隨著制氧技術(shù)的不斷發(fā)展，醫(yī)用氧氣從最初的工業(yè)氧到后來的液氧再到目前的變壓吸附(PSA)制氧，供氧方式也從單瓶直接供氧發(fā)展到集中供氧系統(tǒng)，目前集中供氧系統(tǒng)和中心吸引系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代化醫(yī)院臨床必備的三種醫(yī)用氣體供應系統(tǒng)。

氧是人體代謝活動的關(guān)鍵物質(zhì)，是人體生命運動的第一需要，氧氣的補給可以改善人體的生理、生化內(nèi)環(huán)境、促進代謝過程的良性循環(huán)，從而達到治療疾病、緩解癥狀、促進康復和預防病變、增進健康的目的。因此，氧氣在醫(yī)療領(lǐng)域尤其是在危重病人和意外傷害者的急救方面起著重要的作用，輸氧成為醫(yī)療機構(gòu)的必備條件之一。

醫(yī)院供氧系統(tǒng)的發(fā)展歷程

1、單瓶直接供氧。

單瓶直接供氧是傳統(tǒng)的醫(yī)院供氧方式，并且這種方式曾一直供應的是工業(yè)氧氣。由于工業(yè)氧氣中常含有有害氣體，并且鋼瓶內(nèi)壁會發(fā)生銹蝕，致使氧氣中帶有使人惡心的嗅味，臨床使用時會造成患者咳嗽，加重呼吸系統(tǒng)病狀。因此，為了保證人民的身體健康，我國在1988年4月頒布了GB8982─88《醫(yī)用氧》標準、GB8986─88《醫(yī)用及航空呼吸用氧氣的檢驗方法》標準，規(guī)定從1988年12月1日起開始在全國實施，并在1998年發(fā)布了新的GB8982-1998《醫(yī)用氧》標準以取代舊標準。

2、集中供氧。

供氧又稱中心供氧，是國際上廣泛使用的現(xiàn)代化供氧方式。我國自1983年研制出第一套中心供氧系統(tǒng)以來，已經(jīng)在大中城市得到廣泛的推廣應用，目前稍具規(guī)模的醫(yī)院都已采用中心供氧系統(tǒng)，并且，由集中供氧系統(tǒng)、中心吸引系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)組成的醫(yī)用供氣系統(tǒng)成為醫(yī)院新建和改建病房樓必建的項目和醫(yī)院上等級必備的項目。

集中供氧技術(shù)可改善醫(yī)院的醫(yī)療水平，使患者能夠得到及時搶救或治療，從而使許多人的生命得到挽救。同時，由于集中供氧技術(shù)的設(shè)備比較集中，有利于醫(yī)院的現(xiàn)代化管理。

具體優(yōu)點表現(xiàn)在以下幾個方面：

1）集中供氧管路壓力較低，并有多級安全裝置，故此更加安全可靠。

2）集中供氧毋需將氧氣瓶搬運到病房，使得儲運更加簡便。

3）集中供氧系統(tǒng)的供氧能力強、容量大、壓力穩(wěn)定，可做到大流量連續(xù)供氧。

4）集中供氧的吸氧終端直接安裝在手術(shù)室內(nèi)、急救室內(nèi)和各病區(qū)的病房內(nèi)，使吸氧變得簡單易行、安全可靠。

5）集中供氧可以顯著提高氧氣的利用率，降低氧氣管理人員的數(shù)量，從而提高了經(jīng)濟效益。

醫(yī)院中心供氧系統(tǒng)

醫(yī)院中心供氧系統(tǒng)由氧源、輸氧管道、閥和設(shè)備帶終端幾部分組成。目前，國內(nèi)外普遍采用匯流排、液氧和變壓吸附(PSA)制氧機作為供氧系統(tǒng)的氧源。

