遼寧丹東天茂氣體有限公司轉(zhuǎn)載自網(wǎng)絡(luò)。這是我看到關(guān)于醫(yī)院使用制氧機、醫(yī)用液態(tài)氧、杜瓦罐幾種方式供氧的最科學(xué)的分析材料，在這里向作者鄭從概致敬。
 
[摘要] 本文介紹了PSA制氧系統(tǒng)、VIE液氧系統(tǒng)及LGC液氧系統(tǒng)的相關(guān)結(jié)構(gòu)及工作原理。并結(jié)合我院的用氧特點， 對三個系統(tǒng)的初投資、運作成本、運行管理及效益等方面進行了詳細的比較，從而確定更適合我院的供氧方式。
[關(guān)鍵詞]VIE液氧; LGC液氧；PSA 制氧；經(jīng)濟效益
Analysis and comparison of the PSA oxygen system and liquid oxygen system in Clifford Hospital

Zheng Cong-Gai

( Clifford Hospital, GuangZhou GuangDong 510510, China)

Abstract:  The article introduce the structures and principal of the PSA system and VIE liquid system. According to our hospital characteristic to detail a comparison on the first cost, operation cost, management cost and the economical benefit etc. And then select the best oxygen supply system.
Keywords:  VIE liquid oxygen;  LGC liquid oxygen PSA system ;  Economical benefit
 
前言
 
本報告根據(jù)我院已安裝PSA系統(tǒng)的實際情況及VIE、LGC供氧系統(tǒng)的情況，以探討解決我院中長期供氧的方案，使供氧系統(tǒng)在醫(yī)療和技術(shù)上都能滿足醫(yī)院當前以及未來的用氧需求。
本文考慮了以下問題：
一、   使用LGC液氧系統(tǒng)和使用PSA制氧系統(tǒng)為醫(yī)院供氧的經(jīng)濟效益比較；
二、   使用VIE液氧系統(tǒng)和使用PSA制氧系統(tǒng)為醫(yī)院供氧的經(jīng)濟效益比較；
三、   各種系統(tǒng)都是基于每立方氧氣的總成本進行對比。
 
 
 
正文

1. 我院現(xiàn)狀

1.1 祈福醫(yī)院概況：于2001年由祈福集團投資10億元人民幣，按國家三甲醫(yī)院及國際規(guī)范標準興建的大型現(xiàn)代化中西醫(yī)結(jié)合及連續(xù)兩次通過JCI認證的國際醫(yī)院并于2002年6月投入使用。醫(yī)院占地130畝，病床600張，擁有國際規(guī)模的建筑、酒店園林式的環(huán)境、星級化的服務(wù)和企業(yè)化的管理。
1.2 現(xiàn)有氧氣系統(tǒng)設(shè)計情況：醫(yī)院設(shè)計日用氧氣流量為382公升/分鐘，兩小時的高峰用氧氣流量為666公升/分鐘；而相比實際情況，日用氧氣流量比較合理而高峰用氧則高出太多。附錄一中描述了HTM（英國健康技術(shù)備忘錄）醫(yī)院病區(qū)和科室各樣氧氣流量總量的幾種計算方法。這些計算結(jié)果與祈福醫(yī)院實際的用氧量做對比時，這幾種方法估算的用氧量都高出很多。醫(yī)院開業(yè)幾年以來，我院已收集到各病區(qū)及科室大量的耗氧數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)已被用于修訂英國最新醫(yī)氣管道系統(tǒng)設(shè)計指南HTM 02 -01中的各種流量設(shè)計規(guī)范，在附錄一已列出。但我們?nèi)哉J為修訂后的規(guī)范設(shè)計是過高的。
1.3 醫(yī)院實際耗氧量：醫(yī)院從2005年開始記錄的醫(yī)院年總耗氧量統(tǒng)計如下：

