Типовые ошибки при проектировании системы производства кислорода

Станция на концентраторах, спроектированная с ошибкой, первое время работает без замечаний. Проблемы проявляются позже: зимой в контейнере срабатывает защита компрессора по температуре, анализатор показывает концентрацию у нижней границы, а при отключении электроэнергии выясняется, что резервный источник питается от того же ввода, что и основной.

Все эти ситуации закладываются на бумаге — в расчёте, выборе оборудования, размещении, резервировании и подключении станции собственного производства кислорода. Общие вопросы проектирования медицинских газов — клапанные коробки, консоли, розетки — здесь не разбираются: речь только об источнике, который производит кислород из воздуха.

Прежде чем разбирать ошибки, стоит собрать нормы, по которым их находят.

СП 158.13 330.2014 определяет кислородный генератор (концентратор) как установку, которая отделяет кислород из окружающего воздуха процессом адсорбции и выдаёт кислород чистотой 93 ± 3% при давлении на выходе до 0,8 МПа. Генератор должен обеспечивать суммарную расчётную часовую потребность всех точек с коэффициентами использования из таблицы 7.3. В состав установки входят воздушный компрессор, блок подготовки воздуха с фильтрами и осушителем, генератор кислорода, воздушный и кислородный ресиверы и блок управления.

ГОСТ Р ИСО 7396−1 задаёт требования к трубопроводным системам медицинских газов, на которые ссылается СП: система централизованного кислородоснабжения должна иметь как минимум три независимых источника — первичный, вторичный и резервный.

ГОСТ Р ИСО 10 083−2011 — идентичный перевод ISO 10 083:2006 — описывает системы подачи кислорода от концентраторов в трубопроводные системы. Он распространяется на системы с минимальной объёмной концентрацией кислорода 90%, требует непрерывного измерения концентрации на выходе, звуковой и световой сигнализации и ограничивает загрязнения газа частицами, маслом, водой, оксидом и диоксидом углерода.

Кислород в таких установках получают методом короткоцикловой адсорбции — в документации его обозначают PSA (Pressure Swing Adsorption, адсорбция при переменном давлении).

Неправильный расчёт производительности — источник большинства проблем, которые служба эксплуатации потом наблюдает на манометрах.

Производительность установки выбирают по минутному расходу, который считают по таблице 7.3 СП 158.13 330.2014: номинальный расход на точку, умноженный на число точек и коэффициент использования, с суммированием по всем помещениям. В проектах встречаются три типичных отклонения от этой методики.

Первое — расчёт по числу коек с усреднённой нормой на койку. Койка интенсивной терапии для взрослых даёт 8 л/мин при коэффициенте 1,0, палатная койка прочих отделений — 4 л/мин при коэффициенте 0,3. Усреднение занижает расход там, где много коек ОРИТ (отделения реанимации и интенсивной терапии), и завышает — в терапевтическом корпусе.

Второе — подбор установки по суточному расходу. Суточный объём в кубометрах удобен для сравнения с поставками, но концентратор, который за сутки производит достаточно кислорода, может не справиться с пиковым минутным расходом.

Третье — перенос ограничения для ОРИТ на минутный расход. Правило «до 12 коек — не более круглосуточной потребности шести коек» относится к суточному расходу. Источник и трубопроводы подбирают по фактическому числу точек.

К расчётной производительности добавляют запас на расширение: если учреждение планирует новые койки интенсивной терапии, площадку и мощность под дополнительный модуль закладывают сразу.

Размещение генератора СП 158.13 330.2014 связывает с его производительностью, и эту границу в проектах иногда не замечают.

При потребности в кислороде 100 л/мин и менее допускается использовать генераторы производительностью до 100 л/мин в качестве первичного, вторичного и резервного источников и устанавливать их в здании — в отапливаемых вентилируемых помещениях с оконными проёмами и отметкой пола не ниже планировочной отметки земли. Отсюда первая ошибка: размещение установки в подвале или в помещении без окон.

Генераторы производительностью более 100 л/мин устанавливают в отдельно стоящем или пристроенном здании с нормированными конструктивными характеристиками стен либо в специальных контейнерах, оборудованных освещением, отоплением и кондиционированием. Проект, в котором такой генератор стоит в техническом помещении корпуса, получает замечание экспертизы.

Для расхода больше 100 л/мин проще всего спроектировать контейнерную кислородную станцию: модуль с концентраторами, компрессорами, ресиверами, автоматикой, отоплением и вентиляцией ставят на подготовленную площадку, а расстояние от зданий медицинской организации до контейнера с генератором СП не нормирует.