1、匯流排。

匯流排供氧系統(tǒng)主要由兩組高壓氧氣瓶（一組供氣，一組備用）、匯流排、一套自動/手動控制裝置、聲光報警器、減壓、穩(wěn)壓裝置、管道及附件組成。當供氧氣將耗盡時，匯流排能自動切換備用排供氧?？刂蒲b置裝有壓力表、監(jiān)測控制單元、報警系統(tǒng)及指示燈顯示操作情況并提醒用戶更換已耗盡的氧氣瓶。如自動控制裝置發(fā)生障礙時，備用減壓、穩(wěn)壓裝置將投入運行，以確保供氧壓力穩(wěn)定。

2、液氧。

以液氧作為氧源的氣源系統(tǒng)主要由液氧貯罐、汽化器、減壓裝置及報警裝置等組成。利用液氧罐內(nèi)、外壓差使液氧從運輸車液氧罐加入到集中供氧系統(tǒng)的液氧貯罐。液氧貯罐為高壓保溫夾層，以確保液態(tài)所需低溫。液氧流經(jīng)汽化器溫度急劇上升，使得液氧汽化，高壓的汽化氧氣經(jīng)減壓裝置減壓、穩(wěn)壓后送出。一個系統(tǒng)中一般有兩個液氧罐，一個供氧，一個備用；也可液氧貯罐與匯流排聯(lián)合使用，液氧罐供氣、匯流排備用。

3、醫(yī)用PSA制氧機供氧。

醫(yī)用PSA制氧機供氧系統(tǒng)主要由空壓冷干機、過濾器、制氧主機、氧氣貯罐、管道及附件等組成，如需向氧氣瓶充氧時，可以設(shè)置氧壓機和充氧臺。PSA制氧機利用變壓吸附制氧技術(shù)獲得純度為≥90%，符合醫(yī)用氧標準的氧氣。變壓吸附制氧技術(shù)是利用沸石分子篩對氧、氮的選擇性吸附及吸附容量隨吸附壓力增加而增加、隨吸附壓力減小而下降的特性，在加壓條件下吸附氮氣，富集氧氣；降壓條件下解吸所吸附的氮氣，同時實現(xiàn)分子篩的再生。如此往復循環(huán)，實現(xiàn)氧、氮分離，制取氧氣。

采用醫(yī)用PSA制氧機供氧可以單機配置也可以雙機配置。單機配置時，用一套制氧設(shè)備，氧氣瓶匯流排作為備用。用氧高峰時，氧氣瓶通過匯流排補充缺量，既經(jīng)濟實惠，又安全可靠。雙機配置時，配置兩套制氧設(shè)備，便于停車維修保養(yǎng)，有備用氧氣匯流排作保證，更加安全實用。

三種氧源的比較分析

1、簡便性比較。

匯流排供氧需要不斷定期購買醫(yī)用瓶氧，運輸、搬運、管理復雜，鋼瓶需要定期檢修。

液氧與匯流排相比有很大的改進，具有運輸量大，運輸效率高，輔助時間少，氧氣成本低等優(yōu)點。一個3.65m3的液氧貯槽，裝滿液氧完全氣化可得3000m3氧氣，需要500個鋼瓶，僅鋼瓶自重就約30t。液氧貯罐每月灌充1～2次即可，但灌充時操作要求非常高，并且操作人員需持證上崗，每天檢測輸出壓力，并定期對設(shè)備進行檢修，用氧程序比較繁瑣。

醫(yī)用PSA制氧機實現(xiàn)了就地制氧，建立自己的獨立制氧站，無需氧氣輸運，不受第二氧源的限制；并且設(shè)備實現(xiàn)自動運行，無須經(jīng)常調(diào)校，操作安全、簡捷、方便；無需其他輔助設(shè)備，合格的醫(yī)用氧氣可直接進入管道系統(tǒng)；使醫(yī)院的管理更科學性、現(xiàn)代化。

2、安全性比較。

匯流排供氧使用的氧氣鋼瓶內(nèi)氧氣壓力較高，一般為15MPa（150個大氣壓），遇強烈震動與碰撞，有潛在爆炸危險；氧氣瓶內(nèi)氧氣的質(zhì)量與純度對用戶非受控狀態(tài)。