年份	2005	2006	2007	2008
耗氧量（升）	36029754	40091139	45055853	54664129

 對比表如下：

  從上圖可以看出醫(yī)院用氧量逐年遞升11%左右，這與英國以前的和現(xiàn)在的健康技術(shù)備忘錄（HTM）所推薦的一家醫(yī)院耗氧量的年自然增長率為10%相吻合。而2008年平均耗氧量為105升/分鐘，按此趨勢計算到2010年醫(yī)院平均耗氧量應(yīng)不會超過150升/分鐘。所以在將來選擇氧氣設(shè)備型號時，建議以一個絕對的最高流量值為基準 進行選型計算，比如當前醫(yī)院平均用氧流量為100升/分鐘，這個高峰絕對值可選200公升/分鐘。
2 三個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理簡介
2. 1 PSA 制氧系統(tǒng)（如下圖一所示）
PSA 就是Pressure Swing Adsorption,即變壓吸附。制氧機一般由六部分組成：包括空氣壓縮機、精密氣過濾器、空氣緩沖罐、PSA 制氧主機、氧氣緩沖罐、控制器和儀表等。變壓吸附制氧機是以沸石分子篩為吸附劑，利用加壓吸附，降壓解吸的原理從空氣中吸附和釋放氮氣，從而分離出氧氣的自動化設(shè)備。沸石分子篩是一種經(jīng)過特殊的孔型處理工藝加工而成的，表面和內(nèi)部布滿微孔的球形顆粒狀吸附劑，呈白色。其孔型特性使其能夠?qū)崿F(xiàn)O₂、N₂的動力學(xué)分離。沸石分子篩對O₂、N₂的分離作用是基于這兩種氣體的動力學(xué)直徑的微小差別，N₂分子在沸石分子篩的微孔中有較快的擴散速率，O₂分子擴散速率較慢。壓縮空氣中的水和CO₂的擴散同氮相差不大。最終從吸附塔富集出來的是氧氣分子。系統(tǒng)的工作流程如下: 空氣→空氣過濾器→空壓機→油水分離器→空氣貯罐→冷凍干燥機→PSA 制氧機→過濾器→氧氣貯罐→調(diào)壓器→氧氣管道網(wǎng)絡(luò)和終端。
2.    2 VIE液氧系統(tǒng)（如下圖二所示）
VIE就是Vacuum Insulated Evaporator真空絕熱汽化器也叫低溫貯氧槽。醫(yī)用VIE液氧中心供氧系統(tǒng)主要是由中心液氧站、二級穩(wěn)壓穩(wěn)流箱、氧氣管路、管路開關(guān)、氧氣快速接頭及氧氣濕化器等組成。中心液氧站是VIE液氧系統(tǒng)的核心 ,它主要由VIE、升壓盤管、汽化器、氧氣分配器等組成。其工作流程是VIE內(nèi)的液態(tài)氧經(jīng)汽化器汽化后輸入到氧氣分配器, 通過分配器上的各手動閥分別進入各使用部門的氧氣主管路(如住院部、急診中心等) ; 各部門或各樓的氧氣主管路由管道井通往各樓層的氧氣二級穩(wěn)壓穩(wěn)流箱, 在此分別調(diào)至各層終端所需的氧氣壓力并由各層走廊內(nèi)的橫管通向各病房終端; 病人需要時, 將濕化瓶插到設(shè)備帶上的氧氣快速接頭上即可吸入一定濕度的純凈氧氣。
            LGC液氧系統(tǒng)（如下圖三所示）
LGC就是Liquid Gas Cylinder液化氣鋼瓶也稱杜瓦罐。醫(yī)用LGC液氧站主要由LGC、自動切換匯流排、管路開關(guān)、緩沖聯(lián)管箱等組成。LGC鋼瓶是液氧系統(tǒng)的核心，它主要由鋼瓶、汽化器、增壓器、節(jié)氣器、各種閥門及安全裝置等組成，相當于是一個小型的集中式VIE系統(tǒng)。其工程流程與VIE相似。
 