Три независимых источника — требование, которое формально выполняется почти в каждом проекте, а фактически нарушается на уровне узлов.

Типичный пример: первичный и вторичный источники — два модуля концентратора, но оба получают сжатый воздух от одного компрессора или питаются от одного электрического ввода. При отказе компрессора или отключении питания останавливаются оба источника сразу. Независимость проверяют по всей цепочке: компрессор, подготовка воздуха, адсорбционный модуль, ресивер, шкаф управления, электропитание.

По СП первичный источник обеспечивает всю расчётную потребность объекта, вторичный автоматически включается при отказе первичного и тоже обеспечивает всю потребность. Если вторичный источник рассчитан на половину нагрузки, система формально имеет два источника, но при отказе первичного учреждение остаётся без части кислорода.

Резервный источник по СП 158.13 330.2014 включается автоматически или вручную при отказе первичного и вторичного и обеспечивает операционные и отделения интенсивной терапии и реанимации не менее 3 часов с коэффициентом использования, равным единице. В проектах встречаются две ошибки.

Первая — резерв указан, но не посчитан. Для двух операционных и ОРИТ на 10 коек расход с коэффициентом 1,0 составляет 20×2 + 8×10 = 120 л/мин, за 3 часа — 21,6 м³. СП принимает выход газообразного кислорода из 40-литрового баллона равным 6000 л, значит, в рампе резерва должно быть не меньше четырёх баллонов, не считая неизрасходуемого остатка.

Вторая — резервом назначен ещё один концентратор без независимого питания. Концентратор без электроэнергии кислород не производит, поэтому при общем отключении питания он не заменяет баллоны. Резерв, который работает без электричества, — рампа или криогенный источник. СП допускает оснащать установки генераторов производительностью более 100 л/мин станциями заправки баллонов собственным кислородом, которые используются как резервный источник.

Ошибки при выборе оборудования обычно связаны с тем, что установку подбирают по одной цифре производительности, без проверки остальных параметров.

Давление. Рабочее давление кислорода во внутренних сетях по СП — 0,45 МПа с допустимым отклонением 0,05 МПа, для барозалов — 0,8 МПа. Если концентратор выдаёт меньшее давление, в схему нужен дожимной компрессор, и его нужно учесть в расчёте резервирования и электрической мощности.

Ресиверы. Воздушный и кислородный ресиверы сглаживают пики потребления. Если их объём подобран без учёта пикового расхода, давление в сети при одновременной работе нескольких аппаратов падает быстрее, чем генератор успевает его восстановить.

Подготовка воздуха. Осушитель и фильтры защищают адсорбционный модуль. Если их производительность или класс очистки не соответствуют компрессору, цеолит в колоннах теряет свойства раньше срока, и концентрация кислорода на выходе снижается.

Модульность. Одна крупная установка проще, но при его обслуживании или отказе вся производительность уходит на вторичный источник. Несколько параллельных модулей позволяют выводить один на обслуживание без перехода всей системы на резерв.

Параметры конкретных кислородных концентраторов и генераторов — производительность, концентрацию, давление, электропитание и требования к исходному воздуху — сверяют с паспортом модели, а не с каталожным описанием.

Станция производит кислород из того воздуха, который забирает компрессор. Если воздухозабор расположен рядом с выхлопом автомобилей на парковке, вытяжкой вентиляции или у дизель-генератора, загрязнения попадают в подготовку воздуха. ГОСТ Р ИСО 10 083−2011 ограничивает содержание в получаемом газе частиц, масла, воды, оксида и диоксида углерода, поэтому место забора воздуха выбирают на стадии генплана, а не при монтаже.

Для контейнера отдельно считают климат. Зимой нужны теплоизоляция и отопление, чтобы оборудование не работало ниже допустимой температуры. Летом компрессоры выделяют тепло, и без вентиляции или кондиционирования в модуле срабатывает защита по перегреву. СП требует оборудовать контейнеры с генераторами освещением, отоплением и кондиционированием — это условие работоспособности, а не дополнительная опция.

Шум учитывают при размещении в здании: СП требует мероприятий, которые исключают превышение нормативного шума в смежных помещениях.

Концентратор выдаёт кислород чистотой 93 ± 3%, и служба эксплуатации должна видеть, что это значение выдерживается. ГОСТ Р ИСО 10 083−2011 требует непрерывного измерения концентрации кислорода на выходе и звуковой и световой сигнализации при отклонениях.

