医用中心供氧系统选型技术经济性分析

严玉朋,孔丽丽,陈志杰

(中山大学肿瘤防治中心,广州市 510030)

医用气体系统被称为生命支持系统,对生命起着非常重要的支持作用。医用中心供氧系统是医用气体系统重要组成部分,直接关系到危重患者生命健康和治疗效果。近三年由于新型冠状病毒的大规模传播,医用氧气在治疗中的重要性更加凸显,医用供氧的安全与稳定直接影响到新冠患者的生命。世界卫生组织总干事谭德塞指出:“对于某些患者来说,能否获得医疗氧气可能是生与死之间的区别。但是在许多国家已经供不应求的情况下,这种流行病可能会加剧这种短缺。”

在医院建设中,如何科学合理地选择中心供氧系统,保障医院供氧的安全稳定,降低运行管理成本,是广大医院后勤管理者关注的重点[1-3]。因此,基于医院中心供氧系统的建设与管理实践,从技术、经济角度对比分析医院中心供氧系统的选型具有重要意义。

1 医用中心供氧系统的种类与工作原理

当前医院常用的中心供氧系统按照氧气供氧源可分为液氧汽化供氧系统、分子筛制氧系统、汇流排供氧系统三大类。其中液氧气化供氧系统又可分为液氧贮罐汽化供氧系统、液氧杜瓦罐汽化供氧系统[4-5]。

1.1 医用液氧汽化供氧系统

医用液氧沸点为-183 ℃,密度为1.14 g/cm3,采用深冷法空气分离原理以空气为原料,经过压缩、净化、热交换、精馏来获得液氧。每1立方米液氧可汽化为800 m3氧气,纯度可≥99.5%。

1.1.1 液氧储罐汽化供氧系统。液氧储罐汽化供氧系统由液氧贮罐、空温式汽化器、稳压装置、安全阀、流量计、报警装置等组成。其工作原理是贮罐中的低温液氧经过空温式汽化器后,复热变成常温气体,经过减压阀后以0.4～0.5 MPa压力输出。液氧贮罐配置不宜少于两个,并且能够切换使用。

1.1.2 液氧杜瓦罐汽化供氧系统。液氧杜瓦罐汽化供氧系统由杜瓦罐、空温式汽化器、汇流排(带调压装置)、稳压箱等组成。其工作原理是杜瓦罐中的低温液氧经过空温式汽化器后汽化为气态氧气,经过汇流排减压后0.4～0.5 MPa压力输出。液氧汇流排一般采用N+N的方式,可自动切换。

1.2 医用分子筛制氧系统

医用分子筛制氧系统由空气压缩设备、空气罐、空气干燥设备、分子筛制氧机、氧气罐、流量计等组成。医用分子筛制氧系统以空气为原料,利用变压吸附(PSA)工艺制备氧气,制取的氧气浓度为90%～96%,也被成为富氧空气[6]。

1.3 医用汇流排供氧系统

医用汇流排供氧系统由钢瓶、汇流排等组成。钢瓶内约13.5 MPa压力氧气经过汇流排减压装置减压为0.4～0.5 MPa压力输出,氧气浓度≥99.5%。

2 医用中心供氧系统选型因素分析

以下关于中心供氧系统技术经济对比,均以华南地区某三甲医院为例,该医院总开放床位2 140张,其中A院区开放床位1 500张,日均用氧量约为900 m2,主气源为分子筛制氧系统;B院区开放床位640张,日均用氧量约为400 m2,主气源为液氧汽化供氧系统。

2.1 标准、规范因素

医用液氧与钢瓶氧气品质应执行《GB 8982-2009 医用及航空呼吸用氧》和《中国药典》2015年版标准,见表1。

表1 医用液氧与钢瓶氧气品质要求

医用分子筛制氧机属于国家Ⅱ类医疗器械,制造企业须具有《中华人民共和国医疗器械生产许可证》和《中华人民共和国医疗器械注册证》,医用分子筛制取氧气应当满足WS1-XG-008-2012《富氧空气(93%氧)》要求(见表2)。

