医用压缩空气供气系统设计与气体质量控制 李继斌 中国人民解放军总医院

关键字：医用压缩空气；建设；质量控制；安全
一、 医用压缩空气的用途
医用压缩空气与医用氧气、吸引一样，是现代化医院集中供气系统的重要组成部分，其主
要用途为：
1、作为重症监护室、抢救室呼吸机的动力。 2、为病人，特别是重症病人提供氧气/空气混合气体。 3、作为手术室气动工具的动力。 4、作为牙科气动工具的动力。 5、作为供应室某些设备的动力。 6、作为理疗及康复治疗设备的动力。
以确保医用仪器不受污染，同时避免对病人身体健康的影响。而通常工业用空压机不能保证无
油，其含油量达 5ppm,使用两年后，有的甚至达到 10ppm 以上，严重影响病人健康，甚至造成
医疗事故。
2、 控制气源水份，压缩空气系统必须安装干燥机。一般空气中的水份皆呈气态，不易被
察觉其存在，但经空压机压缩及管路冷却后，则会凝结成液态水滴，例如：在大气温度 30℃，
医用压缩空气供气系统 设计与气体质量控制
李继斌 中国人民解放军总医院 北京 100853 摘要：本文重点论述的是医院中压缩空气供气系统的设计、建设和气体质量的控制和安全管理。 当我们在探讨医疗供气系统的质量时，实际上是在讨论伤病员安全问题。在讨论伤病员用气安 全时我们必须首先搞清楚供气系统是否安全。
准确测量、严格控制医用压缩空气水份含量、保证医用压缩空气质量，是减少气动医疗工 具及气动医疗仪器损坏、确保病人治疗安全的最重要措施之一。而严格控制医用压缩空气水份 含量的前提是准确测量水份含量，按不同原理，微量水测量方法有四种：电解法、露点法、电 容法、晶体振荡法等，其中露点法应用最普遍，灵敏度 1~0.1/10-6 ，但仪器价格昂贵。 六、 压缩空气站房设计
Hale Waihona Puke 2、微热再生吸咐式干燥机 品牌: 型号： 处理量： 工作压力： 工作温度： 环境温度： 压力露点： 电源： 额定功率： 重量： 空气接口管径： 外形尺寸：（L*W*H） 3、储气罐主要技术参数
m3/min
m3/min
0.6-1.6 Mpa ≤45 ℃ 2～40 ℃ -40 ℃
0.6-1.6 Mpa ≤45 ℃ 2～40 ℃ -40 ℃
型号：
排气量:
最高工作压力:
冷却方式：
风冷
电机功率:
噪音:
小于 63 dB(A)
1.2 基准工况
进气压力(绝对压力):
进气温度:
20
℃
相对湿度:
0％
1.3 机组参数
重量
尺寸（L×W×H）
1.4 电动机
形式:
鼠笼式
参数:
30Kw/380V/3 相/50Hz
绝缘等级:
F级
防护等级:
IP55
1.6 电脑控制及调节系统： 空气压缩机配备有电脑控制，调节和监视系统，功能如下： 维修指示
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Vacuum ,ISO 7396-1 First Edition 2002-09-01 .（国际） 〔3〕Medical Gas Pipeline Systems Design,Installation,Validation and Verification ,HTM2022 ,An Executive Agency of the Department of Health , 1997 New Edition .（英国）
通过气控或电控执行元件工作，按再生方式不同，可分无热再生干燥器、加热再生干燥器、微
热再生干燥器。三种再生干燥器的综合比较见附表。
附表
三种再生干燥器的综合比较
无热再生
加热再生
微热再生
干燥器
干燥器
干燥器
工作原理
常温、加压吸附常温、 常温、加压吸附加热、 常 温 、 加 压 吸 附 微
常压解吸
常压解吸
热、常压解吸
通 常 ， 对 于 规 模 为 500―1000 床 位 的 较 大 型 医 院 ， 选 用 三 台 （ 或 两 台 ） 供 气 量 为 1.5―2.0m3/min无油空压机，即可满足大约 40 张监护病床、20 张手术床、10 张牙科椅的用气需 要。
二、 医用压缩空气的特殊要求