液態(tài)氧是最需要注意安全的，液氧貯罐里存儲著大量的液態(tài)氧氣，液氧的溫度極低（-183℃），氧氣又是強助燃氣，一旦泄漏后果不堪設(shè)想，因此液氧系統(tǒng)需要定期強檢，如果液氧罐上的防爆片爆破或排氣閥起跳排氣，說明液氧罐的夾層真空性被破壞，應當檢修后重新抽真空。人員密集的醫(yī)院放置液氧罐比較危險，在液氧運輸、分裝時易泄漏，即使遇到少量油脂也可能發(fā)生火災，存在安全隱患。

醫(yī)用PSA制氧機在常溫低壓（20℃～40℃，6～8個大氣壓）下工作，不存在原理方面的不安全因素，是三種供氧方式中最為安全的。制氧機一般配有后備匯流排氧氣源，保證在停電、停機或氧氣用量某段時間突然增大超過制氧機額定產(chǎn)氧量時氧氣的供應。

3、經(jīng)濟性比較。

匯流排系統(tǒng)使用氧氣鋼瓶，而各醫(yī)院一般均有，只要進行氣瓶處理后組合即可，從而節(jié)省了初投資的費用。但是，醫(yī)用瓶氧價格較高，地區(qū)差異較大，平均每瓶醫(yī)用氧氣20-38元，單位氧氣成本約5.5元/Nm3，并且當氣瓶組壓力下降后，氧氣鋼瓶內(nèi)將有一部分氧氣不能利用，浪費較多，因此長期使用時其經(jīng)濟性較差。

與匯流排相比，使用液氧初投資較高，一個液氧貯罐要十幾萬元，一臺液氧槽車需幾十萬元。但是，液氧價格便宜，運輸費用較低，僅考慮氧氣費和運輸費，成本在3.2元/Nm3左右，一般一年可收回成本。同時，這種供氧方式也需要專人日常管理。

采用醫(yī)用PSA制氧機供氧，初投資最高。除初投資外，設(shè)備正常運轉(zhuǎn)后，僅耗費維護設(shè)備運行的電能，單位制氧成本低，通常約為1.2元/Nm3，一般一到兩年即可收回投資。設(shè)備采用PLC控制，可實現(xiàn)智能化控制，無需專人操作，日常維護、維修量極少，人力成本低，系統(tǒng)的使用壽命很長，一般超過10萬小時，相當于10～15年。

4、供氧方式的選擇。

由于匯流排供氧初投資最少，故此，對于一些中小型醫(yī)院，由于其接待病員能力較小，資金短缺，采用匯流排供氧是最切合實際、最經(jīng)濟的方法。而從長期運行的經(jīng)濟性來看醫(yī)用PSA制氧機是最經(jīng)濟的供氧方式，并且系統(tǒng)安全系數(shù)大，可以實現(xiàn)無人操作、現(xiàn)代化管理，是現(xiàn)代醫(yī)院的最佳選擇，因此，目前，大型醫(yī)院宜選用醫(yī)用PSA制氧機供氧。同時，由于PSA制氧機供氧不需要第二氧源，僅需電能就可以正常供氧，故此，對于一些偏遠的地區(qū)、交通不便利的地區(qū)也宜選用醫(yī)用PSA制氧機供氧。

5、系統(tǒng)管道與終端。

氧氣由氧氣站輸送到各樓層（病房、手術(shù)室、搶救中心、門診等），經(jīng)二級穩(wěn)壓后的氧氣輸出壓力為0.1～0.4MPa（可調(diào)），氧氣管道周圍的環(huán)境溫度不應超過70℃，嚴禁明火及油污靠近管道或閥門。氧氣輸送管道可用紫銅管，也可用不銹鋼管，前者較為經(jīng)濟，是國家標準規(guī)定的首選材料（GB1527）。

氧氣管進入病室后，即與終端板連接（也叫治療帶），終端板是各種導線的導槽，又是各種管線終端部件的組裝體。導氧管終端的開關(guān)閥件，叫“快速密封插頭”或叫氧頭，其功能是把氧氣濕化器插入時，即有氧氣進入濕化器供氧。把插座拔出時，隨即自動封閉。系統(tǒng)終端的形式有盒式、組合式、移動式、箱式、吊塔等。其中盒式終端、組合式終端用在病房，移動式終端、箱式終端、吊塔一般用在手術(shù)室。