表2 富氧空气(93%氧)品质要求

2016年1月,国家食品药品监督管理总局对YY/T 0298-1998 《医用分子筛制氧设备通用技术规范》进行了修订,修订后的替代标准为YY 1468-2016《用于医用气体管道系统的氧气浓缩器供气系统》,确保氧气浓缩器供气系统适当引入到卫生保健机构,但也指出使用富氧空气的决定宜由卫生保健机构根据国家和地区的法规在早期作出,不在本标准的范围内。是否使用富氧空气和氧气的混合气也由卫生保健机构决定,本标准不宜被视为是对另一种氧气浓度的认可或推荐[7]。目前富氧空气(93%氧)尚未纳入《中国药典》,也未明确其适用范围。因此,在选择氧气供应源时,应严格遵守卫生保健机构有关医用分子筛制氧用于临床医疗的规定,保证医疗机构使用氧气安全合法[8-10]。

2.2 场地条件因素

以华南地区某三甲医院为例,一套2×5 m3液氧贮罐汽化供氧系统占地面积约55 m2。但液氧储罐属于助燃气体,应该满足《GB 50016-2014 建筑设计防火规范》与《GB 50751-2012 医用气体工程技术规范》中氧气储罐防火间距要求。为满足建筑防火要求,液氧贮罐站需布置于医院内较为空旷区域,这就要求医院具有足够的场地。

医用分子筛制氧系统建筑用房相对较大,以华南地区某三甲医院为例,为满足1 500张床位用氧要求,该医院配置四套PTSI-1000型号制氧机组,每套机组最大制氧量为34 Nm3/h,两用两备,四套制氧机组总占地面积约为160 m2。另外按照规范要求,医用分子筛制氧系统站房应布置为独立单层建筑,耐火等级不低于二级,建筑围护结构上的门窗应向外开启,且不宜地下空间或者半地下空间[11]。

液氧杜瓦罐汽化供氧系统与钢瓶氧气汇流排系统均是利用汇流排供氧,对站房选址要求相对较低,但作为医院的主气源,氧气的储存量不宜低于3天[12]。按照每天900 m3的用氧需求,需要至少存储20瓶杜瓦罐,或者540个钢瓶,同时考虑气瓶储存区应区分空瓶区、满瓶区,按照体积估算,液氧杜瓦罐汽化供氧系统需占地约60 m2,钢瓶氧气汇流排系统占地约120 m2。杜瓦罐液氧汇流排与钢瓶氧气汇流排相比,每个杜瓦罐需配置一台空温式汽化器,在液氧气化的过程中需要释放大量的冷量,因此瓦罐液氧汇流排宜布置于室外,或者通风极佳之地,否则会导致汽化器、管道结冰,影响使用。

2.3 交通运输因素

医院所使用的液氧、钢瓶氧气均需要从气体公司采购,而医用氧属于危险化学品,其运输过程应符合《危险化学品安全管理条例》的要求[13],需要有特定的危险化学品运输车辆,且在特定的时间段内进行运输,尤其是液氧槽车运输更是受到严格的交通管制,这也给医院液氧、钢瓶氧气的补充带来了一定的压力。位于山区、偏远地区、海岛、军事管制区等区域的医院,液氧的运输将更加困难[13-14]。而医用分子筛制氧系统则可就地生产氧气,不受交通条件的约束。因此医院供氧方式的选型也将受到交通条件的影响。

2.4 运维管理因素

中心供氧系统所配备的液氧储罐、气体储气罐、安全阀、压力表等均属特种设备压力容器管理范围,按照《特种设备安全监察条例》要求,医院应根据情况设置特种设备安全管理机构或者配备专职、兼职的安全管理人员。运维操作人员必须持有压力容器作业证方可上岗。

液氧储罐汽化供氧系统结构相对简单,操作少,故障点相对较少,运行稳定可靠,一周到两周左右充装一次,不需要设置专职人员24小时值守,每4个小时巡查一次即可,且供氧不受电力影响。但是液氧属危险品,液氧站存在火灾、爆炸风险,站房周边需要严格管理,严禁烟火。

