PSA制氧系统与液氧系统的经济分析与比较_气体知识_【丹东天茂气体有限公司-官网】液态医用氧_食品添加剂氮气
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  • PSA制氧系统与液氧系统的经济分析与比较
    祈福医院
    PSA制氧系统与液氧系统的经济分析与比较

    郑从概
    (广州中医药大学祈福医院,广东 广州510500
     
    辽宁丹东万博官网manbetx客户端气体有限公司转载自网络。这是我看到关于医院使用制氧机、医用液态氧、杜瓦罐几种方式供氧的最科学的分析材料,在这里向作者郑从概致敬
     
    [摘要] 本文介绍了PSA制氧系统、VIE液氧系统及LGC液氧系统的相关结构及工作原理。并结合我院的用氧特点, 对三个系统的初投资、运作成本、运行管理及效益等方面进行了详细的比较,从而确定更适合我院的供氧方式。
    [关键词]VIE液氧; LGC液氧;PSA 制氧;经济效益
    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
     
    本报告根据我院已安装PSA系统的实际情况及VIE、LGC供氧系统的情况,以探讨解决我院中长期供氧的方案,使供氧系统在医疗和技术上都能满足医院当前以及未来的用氧需求。
    本文考虑了以下问题:
    一、   使用LGC液氧系统和使用PSA制氧系统为医院供氧的经济效益比较;
    二、   使用VIE液氧系统和使用PSA制氧系统为医院供氧的经济效益比较;
    三、   各种系统都是基于每立方氧气的总成本进行对比。
     
     
     
    正文
    1. 我院现状
    1.1 祈福医院概况:于2001年由祈福集团投资10亿元人民币,按国家三甲医院及国际规范标准兴建的大型现代化中西医结合及连续两次通过JCI认证的国际医院并于2002年6月投入使用。医院占地130亩,病床600张,拥有国际规模的建筑、酒店园林式的环境、星级化的服务和企业化的管理。
    1.2 现有氧气系统设计情况:医院设计日用氧气流量为382公升/分钟,两小时的高峰用氧气流量为666公升/分钟;而相比实际情况,日用氧气流量比较合理而高峰用氧则高出太多。附录一中描述了HTM(英国健康技术备忘录)医院病区和科室各样氧气流量总量的几种计算方法。这些计算结果与祈福医院实际的用氧量做对比时,这几种方法估算的用氧量都高出很多。医院开业几年以来,我院已收集到各病区及科室大量的耗氧数据,这些数据已被用于修订英国最新医气管道系统设计指南HTM 02 -01中的各种流量设计规范,在附录一已列出。但我们仍认为修订后的规范设计是过高的。
    1.3 医院实际耗氧量:医院从2005年开始记录的医院年总耗氧量统计如下:
    年份
    2005
    2006
    2007
    2008
    耗氧量(升)
    36029754
    40091139
    45055853
    54664129
     
     对比表如下:

      从上图可以看出医院用氧量逐年递升11%左右,这与英国以前的和现在的健康技术备忘录(HTM)所推荐的一家医院耗氧量的年自然增长率为10%相吻合。而2008年平均耗氧量为105升/分钟,按此趋势计算到2010年医院平均耗氧量应不会超过150升/分钟。所以在将来选择氧气设备型号时,建议以一个绝对的最高流量值为基准 进行选型计算,比如当前医院平均用氧流量为100升/分钟,这个高峰绝对值可选200公升/分钟。
    2 三个系统的结构、工作原理简介
    2. 1 PSA 制氧系统(如下图一所示)
    PSA 就是Pressure Swing Adsorption,即变压吸附。制氧机一般由六部分组成:包括空气压缩机、精密气过滤器、空气缓冲罐、PSA 制氧主机、氧气缓冲罐、控制器和仪表等。变压吸附制氧机是以沸石分子筛为吸附剂,利用加压吸附,降压解吸的原理从空气中吸附和释放氮气,从而分离出氧气的自动化设备。沸石分子筛是一种经过特殊的孔型处理工艺加工而成的,表面和内部布满微孔的球形颗粒状吸附剂,呈白色。其孔型特性使其能够实现O2、N2的动力学分离。沸石分子筛对O2、N2的分离作用是基于这两种气体的动力学直径的微小差别,N2分子在沸石分子筛的微孔中有较快的扩散速率,O2分子扩散速率较慢。压缩空气中的水和CO2的扩散同氮相差不大。最终从吸附塔富集出来的是氧气分子。系统的工作流程如下: 空气→空气过滤器→空压机→油水分离器→空气贮罐→冷冻干燥机→PSA 制氧机→过滤器→氧气贮罐→调压器→氧气管道网络和终端。
    2.    2 VIE液氧系统(如下图二所示)
    VIE就是Vacuum Insulated Evaporator真空绝热汽化器也叫低温贮氧槽。医用VIE液氧中心供氧系统主要是由中心液氧站、二级稳压稳流箱、氧气管路、管路开关、氧气快速接头及氧气湿化器等组成。中心液氧站是VIE液氧系统的核心 ,它主要由VIE、升压盘管、汽化器、氧气分配器等组成。其工作流程是VIE内的液态氧经汽化器汽化后输入到氧气分配器, 通过分配器上的各手动阀分别进入各使用部门的氧气主管路(如住院部、急诊中心等) ; 各部门或各楼的氧气主管路由管道井通往各楼层的氧气二级稳压稳流箱, 在此分别调至各层终端所需的氧气压力并由各层走廊内的横管通向各病房终端; 病人需要时, 将湿化瓶插到设备带上的氧气快速接头上即可吸入一定湿度的纯净氧气。
                LGC液氧系统(如下图三所示)
    LGC就是Liquid Gas Cylinder液化气钢瓶也称杜瓦罐。医用LGC液氧站主要由LGC、自动切换汇流排、管路开关、缓冲联管箱等组成。LGC钢瓶是液氧系统的核心,它主要由钢瓶、汽化器、增压器、节气器、各种阀门及安全装置等组成,相当于是一个小型的集中式VIE系统。其工程流程与VIE相似。
     
    图一、PSA制氧原理图


     
    图二、VIE液氧系统原理图

    图三、LGC液氧系统原理图
     
    3 我院PSA 制氧系统现状
    我院PSA制氧站于2002年6月建成在21楼,有两套PSA制氧系统,为医院各病区供应中国国家标准要求的氧气,纯度为93.0% +/- 3%,即从90.0到96.0%之间。该系统已经运行近6年,去年和今年分别对这两个系统进行了一次大修,运行状态良好。制氧系统的技术资料如下:
    (1)制氧机为美国ASP-450两台,产氧量19.72m3/h.台,功率为0.7千瓦;
    (2)空压机为德国BORGES-50两套,功率为37千瓦;
    (3)冷冻干燥机BORGES-50两台,功率为1.1千瓦;
    (4)高压氧气灌装机型号为;
    (5)PSA制氧站初投资为240万元,理论使用年限为10年,年折旧费用为24万元。
       为精确反映其费用,分别对2005年~2008年系统运行维护及仪器、仪表、压力容器检测和维护人工费用进行计算,并折算每升氧气的生产成本,见下表1:
    费用描述
    2005年
    2006年
    2007年
    2008年
     
     
     
     
     
    PSA系统运行电费
    115673.04
    154230.72
    173509.5
    223293.75
     
     
     
     
     
    PSA设备年折旧费用
    240000
    240000
    240000
    240000
     
     
     
     
     
     博格空压机维护费用
    14890
    18120
    18908
    19132
     
     
     
     
     
    干燥机维护费用
    6000
    8000
    8000
    10000
     
     
     
     
     
    制氧机维护费用
    6000
    8000
    8000
    10000
     
     
     
     
     
    博格空压机保养公司
    5000
    3000
    17000
    50036
     
     
     
     
     
    尚荣公司
    4000
    28480
    32000
    17800
     
     
     
     
     
    祈福医院定期监控费用
    8360
    8360
    8360
    8360
     
     
     
     
     
    祈福医院内部维修费用
    45638
    42868
    43656
    47880
     
     
     
     
     
    政府检测费用
    14264
    14264
    14264
    14264
     
     
     
     
     
    外托维修费用
    25340
    4480
    33700
    67836
     
     
     
     
     
    每年总运行费用汇总
    485165.04
    529802.72
    597397.5
    708601.75
     
     
     
     
     
    年耗氧量
    36029754
    40091139
    45055853
    54664129
     
     
     
     
     