6、監(jiān)測計量系統(tǒng)。

監(jiān)測計量系統(tǒng)是多極（三級）控制的計算機通信監(jiān)測網(wǎng)，該系統(tǒng)主要由系統(tǒng)計算機、中心監(jiān)測機、終端監(jiān)測機組成。系統(tǒng)計算機是一臺裝有集中監(jiān)測系統(tǒng)軟件的高可靠性計算機，它聯(lián)絡中心監(jiān)測機；中心監(jiān)測機負責收發(fā)處理監(jiān)測數(shù)據(jù)；終端監(jiān)測機負責氧氣終端的監(jiān)測與計量。氧氣集中監(jiān)測計量系統(tǒng)可有效解決病區(qū)氧氣實時監(jiān)控和對病區(qū)氧氣用量進行集中計量。

醫(yī)用PSA制氧機的狀況

1、系統(tǒng)流程及設(shè)備。

醫(yī)用PSA制氧系統(tǒng)由氣源系統(tǒng)、吸附分離系統(tǒng)、產(chǎn)品系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)四個模塊組成。

氣源系統(tǒng)由空氣壓縮機、冷干機、空氣貯罐、過濾器組成?？諌簷C是制氧系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，它的作用是給吸附分離系統(tǒng)提供壓縮氣源。同時制氧設(shè)備的大部分能耗、噪音等都與空壓機密切相關(guān)。因此，要選擇性能優(yōu)越的要縮機，以保證制氧機無故障、低能耗、低噪音的長壽命運行。由空壓機出來的高壓高溫空氣經(jīng)C級過濾器過濾、冷干機冷卻降溫后進入空氣貯罐?？諝赓A罐是壓縮空氣進入吸附分離系統(tǒng)前的儲備中心，其主要作用是克服活塞壓縮機運行造成的氣體脈沖和壓力波動，使進入分離系統(tǒng)的氣流連續(xù)平穩(wěn)。同時，空氣儲罐還起到分離凝結(jié)水的作用，分離出來的水從空氣貯罐底部經(jīng)閥門排出。壓縮空氣在進入吸附分離系統(tǒng)之前要經(jīng)過T級、A級、H級三級過濾。氣源系統(tǒng)的過濾器都屬于精密過濾器，其中C級過濾器可除去大量的液體及3μm以上固體微粒，達到最低殘留油分含量僅5ppm，有少量的水分、灰塵和油霧，用于空壓機之后，冷干機之前；T 級過濾器能濾除小至1μm的液體及固體微粒，達到最低殘油分含量僅0.5ppm，有微量水分、灰塵和油霧，用于A級過濾器之前作前處理之用；A級過濾為超高效除油過濾器，能濾除小至0.01μm的液體及固體微粒，達到最低殘油含量僅0.001ppm，幾乎所有的水分、灰塵和油都被去除，用于H級過濾和冷干機之前，起保護作用；H級過濾器為活性炭微油霧過濾器，能濾除小至0.01μm的油霧及碳氫化合物，達到最低殘油含量僅0.003ppm，不含水分、灰塵和油，無臭無味，起最后一道過濾作用。因此，從氣源系統(tǒng)進入吸附分離系統(tǒng)的空氣高壓、潔凈、無味，適合吸附分離，又不會使分子篩失效。

吸附分離系統(tǒng)由兩個吸附塔（也有采用多塔的）、一組控制閥門和排氣消音器組成。吸附分離系統(tǒng)是制氧機的核心模塊，其分離效果直接影響著氧氣純度。吸附塔內(nèi)裝有沸石分子篩，利用其對氮氣與氧氣的吸附力、吸附速度以及吸附量的差異，在較高壓力下將氮氣吸附并在較低壓力下將其解吸。兩個吸附塔交替完成吸附與解吸過程，從而連續(xù)不斷的產(chǎn)生氧氣。其中，閥門的開關(guān)動作控制著吸附塔的吸附與解吸過程，解吸出來的廢氣經(jīng)消音器排出，以減小系統(tǒng)的噪音。

