医用供氧装置建筑防火设计的探讨

【摘要】本文通过对在医疗机构中日益应用的新型分子筛吸附制氧工艺原理,火灾危险性分析,结合现行规范规定,阐述了本文对医用供氧装置建筑在消防防火设计方面应该保证的技术要求。

【关键词】医用供氧装置 建筑防火设计 探讨

【Abstract】Based on the increasing application in medical institutions in the new molecular sieve oxygen adsorption process principles, fire risk analysis, combined with The current specification, this paper described the construction of medical oxygen equipment in the fire service should ensure that fire safety design of technical requirements.

引 言

随着社会的日益发展和人民生活水平的不断提高,作为民生事业的医疗机构无论是数量上还是在规模上都在不断扩大,医疗保障条件得到了不断完善,与此同时医用氧气的需求量也随之急剧增大。伴随着医疗手段和技术的改进,促使新型分子筛吸附制氧工艺的出现,并逐步取代原有瓶装供氧及液态供氧等方式。由于目前国家消防技术标准对上述医用制氧装置建筑设计无相关规定,在工程的消防设计和审核中很难把握,本文对医用供氧装置建筑的消防设计进行探讨。

一.医用供氧方式简介

医用供氧按其发展进程经过了氧气瓶直接进入病房或手术室的初级供氧方式,

到瓶装(或液氧)集中规模供氧,到现代的采用变压吸附技术制氧并直接连续供氧的发展过程。集中供氧基本可分为如下三种方式:

1、由高压氧气瓶组经氧气汇流排减压集中供氧 (瓶装氧气由专业生产厂生产,经运输到医院供氧房);

2、由液氧储槽经液氧汽化器气化、减压、稳压后集中供氧(液氧由专业厂生产,经专业运输工具运到医院供氧房);

3、由变压吸附制氧设备生产医用氧气,直接连续供氧;

早期的集中供氧基本上都采用第一种方式。上个世纪80年代,随着大型制氧机的增多和专业气体供应站的兴建,液氧气化供氧逐渐成为氧源丰富地区医疗机构重要的供氧方式;上个世纪90年代以来,随着变压吸附技术的成熟,这种医疗机构自己拥有制氧设备的供氧方式马上得到医院的青睐。前两种供氧方式的氧源主要是利用低温空气分离方法由专业厂房生产(与医院非为一体),供医疗使用。变压吸附制氧则是利用吸附剂对同一压力混合气体中不同气体成分的吸附量、吸附速度、吸附力等方面的差异和吸附剂对不同气体组成的吸附容量随压力而变化的特性,将空气中的氧、氮分离,提取其中的氧气,供给医疗使用。工艺简单,设备先进,体积小,供给方便,经济性较高(单位体积成本为瓶装供氧的1/4,为液氧集中供氧的1/2)。

二.医用制氧装置及建筑的火灾危险性

氧气是助燃气体,主要表现是其强氧化性,与氧化剂发生剧烈的氧化还原反应,会使接触到的可燃物(特别是油脂等碳氢化合物)自燃,在一定条件下还会引起金属的燃烧,因此其生产和储存的火灾危险性类别为乙类。可见,其危险性主要体现在高压压缩气体且具有强氧化性。传统的低温制氧法生产流程复杂,设备繁多,且在低温、高压的状态下进行,会放出大量的热,如冷却不良即会形成着火源。也可能在生产过程中操作不当也易因产生的火花或火源遇到氧气加速燃烧导致火灾和爆炸事故的发生。另外,医疗机构储存的氧气钢瓶,液氧储罐均为较高压力的压力容器,一旦泄露也极易导致爆炸,特别是高压氧气流遇到油脂、有机物等,在运输储存使用诸多环节上存在较大的安全隐患,安全保障条件要求较高。

新型的变压吸附制氧是在常温低压(氧气缓冲罐压力0.4―0.45MPA)下运行,工作原理是:采用5A沸石分子筛为吸附剂。5A沸石分子筛的晶体是笼型结构,有非常发达的晶穴。在晶穴中具有非常强的阳离子和氧负离子,构成了极性极强的极性分子筛,而氧和氮是非极性分子。当氧氮通过5A极性分子筛时,在极性分子的作用下,氧氮产生了诱导偶极,和沸石分子筛的极性偶极作用产生一种诱导力,容易极化的氮产生的诱导力远远大于氧产生的诱导力,因此5A分子筛对氮的吸附容量大于对氧的吸附容量,使氮被5A沸石分子筛先吸附而富集于分子筛的固相中,氧富集于非固相中这就是氧的产品气。5A沸石分子筛还具有加压时对氮的吸附容量增加,减压时吸附容量减少的特性。因此又采用对沸石分子筛加压时吸附氮,减压时氮从分子筛中解吸出来的方法来变压吸附制氧。上述工艺的改进大大地降低了供氧的火灾危险性。但是因为氧气是助燃气体,生产、储存中将其确定为乙类火灾危险性,且有一定的压力,如操作管理不善,会导致火灾、爆炸的发生。场所的设置如不很好地防止火灾的蔓延及减少火灾、爆炸造成的危害,也会不同程度地危及医院及医务人员和就医者的安全。

