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醫(yī)用氣體管道采用316L不銹鋼管的技術(shù)分析
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（一）醫(yī)用316L氣體管道特性
醫(yī)用氣體用于治療、診斷或用于驅(qū)動外科手術(shù)工具，因其直接作用于人體，對氣體組分、壓力、以及潔凈度有嚴(yán)格的要求。醫(yī)用氣體從氣源至終端的輸送過程中，為避免因泄漏、污染等因素引起醫(yī)用氣體品質(zhì)的變化，氣體管道應(yīng)具有良好的潔凈度、耐腐蝕性和密閉性。
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醫(yī)用氣體管道多屬壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察范圍，要求安全可靠，除了承受一定壓力外，還具有系統(tǒng)多、分支管多、介質(zhì)種類多（如醫(yī)用氧氣、醫(yī)用壓縮空氣、醫(yī)用真空、氧化亞氮、二氧化碳、氮氣、麻醉廢氣、各種混合氣等）、介質(zhì)特性復(fù)雜（如助燃性、麻醉性、窒息性、帶病菌等）、管材品種多等特點。醫(yī)用氣體管道因輸送的安全性和衛(wèi)生性要求，以及其輸送介質(zhì)的特殊性和重要性，使其有別于民用建筑中常見的公用管道。
醫(yī)用氣體及其管道的這些特性，具有一定的危險性，出現(xiàn)問題的幾率多，一旦發(fā)生事故，不僅對患者的治療和手術(shù)的安全性帶來嚴(yán)重威脅，而且會對他人造成傷害。因此選用安全優(yōu)質(zhì)的管材、合理的施工連接方式，可以提高醫(yī)用氣體系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，降低事故出現(xiàn)的幾率。
?。ǘ┕懿臉?biāo)準(zhǔn)
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和專業(yè)化市場的需求，國內(nèi)醫(yī)用氣體管材標(biāo)準(zhǔn)也在不斷發(fā)展進步。2008年5月開始實施的有色金屬行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YS/T650《醫(yī)用氣體和真空用無縫銅管》規(guī)定了針對醫(yī)用氣體系統(tǒng)專用銅管材的技術(shù)要求，采用牌號為TP2、TU1的銅管，即磷脫氧銅管和無氧銅管，在該標(biāo)準(zhǔn)頒布實施以前，醫(yī)用氣體系統(tǒng)銅管標(biāo)準(zhǔn)主要采用GB/T18033《無縫銅水管和銅氣管》。
YS/T650標(biāo)準(zhǔn)與GB/T18033標(biāo)準(zhǔn)的主要區(qū)別為化學(xué)成分、性能指標(biāo)，以及尺寸公差等方面。YS/T650標(biāo)準(zhǔn)的制定參考了歐洲標(biāo)準(zhǔn)BSEN13348《銅及銅合金－醫(yī)療氣體或真空用無縫圓銅管》，其技術(shù)指標(biāo)均不低于BSEN13348。相比GB/T18033標(biāo)準(zhǔn)，YS/T650標(biāo)準(zhǔn)不僅技術(shù)指標(biāo)高，還對管道內(nèi)表面質(zhì)量指標(biāo)碳含量和表面潤滑劑殘留量作出了嚴(yán)格規(guī)定。
目前，國內(nèi)尚未有針對醫(yī)用氣體使用的不銹鋼管材專用標(biāo)準(zhǔn)，不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)主要采用GB/T14976《流體輸送用不銹鋼無縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)，常用牌號以0Cr18Ni9為主，也稱304不銹鋼。GB/T14976標(biāo)準(zhǔn)對管材的清潔度無要求，根據(jù)《醫(yī)用氣體工程技術(shù)規(guī)范》征求意見稿，不銹鋼管的清潔度也應(yīng)達到內(nèi)表面碳?xì)埩袅坎怀^20mg/m2，且無毒性殘留，以符合醫(yī)用氣體管道衛(wèi)生學(xué)的要求。