圖一、PSA制氧原理圖


 
圖二、VIE液氧系統(tǒng)原理圖

圖三、LGC液氧系統(tǒng)原理圖
 
3 我院PSA 制氧系統(tǒng)現(xiàn)狀
我院PSA制氧站于2002年6月建成在21樓，有兩套PSA制氧系統(tǒng)，為醫(yī)院各病區(qū)供應(yīng)中國國家標準要求的氧氣，純度為93.0% +/- 3%，即從90.0到96.0%之間。該系統(tǒng)已經(jīng)運行近6年，去年和今年分別對這兩個系統(tǒng)進行了一次大修，運行狀態(tài)良好。制氧系統(tǒng)的技術(shù)資料如下:
(1)制氧機為美國ASP-450兩臺，產(chǎn)氧量19.72m³/h.臺，功率為0.7千瓦；
(2)空壓機為德國BORGES-50兩套，功率為37千瓦；
(3)冷凍干燥機BORGES-50兩臺，功率為1.1千瓦；
(4)高壓氧氣灌裝機型號為；
(5)PSA制氧站初投資為240萬元，理論使用年限為10年，年折舊費用為24萬元。
   為精確反映其費用，分別對2005年~2008年系統(tǒng)運行維護及儀器、儀表、壓力容器檢測和維護人工費用進行計算，并折算每升氧氣的生產(chǎn)成本，見下表1：

費用描述	2005年	2006年	2007年	2008年
PSA系統(tǒng)運行電費	115673.04	154230.72	173509.5	223293.75
PSA設(shè)備年折舊費用	240000	240000	240000	240000
博格空壓機維護費用	14890	18120	18908	19132
干燥機維護費用	6000	8000	8000	10000
制氧機維護費用	6000	8000	8000	10000
博格空壓機保養(yǎng)公司	5000	3000	17000	50036
尚榮公司	4000	28480	32000	17800
祈福醫(yī)院定期監(jiān)控費用	8360	8360	8360	8360
祈福醫(yī)院內(nèi)部維修費用	45638	42868	43656	47880
政府檢測費用	14264	14264	14264	14264
外托維修費用	25340	4480	33700	67836
每年總運行費用匯總	485165.04	529802.72	597397.5	708601.75
年耗氧量	36029754	40091139	45055853	54664129
折合每升氧氣生產(chǎn)成本（元）	0.0135	0.0132	0.0133	0.0130

 
     從上表中可以看出2005年~2008年間每升氧氣的平均生產(chǎn)成本為：0.0132元/升，相當于13.2元/立方。
4 假設(shè)我院改用VIE液氧系統(tǒng)
根據(jù)我院 PSA制氧站供氧量及英國健康技術(shù)備忘錄HTM02-01建議，現(xiàn)場壓力容器內(nèi)至少要預(yù)備10天的用量。如1.3所描述，醫(yī)院用氧量按200公升/分鐘計算，即每天需液氧：200×60×24×10=3372升的液氧。那么

1. VIE容器的型號通常為5000公升的整數(shù)倍，我們建議選擇兩個10m³的VIE，兩個汽化器2 x 50立方米/小時；
2. 廠家99.5%液氧的單價為2元/公斤；
3. 保修期為三年，保修期后廠家對液氧站維護保養(yǎng)費用為每年1萬元；
4. VIE罐每三年檢測一次，費用為3600×2=7200.00元。
5. 壓力表和安全閥年檢費用分別為：壓力表，40×2×6=480.00元；安全閥，200×4=800元；

    那么新的VIE安裝費計算如下表2：

項目	費用
2 0立方米VIE壓力容器	320,000
2 x 140立方米/小時汽化器	15,000
管道安裝費用	36,000
土建工程費用	160,000
Total cost	855,000
總額
15年使用期內(nèi)設(shè)備的年折舊費	85,500

 
 
 
  如使用VIE系統(tǒng)為醫(yī)院供氧，那么2005年~2008年每年氧氣供應(yīng)成本計算如下表3：

描述	2005年	2006年	2007年	2008年
年耗氧量(升）	36029754	40091139	45055853	54664129
相當于   （公斤）	42189.41	46945.13	52758.61	64009.52
總氧氣費用（2元/公斤）	84378.815	93890.25527	105517.22	128019.037
VIE設(shè)備折舊費用	61333	61333	61333	61333
壓力容器檢測費用	2827	2827	2827	2827
VIE系統(tǒng)維護保養(yǎng)費用	10000	10000	10000	10000
醫(yī)院內(nèi)部日常檢查費用	4000	4000	4000	4000
每年總運行費用匯總	162538.81	172050.26	183677.22	206179.04
折合每升氧氣生產(chǎn)成本（元）	0.0045	0.0043	0.0041	0.0038

