医用气体系统管道设计分析

医用气体系统，也称生命支持系统，用于维持危重患者的生命并促进其康复。

它就像医院的心血管系统，分布在医院医疗系统的每个角落，在维持生命方面具有非常重要的作用。

生命支持系统作为医院建设中的一项特殊工程，是保障医院安全的必要条件。

不同医用气体对不同科室的每个终端有不同的流量要求，因此，规定每个系统的流量和管径必须按区域准确计算和设计，才可保证每个区域所需的气体量能满足要求。

除了设备选型的安全考虑，管道设计是否合理也非常关键，将直接影响病人用气的安全。

本文根据GB 50751—2012《医用气体工程技术规范》（以下简称《规范》）要求对系统中的管道设计进行分析。

对于管道的选择，美国规范NFPA99 Health Care
1 引言
医用气体系统管道设计分析
张家宝
（厦门大学附属第一医院，福建 厦门 361000）
ZHANG Jia-bao
(The First Affiliated Hospital of Xiamen University, Xiamen 361003, China)
Design and Analysis of Medical Gas System Pipeline
【摘要】医用气体系统设计是一个专业性较强的工作，对系统的每个环节都需要做细致周密的设计才能保证其安全运行。

论文结合我国GB 50751—2012《医用气体工程技术规范》及英、美国家的医用气体标准，对医用气体管道系统进行设计，设计出了既满足要求，又能将成本控制在最佳范围内的医用气体管道系统。

【Abstract 】Medical gas system design is a professional work, each link of the system needs to do detailed design to ensure its safe operation. This paper combined with the GB 50751-2012 Technical Specifications for Medical Gas
Engineering in China, and the medical gas standards in Britain, America, and designs the medical gas pipeline system, the medical gas pipeline system which both meet the requirements and can control the cost in the best range.【关键词】生命支持系统；医用气体；管道设计
【Keywords 】life support system; medical gas; pipeline design
Facilities Code 和英国规范HTM 02-01 Medical gas pipeline systems 都规定医用铜管须脱氧和脱脂，因为铜管是柔性的，容易焊接，并且不会随温度变化而导致泄漏，也不会有油脂积聚而阻止气体流动。

尽管我国规范允许使用不锈钢管，但在实际安装过程中焊接难度大，其焊接处的密封性能无法与铜管相比，且使用中的有害残留不易排除，气体总体质量难以保证。

《规范》的条文说明中对此做了说明，并推荐使用铜管，还对不锈钢管壁厚做了严格规定，避免为了降低成本而大量使用薄壁不锈钢管，使焊接处达不到要求。

3.1 设计流量及压力
根据《规范》第3章中规定的终端压力及设计流量见表1。

2 管材选择
3 设计条件
医用气体种类使用场所额定压力/kPa
设计流量/（L/min）
医疗空气手术室
40040器械空气、医用氮气
骨科、神经外科手术室
800350医用真空
大手术
40（真空压力）
80
表1 医用气体终端组件处的参数
根据美实用管道工程设计准则规定，
压缩空气管道单位长度的压力损失小于或等于氮气管路压力损失小于或等于460
110Pa/m。

为摩擦阻力系数；γ为气体重度；
为管长。

管段的总压力损失ΔP如公式（4）所示。

式中，计算长度L=1+Σl
i。

楼层医用气体管中气体减压后压力变化小，可视为不可压缩流体，所以将气体重度看作是常数。

摩擦阻力系数λ与雷诺数Re存在一定关系。

当
5时，光滑管内部为紊流，
医用气体管道可视为光滑管，由于管道直径小，管道中弯头、三通等管件多，因此，管内流动状态一般为紊流状态，如式（7）所示。

为气体在设计温度下的动力黏度。

将式（1）代入式（7）得到式（8）：
将式（8）代入式（6）得到式（9）：
在上述设计条件中已说明气体流量计算应从每个区域离气源最远处终端开始计算，这样就可得出整个系统的最大压力损失。

医用气体管道示意图如图1所示。

管道各分支管V
L6
=V
L1
+V
L3
+V
L5。

这条管线的最大计算长度L=L
1
+L
2
+L
4
+L
6。

同时，每个分支管上减小管段的管径存在增加阻力现象，则要求支管出口处（终端）气体压力相同、流量相同。

医用气体管路在每一管段最大计算长度L
i max
上的压力损失如果控制在不同压强，可得出不同的管道最大计算
长度。

根据经验大多数医用气体管路的最大计算长度L
i max 不会超过217m。

假设每米管长的压力损失ΔP
i
是个常数，则这一管路的压力损失为每米管长的压力损失与每一管段最大计算长度相乘，则如式（10）所示。

为每米管长的压力损失，N/（m
/s；λ
i
为摩擦阻力系数；γ
为管道内径，m；g为重力加速度，9.80665
式（10），并将ΔP
i
的单位由N/（m
的单位由m3/s改成L/min，d的单位由
mm。

同时考虑计算误差，将ΔP
i
值放大1.15
由式（11）可得式（12）：
（13），当取压缩气体的设计温度为
则气体的重度、流量分别如公式（14）和公式（15）所示。

为大气压气体的重度，N/m3；Q
的流量，L/min；P
为大气的绝对压力,取
（10）
图1 医用气体管道示意图
将式（14）和式（15）代入式（12）得到式（16）：
P
i
=230Pa/m时，代入式（16）得公式（17）：
和γ
都是常数，因此，
类相关的常数，可以查询规范标准得出该常数。

Pa/m， ，
利用式（17）和式（18）可算出各种气体在不同压力和流量下所需的管道内径大小。

4.3 压力损失及管径快速估算
为管段内压力损失，kPa；L
ACT
为实际管道长度，为最接近实际管道长度的对应理论长度，m；
实际计算流量，L/m；F
TH 为中最接近计算流量的对应理论
如前所述，从离气源至最远一个终端这一条管线上计
算每一管段压力损失，其压力损失总和不得超过规定。

如
不满足，找出其中压力损失较大管段，增加管径以降低管
段内压力损失，保证总的压力损失在规定范围内。

此外，。