医院医用气体管路的设计计算(2014)

1医院医用气体管路的设计计算航空部第六0四研究所高级工程师袁明华关键词：Medicalgas医用气体Pipingdesign管道设计本文根据GB50751-2012《医用气体工程技术规范》、GB50333-2002《医院洁净手术部建筑技术规范》、YFB001-《军队医院洁净手术部建筑技术规范》等现行国家标准和专业标准设计了一套医用气体管路计算用表——《管道最大许用流量表》和《管道尺寸选择表》，可供医用气体工程有关人员参考。InthisdisquisitionIbringforwardasetofdesignedtables.Theycanbeusedfortodesignmedicalgaspipelinesysteminnosocomialmedicalzone.Thispapergiveareferencetoengineeringandtechnicalpersonnel.1前言本文所说的“医疗区域”是指门诊部、急救部、手术部、医技部、住院部、妇产科、生殖中心、牙科等直接为病人服务的场所。一个完整的医用气体供应系统一般由气源、输气管路（由管子、阀门、减压器、终端设备等组成）、监测报警装置等部分组成。其中医用氧气站、医用空气站、医用真空站等出于安全和集中管理等原因往往不设置在医疗区域内，它们提供的医用气体是通过输气干管输送到各医疗区域的。各医疗区域的管路系统与输气干管相连接的总管上一般都装有区域总阀、二级减压箱和区域总压报警装置。用气量较少的氧化亚氮、二氧化碳、医用氮气、氩气、氦气等医用气体一般是由设置在医疗区域附近的气体汇流排供给的。这些气体是手术部、妇产科专用的，其使用压力可在气体汇流排内直接调定。医疗区域的管路系统由区域总阀开始，到终端设备结束。它不包括输气干管，但包括从气体汇流排到医疗区域的输气管路。医用气体管路计算包括医用氧气、氧化亚氮（笑气）、氩气、医用氮气、医用空气、二氧化碳、医用真空和麻醉废气排放管路的计算。计算的内容包括两个方面：（1）.在已知气体种类、压力、流量的情况下，求所需要的管径；（2）.在已知气体种类、压力、管径的情况下，求管子允许的最大流量。本文详细介绍了《管道最大设计流量表》和《管道尺寸选择表》的编制方法以及它们在医用气体管路计算中的运用。2设计假定2.1设计压力计算管子内径时，正压气体取气体终端处的额定压力；真空管道取管道内的平均压力。例如真空泵抽气口处绝对压力为0.04MPa（即真空压力为0.06MPa），吸引终端处绝对压力为0.06MPa（即真空压力为0.04MPa）,则P=0.05MPa。对采用抽风机排放麻醉废气的系统，排气管内的气体压力为负压，抽风机处的气体压力最低。麻醉废气排放终端处的绝对压力应为0.085MPa（即真空压力为0.015MPa），麻醉废气排放终端本身造成的负压损失见表1，排气管路造成的负压损失若为0.013MPa，则抽风机进口处的绝对压力不应高于P=0.085-0.002-0.013=0.07MPa。计算时排气管内的气体压力取中值：P=(0.085+0.07)/2=0.0775MPa。麻醉或呼吸废气排放系统终端在设计流量下的压力损失表1麻醉或呼吸废气排放系统设计流量（L/min）允许真空压力损失（MPa）高流量排放系统≤800.001≥500.002低流量排放系统≤500.001≥250.002手术部医用气体管路计算2对采用引射式麻醉废气排放终端的系统，引射器后排气管内的混合气体应为正压。为保证废气能顺利排入大气，排气管出口处绝对压力不应小于P=0.105MPa。计算管子壁厚时，正压气体管道取安全阀的开启压力；真空管道取外压0.1MPa。2.2设计流量GB50751《医用气体工程技术规范》规定的终端组件处的额定压力和设计流量见表2；GB50333《医院洁净手术部建筑技术规范》规定的终端压力和单嘴流量见表3。医用气体终端组件处的设计参数表2医用气体种类终端压力（表压，MPa）终端组件的设计流量（L/min）医用氧气0.4手术室、笑气麻醉点100牙科及其它10氧化亚氮0.4全部15医疗空气0.4手术室20重症、高护、新生儿病房60其它病房、床位10牙科空气0.5550器械空气、医用氮气0.8全部350二氧化碳0.4全部20医用真空-0.04大手术80小手术、病房、床位40牙科真空-0.015300氧化亚氮/氧气混合气0.4（0.35）待产、分娩、恢复、产后275牙科及其它20二氧化碳/氧气混合气0.4（0.35）全部20医用氦/氧混合气0.4（0.35）重症病房100麻醉或呼吸废气排放-0.015全部50～80注：1.上表中气体压力允许的最大偏差为：05.004.035.0MPa；1.008.04.0MPa；2.016.08.0MPa；2.在使用现场配制混合气时，与氧气混合的其它气体的压力应低于氧气压力0.05～0.08MPa，这些气体的终端压力应为0.35MPa。终端压力和单嘴流量表3气体种类单嘴压力（MPa）单嘴流量（L/min）同时使用率（%）氧气0.40～0.4510～8050～100氧化亚氮0.40～0.45450～100压缩空气0.45～0.96080负压吸引-0.03～-0.0730100氩气0.35～0.401580二氧化碳0.35～0.401030氮气0.9～0.9523010～60治疗区域的专用气源、区域总管、支管按公式(3.1)计算气体流量：Q=Σ[Qa+Qb(n-1)η]------（2.1）式中：Q——气源、气体总管、支管的计算流量（L/min);Qa——终端处的额定流量（L/min)，按GB50751附录B取值;手术部医用气体管路计算3Qb——终端处的计算平均流量（L/min)，按GB50751附录B取值;n——由该气源、该总管、该支管供气的床位数或计算单元数;η——同时使用系数，按GB50751附录B取值。2.3设计温度医疗区域的气体管路一般在吊顶、夹层里走，没有空调。所以管道内气体的设计温度取35℃（夏天）。