医用液氧存储、输送和使用中的节能降耗策略与实践
扬州市第三人民医院在医用液氧的存储、输送和使用过程中，始终致力于节能降耗。我院新中心供氧站自2020年4月投入使用以来，已为医院提供了稳定的液氧供应。该供氧站由2个5m³液氧贮槽、1个5m³液氧贮槽、2组空温式汽化器、1组分气缸以及5幢病房楼的室内外输气管道组成，液氧******存储量为5m³，满足了医院的日常需求。
在2023年度，我院共有2529人次使用了吸氧服务，总吸氧时长达到36675小时，年消耗液氧总量约为84m³。尽管如此，我院在液氧消耗上的支出却相对较低，仅为100989元，同时吸氧服务的收入却高达1574005元，实现了良好的经济效益。
值得注意的是，大型空分设备制造6%纯度的标准状态气氧时，每标准立方米需要消耗38～40kw·h的电能，而小型空分设备则为6～7kw·h。在制造1m³液氧的过程中，电能消耗大约在350～600KW·h之间。根据《综合能耗计算通则》，液氧的折算标煤系数为2816kgce/kg。因此，在2023年度，我院消耗的84m³液氧折算成标煤为08t，二氧化碳排放量为04t，这一数据也进一步印证了我们在节能降耗方面所取得的成效。
推进节能降耗的具体措施
(一) 减少间接能耗
间接能耗主要源自气态氧气输送过程中的泄漏、贮槽内部液氧蒸发、维修放空、液氧运输以及用氧设备操作不当等。针对这些问题，我们可以通过科学设计、优化设备以及加强管理等措施来降低能耗。
(二) 应对直接能耗
直接能耗则主要涉及液态氧存储中的热交换能量损失，以及管道输送过程中的摩擦和阻力。虽然这些损耗难以完全避免，但我们可以借助新技术、新材料和能量再利用等方法来尽量减少其影响。
(三) 优化医用氧气能耗的措施
合理选址中心供氧站房
在确保供氧站房满足防火、建筑安全和交通通行等要求的同时，其位置选择应考虑到各病房楼输气管道的距离最优。通过合理的规划，我们可以降低输气管道的长度，从而减少建造成本和日常维护的人力物力消耗。同时，输气管路越短，气体输送过程中的能量损耗也会越小。因此，在建设前，我们可以运用“最短路径算法”来规划出中心供氧站房的最优位置。
选购高性能绝热液氧贮槽
在挑选液氧贮槽时，应着重关注以下关键数据：首先，贮槽的保温绝热方式需采用真空粉末绝热技术；其次，壳程介质宜选用珠光砂；再者，总热流量是一个重要指标，数值越小表示性能越优，单位为千焦耳/天；最后，液氧的自然蒸发率也是一个考量因素，单位为百分比/天，设计标准数值为431%/d，同样数值越小越优。
优化管道设计和材料选择
在中心供氧站房的管道铺设前，应运用“最短路径算法”来规划出最优的输气管道路径。在材料方面，推荐选用内壁光滑、平整度高的不锈钢无缝管道，以降低气体流动时的摩擦能量损失。同时，选择适当直径的不锈钢管道，既能确保气体输送流畅，又能适当冗余应对******流量需求。此外，还应优化输气管道的弯角半径和方向，从而改善流场、减小压降、降低阻力和噪声等。
供氧系统的分级建设
供氧系统采用分级建设的方式，以确保不同分级的管道内氧气压力能够动态调整。具体而言，从液氧贮槽到汽化器出口端，我们设置了第一级主管道减压阀，其供气压力范围为62Mpa。接下来，氧气站房分气缸至各病房楼层的二级减压箱，其供气压力维持在58Mpa。最后，二级减压箱至病房设备带供气终端的供气压力则不超过42Mpa。
