起压缩，通过油分离器的过滤，排出来的压缩空气含油量最低只能为3 ppm，也就是说每立方压缩空气至少含有3.83 mg的润滑油[20]。虽然可以通过管道过滤器对其进行除油过滤，但是除油效果好的活性炭过滤器，也只能够吸附自身重量10%的润滑油，所以需要经常更换过滤器[21]。更换过滤器的维护成本高，如不及时更换，医用压缩空气的含油量就会大大超标。并且压缩空气中的油含量是随着空气温度的变化而变化的，温度越高含油量越多（图2）。排气温度高和耗油量大是喷油螺杆式压缩机最常见的故障，这样就严重缩短过滤器的寿命，使用几天过滤器就报废了，导致医用压缩空气含有大量的油。为确保医用压缩空气不含油，所以选择无油涡旋式压缩机。由于其机器本身不会产生润滑油，所以是最佳选择。

图2 油雾含量与温度关系图

3.2 更换吸附式干燥机的必要性

吸附式干燥机用于压力露点要求在0以下的场合，其处理后的压缩空气露点更低，含水量更少。它通过其内部具有吸附水分子能力的吸附剂来干燥压缩空气，水分子通过扩散作用进入到干燥剂颗粒内部孔穴，在低温或高压时吸附水分，在高温或低压时脱去水分，所以它能达到冷冻式干燥机远远不能达到的干燥效果。

而冷冻式干燥机的露点温度为3℃～10℃，最低也只能降到3℃，再低就会出现冰堵现象。也就是说每立方压缩空气含有1克左右的水会进入到呼吸机等医疗设备。

根据《医用气体工程技术规范》中提到的医用压缩空气的品质要求，医疗空气的含水量≤575 mg/Nm3，查空气含水量与露点的关系（表7），得知其相当于常压露点 -23.1℃[22]。

而冷冻式干燥机的压力露点为3℃～10℃，查压力露点与大气露点关系图（图3），压力露点为-20℃（0.7 MPa）不能满足要求[23]。

图3 压力露点和大气露点关系图

如果要达到要求，就必须提高压缩机的排气压力，当压缩机排气压力≥0.9 MPa时，正好可以满足常压露点-23.1℃[24]。但是我们把压缩机的排气压力调整到0.9～1.0 MPa，比原来0.7 MPa时要增加许多电能消耗。每上升0.1 MPa，空压机将增加7%的电能消耗，而压缩机的运行电费用占到使用周期成本的72%。对于器械空气的要求含水量≤50 mg/Nm3，查表7，得知其相当于常压露点-46℃，所以必须选用吸附式干燥机才满足要求[22]。

表7 空气含水量与露点的关系

3.3 确保连续稳定供气

为确保医用压缩空气系统的连续稳定供气，必须对医用压缩空气系统内的所有设备进行了冗余设计[25]，我们采用一用一备的方式。每套设备均安装报警装置，任何设备出现异常问题均可报警，便于维修人员及时进行切换[26]。这样可以有效避免因为设备故障而导致停气事故的发生。

3.4 管理的改善

除了使用高品质的医用压缩空气系统，我们每周都进行一次运行设备的切换，以均衡每台设备的使用时间。医用压缩空气系统的日常巡检和定期保养也是非常重要的，每日定期的巡检可以充分了解设备的运行状况，同时记录每天的运行数据，以便于及时发现故障隐患，从而可以在第一时间消除隐患。保持设备及机房环境的清洁，并进行定期的保养不仅能使设备良好的运行，还能延长其使用寿命，将“安全”二字始终围绕在医用压缩空气系统的整个使用周期内[27-28]。

4 结论

压缩空气系统的质量不仅影响到呼吸机等医疗设备的使用寿命，更关系到患者的健康与安全。医疗的安全已经成为各家医院的头等大事，但是很多医院在医用压缩空气方面还是存在一定的隐患[29]。我院通过对医用压缩空气系统中压缩机和干燥机的升级，有效提升医用压缩空气系统的安全性，大大降低呼吸机等医疗设备的故障率，从而满足临床各科室对医用气体的需求。