与普通工业用压缩空气不同，医用压缩空气属特殊用途的压缩空气，事关病人生命安全，必
空压机时，气源水份控制问题更值得重视。
三、 压缩空气的饱和含湿量、露点及冷凝析出水量
空气中所含水汽的量称为空气湿度，空气湿度达到最大值的湿空气称为饱和湿空气，此
时的含湿量称饱和含湿量。空气压缩或冷却时，饱和含湿量下降，空气中的水份容易析出，开
始有水份析出的温度称为露点。露点表征空气含水量，露点低，空气含水量少，空气压缩或冷
水分离器安装在空压机后，只能用来对压缩空气进行初步除水。
2、冷冻干燥器。利用冷冻机将压缩空气中的水份冷却至饱和点，冷凝水析出并自动排放。
冷冻干燥器稳定可靠、不耗气、压力损失小，但压缩空气露点只能达到 4℃。冷冻干燥器可用 来对医用压缩空气进行前置干燥，或用于要求不高的医用压缩空气除湿。
3、再生干燥器。在低温或高压下，水被吸附剂吸附；在高温或低压下，水从吸附剂解吸， 同时吸附剂再生。再生干燥器采用双塔，一塔吸附、另塔解吸。再生干燥器按预定工艺流程、
2．10 管路医用压缩空气的质量，特定容量，干燥和杂质浓度应符合表 1 中最大浓度需要的 要求，是基于 BS EN 132:1991 呼吸气体标准的。第 15 章 “确认和证明”给出测试过程的 说明。
表 1 医用空气的质量规范 参数
规格
氧气 氮气 特殊污染物
水的含量
CO
20.9 +/-1.0% 78%（推算） 在 75l 的样本中可见粒子几乎没有 参考 2.13，115 vpm(0.095 mg/l) 相当于大气压力下-40℃的露点 5 ppm v/v(ppm 百万分之一)
无
大
小
再生气消耗 %
12~16
4~6
6~8
价格比 KW
1
1.65
1.3
能耗
3.1
36
26.5
优点
结构简单投资少
再生气消耗小
居中
缺点
再生气消耗大
结构复杂投资大
居中
应用场合
中小型、中高压
中小型、低压
中大型、低中压
再生干燥器可以满足医用压缩空气对水份的特殊要求，保证压缩空气露点温度达到-40~-60 ℃以下。三种再生干燥器中，微热再生干燥器综合了无热再生、加热再生两种干燥器的优点， 无热再生干燥器再生耗气大，排气燥声是个较难解决的问题。 五、 压缩空气露点测量
CO2
500ppm v/v
1
油量
<0.5 mg/m3
气味
参考 2.11
注：同样数值适用于其它医用气体；参考欧洲药典的相关章节；
对于牙科用的压缩空气应参考相关的补充规定。
气味
2．11 可测量的带气味微粒物质的极限大约为 0.3mg/m3.
2．12 一些人造橡胶材料，有一种与众不同的气味，尤其在刚开始用时，如软管。经过大量
8
220V/1Ph/50Hz 220V/1Ph/50Hz
1) 型号 2) 容积 3) 工作压力 4) 制造厂商
0.8MPa(e)
5
5) 材质
4、过滤器参数 1 型号
2 处理量
3 工作压力
4 最大工作压力
5 除尘粒径
6 排气含油量
7 压降
8 出入口管径
9 接口形式
螺纹
10 重量 七、工作原理图
不锈钢
螺纹
相对湿度 75%情况下，一台排气量 1.5m3/min、工作压力为 0.7Mpa的空压机，连续运转 24 小时，
压缩空气中可凝结出 50 升水份。如不除去这些水份，可引起各种使用压缩空气的医疗仪器（包
括体外循环机、呼吸机、手术气具、牙科气具等贵重医疗仪器）管路附件锈蚀，系统故障，对
医院造成重大经济损失，重者危及病人生命。
吸附剂再生供热
吸附剂自身热
外供热
外补微热
露点温度℃
-40~-60
-40~-80
-40~-80
吸附塔尺寸
1
1.5~2
1~1.5
最低工作压力 Mpa
0.4
0.1
0.1
再生气温度℃
20~35
200~380
40~50
循环周期
5~20min
12~24h
2~4h
吸附剂
铝胶、分子筛
铝胶、分子筛
铝胶、分子筛
加热设备
的实验，代理商可掌握气味微量出现，并且没有有毒化学气味。显然，气味不应是令人作
呕的。
湿气
2．13 同样可以看出，那些人造橡胶材料把微量的湿气释放到气流里。在测试最初湿气总量