这种分级建设的设计使得供氧系统更加灵活和高效。管道输送气体的压力与摩擦能量损失和流动阻力密切相关，因此，在病区流量较低时，我们可以动态降低第二级管道的输送压力，通常控制在5~6Mpa范围内。这样，不仅可以减小输送气体与管道内壁及气体分子间的摩擦和阻力，还能降低气态氧气的输送能耗。这些能耗最终会以热量和噪音的形式释放到管道中，而液氧贮槽内的液氧汽化增压则是对这些损失能量的重要补充。同时，液氧汽化过程释放的冷能通过与空气的热交换产生能量损耗，这也是我们优化系统、减少能耗的重要考虑因素。简而言之，通过降低第二级管道的输送压力，我们能够减缓液氧贮槽内液氧的汽化速度，从而降低液氧汽化时与空气热交换产生的冷能损失，达到节能减耗的目的。
贮槽超压排放氧气的再利用
此外，我们还设计了贮槽超压排放氧气的再利用系统。这一系统能够在贮槽压力超过设定值时，自动将超压氧气引入其他系统进行再利用，进一步提高了资源的利用效率。
特别是在夏季，由于外界传入贮槽的热量增加，液氧会持续汽化成为气态氧气，导致贮槽内部压力超出安全阀的设定值，进而引发安全阀泄压，排放出大量的气态氧气，造成浪费。随着液氧的逐渐消耗，贮槽内的空腔变大，每次超压排放的氧气量也随之增多。据我们医院的实际记录，夏季每天大约会有两次液氧贮槽的超压排放。按照液氧贮槽******工作压力65Mpa计算，每次超压排放的气态氧气量约为6至10立方米不等，每月累计超压排放量高达160立方米。为了更有效地利用这些超压排放的氧气，我们对贮槽底部的回气管道进行了改造，将其并入氧气输送的主管道中。这样，在贮槽内部压力升高时，我们可以通过打开回气管道，将超压的气态氧气引入主管道进行再利用，同时有效降低贮槽内的压力。
合理布置输气管道上的截止阀
在输气管道上科学地安装截止阀，不仅能减少维修时管道内氧气的放空，从而降低氧气浪费，还能节省维护和维修的人力物力，减轻对其他用氧科室业务的影响。建议在不同用氧区域，如每间病房的供气终端、每座医用吊塔的供氧支管、每层病房楼的楼层支管、手术室、抢救室以及内镜检查室等的输气主管道或支管上，都单独安装截止阀门。
充分利用液氧汽化产生的冷能
在液氧汽化过程中，会产生大量的冷能。为了充分利用这些冷能，我们可以在液氧贮槽的设计中加入冷能回收装置，如冷凝器等，以实现冷能的转化和再利用。这样不仅可以提高能源利用效率，还能为医院节约能源成本。
-183℃的液氧在汽化过程中会吸收大量空气中的热量，同时释放出冷能。每吨液氧汽化成标准状态气态氧气，能释放出50,896千卡的冷能，这相当于17KW·h的电能。因此，在液氧的使用过程中，应充分考虑并利用这些冷能。
目前，我院已采取多种措施对冷能进行再利用：
在除冰时，我们会收集未完全融化的冰块，用于中心供氧站房的内部卫生清洁。
融化的冰水被集中收集，用于浇灌花木。
利用空温式汽化器的散热片上的冷能，制作小冰块，为夏季防暑降温提供帮助。
当医用压缩空气机房与中心供氧站房距离较近时，我们探讨将空温式汽化器前两片结冰量较多的散热片进行封装，并通过风管将冷能送至医用压缩空气机房，利用轴流式风机进行降温。
此外，我们还探讨利用热电发电机（一种固态半导体器件）将液氧汽化过程中产生的温差转换为电能。这种发电方式的转换效率约为5～8%，每吨液氧汽化可获得大约3~5KW·h的电能。按我院年消耗98,16t液氧计算，可发电288 ~490KW·h。这种技术已成功应用于液化天然气的冷能发电。
实施信息化监控氧气用量
(1) 通过安装液氧贮槽电子液位计和防爆式氧气泄漏探测报警器，可以实时远程监控液氧贮槽的用量数据和泄漏情况。一旦发现异常，能迅速排查并维修，从而减少不必要的氧气浪费。
(2) 在病区二级减压箱加装电子流量计，实现对病区用氧量的精确统计。这有助于对各病区的用氧情况进行经济和效能分析，及时发现并改进用氧问题。
强化供氧设施的巡检与维护
