Автономное кислородоснабжение на базе контейнерных станций: энергоэффективность и независимость от логистики

В районной больнице, удалённой от заправочной станции, инженер эксплуатации следит не только за манометрами на рампе, но и за графиком машины с баллонами: запас кислорода рассчитан на определённое число суток, а дорога зимой в этот расчёт не укладывается. Контейнерная станция на концентраторах снимает эту зависимость — кислород производится из атмосферного воздуха прямо на территории лечебного учреждения.

Вместе с независимостью от поставок у службы эксплуатации появляется новая зона ответственности: электроснабжение, расход электроэнергии, климат внутри модуля и регламент обслуживания. Именно эти параметры определяют, насколько автономным и экономичным окажется источник.

Автономное кислородоснабжение на базе контейнерной станции — это источник, в котором компрессоры, подготовка воздуха, кислородные концентраторы, ресиверы и автоматика собраны в готовом модуле и производят кислород на территории лечебно-профилактического учреждения (ЛПУ)

Контейнерная кислородная станция — готовый инженерный модуль, внутри которого размещено технологическое оборудование для производства и подачи кислорода. Модуль доставляют на подготовленную площадку и подключают к электроснабжению и кислородопроводу учреждения.

По составу контейнерная станция повторяет стационарную установку, которую СП 158.13 330.2014 описывает в пункте 7.4.2.19: воздушный компрессор, блок подготовки сжатого воздуха с фильтрами и осушителем, генератор кислорода, воздушный и кислородный ресиверы, блок управления. В контейнере к ним добавляются системы, которые в здании обеспечивает само помещение: электрооборудование, освещение, вентиляция, отопление или кондиционирование, контроль микроклимата и внутренняя трубопроводная обвязка.

Кислород выделяется из воздуха по принципу короткоцикловой адсорбции — в документации её обозначают аббревиатурой PSA (Pressure Swing Adsorption, адсорбция при переменном давлении). Сжатый и осушенный воздух проходит через колонны с молекулярным ситом, которое задерживает азот, и на выходе получается кислород чистотой 93 ± 3%. Именно такую чистоту СП 158.13 330.2014 указывает для кислородных генераторов.

Свод правил связывает применение кислородных генераторов с условиями площадки и снабжения. По пункту 7.4.2.17 в действующей редакции их применяют при особой стеснённости участка, когда иные источники нельзя разместить без нарушения норм, а также при невозможности поставки газообразного или жидкого кислорода в местных условиях. Для отдалённых районных больниц второе условие бывает определяющим.

Размещение зависит от производительности. При потребности до 100 л/мин СП допускает генераторы производительностью до 100 л/мин в качестве всех трёх источников и их установку в здании. Генераторы производительностью более 100 л/мин устанавливают в отдельно стоящем или пристроенном здании либо в специальных контейнерах, оборудованных освещением, отоплением и кондиционированием. Расстояние от зданий медицинской организации до контейнера с генератором не нормируется.

На практике контейнерное исполнение выбирают, когда:

• в корпусе нет технического помещения нужной площади;
• учреждение зависит от регулярных поставок кислорода и хочет получить собственный источник;
• потребление выросло и действующий источник не покрывает пиковую нагрузку;
• строится новый корпус и нужно сократить объём строительных работ внутри здания;
• требуется быстроразвёртываемый источник для модульного госпиталя или удалённого объекта.

ООО «Интегра-РУС» проектирует контейнерные кислородные станции под расход конкретного учреждения — от небольших медицинских центров до многопрофильных больниц, а также как резервный или дополнительный источник при модернизации существующей системы.

Собственная генерация убирает из работы службы несколько задач: согласование графика поставок, приёмку и замену баллонов, контроль остатка в газификаторе и оплату доставки. Кислород производится по мере потребления, а автоматика установки поддерживает давление в сети.

Зависимость при этом не исчезает, а смещается с транспорта на электроснабжение и техническое состояние оборудования. Концентратор без электропитания кислород не производит, поэтому резерв закладывают с учётом двух сценариев: отказа оборудования и отключения электроэнергии.