注：1公斤液氧相當于854升20℃，0.04Mpa的氧氣。
從上表中可以看出2005年~2008年間每升氧氣的平均生產(chǎn)成本為：0.0042元/升，相當于4.2元/立方。
 
5.假設(shè)我院改用LGC液氧系統(tǒng)
由于中國國家標準YY/T 0187-94中對供氧系統(tǒng)規(guī)定，在一棟建筑內(nèi)，液氧儲存的******容量為500公升。而如果使用LGC鋼瓶，那么我院內(nèi)最多只能使用3個169升的液氧鋼瓶，而需要兩個鋼瓶作為周轉(zhuǎn)使用。那么LGC自動匯流排安裝總價估算如下表4：
 

項目描述	總成本  (元)
Genetc捷銳——LGC自動LGC 2x2液氧鋼瓶匯流排	68,000
安裝造價	50,000
購買5 x LGC液氧鋼瓶	105,000
壓力容器要求注冊LGC液氧鋼瓶使用登記	2,500
總額	225,500

 
而一個169升液氧鋼瓶相當于144326升氣態(tài)的氧氣。純度為99.5%的液氧成本為每瓶2500元。下面是對折舊費和維保費的估算。
因為自動匯流排上沒有動力部件，所以匯流排的使用壽命要比PSA制氧設(shè)備長很多，使用周期按15年進行計算。
此外，維保費用也很小。我院笑氣和CO₂匯流排的控制面板與LGC自動匯流排的控制面板非常地相似，如果我們對照現(xiàn)有這兩種匯流排的實際情況，可知其維保費用為每年500元。那么：
 
LGC液氧鋼瓶匯流排的成本投入為225500元。
 
15年期間每年折舊費 = 225500/15 = 15033元
 
每年維保費用 = 500元
 
壓力容器、壓力表、安全閥等年檢測費用 = 2500元
 
那么如使用LGC系統(tǒng)為醫(yī)院供氧，那么2005年~2008年每年氧氣供應(yīng)成本計算如下表5：

描述	2005年	2006年	2007年	2008年
年耗氧量(升）	36029754	40091139	45055853	54664129
相當于   （瓶）	249.64	277.78	312.18	378.75
總氧氣費用（2500元/瓶）	624103.661	694454.5508	780452.812	946886.372
LGC設(shè)備折舊費用	15033	15033	15033	15033
壓力容器、壓力表檢測費用	2500	2500	2500	2500
LGC系統(tǒng)維護保養(yǎng)費用	500	500	500	500
醫(yī)院內(nèi)部日常檢查費用	4000	4000	4000	4000
每年總運行費用匯總	646136.66	716487.55	802485.81	968919.37
折合每升氧氣生產(chǎn)成本（元）	0.0179	0.0179	0.0178	0.0177

 
從上表中可以看出2005年~2008年間每升氧氣的平均生產(chǎn)成本為：0.0178元/升，相當于17.8元/立方。
與LGC液氧鋼瓶供氧相比較，PSA制氧機制氧是非常便宜的方式；但須記住的一點是，相比99.5％，制氧機供應(yīng)的氧氣質(zhì)量是很差的，即90 - 96％。
 
6.各種氧氣供應(yīng)系統(tǒng)綜合經(jīng)濟效益對比如下表6：

	LGC液氧系統(tǒng)	PSA制氧機	VIE液氧系統(tǒng)
氧氣濃度	99.50%	90%-96%	99.50%
初投資	22.55萬元	240.00萬元	92.00萬元
使用壽命	15年	10年	15年
氧氣生產(chǎn)成本	17.8元/立方	13.2元/立方	4.2元/立方
維護保養(yǎng)費	平均7000.00元/年	平均173565.00元/年	平均16827.00元/年
氧氣輸出壓力	****** 1MPa	******0.45MPa	****** 1MPa
安全性等	儲存氧小; 系統(tǒng)工作無噪音。	有電動設(shè)備,維護、安全等管理難度大要求高; 系統(tǒng)工作噪音大。	儲存氧量大; 蒸發(fā)膨脹系數(shù)大;系統(tǒng)工作無噪音。
系統(tǒng)運行可靠性	中高	中低	高