2.4流速限制根据GB50333《医院洁净手术部建筑技术规范》规定，管内气体流速不得大于10m/s。2.5允许的压力损失GB50751规定：医用气体管路系统在终端设计压力、流量下的压力损失应符合表4的规定。医用气体管路系统在终端设计压力、流量下的压力损失表4气体种类医用氧气、医疗空气、氧化亚氮、二氧化碳与氧气在使用处混合的医用气体器械空气、氮气医用真空设计流量下的终端压力（MPa）0.4～0.50.31～0.390.7～1.0-0.04～-0.087气源或减压箱出口压力（MPa）0.4～0.50.36～0.450.75～1.0-0.06～-0.087设计允许压力损失（MPa）0.050.050.05～0.2-0.013～-0.02YY/T0187《医用中心供氧系统通用技术条件》规定：“在使用流量条件下，最远管道的压力损失不应超过10%。”YFB001《军队医院洁净手术部建筑技术规范》的规定见表5。标准压力和允许压力损失表5气体名称标准压力P（MPa）允许压力损失最大长度（MPa）单位长度（Pa/m）氧气0.50.05（或10%P）230二氧化碳0.50.05（或10%P）230氮气1.00.05（或10%P）230压缩空气0.50.05（或10%P）230真空吸引-0.050.005（或10%P）80美国实用管道工程设计准则规定：氧气、二氧化碳及压缩空气管路单位长度的压力损失不超过230Pa/m；氮气管路单位长度的压力损失不超过460Pa/m；负压吸引管路单位长度的压力损失不超过110Pa/m。对于正压气体管路，最大计算长度Lmax上的压力损失若控制在0.05MPa（对器械空气和氮气为0.1MPa），单位长度的压力损失若控制在230Pa/m（对器械空气和氮气为460Pa/m），则管路的最大计算长度可达到217m。对于医用真空管路，最大负压损失若控制在0.013MPa，单位长度的负压损失若控制在60Pa/m，则管路的最大计算长度也可达到217m。对于负压废气排放管路，最大负压损失若控制在0.013Mpa（此外，抽风机提供的负压还要克服麻醉废气排放终端造成的负压损失），单位长度的负压损失若控制在60Pa/m，则管路的最大计算长度也可达到217m。这里所谓的“计算长度”是指一条管路中管子的总长度和该管路中管件、阀门的当量长度之和。最大计算长度是指同一种气体的管路，‘从医疗区域总阀起到气体终端止’的各条管路中流程最长的一条管路的计算长度。管件、阀门的当量长度见表6。手术部医用气体管路计算4管件、阀门的当量长度（m）表6管径DN6DN10DN13DN16DN20DN25DN30DN40DN5090°弯头0.350.450.60.70.750.91.21.52.145°弯头0.180.220.30.350.380.450.60.751三通0.50.70.911.21.51.82.13引出口0.880.10.120.130.150.180.240.30.39截止阀2.53.54.55.267.510.513.516.53设计计算医院手术部的管路最大计算长度Lmax一般不会超过217m，故可按以下条件进行计算：（1）.在管道最大计算长度Lmax不大于217m的情况下，确保正压气体管道单位长度的压力损失不大于230Pa/m；负压吸引管道单位长度的阻力损失不大于60Pa/m。（2）.确保管内气体流速不大于10m/s；（3）.忽略管道高差造成的压力损失。3.1管路计算的公式（公式推导见参考资料11）Pi=αQ01.75/（d4.75P）------（3.1）d=kQ00.37/P0.21------（3.2）Q0=βP0.57d2.71------（3.3）式中：Pi——每米管长的压力损失（Pa/m）；P——取气体终端处气体的绝对压力（MPa）；d——管道内径（mm）；Q0——0℃时一大气压气体的流量（L/min）。式中的系数α=42854.9η0.25γ00.75；k=9.444η0.05γ00.16/Pi0.21；β=0.002255Pi0.57/(η0.14γ00.43)。其中：η——气体在设计温度下的动力黏度（kgf·s/m2）；γ0——0℃时一大气压气体的重度（kgf/m3）；由AP1700《物质物性计算查询平台》可查得各种气体在35℃、设计压力下的动力粘度值。对一种确定的气体，η和γ0都是常数。当Pi设定之后，ɑ、β和k也就成了常数，见表7、表8和表9。k值表7气体种类Pi=230Pa/m时Pi=460Pa/m时氧气1.6041.387氧化亚氮1.6571.432医疗空气1.5661.354牙科空气1.5671.354器械空气1.5671.354引射排废气1.5661.354氮气1.5551.344氩气1.6651.439氦气1.150.994二氧化碳1.6571.432手术部医用气体管路计算5α值和ζ值表8气体种类η*106（kgf.s/m2）γ0（kgf/m3）αζ氧气2.2621.4292172.21366.9氧化亚氮1.5721.97825312722.4医疗空气1.941.2931939.31442.4牙科空气1.9421.2931939.81440.7器械空气1.9461.2931940.81437.8引射排废气1.9341.2931937.81446.9氮气1.8721.2511875.21445.8氩气2.3771.7812594.21621.3氦气2.0710.179446.62186.6二氧化碳1.5751.9772531.12716.8医用真空1.9331.2931937.61447.3牙科真空1.9341.2931937.71447真空抽废气1.9341.2931937.71447β值表9气体种类Pi=230Pa/m时Pi=460Pa/m时氧气0.2270.412氧化亚氮0.2540.377医用空气0.2960.439牙科空气0.2960.439器械空气0.2960.439引射排废气0.2