Требования к резерву задаёт СП 158.13 330.2014. Система централизованного кислородоснабжения должна иметь три независимых источника: первичный обеспечивает всю расчётную потребность, вторичный автоматически включается при отказе первичного и тоже обеспечивает всю потребность, резервный обеспечивает операционные и отделения реанимации и интенсивной терапии не менее 3 часов.

В контейнерной станции резерв строят несколькими способами:

• ставят дополнительный кислородный модуль или резервный компрессор;
• собирают станцию из нескольких параллельных модулей, чтобы отказ одного не останавливал подачу;
• подключают баллонную рампу или криогенный источник в качестве резервного;
• комплектуют модуль оборудованием для заправки баллонов собственным кислородом — СП допускает использовать такие баллоны как резервный источник.

Последний вариант особенно полезен для удалённых объектов: баллоны резерва заправляются на месте, и учреждение не зависит от поставок даже в части резерва. Для отключений электроэнергии на объекте предусматривают резервное электропитание оборудования.

Подробнее о схемах собственного источника, резервирования и подключения к действующей сети — на странице об автономном кислородоснабжении медицинского учреждения.

Основная статья расходов установки на концентраторах — электроэнергия, которую потребляет воздушный компрессор. По данным технического обзора некоммерческой организации PATH, подготовленного для закупщиков медицинского кислородного оборудования, типичная установка короткоцикловой адсорбции расходует около 1,2 кВт·ч на 1 м³ кислорода при давлении подачи около 0,45 МПа. Фактическое значение зависит от конкретной модели и указывается в её паспорте.

Для оценки годового расхода удельное потребление умножают на объём кислорода. Если учреждение расходует 50 м³ кислорода в сутки, при удельном расходе 1,2 кВт·ч/м³ установка потребит около 60 кВт·ч в сутки, или около 21 900 кВт·ч в год. Эту величину умножают на тариф учреждения и сравнивают с годовыми расходами на привозной кислород.

На удельный расход энергии влияют несколько факторов, и каждый из них закладывают ещё на стадии проекта.
Давление на выходе. Чем выше давление, которое должна поддерживать установка, тем больше работы выполняет компрессор. Давление выбирают по требованиям сети и подключаемого оборудования, без лишнего запаса.

Согласование производительности с расходом. Станция, подобранная с большим запасом, долго работает на частичной нагрузке. Модульная компоновка из нескольких параллельных концентраторов позволяет включать столько модулей, сколько требует текущий расход, и выводить отдельные модули на обслуживание без остановки всей установки.

Подготовка воздуха. Осушитель и фильтры защищают адсорбционный модуль и компрессор. Засорённые фильтры увеличивают сопротивление на входе, поэтому своевременная замена фильтров влияет и на расход энергии.

Климатическое исполнение. В контейнере энергия тратится не только на производство кислорода, но и на поддержание температуры: зимой — на отопление, летом — на вентиляцию и охлаждение. Теплоизоляция, подобранная под климатический район, сокращает эти затраты.

Ресиверы. Объём воздушного и кислородного ресиверов сглаживает пики потребления и сокращает число пусков компрессора.
При сравнении вариантов ООО «Интегра-РУС» оценивает не только стоимость покупки, но и совокупную стоимость владения: энергопотребление, расходные материалы, периодичность технического обслуживания, стоимость комплектующих, ресурс оборудования и затраты на закупку кислорода при альтернативных схемах. Параметры конкретных кислородных концентраторов и генераторов — производительность, концентрация, давление и электропитание — фиксируются при поставке по паспорту модели.

Контейнер сокращает объём работ внутри здания, но требует подготовленной площадки. До поставки определяют:

• размеры контейнера и место его установки;
• фундамент или подготовленное основание;
• подъезд для транспорта при доставке и обслуживании;
• расстояние до точки подключения к кислородопроводу;
• выделенную электрическую мощность и схему резервного питания;
• доступ персонала к оборудованию.