В проектах встречаются станции без анализатора кислорода на выходе или с сигнализацией только о давлении. Такая система предупредит о падении давления, но не о том, что в сеть поступает газ с пониженной концентрацией. Проект автоматики должен описывать сигналы о снижении давления, отказе рабочего агрегата, переходе на резерв, исчерпании источника, отказе датчика и отсутствии питания, а также вывод этих сигналов на пост технической службы. Состав уровней управления и сценарии аварий раскрыты на странице об автоматике, сигнализации и диспетчеризации медицинских газов.

Контейнерная станция стоит отдельно от здания, и кислород идёт к корпусу по наружной сети. Требования к ней в СП 158.13 330.2014 конкретны, и их нарушение приводит к замечаниям экспертизы:

• наружные сети кислородопровода дублируют — прокладывают два трубопровода с автономной запорной арматурой, рабочий и резервный;
• подземные сети выполняют из бесшовных труб из коррозионно-стойкой стали по ГОСТ 9941 толщиной стенки не менее 3 мм;
• глубина заложения — не менее 0,6 м там, где не предусмотрено движение транспорта, и 0,8−0,9 м под проездами в зависимости от покрытия;
• прокладка в открытых траншеях, лотках, тоннелях, каналах и под зданиями не допускается;
• расстояния до зданий, дорог, кабелей и других сетей принимают по таблице 7.1 СП.

Скорость кислорода в трубопроводах при давлении до 1,6 МПа — не более 10 м/с. Диаметр каждой нитки дублированной сети рассчитывают на полный расход.

Экспертиза проекта кислородной станции проверяет не только чертежи, но и обоснования в пояснительной записке. Типичные пункты, по которым проект получает замечания:

• обоснование выбора генератора как источника: по пункту 7.4.2.17 СП генераторы применяют при особой стеснённости участка или при невозможности поставки газообразного или жидкого кислорода в местных условиях, и это условие должно быть описано;
• расчёт расхода по таблице 7.3 с перечнем помещений и точек;
• независимость первичного, вторичного и резервного источников и расчёт резерва на 3 часа;
• размещение генератора в зависимости от производительности;
• состав установки и системы контроля концентрации;
• требования к наружной сети, расстояниям и дублированию;
• мероприятия по шуму для генераторов в здании.

ООО «Интегра-РУС» разрабатывает проекты систем медицинского газоснабжения, которые проходят экспертизу на государственном уровне, и сопровождает документацию при согласованиях в объёме, предусмотренном договором. Если станция уже работает и появились сомнения в её расчёте или схеме резервирования, технический аудит систем медицинских газов сопоставляет фактическую производительность, работу резерва, автоматики и сигнализации с нагрузкой учреждения и документацией.

Ошибки из этой статьи выявляются до экспертизы, если проверить проект по короткому списку:

1. Расход посчитан по таблице 7.3 по каждому помещению, указаны минутный и суточный расход.
2. Производительность первичного и вторичного источников не меньше минутного расхода каждая.
3. Первичный и вторичный источники не имеют общих компрессора, подготовки воздуха, шкафа управления и электрического ввода.
4. Резерв на 3 часа посчитан с коэффициентом 1,0 и работает при отключении электроэнергии.
5. Место установки генератора соответствует его производительности.
6. Давление на выходе соответствует рабочему давлению сети, дожимной компрессор учтён в резервировании.
7. Место забора воздуха удалено от источников загрязнения.
8. Предусмотрен анализатор концентрации на выходе и сигнализация с выводом на пост службы.
9. Наружная сеть дублирована и соответствует требованиям к материалам, глубине и расстояниям.
10. В пояснительной записке обосновано применение генератора.

Проектирование, в котором эти пункты закрыты с первой редакции, сокращает число замечаний и сроки согласования. ООО «Интегра-РУС» выполняет проектирование систем медицинского газоснабжения от технического задания и расчёта мощностей до сопровождения экспертизы и авторского надзора.

Для инженера эксплуатации хорошая кислородная станция — та, которую не замечают: давление стабильно, анализатор показывает норму, сигнализация молчит, а журнал заполняется плановыми записями. Большинство ошибок из этой статьи делают станцию заметной, и почти все они проверяются одним вопросом к проекту: что произойдёт с подачей кислорода в реанимацию, если прямо сейчас отключится электроэнергия или остановится один компрессор. Если ответ в проекте есть и подтверждён расчётом, станция спроектирована правильно.

Вы можете связаться с нами любым удобным способом:

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