產(chǎn)品氣系統(tǒng)包括氧氣貯罐和滅菌、除塵過濾器。氧氣貯罐與吸附塔出口相連，一方面起著平衡氧氣壓力與貯存氧氣的作用；另一方面，通過壓力傳感器控制吸附塔的循環(huán)過程。由于醫(yī)用氧氣要求潔凈、無菌，因此，在供用戶之前要除去細菌等病原微生物。

制氧機的控制系統(tǒng)由運行控制系統(tǒng)和遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成。運行控制系統(tǒng)是指控制制氧機起、停、正常運轉(zhuǎn)的計算機控制程序和實現(xiàn)該程序的控制器。制氧系統(tǒng)的壓縮機、吸附塔、氧氣儲罐、流量計等都裝有傳感器，傳感器將壓力信號、流量信號以及濃度信號傳給運行控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過這些參數(shù)控制制氧機的正常運行。遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以將制氧機的運行狀態(tài)包括氧氣流量、壓力、濃度等參數(shù)顯示在遠程的顯示終端上，坐在辦公室就可以看到制氧機的運行狀況，從而提升了醫(yī)院的管理水平。

2、關(guān)鍵因素。

影響制氧機制氧效果的關(guān)鍵因素有分子篩性能、吸附塔結(jié)構(gòu)和吸附工藝參數(shù)。

分子篩是變壓吸附制氧的核心，分子篩的性能直接決定著變壓吸附制氧裝置的優(yōu)劣。選用性能好的分子篩可以減少分子篩的用量，降低吸附壓力，減小空氧比，從而減小制氧機的重量與體積，降低制氧機的能耗。表1是兩種醫(yī)用制氧分子篩的性能比較表。由表1可知，在1個大氣壓下，F(xiàn)ZS2的氮氣靜態(tài)吸附量是FZS1的2.375倍，F(xiàn)ZS2對N2/O2的選擇性約為FZS1的兩倍，同時，F(xiàn)ZS2的吸附壓力低于FZS1的吸附壓力。FZS1與FZS2兩種分子篩的吸附等溫線如圖1、圖2所示。由圖1和圖2可以看出，壓力在1-3bar之間時，F(xiàn)ZS2的氮氣吸附等溫線比FZS1的氮氣吸附等溫線陡，當分子篩量一定時，F(xiàn)ZS2每次循環(huán)的產(chǎn)氧量（假定吸附壓力均為3bar）是FZS1的1.58倍。由以上分析可知，采用FZS2進行分離空氣制氧比采用FZS1分子篩用量小、空氧比小、氧氣回收率高、吸附壓力低、能耗低。

吸附塔是保證制氧機長期穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，在進行吸附塔結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要保證高效、長壽兩大目標。高效性主要指吸附塔的死空間小、貼壁效應低、布氣效果好；長壽主要指吸附塔的壓緊機構(gòu)要保證分子篩不上下浮動以避免分子篩的磨損。死空間的大小決定著分子篩的利用率，當死空間比較大時，會造成1/3的分子篩不工作；貼壁效應會增加死空間體積，從而降低分子篩的利用率；布氣效果不僅影響死空間的大小，還會影響分子篩的使用壽命，目前可以均壓力、均流速的氣流分布器的布氣效果最好。吸附塔內(nèi)的壓力在升壓階段特別是均壓過程變化很快，如果壓緊效果不好，會使分子篩在吸附塔內(nèi)周期性浮動，從而將分子篩磨損和壓碎。

變壓吸附制氧機的工藝參數(shù)包括∶吸附時間、均壓時間、反吹氣量等。在產(chǎn)品氣流量一定的情況下，氧氣純度隨吸附時間、均壓時間、反吹氣量的增加都是先增加后減小，即存在一個最佳的吸附時間、均壓時間和反吹氣量。且最佳的吸附時間隨反吹氣量的變化而變化，同時還受氧氣流量的影響。同時，均壓時間的優(yōu)劣不僅影響氧氣的濃度，還很大程度上影響著系統(tǒng)的能耗和回收率，因此，設(shè)定恰當?shù)木鶋簳r間可以有效提高制氧機的性能。工藝參數(shù)直接影響制氧機的運行效果和運行壽命，是制氧機正常運轉(zhuǎn)的保障。