Требования к площадке формируются после выбора оборудования. После установки контейнера подключают электропитание и кислородопровод, настраивают автоматику, проверяют оборудование и проводят пусконаладку и комплексный запуск. Если учреждение действующее, схему переключения на новый источник разрабатывают так, чтобы подача кислорода не прерывалась.

Климатическое исполнение подбирают под регион: теплоизоляция, отопление, вентиляция, поддержание допустимой температуры, защита от осадков и контроль микроклимата внутри модуля. Для круглогодичной работы их закладывают в проект с учётом климатического района.

Фиксированной цены у контейнерной станции нет: стоимость рассчитывается после анализа исходных данных объекта. На итоговую сумму влияют:

• требуемая производительность и количество модулей;
• требования к резервированию: резервные компрессоры, модули, баллонная рампа;
• размеры контейнера и климатическое исполнение;
• состав автоматики и системы контроля;
• оборудование для заправки баллонов, если оно нужно;
• регион поставки и объём монтажных работ на площадке.

Мобильная станция отличается от стационарной контейнерной тем, что её проектируют с расчётом на перемещение и работу вне стационарной инфраструктуры. Пример такого решения — мобильная кислородная станция в блочно-модульном исполнении, которую ООО «Интегра-РУС» выполнило для компании «ФосАгро». В состав вошли генератор кислорода, воздушный винтовой компрессор, безмасляный дожимной кислородный компрессор для заправки баллонов, система подготовки воздуха, воздушный и кислородный ресиверы, система контроля и управления. Работы включали конструирование, трёхмерное моделирование, изготовление модуля, проект газоснабжения и электрической сети, строительство площадки, прокладку электрических сетей, подключение дизель-генератора и пусконаладку. Для Министерства здравоохранения Республики Хакасия компания реализовала мобильную блочно-модульную станцию с возможностью заправки баллонов.

Для модульных и быстроразвёртываемых госпиталей такие модули входят в общую систему медицинских газов вместе с компрессорными и вакуумными станциями — об этом на странице о медицинском газоснабжении модульных и мобильных госпиталей.

Хорошая станция — та, которую после запуска не замечают: давление в сети стабильно, сигнализация молчит, а инженерная служба ведёт журнал. Чтобы источник работал так годами, эксплуатацию строят по регламенту, а не по вызовам.

В контейнерной станции служба контролирует:

• давление в сети и работу сигнализации о падении давления и переходе на резерв;
• концентрацию кислорода на выходе по анализатору;
• состояние фильтров и осушителя;
• температуру и работу вентиляции внутри модуля;
• готовность резервного источника: давление в баллонах рампы или уровень в газификаторе;
• работу резервного электропитания.

Регламентные работы, замену фильтров и комплектующих удобнее передать по договору технического обслуживания систем медицинских газов: ООО «Интегра-РУС» составляет график планово-предупредительных работ и держит собственный склад запчастей и расходных материалов. Гарантия на системы — 12 месяцев, срок реакции на обращение — один день.

ООО «Интегра-РУС» выполнило проектирование, поставку, монтаж и пусконаладку кислородных станций на концентраторах в контейнерном исполнении для ГБУЗ РХ «Черногорская межрайонная больница» и ГБУЗ РХ «Саяногорская межрайонная больница» в Республике Хакасия и для Городской больницы № 1 в Камышине Волгоградской области — там собственный источник обеспечивает кислородом отделение анестезиологии, реанимации и интенсивной терапии. Контейнерную станцию для районной больницы компания поставила и смонтировала в КГБУЗ «Советско-Гаванская районная больница» в Хабаровском крае.

Контейнерная станция делает учреждение независимым от поставок кислорода, но переносит эту зависимость на электроснабжение. Поэтому автономность проверяют по трём вопросам: чем учреждение обеспечит операционные и реанимацию в течение как минимум 3 часов при отключении питания, где заправляются баллоны резерва и какое удельное энергопотребление указано в паспорте оборудования при проектном давлении. Если на все три вопроса есть ответ в проекте, учреждение действительно автономно.

Вы можете связаться с нами любым удобным способом:

• Позвонить: +7 (499) 677-56-36
• Написать: info@integra-o2.ru
• Заполнить форму на сайте