根據(jù)YS/T650和GB/T14976標(biāo)準(zhǔn)，醫(yī)用氣體工程中常用管材規(guī)格,見表1。
表1TP2TU1銅管與OCr18Ni9不銹鋼管常用管道規(guī)格
?。ㄈC械性能
材的機械性能決定了其加工性能和施工安裝方式，銅管與不銹鋼管的力學(xué)性能差異決定了銅管與不銹鋼管的不同機械性能，對管道的施工安裝影響也不一樣，TP2、TU1銅管與0Cr18Ni9不銹鋼管的力學(xué)性能對比，見表2。
表2TP2TU1銅管與OCr18Ni9不銹鋼管的力學(xué)性能
由表2可知，不銹鋼管的機械性能要優(yōu)于銅管，其抗拉強度、硬度均遠(yuǎn)高于銅管，能承受較強的內(nèi)、外部荷載，施工時管道表面質(zhì)量易于保護，管道支架間距大，管道穩(wěn)定性好，當(dāng)管道公稱直徑大于DN40時，管道支架間距優(yōu)勢明顯。相比不銹鋼管，銅管則容易產(chǎn)生夾傷、錘痕、凹坑等機械損傷，管道易彎曲、變形，施工時應(yīng)注意保護管道，合理設(shè)置管道支撐件。銅管與不銹鋼管的水平管道支架最大間距對比，見表3。
表3
醫(yī)用氣體管道系統(tǒng)具有分支管多的顯著特點，一所綜合醫(yī)院往往超過幾千只醫(yī)用氣體終端，根據(jù)目前市場上氣體終端的技術(shù)規(guī)格，與終端連接的醫(yī)用氣體支管一般不超過DN15。銅管屈服強度低，冷狀態(tài)下易于彎管，小于DN20的半硬銅管彎頭可采用手動彎管器現(xiàn)場彎制替代成品彎頭，施工簡單、減少焊縫、安裝效率高。以北京地區(qū)某500床、建筑面積7萬平方的醫(yī)院為例，各種規(guī)格的醫(yī)用氣體管道總長度約24.2km，其中DN10管道長度約8.2km，DN15管道長度約10.8km，小于DN20的支管占整個管道系統(tǒng)工程量比例高達78.5%?？梢?，采用銅管比不銹鋼管能顯著減小施工難度，提高工程進度。
醫(yī)院是功能復(fù)雜的公共建筑，需配套的公共輔助設(shè)施多，走廊吊頂內(nèi)除布置有醫(yī)用氣體管道外，還有大量的電力、通信、冷水、熱水、消防、空調(diào)、通風(fēng)等各種管線。受吊頂高度、管線間距、施工工具等因素制約，醫(yī)用氣體管道安裝時，經(jīng)常發(fā)生施工人員利用管材的塑性而不按施工規(guī)范強行施工。所以，在選擇醫(yī)用氣體管材時有必要考慮管材與管件連接處的扭曲因素，銅管相比不銹鋼管柔韌性好、適應(yīng)性強，可以彌補施工中的不足。
（四）耐腐蝕性
醫(yī)用316L不銹鋼氣體管道工況條件穩(wěn)定，實際工程中一般不對管道采取額外的防腐蝕措施，管道的耐腐蝕能力完全依賴管材自身的化學(xué)特性實現(xiàn)。銅管與不銹鋼管是兩種化學(xué)特性截然不同的管材，不同的化學(xué)成分決定引起腐蝕的工況條件的差異。TP2、TU1銅管與0Cr18Ni9不銹鋼管的化學(xué)成分分別見表3、表4。
由表3可知，TP2、TU1銅管中銅成分含量占99%以上，銅管的耐腐蝕性主要依賴銅本身的化學(xué)特性。銅管長期暴露在大氣環(huán)境中，銅與氧氣反應(yīng)生成氧化亞銅（CuO），在銅管表面形成致密的保護層，保護內(nèi)部的銅不再氧化。但在潮濕環(huán)境中，二氧化硫、二氧化碳、硫化氫會與氧化銅發(fā)生反應(yīng)生成堿性碳酸銅（CuCO3）。
?。–u(OH)2），俗稱銅綠，銅綠的產(chǎn)生會加劇銅管的腐蝕。另外，由于銅對氧化劑的鈍化作用較弱，水中溶解氧也是銅管腐蝕的一大因素。
由表4可知，0Cr18Ni9不銹鋼管中鎳成分含量8~11%，鉻成分含量17~19%，其耐腐蝕性主要依靠鎳和鉻。與銅管一樣，當(dāng)不銹鋼管長期暴露在大氣環(huán)境中，鎳、鉻與氧氣反應(yīng)生成氧化鎳（NiO）、氧化鉻（Cr2O3）、氧化鐵鉻（FeO.Cr2O3），在管道表面形成致密的氧化物膜，可有效阻止氧化反應(yīng)繼續(xù)深入。一旦這種氧化物膜受到破壞，管道表面將發(fā)生銹蝕，形成疏松的氧化鐵，管道耐腐蝕能力將減弱。