3、產(chǎn)品規(guī)格與配置。

產(chǎn)氧量是醫(yī)用PSA制氧機的一個重要指標，目前國內(nèi)醫(yī)用PSA制氧機的產(chǎn)氧量一般在2～90Nm3/h，具體規(guī)格與其適用范圍如表2所示。

集中供氧系統(tǒng)在配置制氧機時有兩種選擇：單機配置、雙機配置。當需供氧氣量上下落差小時（如圖3的B曲線），為了更合理的有效利用醫(yī)用供氧裝置，節(jié)約能源，易選用單機配置。當需供氧量上下波動大，存在用氧高峰期時（如圖3的A曲線），易選用雙機組配置，其優(yōu)勢在于，用氧高峰期時，雙機組同時開啟工作，實現(xiàn)高峰供氧，而在供氧量需求不高時，可關(guān)閉一臺機組，只需用單機組供氧，這樣大大降低使用能耗，更趨經(jīng)濟合理化。

在利用PSA制氧機供氧時，一般還有備用氧配置，包括匯流排和多極充瓶裝置。匯流排可以在用氧高峰時或突然停電時供氧，從而使得供氧系統(tǒng)更加安全、可靠。在氧氣有余量時，多極充瓶裝置可以給鋼瓶充裝多余的氧氣，這樣就解決了備用匯流排氧氣的來源，并能向高壓氧艙以及醫(yī)院沒有鋪設(shè)中心供氧管道的用氧部門供氧，或向周邊用氧單位提供氧氣出售，創(chuàng)造效益。

4、能耗狀況。

由于制氧機要長期連續(xù)運轉(zhuǎn)，其運行費用主要是消耗的電能，故此，單位氧氣的能耗是制氧機的一個重要性能指標。圖4是三種制氧機的能耗曲線，其中曲線1、2是國產(chǎn)機，曲線3是進口機。由圖4可知，隨著產(chǎn)氧量的增加，單位氧氣的耗電量逐漸下降，并且在小產(chǎn)量時變化更為明顯。這主要由產(chǎn)氧量小時氧氣回收率低，各設(shè)備的效率低造成的。由圖4還可以看出，國產(chǎn)制氧機的能耗要比進口機的能耗高，并且國產(chǎn)機之間能耗也有差距。這主要由于國外對PSA技術(shù)的研究起步較早，技術(shù)比較成熟。相比之下，國內(nèi)PSA技術(shù)落后，并且，各單位的技術(shù)水平也相差較大。

由前文的分析可知，影響制氧機能耗的因素主要有分子篩性能、吸附塔結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)運行的工藝參數(shù)等。因此，在進行制氧機的設(shè)計時，要從這幾個方面綜合分析，在保證制氧機產(chǎn)量和氧氣純度的前提下，盡量降低系統(tǒng)的能耗，以提高長期運行的經(jīng)濟性。用戶在選擇制氧機時也要考察其能耗指標，盡量選擇單位氧氣耗電量小的產(chǎn)品。

結(jié)論

1、目前，氧氣鋼瓶直接供氧的形式已經(jīng)基本上被淘汰，集供氧系統(tǒng)是現(xiàn)代醫(yī)院的必然選擇，在集中供氧系統(tǒng)的氧氣供應方式上，各醫(yī)院要應根據(jù)自己的實際情況以及醫(yī)院的長遠規(guī)劃，進行綜合分析，選擇最適合的供氧方式。

2、吸附分離系統(tǒng)是醫(yī)用PSA制氧機的核心，該系統(tǒng)的分子篩性能、吸附塔結(jié)構(gòu)、運行時的工藝參數(shù)等都直接影響制氧機的制氧效果、系統(tǒng)的能耗與運行壽命。

3、在配置制氧機時，醫(yī)院要根據(jù)自己的氧氣需求情況選擇合理的配置，并注意考察制氧機的能耗狀況。