医用气体系统设计

1医用气体系统设计编著袁明华2目录第一章医用气体的种类和用途§1-1医用气体的种类§1-2医用气体的性质和用途§1-3医院中使用医用气体的部门第二章医用气体系统简介§2-1医用气体系统的组成§2-2气源§2-3输气管路§2-4监控报警装置第三章医用气体系统的设计要求§3-1用户对医用气体系统提出的要求§3-2《医院洁净手术部建筑技术规范》的有关规定第四章气站和真空站设计§4-1氧气站设计§4-2压缩空气站设计§4-3吸引站设计§4-4气体汇流排间设计第五章手术部医用气体管路设计§5-1管路布置§5-2管路计算§5-3管子壁厚计算§5-3管子尺寸的规格化第六章手术部管路系统安装§6-1安装准备工作§6-2安装步骤第七章手术部医用气体系统的调试§7-1医用气体系统调试执行的标准§7-2调试前的准备工作§7-3管路系统的耐压试验和气密试验§7-4正压气体终端的输出流量、压力检查和管道压力损失测算§7-5负压范围测定和吸引终端抽气速率试验§7-6医用气体报警装置测试§7-7接地电阻测量§7-8管道洁净度检查§7-9气体汇流排的检验附录一、氧气用于治疗二、呼吸机的选择、使用和维护3第一章医用气体的种类和用途§1医用气体的种类医用气体是指医疗方面使用的气体。有的直接用于治疗；有的用于麻醉；有的用来驱动医疗设备和工具；有的用于医学试验和细菌、胚胎培养等。常用的有氧气、氧化二氮、二氧化碳、氩气、氦气、氮气和压缩空气。§2医用气体的性质和用途1氧气（Oxygen）氧气的分子式为O2。它是一种强烈的氧化剂和助燃剂。高浓度氧气遇到油脂会发生强烈的氧化反应，产生高温，甚至发生燃烧、爆炸，所以在《建筑设计防火规范》中被列为乙类火灾危险物质。然而，氧气也是维持生命的最基本物质，医疗上用来给缺氧病人补充氧气。直接吸入高纯氧对人体有害，长期使用的氧气浓度一般不超过30～40%。普通病人通过湿化瓶吸氧；危重病人通过呼吸机吸氧。氧气还用于高压仓治疗潜水病、煤气中毒以及用于药物雾化等。2一氧化二氮（Nitrousoxide）一氧化二氮分子式为N2O。它是一种无色、好闻、有甜味的气体，人少量吸入后，面部肌肉会发生痉挛，出现笑的表情，故俗称笑气（laugh-gas）。一氧化二氮常温下不活泼，无腐蚀性；但在加热时对铝、钢、铜合金等金属有氧化作用；在60℃以上对聚丙烯有腐蚀作用。一氧化二氮在温度超过650℃时会分解成氮气和氧气，故有助燃作用。在高温下，压力超过15大气压时会引起油脂燃烧。笑气微溶于水，易溶于丙酮、甲醇和乙醇，可被含有高氯的漂白粉液和纯碱等碱溶液中和、吸收。人少量吸入笑气后，有麻醉止痛作用，但大量吸入会使人窒息。医疗上用笑气和氧气的混合气（混合比为：65%N2O+35%O2）作麻醉剂，通过封闭方式或呼吸机给病人吸入。麻醉时要用准确的氧气、笑气流量计来监控两者的混合比，防止病人窒息。停吸时，必须给病人吸氧10多分钟，以防缺氧。用笑气作麻醉剂具有诱导期短、镇痛效果好、苏醒快、对呼吸和肝、肾功能无不良影响的优点。但它对心肌略有抑制作用，肌松不完全，全麻效能弱。单用笑气作麻醉剂，仅适用于拔牙、骨折整复、脓肿切开、外科缝合、人工流产、无痛分娩等小手术。大手术时常要与巴比妥类药物、琥珀酰胆碱、鸦片制剂、环丙烷、乙醚等联合使用，以增强效果。笑气还用作制冷剂、捡漏剂、奶油发泡剂、食品保护剂、助燃剂等。3二氧化碳（Carbondioxide）二氧化碳分子式为CO2，俗称碳酸气。它是一种无色、有酸味、毒性小的气体。常温下不活泼，能溶于水，溶解度为0．144g/100g水（25℃）。在20℃时，将二氧化碳加压到5．73×106Pa即可变成无色液体，常压缩在钢瓶中储存。二氧化碳经加压（5．27×105Pa）、降温（-56.6℃以下）可制成干冰。干冰在1．013×105Pa（大气压）、－78．5℃时可直接升华变成气体。液态二氧化碳减压迅速蒸发时，一部分气化吸热使另一部分骤冷变成雪状固体，将雪状固体压缩，成为冰状固体（干冰）。