很小，到后来稍微超过 0.095mg/l。在测试最初，湿气细微的升高要持续几个月。大量实验
显示这种细微升高没有影响，可以减少工作气体的净化或是系统的使用。
2．14 医用压缩系统里应装有细菌过滤器，减少孢子和易对病人有攻击性的传染材料的输送。
2．15 如果材料是湿的，微生物能够渗进细菌过滤器。因此，对细菌过滤器用的医用气体的
干燥度在测试点，应定期的进行检查（至少每三个月），使用第 15 章规定的测试设备。）
┉┉
美国医用气体标准（NFPA99）、医用气体国际标准（ISO7396-1）与英国医用气体标
须符合医用压缩空气有关的质量标准要求。我国目前尚未制订医用压缩空气质量标准，通常参照
英美发达国家标准，英国医用气体标准（HTM2022）有关压缩空气质量的规定摘录如下： （2．8 从气瓶和液体源提供的医用气体遵守欧洲药典(Ph Eur)的相关章节。目前欧洲药典还没 有医用空气产生场所和 PSA 系统的规定，表 1 是医用气体的质量规定。 2．9 新欧洲药典对医用空气的介绍将从 1998 年生效，随之医用空气需遵循这个新规定。 欧洲药典也规定了需要采用的合法协议。
却时，冷凝析出水量减少。
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四、 压缩空气除水器、干燥器
为了控制压缩空气水份，医用压缩空气系统必须安装除水器以及各种干燥器，包括气水
分离器、冷冻干燥器、无热再生干燥器、加热再生干燥器、微热再生干燥器等。
1、气水分离器。通过改变气流方向和速度，从气体中分离出水以及尘埃。通常是一台小 型容器，有档板式、离心式两种类型，析出的水以及尘埃沉淀在容器底部，由排污阀排放。气
准(HTM2022）基本相同。
通常压缩空气系统有四种污染源，即油份、水份、尘埃、异味。必须按医用气体标准要求，
严格控制上述四种污染源。
1、 控制气源油份，必须采用完全无油空压机，通常输出压缩空气含油量不得超过
0.03ppm，另外必须设置 AA 级超高效除油过滤器，达到最低残留油份含量仅仅只有 0.001ppm,
3、为控制气源尘埃，压缩空气系统必须安装 AR/AAR 级主管路过滤器，滤除 1 微米以上
的固体颗粒，避免固体颗粒对医疗仪器及病人的影响。
4、为控制气源异味，压缩空气系统必须安装 ACS 级活性碳过滤器，气体经活性碳渗透处
理，完全吸附碳氢化合物等气体异味，达到完全无臭、无味之高质量空气。
上述四种污染源，控制气源水份容易被人们忽略，但危害极大。当采用水润滑无油螺杆式
—空气过滤器 —油过滤器 —油使用时间 —传感器故障 压缩机安全 – 报警指示
—出口空气温度过高 —油温过高 —油压过低 压缩机安全-故障停机指示： —出口空气温度过高 —油温过高 —油压过低 —电机过载 —紧急停机 计时器： —总运行时间
4
—总加载时间 数字显示：
—供气压力 —空气过滤器压差 —主机进口空气压力 —出口空气压力 —油压 —供气温度 —油温 压缩机状态显示： —电源接通 —自动运行 —压缩机加载 —压缩机 当地/遥控 开关 —压缩机 卸载 —压缩机 最大工作压力 压缩机控制： —起动/停止 —加载/卸载 —重新设定
压缩空气站房设计，要保证提供安全可信赖的医疗气体及有效率的操作和使用。在正常状
3
态和单一故障状态下，供给系统不能造成供给的中断。由一套主要供给，一套辅助供给和一套
备用供給组成。压缩空气的站房建设可根据医院的具体情况略有不同，但应包括一下几个部分。
1、空压机
形式：风冷，箱式低噪声无油旋齿压缩机
1.1 技术参数
螺纹
螺纹
6
八、机组示意图
主系统 压力显示 0.0 bar
备用系统
压力变送器
参考文献 〔1〕Standard for Health Care Facilities, NFPA99，National Fire Protection Association ,2002 Edition .(美国) 〔 2 〕 Medical Gas Pipeline Systems—Part 1: Pipelines for Compressed Medical Gases and