医用分子筛制氧系统结构相对复杂,机械部件、电子器件较多,故障点较多,需要配置专人24小时值守。空压机组需有专业人员定期维护,更换滤芯、油隔、风隔等耗材,维护工作量较大。制氧机组必须保障电力供应稳定,否则将会影响到医院氧气的稳定供应,制氧机组必须配备双电源,以保障供电安全。在用氧高峰期应时刻关注氧气浓度,应急供氧源时刻做好准备,避免因供氧量不足导致氧气浓度低于90%情况[15-18]。

液氧杜瓦罐汽化供氧系统与钢瓶氧气汇流排系统均是利用汇流排供氧,结构相对简单,故障率低,停电时也可正常工作,无需24小时值守。但是当用氧量大时,需要频繁的更换杜瓦罐或者钢瓶,工作量大,耗费人力,且存在一定危险性。

2.5 经济性因素

在满足上述因素条件下,经济型因素是医用中心供氧系统选型的决定性因素,必须进行充分地研究与分析。上述四种供氧方式经济性分析需根据建设成本、运维成本、使用寿命等进行综合考虑。因运维成本与医院所在地区的经济水平密切相关,本文以华南地区某三甲医院实际运维情况作为分析依据,日均氧气用量为900 m2。以下成本分析均不考虑占地成本。

液氧储罐汽化供氧一套2×5 m3,建设总投资为75万元,使用寿命超过15年,按照15年计算折旧成本,液氧价格为1 200元/吨,每年按照300 d计算,运行成本约为46.29万元,因不需专人值守,按照1名运维人员计算成本,每人每年成本7万元,保养成本主要为安全阀、压力表、阀门等易损部件的更换,压力容器年检费用等,初步估计约为1.5万元/年。

液氧杜瓦罐汽化供氧系统采用汇流排供氧,因用氧量较大,建议2套3+3汇流排,造价约为30万元,杜瓦罐充装液氧价格为2 500元/吨,包含运费、杜瓦罐租金,运行费用约为96.43万元。保养成本主要为汇流排减压阀、管道等易损件维修更换,估计约为1万元。

医用分子筛制氧系统该院共配置4套PTSI-1000型号制氧机组,总投资为350万元,机组投运时最大制氧量为34 Nm3/h,但是因机组已运行8年,机组老化,目前最大制氧量为25 Nm3/h。经统计,目前耗电量约为2.5 kW·h/Nm3,每台空压机配置有3 kW排风机组,机房内配套有4台冷量为7.2kW空调,电费按0.75元/kW·h计算,总运行费用为55.80万元,还需配置4人24小时驻场,按人均7万元计算需28万元。空压机组每年需要定期更换耗材,年维保费用为27.56万元。

医用汇流排供氧系统拟采用两套10+10汇流排,总投资约为24万元,40L氧气瓶35元/瓶,运行成本约为171.82万元。

四种供氧方式的经济性对比见表3。

表3 四种供氧方式的经济性对比

2.6 对比分析

四种供氧方式的技术、经济性对比分析见表4。

3 总结

医用中心供氧系统的选型是关系到医院供氧安全稳定和运营成本的重要问题,必须在医院前期规划时予以充分的研究分析。液氧贮罐汽化供氧与分子筛制氧是两种最常用主气源。在满足规范标准、场地与交通条件的情况下,液氧贮罐汽化供氧系统的建设成本与运行成本最低,故障率低,不受停电影响,供氧安全稳定,是最优的供氧方案。而分子筛制氧系统则首先需要考虑是否满足国家和地方的相关规范、标准的要求,主要适用于医院场地条件受限,或者中小型基层医院,以及医院位置偏远、交通受限、附近区域无液氧生产厂家等情况。液氧杜瓦罐汽化供氧方式主要应用于场地受限,但交通运输条件好的医院,使用相对较少。汇流排供氧一般广泛用于医院的应急备用气源,结构简单,运行稳定,但因成本较高,很少被用于作为主气源使用。

综上所述,在医用中心供氧系统的选型中,应结合医院的实际情况进行充分的调研,因地制宜,选择技术最优、成本最低、运行最稳定的供氧方案,对于医院运行稳定与健康发展具有十分重要的意义。