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1、医院医用气体管路的设计计算航空部第六O四探讨所高级工程师袁明华关键词：MediCalgas医用气体PiPingdeSign管道设计本文依据GB50751-2025医用气体工程技术规范、GB50333-2025医院干净手术部建筑技术规范、YFBOOl-军队医院干净手术部建筑技术规范等现行国家标准和专业标准设计了一套医用气体管路计算用表一一管道最大许用流量表和管道尺寸选择表，可供医用气体工程有关人员参考。InthisdisquisitionIbringforwardaseiofdesignedtables.Theycanbeusedfortodesignmedicalgaspipelinesyst
2、eminnosocomialmedicalzone.Thispapergiveareferencetoengineeringandtechnicalpersonnel.1 前言本文所说的“医疗区域”是指门诊部、急救部、手术部、医技部、住院部、妇产科、生殖中心、牙科等干脆为病人服务的场所。一个完整的医用气体供应系统一般由气源、输气管路（由管子、阀门、减压器、终端设备等组成）、监测报警装置等部分组成。其中医用氧气站、医用空气站、医用真空站等出于平安和集中管理等缘由往往不设置在医疗区域内，它们供应的医用气体是通过输气干管输送到各医疗区域的。各医疗区域的管路系统与输气干管相连接的总管上一般都装有区域总
3、阀、二级减压箱和区域总压报警装置。用气量较少的氧化亚氮、二氧化碳、医用氮气、氨气、基气等医用气体一般是由设置在医疗区域旁边的气体汇流排供应的。这些气体是手术部、妇产科专用的，其运用压力可在气体汇流排内干脆调定。医疗区域的管路系统由区域总阀起先，到终端设备结束。它不包括输气干管，但包括从气体汇流排到医疗区域的输气管路。医用气体管路计算包括医用氧气、氧化亚氮（笑气）、氧气、医用氮气、医用空气、二氧化碳、医用真空和麻醉废气排放管路的计算。计算的内容包括两个方面：（1） .在已知气体种类、压力、流量的状况下，求所须要的管径；（2） .在已知气体种类、压力、管径的状况下，求管子允许的最大流量。本文具体介
4、绍了管道最大设计流量表和管道尺寸选择表的编制方法以及它们在医用气体管路计算中的运用。2 设计假定2.1 设计压力计算管子内径时，正压气体取气体终端处的额定压力；真空管道取管道内的平均压力。例如真空泵抽气口处肯定压力为0.04MPa（即真空压力为0.06MPa）,吸引终端处肯定压力为0.06MPa（即真空压力为004MPa）,则P=0.05MPaMPa；0.8*6MPa：2.在运用现场配制混合气时，与氧气混合的其它气体的压力应低于氧气压力0.050.08MPa,这些气体的终端压力应为0.35MPa0终端压力和单嘴流量表3气体种类单嘴压力(MPa)单嘴流量(1.min)同时运用率(%)氧气0.40
5、-0.4510-8050100氧化亚氮0.40-0.45450100压缩空气0.450.96080负压吸引-0.03-0.0730100M气0.35-0.401580二氧化碳0.35-0.401030氮气0.9-0.952301060治疗区域的专用气源、区域总管、支管按公式(3.1)计算气体流量：Q=Qa+Qb(n-1)11(2.1)式中：Q一一气源、气体总管、支管的计算流量(1.min);Qa终端处的额定流量(1.min),按GB5O751附录B取值;Qb终端处的计算平均流量（1.min）,按GB50751附录B取值；n由该气源、该总管、该支管供气的床位数或计算单元数；11同时运用系数，按G
6、B50751附录B取值。1.1 3设计温度医疗区域的气体管路一般在吊顶、夹层里走，没有空调。所以管道内气体的设计温度取35（夏天）。2.4 流速限制依据GB50333医院干净手术部建筑技术规范规定，管内气体流速不得大于10m/so2.5 允许的压力损失GB50751规定：医用气体管路系统在终端设计压力、流量下的压力损失应符合表4的规定。医用气体管路系统在终端设计压力、流量下的压力损失表4气体种类医用氧气、医疗空气、氧化亚氮、二氧化碳与氧气在运用处混合的医用气体器械空气、氮气医用真空设计流量下的终端压力（MPa）0.40.50.31-0.390.7-1.0-0.04-0.087气源或减压箱出口压
7、力（MPa）0.40.50.36-0.450.751.0-0.06-0.087设计允许压力损失（MPa）0.050.050.050.2-0.013-0.02YY/T0187医用中心供氧系统通用技术条件规定：“在运用流量条件下，最远管道的压力损失不应超过10%。”YFBOOl军队医院干净手术部建筑技术规范的规定见表5。标准压力和允许压力损失表5气体名称标准压力P（MPa）允许压力损失最大长度（MPa）单位长度（Pam）氧气0.50.05（或10%P）230二氧化碳0.50.05（或10%P）230氮气1.00.05（或10%P）230压缩空气0.50.05（或10%P）230真空吸引-0.050