    折合每升氧气生产成本(元)
    0.0135
    0.0132
    0.0133
    0.0130
     
     
         从上表中可以看出2005年~2008年间每升氧气的平均生产成本为:0.0132元/升,相当于13.2元/立方。
    4 假设我院改用VIE液氧系统
    根据我院 PSA制氧站供氧量及英国健康技术备忘录HTM02-01建议,现场压力容器内至少要预备10天的用量。如1.3所描述,医院用氧量按200公升/分钟计算,即每天需液氧:200×60×24×10=3372升的液氧。那么
    1. VIE容器的型号通常为5000公升的整数倍,我们建议选择两个10m3的VIE,两个汽化器2 x 50立方米/小时;
    2. 厂家99.5%液氧的单价为2元/公斤;
    3. 保修期为三年,保修期后厂家对液氧站维护保养费用为每年1万元;
    4. VIE罐每三年检测一次,费用为3600×2=7200.00元。
    5. 压力表和安全阀年检费用分别为:压力表,40×2×6=480.00元;安全阀,200×4=800元;
        那么新的VIE安装费计算如下表2:
    项目
    费用
    2 0立方米VIE压力容器
    320,000
     
     
    2 x 140立方米/小时汽化器
    15,000
     
     
    管道安装费用
    36,000
     
     
    土建工程费用
    160,000
     
     
    Total cost
    855,000
    总额
     
     
     
    15年使用期内设备的年折旧费
    85,500
     
     
     
     
      如使用VIE系统为医院供氧,那么2005年~2008年每年氧气供应成本计算如下表3:
    描述
    2005年
    2006年
    2007年
    2008年
     
     
     
     
     
    年耗氧量(升)
    36029754
    40091139
    45055853
    54664129
     
     
     
     
     
    相当于   (公斤)
    42189.41
    46945.13
    52758.61
    64009.52
     
     
     
     
     
    总氧气费用(2元/公斤)
    84378.815
    93890.25527
    105517.22
    128019.037
     
     
     
     
     
    VIE设备折旧费用
    61333
    61333
    61333
    61333
     
     
     
     
     
    压力容器检测费用
    2827
    2827
    2827
    2827
     
     
     
     
     
    VIE系统维护保养费用
    10000
    10000
    10000
    10000
     
     
     
     
     
    医院内部日常检查费用
    4000
    4000
    4000
    4000
     
     
     
     
     
    每年总运行费用汇总
    162538.81
    172050.26
    183677.22
    206179.04
     
     
     
     
     
    折合每升氧气生产成本(元)
    0.0045
    0.0043
    0.0041
    0.0038
    注:1公斤液氧相当于854升20℃,0.04Mpa的氧气。
    从上表中可以看出2005年~2008年间每升氧气的平均生产成本为:0.0042元/升,相当于4.2元/立方。
     
    5.假设我院改用LGC液氧系统
    由于中国国家标准YY/T 0187-94中对供氧系统规定,在一栋建筑内,液氧储存的最大容量为500公升。而如果使用LGC钢瓶,那么我院内最多只能使用3个169升的液氧钢瓶,而需要两个钢瓶作为周转使用。那么LGC自动汇流排安装总价估算如下表4:
     
    项目描述
    总成本  (元)
     
     
    Genetc捷锐——LGC自动LGC 2x2液氧钢瓶汇流排
    68,000
     
     
    安装造价
    50,000
     
     
    购买5 x LGC液氧钢瓶
    105,000
     
     
    压力容器要求注册LGC液氧钢瓶使用登记
    2,500
    总额
    225,500
     
     
    而一个169升液氧钢瓶相当于144326升气态的氧气。纯度为99.5%的液氧成本为每瓶2500元。下面是对折旧费和维保费的估算。
    因为自动汇流排上没有动力部件,所以汇流排的使用寿命要比PSA制氧设备长很多,使用周期按15年进行计算。
    此外,维保费用也很小。我院笑气和CO2汇流排的控制面板与LGC自动汇流排的控制面板非常地相似,如果我们对照现有这两种汇流排的实际情况,可知其维保费用为每年500元。那么:
     
    LGC液氧钢瓶汇流排的成本投入为225500元。
     
    15年期间每年折旧费 = 225500/15 = 15033元
     
    每年维保费用 = 500元
     
    压力容器、压力表、安全阀等年检测费用 = 2500元
     
    那么如使用LGC系统为医院供氧,那么2005年~2008年每年氧气供应成本计算如下表5:
    描述
    2005年
    2006年
    2007年
    2008年
     
     
     
     
     
    年耗氧量(升)
    36029754
    40091139
    45055853
    54664129
     
     
     
     
     
    相当于   (瓶)
    249.64
    277.78
    312.18
    378.75
     
     
     
     
     
    总氧气费用(2500元/瓶)
    624103.661
    694454.5508
    780452.812
    946886.372
     
     
     