0Cr18Ni9不銹鋼是非超低碳不銹鋼，其碳成分含量高于0.03%，通過固溶處理后方具備良好的耐腐蝕性能。不銹鋼管焊接時，焊縫兩側(cè)被加熱至400~910度，達到晶間腐蝕敏化區(qū)，這時晶間的鉻和碳化合生成Cr23C6從固溶體中沉淀，在晶間產(chǎn)生貧鉻區(qū)，容易發(fā)生晶間腐蝕。所以，不銹鋼管道雖然整體耐腐蝕性能優(yōu)越，但是焊接還是會使焊縫及熱影響區(qū)的耐腐蝕性能大大下降，管道強度和延性明顯下降，甚至發(fā)生晶粒脫落。為了防止不銹鋼管焊接后出現(xiàn)晶間腐蝕的情況，一般需進行退火處理消除晶間腐蝕傾向，但因受施工現(xiàn)場條件限制卻很少采用。另外選用超低碳不銹鋼或含鈦等穩(wěn)定性化學(xué)元素的不銹鋼，可以防止晶間腐蝕，但這大幅度增加了管材成本。
醫(yī)用氣體管道室內(nèi)一般敷設(shè)在專用管井或走廊吊頂內(nèi)，外部工況條件穩(wěn)定，管道外部腐蝕較輕，以內(nèi)部腐蝕為主。無論銅管還是不銹鋼管，其內(nèi)部腐蝕程度主要由醫(yī)用氣體的化學(xué)特性和氣體品質(zhì)決定。對于正壓管道，根據(jù)藥典以及其他相關(guān)規(guī)范的要求，醫(yī)用氧氣、醫(yī)用壓縮空氣等正壓氣體性質(zhì)穩(wěn)定，露點溫度基本小于-20℃，管道內(nèi)部腐蝕甚微。對于醫(yī)用真空等負(fù)壓管道，管內(nèi)介質(zhì)呈氣液多相變化、組分復(fù)雜、甚至含有病毒等微生物，容易引發(fā)管道內(nèi)部腐蝕。由于銅管對氧化劑的鈍化作用弱于不銹鋼管，其內(nèi)部腐蝕程度大于后者，但是銅離子具有抑制細(xì)菌和病毒的作用，有利于吸引廢氣的安全排放，從衛(wèi)生防疫和環(huán)保的角度考慮，醫(yī)用真空管道的管材優(yōu)先考慮選用銅管。
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焊縫質(zhì)量的好壞是影響管道安全運行的關(guān)鍵因素，根據(jù)醫(yī)用氣體管道特性，為保證管道良好的密閉性，管道與管道、管道與附件之間的連接均采用惰性氣體保護下的焊接連接。銅管連接時，為提高焊縫連接強度和嚴(yán)密性，采用承插式硬釬焊連接。不銹鋼管道采用氬弧焊或等離子焊，可有效消除管道氧化現(xiàn)象，形成清潔焊縫，并防止管道內(nèi)產(chǎn)生氧化顆粒物。（對比兩種焊接工藝優(yōu)缺點）
經(jīng)濟分析
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出于項目成本控制、市場競爭等因素，醫(yī)院和醫(yī)用氣體工程承包商往往選用性價比較高的管材來實施項目。近幾年，國內(nèi)對銅和不銹鋼的需求持續(xù)上漲，銅管和不銹鋼管價格也不斷拉高，由于銅和鎳的原材料價格波動較大，筆者僅根據(jù)2015年7月的北京地區(qū)金屬交易市場價格，對醫(yī)用氣體銅管和不銹鋼管作經(jīng)濟性比較。
表5
從目前的市場報價情況來看，醫(yī)用氣體銅管的價格取當(dāng)日銅現(xiàn)貨均價和銅管加工費二者之和，加工費包含脫脂費用；不銹鋼管的價格為管材價格和脫脂價格二者之和。管道規(guī)格按表1統(tǒng)計，管材脫脂要求均以滿足YS/T650標(biāo)準(zhǔn)為前提，TP2銅管與0Cr18Ni9不銹鋼無縫管的7月份市場均價見表5。由表5可知，除DN10、DN15的管材外，DN32以上的不銹鋼管折合每米單價遠(yuǎn)低于銅管。單價對比見圖1。
圖1
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以北京地區(qū)某500床、建筑面積7萬平方米的一家三甲醫(yī)院為例，就醫(yī)用氣體管材采用銅管和不銹鋼管作簡單經(jīng)濟比較，管材直接費用見表6。由圖1和表6可知，簡單折合每米單價，銅管平均價格約是不銹鋼管的1.5～2倍，而實際工程中，小于DN32的小口徑管材用量比例高，管材單價接近，管材直接費用銅管僅比不銹鋼管高出23%。由于三通、彎頭等管件的生產(chǎn)工藝差別，目前市場上不銹鋼管件比銅管件價格高出約1～1.5倍。綜合對比后，醫(yī)用氣體管材選用不銹鋼管比銅管在經(jīng)濟性上只略具優(yōu)勢。