空气中二氧化碳含量的安全界限为0.5%，超过3%时会对身体有影响，超过7%时将出现昏迷，超过20%会造成死亡。医疗上二氧化碳用于腹腔和结肠充气，以便进行腹腔镜检查和纤维结肠镜检查。此外，它还用于试验室培养细菌（厌氧菌）。高压二氧化碳还可用于冷冻疗法，用来治疗白内障、血管病等。二氧化碳是一种不可燃、不助燃、比空气重的气体（在标准状况下密度为1．977g/L，约是空气的1．5倍），可覆盖在物体表面，隔绝空气，故常用于灭火，用于二氧化碳保护焊（用于隔绝氧气）等。干冰可作致冷剂、杀菌混合气，并用于人工降雨。4氩气（Argon）氩气分子式为Ar。它是一种无色、无味、无毒的惰性气体。它不可燃、不助燃，也不与其他物质发生化学反应，因此可用于保护金属不被氧化。氩气在高频高压作用下，被电离成氩气离子，这种氩气离子具有极好的导电性，可连续传递电流。而4氩气本身在手术中可降低创面温度，减少损伤组织的氧化、炭化（冒烟、焦痂）。因此医疗上常用于高频1氩气刀等手术器械。氩气也用于氩气保护焊、日光灯、集成电路制造等方面。5氦气（helium）氦气分子式为He。它也是一种无色、无味、无毒的惰性气体。它不可燃、不助燃，也不与其他物质发生化学反应，因此可用于保护金属不被氧化。医疗上常用于高频氦气刀等手术器械。6氮气（nitrogen）氮气的分子式为N2。它是一种无色、无味、无毒、不燃烧的气体。常温下不活泼，不与一般金属发生化学反应。因此纯氮经常用于金属的防腐蚀，如充填灯泡、物品的防锈充气封存、保鲜、焊接保护、气体置换等。它还用于合成氨、制造硝酸、炸药、氮肥等，用途非常广泛。医疗上用来驱动医疗设备和工具。液氮常用于外科、口腔科、妇科、眼科的冷冻疗法，治疗血管瘤、皮肤癌、痤疮、痔疮、直肠癌、各种息肉、白内障、青光眼以及人工受精等。7压缩空气（air）压缩空气用于为口腔手术器械、骨科器械、呼吸机等传递动力。除以上7种常用气体外，还有一些特殊用途的医用气体：8医用疝气该医用氙气主要应用于气体管CT机内，氙气通过吸收能量激发电离，其离子在电场中加速运动撞击金属板上产生X射线，由于人体组织对X线的吸收及透过率不同，因此通过计算机对X射线照射人体后的数据进行处理，就可摄下人体被检查部位的断面或立体的图象。9氪气主要应用于医院激光源激发的辅助原料，使原来的激光光源强度加强，从而达到更利于临床医生对疾病进行准确诊断及治疗。10氖气主要应用于医院常用激光手术机的清洗置换气，具体要求据医院不同的激光手术机型而定。11混合气▲N2+CO2或CO2+H2主要用于医院无氧细菌培养，起到营养所要求培养细菌的目的，方便检测细菌的种类，达到鉴别细菌的要求，从而有利于临床诊断及治疗。▲5-10%CO2/Air用于脑循环系统，目的促进与加快脑循环的血液循环的推进，维持脑循环的稳定。▲医用三元混合气体主要用于细胞培养及胚胎培养，是医院生殖中心等部分常用的气体。12血液测定辅助气主要用于血液测定时对于血液成分的分离稳定进行保护，从而达到准确计算各成分的数量，如：红细胞、白细胞等。13肺扩散气主要用于肺部手术进行扩容目的，方便手术进行，同时也防止肺萎缩变小。14消毒杀菌气体15准分子激光气体§3废气、废液的排放及处理1废液治疗中产生的液体废物有痰、脓血、腹水、清洗污水等，它们可由真空（vacuum）吸引系统收集、处理。2麻醉废气5一般是指病人在麻醉过程中呼出的混合废气。其主要成分为氧化二氮、二氧化碳、空气、安氟醚、七氟醚、异氟醚等醚类气体。麻醉废气对医护人员有危害。同时废气中的低酸成分，对设备有腐蚀作用，所以病人呼出的麻醉废气应当由麻醉废气排放系统（AnaestheticGasScavengingSystem）收集处理或稀释后排出楼外。目前常用的处理方法是用活性炭吸收麻醉废气，然后烧掉。§4医院中使用医用气体的部门医院中使用医用气体的部门主要有手术室、预麻室、恢复室、清创室、妇产科病房、ICU病房以及普通病房等。