     
     
    LGC设备折旧费用
    15033
    15033
    15033
    15033
     
     
     
     
     
    压力容器、压力表检测费用
    2500
    2500
    2500
    2500
     
     
     
     
     
    LGC系统维护保养费用
    500
    500
    500
    500
     
     
     
     
     
    医院内部日常检查费用
    4000
    4000
    4000
    4000
     
     
     
     
     
    每年总运行费用汇总
    646136.66
    716487.55
    802485.81
    968919.37
     
     
     
     
     
    折合每升氧气生产成本(元)
    0.0179
    0.0179
    0.0178
    0.0177
     
    从上表中可以看出2005年~2008年间每升氧气的平均生产成本为:0.0178元/升,相当于17.8元/立方。
    与LGC液氧钢瓶供氧相比较,PSA制氧机制氧是非常便宜的方式;但须记住的一点是,相比99.5%,制氧机供应的氧气质量是很差的,即90 - 96%。
     
    6.各种氧气供应系统综合经济效益对比如下表6:
     
    LGC液氧系统
    PSA制氧机
    VIE液氧系统
     
     
     
     
    氧气浓度
    99.50%
    90%-96%
    99.50%
     
     
     
     
    初投资
    22.55万元
    240.00万元
    92.00万元
     
     
     
     
    使用寿命
    15年
    10年
    15年
     
     
     
     
    氧气生产成本
    17.8元/立方
    13.2元/立方
    4.2元/立方
     
     
     
     
    维护保养费
    平均7000.00元/年
    平均173565.00元/年
    平均16827.00元/年
     
     
     
     
    氧气输出压力
    最大 1MPa
    最大0.45MPa
    最大 1MPa
     
     
     
     
    安全性等
    储存氧小; 系统工作无噪音。
    有电动设备,维护、安全等管理难度大要求高; 系统工作噪音大。
    储存氧量大; 蒸发膨胀系数大;系统工作无噪音。
     
     
     
     
    系统运行可靠性
    中高
    中低
     
     
    结论
    作为医院中长期的供氧措施,使用纯度为99.5%的LGC液氧钢瓶汇流排供氧,成本最高,完全没有任何经济优势可言,况且还有一定的技术限制,即现行国家规范YY/T 0187-94规定建筑内储存的液氧量禁止超过500升。因此如使用纯度为99.5%的LGC液氧,其汇流排就不得不安装在室外。
    然而,使用PSA制氧机生产氧气的成本是VIE液氧成本的3倍多。另外,PSA制氧机系统的使用寿命仅10年左右,而且随着使用时间的延长,PSA系统的维护成本将越来越高,这点可以从表1中可以看出。因为PSA制氧机系统包含很多动力部件,如空气压缩机、冷干机,PSA等以及需定期更换的易耗件如过滤器、机油等。所以相比VIE供氧系统,PSA系统可靠性比较低。
     
    VIE液氧是祈福医院最经济、最有效的氧气供应系统。其整套系统的动力部件很少,从而使VIE供氧系统的可靠性大大增强。
     
     
     
    附录一、对比了健康技术备忘录HTM2022和新标准HTM02-01的设计流量法。
     
     
    临床科室
     
    位置
     
    设计流量
    各样流量值
    HTM 2022
     
    设计流量
    各样流量值
    HTM 02-01
     
    病区——急性症病人
    病区——
    单床、多床病房和治疗室
     
    10
    QWARD = 10 + (n-1) * 6/3
    10
    QWARD = 10 + (n-1) * 6/4
    住院部病区
    包含几个病区单元
     
    10
    QD = QWARD {1+ (w-1)}/2
    10
    QD = QWARD {1+ (w-1)}/2
    特殊区域
     
    ICU, CCU, PICU, NNICU
     
    10
    QBED = 10 + (nb – 1) * 6
    10
    QBED = 10 + { ((nb – 1) * 6)* 3/4}
    成人日间护理区域
    大治疗室
     
    内镜中心房间
     
    恢复室
    A
    急诊留观区房间
     
    放射科房间
     
    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
     
    产房
     
    普通病人产房
     
    非常病人产房
     
    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
    手术部
    手术室
     
    麻醉准备间
    100
     
    10
    QOT = 100 + 20 (T – 1)
     
    QANAES = 10 + ( A – 1) * 6
    100
     
    100
    QOT = 100 + 20 (T – 1)/10
     
    QANAES = 100
     
     
     
     
    参考资料:
    (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;
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