表6
發(fā)展情況
目前，國內(nèi)涉及醫(yī)用氣體系統(tǒng)管材選用的規(guī)范主要有YY/T0186－94《醫(yī)用中心供氧系統(tǒng)通用技術(shù)條件》、YY/T0187－94《醫(yī)用中心吸引系統(tǒng)通用技術(shù)條件》和GB50333-2002《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》，相關(guān)條文歸納如下：壓縮氣體管路選用不銹鋼管和脫氧銅管，真空系統(tǒng)管路可采用鍍鋅鋼管和非金屬管。筆者調(diào)研了國內(nèi)部分三甲醫(yī)院和醫(yī)用氣體工程公司，知悉目前國內(nèi)醫(yī)用氣體管材基本上以銅管和不銹鋼管為主，部分負(fù)壓管路采用鍍鋅鋼管和PVC管。鍍鋅鋼管因其耐腐蝕性差、易泄漏等缺點，正逐步被銅管和不銹鋼管替代。PVC管因質(zhì)量可控性差，耐火極限不能滿足消防要求，僅能有限使用。由于施工難度低、施工質(zhì)量可靠，在潔凈手術(shù)部、ICU等重要醫(yī)療場所，醫(yī)用氣體管材基本上選用銅管。根據(jù)《醫(yī)用氣體工程技術(shù)規(guī)范》征求意見稿的相關(guān)條文，醫(yī)用氣體管材均應(yīng)采用無縫不銹鋼管或無縫銅管，鑒于銅管材的諸多優(yōu)秀特性，尤其是在滿足衛(wèi)生學(xué)要求上，規(guī)范建議采用無縫銅管?？梢?，選用銅管作為醫(yī)用氣體管材已是未來醫(yī)院建設(shè)的趨勢。
在歐美等發(fā)達國家，在醫(yī)用氣體系統(tǒng)設(shè)計、安裝等方面已有非常完整的設(shè)計導(dǎo)則和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如HTM02-01、ISO73961-1、BSEN737、NFPA99C等，在這些標(biāo)準(zhǔn)中銅管是醫(yī)用氣體系統(tǒng)的指定或首推管材。我國YS/T650標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)也完全符合HTM02-01、ISO73961-1、BSEN737、NFPA99C等標(biāo)準(zhǔn)的要求。
隨著國內(nèi)醫(yī)院建設(shè)水平和管理理念的提高，醫(yī)用氣體系統(tǒng)的重要性得到了更為廣泛的關(guān)注，無論是工藝設(shè)計、設(shè)備選型，還是系統(tǒng)安裝，均逐步與國際接軌。對比國內(nèi)、外的發(fā)展情況，銅管在醫(yī)用氣體工程中的應(yīng)用將越來越普及。
結(jié)束語
銅管和316L不銹鋼水管均具有較好的強度、良好的耐腐蝕性能和加工性能，均可作為醫(yī)用氣體管道的優(yōu)質(zhì)管材選用，不建議采用鍍鋅鋼管和非金屬管道。
不銹鋼管與銅管相比具有更好的強度、剛度、耐腐蝕性和經(jīng)濟性，但在使用中焊接難度大，有害殘留不易清除，難以滿足衛(wèi)生學(xué)要求。在有外部荷載影響和外部腐蝕等惡劣工況下，不銹鋼管相比銅管具有更長的工作壽命。
銅管對現(xiàn)場施工條件適應(yīng)性強、施工難度低、安裝效率高，有專門針對醫(yī)用氣體系統(tǒng)的銅管標(biāo)準(zhǔn)，整體施工質(zhì)量優(yōu)于不銹鋼管，并具有抑制細(xì)菌和病毒的作用，是國際醫(yī)用氣體標(biāo)準(zhǔn)中指定或首推管材，在國內(nèi)應(yīng)推廣使用。
鑒于國內(nèi)醫(yī)用氣體工程建設(shè)的現(xiàn)狀，不銹鋼管依然會有比較廣泛的應(yīng)用，希望相關(guān)部門也能夠及早出臺專門針對醫(yī)用氣體系統(tǒng)的不銹鋼管材標(biāo)準(zhǔn)，以滿足細(xì)分市場的不同需求。
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