这些用气单元经常使用的气体有：气体系统氧气压缩空气吸引笑气二氧化碳氩气氮气废气排放普通病房★★重症监护病房★★★普通手术室★★★★★腹腔手术室★★★★★★胸脑手术室★★★★★★★高压氧气仓★★口腔科诊室★★6第二章医用气体系统简介§2-1医用气体系统的组成医用气体系统是指向病人和医疗设备提供医用气体或抽排废气、废液的一整套装置。常用的供气系统有氧气系统、笑气系统、二氧化碳系统、氩气系统、氦气系统、氮气系统、压缩空气系统等。常用的抽排系统有负压吸引系统、麻醉废气排放系统等。系统多少根据医院的需要决定。但氧气系统、压缩空气系统和负压吸引系统是必备的。每个供气系统一般由气站、输气管路、监控报警装置和用气设备四部分组成。以氧气系统为例：气站可由制氧机、氧气储罐、一级减压器等组成；输气管路由输气干线、二级稳压箱、表阀箱、楼层总管、支管、检修阀、分支管、流量调节阀、氧气终端等组成；监控报警装置由电接点压力表、报警装置、情报面盘等组成。用气设备为湿化瓶或呼吸机等。负压吸引系统由吸引站、输气管路、监控报警装置和吸引设备四部分组成。吸引站由真空泵、真空罐、细菌过滤器、污物接受器、控制柜等组成；输气管路由吸引干线、表阀箱、楼层总管、支管、检修阀、分支管、流量调节阀、吸引终端等组成；吸引设备为负压吸引瓶；监控报警装置由电接点真空表、报警装置、情报面盘等组成。麻醉废气排放有两种方式：真空泵抽气和引射抽气。引射抽气系统由废气排放终端、废气排放分支管、支管、废气排放总管等组成。§2-2气源医院常用的气源有三类：1制气设备一般采用的制气设备有液化空气分离装置、分子筛变压吸附分离装置、膜渗透分离装置、空气压缩机等。工业上制取氧气、氮气等气体一般采用液化空气分馏法。即先除去空气中的水分和二氧化碳，接着对空气进行压缩、降温使之液化，然后利用液氮（沸点-196℃）、液氧（沸点-183℃）、液氩（沸点-186℃）沸点的不同，进行分馏。当液化空气温度升高到超过-196℃时，低沸点的氮气就从液化空气中大量蒸发出来；当温度升高到超过-186℃时，氩气就从液化空气中大量蒸发出来；最后剩下的就主要是液氧了。当然这些气体都是不纯的，还要经过精馏、纯化、干燥才能得到我们需要的高纯度气体。空气液化的方法有林德法和克劳德法。其基本方法是利用空气压缩时温度要升高、膨胀时温度要降低的热力学原理，对空气反复进行压缩-冷却-膨胀，使其温度逐渐降至-196℃以下，成为液态。有的医院也采用分子筛变压吸附分离装置直接将空气中的氧气、氮气等成份分离出来。7双机组分子筛制氧系统4分子筛高纯氧提取设备高压塔低压塔加热器流量计〔图2-1〕分子筛变压吸附分离装置分子筛是一种由硅（铝）氧四面体（SiO4、AlO4）组成的具有笼形孔洞骨架的晶体，经脱水后能制成具有吸附能力的多孔固体。分子筛的微孔分布均匀单一，孔径与分子大小相当，一定的孔径只允许一定直径的分子进入。不同成分、不同工艺，制得的分子筛微孔大小也不相同，因此分子筛的吸附具有选择性。8此外，分子筛的选择性还与气体分子的极性、不饱和度和极化率有关。例如3A分子筛只吸附水，不吸附二氧化碳等气体，可用于气体干燥。5A分子筛只吸附分子直径小的氧分子，不吸附分子直径大的氮分子，可用于氮、氧分离。分子筛的吸附能力与气体的温度和压力有关。压力高、温度低，吸附量大。反之，压力降低、温度升高，吸附能力就减小，原来多吸附的气体还会吐出来。因此，分子筛吸附是一个可逆的过程。吸附过程中气体要放出热量，随着吸附的进行，分子筛温度逐渐升高，内容积逐渐减少，所以分子筛吸附到一定程度就吸不进去了，需要再生（加温或减压进行解吸）。因此分子筛变压吸附分离装置一般由两个吸附塔组成，轮流进行吸附和解吸。医用氧气一般不采用水电解法生产，因为这种氧气纯度不高，含水量大。压缩空气一般用空气压缩机生产。空气压缩机有活塞式、离心式、螺杆式等多种形式。按润滑形式分，还可分为有油润滑和无油润滑两类。医用压缩空气要求清洁无油，因此最好采用无油润滑的空气压缩机生产。但有油润滑的空气压缩机目前价格较低，