三.现行规范的相关规定

目前我国现行的消防技术规范对医用变压吸附制氧装置建筑标准尚未做具体规定,原GB20030―91《氧气站设计规范》也只是适用于工业用低温空气分离制氧氧气站的设计,液氧气化站房的设计和汇流排间的设计。对现有民用医疗建筑附设的变压吸附制氧装置建筑无具体规定;现行GB50045―95(2005年版)《高层民用建筑设计防火规范》中第4.2.6条也只是对液氧储罐间进行了简单规定。即“总容量不超过300M3时,储罐间可一面贴临所属高层建筑外墙建造,但应采用防火墙隔开,并应设直通室外的出口”;JGJ49―88《综合医院建筑设计规范》第4.0.7条规定,“供氧房宜布置在主体建筑的墙外,并应远离电源、火源和易燃、易爆源”。此条规定没有明确具体的设置要求。尤其对变压吸附供氧这种新型医用供氧装置的消防安全保障状态形成了无章可循。据不完全统计仅BZY高效系列医用制氧装置近三年在北京等全国各医疗机构就销售安装71处125台套。为做到用氧的可靠、安全、经济、便捷,消防安全保障标准有待于尽快实施。

四.医用制氧装置建筑防火设计探讨

医疗机构附属制氧建筑主要包括制氧设备间、氧气储存间等。医用供养方式简介中前两种集中供氧方式现行规范中已有明确规定。由于制氧工艺的改进、医疗机构中心供氧系统的要求,以及现代城市建筑紧凑的原因,变压吸附供氧系统设置的建筑不应距医疗机构主体建筑很远,完全按照现行规范相关条款执行是不科学、不经济、不合理的,而且现在新式的制氧工艺多为低压,缓冲罐储存的氧气为气态且储量较小(一般缓冲罐容量为5M3左右,压力一般不大于1Mpa),因此医用制氧装置建筑在现有规范要求框架下,按照性能化设计理念,应从以下方面满足消防安全要求:

1、供氧设备间易单独修建,耐火等级不应低于二级。如贴邻其它建筑修建,应采用防火墙进行分隔,且屋顶构件应采用耐火极限不低于1.00h的不燃烧体,其与贴邻建筑相通的门应采用甲级防火门,贴邻建筑相邻房间不应设置经常有人房间及储存油脂、有机物和大量可燃物的房间;且氧气缓冲储罐总容积不应大于200M3(标准状况下);

2、供氧设备间(包括变压吸附设备、氧气缓冲罐)严禁设在地下或半地下建筑及医疗建筑的底层;与火源和甲乙类爆炸危险场所的间距应不小于场所与医院相应建筑的间距;单独修建时,与其它建筑的防火间距可按现行规范适当放宽,具体可依周边建筑的结构、功能决定,当氧气缓冲储罐总容积不大于200M3(标准状况下)时间距不限,当氧气缓冲储罐容积大于200M3时按乙类火灾危险性场所确定防火间距;新建医院和旧有医院改造时供氧装置间可设置在建筑的顶层或屋面上,并应设独立的防火分区。(事实上变压吸附制氧装置氧气缓冲储罐的容量一般不超过标准状况下50M3;《建筑设计防火规范》GB50016-2006第3.1.2条条文解释中对氧气的储量小于50M3时且存在的浓度小于每立方米5升时,可不按乙类场所考虑)。

3、供氧设备间应设置排风系统,按每小时3次换气量设计,排风口与送风口间距不应小于5米;

4、储罐、制氧设备与输氧管道之间应设紧急切断装置,并与消防报警控制系统联动,在供氧区域内发生火灾时停止供氧;

5、供氧装置的供电负荷按相应医疗机构供电负荷确定,电气控制装置和照明配电线路等按现行的国家标准《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定,应为22区火灾危险区;设置防雷防静电接地装置;

6、供氧设备间内装修应全部采用A级装修材料;

结 语

总之,目前使用分子筛变压吸附制氧,工艺技术上已经成熟且操作简单、维护方便,如果在建筑设置上采用文中上述各项消防措施,且在日常应用中严格管理,使用中严格操作规程,应能保证消防安全。

参考文献:

GB20030―91《氧气站设计规范》

GB50045―95(2005年版)《高层民用建筑设计防火规范》

JGJ49―88《综合医院建筑设计规范》

《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》