 
 
結(jié)論
作為醫(yī)院中長期的供氧措施，使用純度為99.5％的LGC液氧鋼瓶匯流排供氧，成本最高，完全沒有任何經(jīng)濟優(yōu)勢可言，況且還有一定的技術(shù)限制，即現(xiàn)行國家規(guī)范YY/T 0187-94規(guī)定建筑內(nèi)儲存的液氧量禁止超過500升。因此如使用純度為99.5％的LGC液氧，其匯流排就不得不安裝在室外。
然而，使用PSA制氧機生產(chǎn)氧氣的成本是VIE液氧成本的3倍多。另外，PSA制氧機系統(tǒng)的使用壽命僅10年左右，而且隨著使用時間的延長，PSA系統(tǒng)的維護成本將越來越高，這點可以從表1中可以看出。因為PSA制氧機系統(tǒng)包含很多動力部件，如空氣壓縮機、冷干機，PSA等以及需定期更換的易耗件如過濾器、機油等。所以相比VIE供氧系統(tǒng)，PSA系統(tǒng)可靠性比較低。
 
VIE液氧是祈福醫(yī)院最經(jīng)濟、最有效的氧氣供應(yīng)系統(tǒng)。其整套系統(tǒng)的動力部件很少，從而使VIE供氧系統(tǒng)的可靠性大大增強。
 
 
 
附錄一、對比了健康技術(shù)備忘錄HTM2022和新標準HTM02-01的設(shè)計流量法。
 

臨床科室	位置	設(shè)計流量	各樣流量值 HTM 2022	設(shè)計流量	各樣流量值 HTM 02-01
病區(qū)——急性癥病人	病區(qū)—— 單床、多床病房和治療室	10	QWARD = 10 + (n-1) * 6/3	10	QWARD = 10 + (n-1) * 6/4
住院部病區(qū)	包含幾個病區(qū)單元	10	QD = QWARD {1+ (w-1)}/2	10	QD = QWARD {1+ (w-1)}/2
特殊區(qū)域	ICU, CCU, PICU, NNICU	10	QBED = 10 + (nb – 1) * 6	10	QBED = 10 + { ((nb – 1) * 6)* 3/4}
成人日間護理區(qū)域	大治療室   內(nèi)鏡中心房間   恢復(fù)室 A 急診留觀區(qū)房間   放射科房間	100   10   10   10   10	QT = 100 + 20 ( T – 1)   QEND = 10 + ( n – 1) * 6   QREC = 10 + ( n – 1) * 6   QOBS = 10 + (n-1) * 6/3   QRAD = 10 + ( n – 1) * 6	100   10   10   10   10	QT = 100 + 20 ( T – 1)   QEND = 10 + ( n – 1) * 6/4   QREC = 10 + ( n – 1) * 6   QOBS = 10 + (n-1) * 6/8   QRAD = 10 + ( n – 1) * 6/3
產(chǎn)房	普通病人產(chǎn)房   非常病人產(chǎn)房	10   100	QDEL = 10 + (n – 1) * 6/2   QABDEL =  100 + (n – 1) * 6/2	10   100	QDEL = 10 + (n – 1) * 6/4   QABDEL =  100 + (n – 1)/2
手術(shù)部	手術(shù)室   麻醉準備間	100   10	QOT = 100 + 20 (T – 1)   QANAES = 10 + ( A – 1) * 6	100   100	QOT = 100 + 20 (T – 1)/10   QANAES = 100

 
 
 
參考資料：
(1)  HTM2022-medical gas pipeline system-design installation validation and verification ;
(2)  HTM0201-medical gas pipeline system-design installation validation and verification ;
(2)HTM2022-medical gas pipeline system Operational management;