输气管道在6Mpa压力下，管径8mm的管道漏气量最高可达211L/min气态氧，因此管道漏气造成的氧气浪费不可忽视。必须每日对液氧站内部管道阀门和法兰连接处的低温密封圈进行巡检，必要时紧固螺栓。同时，每周巡检病房管道井中的供氧二级减压箱，并定期对病房设备和医用吊塔供气终端接头进行检查。此外，还需加强用氧设备的供氧管路和接头的检查，确保及时发现并修复漏气。
科学使用用氧器具和设备
(1) 临床科室应加强病房巡检，及时发现并关闭未使用的氧气吸入器和呼吸机等设备。
(2) 通过培训提升临床科室对氧流量和氧浓度关系的理解，以合理设置流量和浓度。
(3) 培训临床医生根据血气分析数值计算患者治疗所需参数，以合理设置用氧设备参数。
(4) 通过培训减少患者不必要的呼吸器使用。
(5) 根据患者通气条件调整合适的用氧流量，节约氧气使用。
(6) 加强临床对呼吸力学的学习，以精准设置呼吸器送气压力，减少漏气。
成果效益
(一) 医用氧气供应基本情况对比
（二) 经济效益
采用液氧贮槽替代杜瓦罐后，我院在2023年相较于2019年，液氧使用成本节省了69%，约为225411元。此外，由于液氧贮槽减少了频繁更换杜瓦罐的需要，中心供氧站的人力成本也得到了有效降低，从原先的3人减少到现在的2人，每年可节约人力成本约5万元。同时，吸氧收入也有了显著增长，2023年相较于2019年，年收入增加了560685元，每升液氧产生的毛利润提高了58%，约为3元/L。考虑到中心供氧站的投资建设成本，我们在2023年已经完全回收了建设成本。
（三）社会效益
在采用杜瓦罐存储液氧和2级供氧系统结构时期，我院只能提供低流量吸氧，无法满足高流量吸氧的需求，同时也限制了呼吸机的使用数量。然而，自2019年以来，我院吸氧人次显著增加，从839人次攀升至2529人次。尽管2023年的吸氧小时总数较2019年有所减少，但高流量用氧的使用率却大幅提高。这表明，启用新的中心供氧站房后，我院在缩短患者用氧治疗时间的同时，也显著提升了用氧治疗效果，从而减少了患者的用氧费用支出。特别是在2020-2022年的新冠疫情期间，我院能够同时为91张病床提供高流量吸氧，满足了新冠疫情救治患者的高流量氧疗设备、ECMO、有创呼吸机等医疗设备的用氧需求。
（四）节能降碳成效
通过技术改造采用液氧贮槽，我们极大地减少了液氧的运输和充装次数。以往，杜瓦罐每月需要运送3-4次，而现在液氧贮槽中的液氧充装每月仅需运输1次。按照杜瓦罐的单程运输距离50公里计算，使用液氧贮槽后，我们每年能节省运输用柴油约300升，从而减少了液氧运输过程中的燃料能源消耗。
经过长期观察杜瓦罐的实际使用情况，我们发现杜瓦罐液氧存储时，超压排放的氧气占据了总消耗量的约20%。然而，由于液氧贮槽的绝热性能更佳，并且其超压排放的氧气能够得到再利用，这使得我们在2019年使用杜瓦罐的基础上，每年减少了大约13吨液氧的浪费。
在建设新中心供氧站时，我们对输气管道进行了全面的重新设计和更换，从而解决了老输送管道漏气点难以查找的问题，进一步减少了液氧输送过程中的泄漏损耗。
通过加强中心供氧系统的管理、巡检和维护，我们在2023年成功及时发现了4次用氧异常情况，并及时进行了维修，从而减少了氧气泄漏的浪费。
此外，我们还实现了液氧汽化冷能的再利用。具体来说，我们通过冷能产生的冰块转化为水资源，每年节约用水量约为5吨。未来，我们计划进一步尝试通过节能技术改造，实现冷能发电的再利用，以更高效地利用能源。
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