8、.005（或10%P）80美国好用管道工程设计准则规定：氯气、二氧化碳及压缩空气管路单位长度的压力损失不超过230Pam;氮气管路单位长度的压力损失不超过460Pa11u负压吸引管路单位长度的压力损失不超过IIoPa11u对于正压气体管路，最大计算长度1.max上的压力损失若限制在0.05MPa（对器械空气和氮气为0.IMPa）,单位长度的压力损失若限制在230Pam（对器械空气和氮气为460Pam）,则管路的最大计算长度可达到217m.,对于医用真空管路，最大负压损失若限制在0.013MPa,单位长度的负压损失若限制在60Pam,则管路的最大计算长度也可达到217m。对于负压废气排放管路，最
9、大负压损失若限制在0.013Mpa（此外，抽风机供应的负压还要克服麻醉废气排放终端造成的负压损失），单位长度的负压损失若限制在60Pam,则管路的最大计算长度也可达到217m。这里所谓的“计算长度”是指一条管路中管子的总长度和该管路中管件、阀门的当量长度之和。最大计算长度是指同一种气体的管路，从医疗区域总阀起到气体终端止的各条管路中流程最长的一条管路的计算长度。管件、阀门的当量长度见表6。管件、润门的当量长度（m）表6管径DN6DNlODN13DN16DN20DN25DN30DN40DN5090弯头0.350.450.60.70.750.91.21.52.145弯头0.180.220.30.3
10、50.380.450.60.751三通0.50.70.911.21.51.82.1:引出口0.880.10.120.130.150.180.240.30.39截止阀2.53.54.55.267.510.513.516.53设计计算医院手术部的管路最大计算长度1.max一般不会超过217m,故可按以下条件进行计算：（1） .在管道最大计算长度1.max不大于217m的状况下，确保正压气体管道单位长度的压力损失不大于230Pam;负压吸引管道单位长度的阻力损失不大于60Pam。（2） .确保管内气体流速不大于10m/s；（3） .忽视管道高差造成的压力损失。3.1 管路计算的公式（公式推导见参考资
11、料11）Pi=Qo,75/(d475P)(3.1)d=kQo0-3VP021(3.2)Qo=P057d2n(3.3)式中：P1每米管长的压力损失（Pa/m）；P取气体终端处气体的肯定压力（MPa）；d管道内径（mm）；Qo0时一大气压气体的流量（1.min）。式中的系数a=42854.9n产；k=9.4441100500-17P1021;B=O.002255PJWMY产）。其中：11一一气体在设计温度下的动力黏度（kgfsm2）；Yo0时i大气压气体的重度（kgf113）;由AP1700物质物性计算查询平台可查得各种气体在359、设计压力下的动力粘度值。对一种确定的气体，n和丫。都是常数。当P
12、i设定之后，a、B和k也就成了常数，见表7、表8和表9。k值表7气体种类=230Pa/m时二460Pa/m时氧气1.6041.387氧化亚氮1.6571.432医疗空气1.5661.354牙科空气1.5671.354器械空气1.5671.354引射排废气1.5661.354氮气1.5551.344氮气1.6651.439M气1.150.994二氧化碳1.6571.432Q值和C值表8气体种类*10b(kgf.sm)Yo(kgfm3)氧气2.2621.4292172.21366.9氧化亚氮1.5721.97825312722.4医疗空气1.941.2931939.31442.4牙科空气1.942
13、1.2931939.81440.7器械空气1.9461.2931940.81437.8引射排废气1.9341.2931937.81446.9氮气1.8721.2511875.21445.8氨气2.3771.7812594.21621.3氮气2.0710.179446.62186.6二氧化碳1.5751.9772531.12716.8医用真空1.9331.2931937.61447.3牙科真空1.9341.2931937.71447真空抽废气1.9341.2931937.71447B值表9气体种类Pi=230Pa/m时Pi=460Pa/m时氧气0.2270.412氧化亚氮0.2540.377医用
14、空气0.2960.439牙科空气0.2960.439器械空气0.2960.439引射排废气0.2960.44氮气0.3010.448M气0.2500.372氨气0.6841.017二氧化碳0.2540.3773.2验算验算雷诺数上述公式运用的前提是雷诺数Re在IO以下，雷诺数的计算公式为：Re=4Q(11gd)(3.4)式中：Y管道内气体的重度(kgf/d)；Q通过管段的气体体积流量(m7s)；d管道内径(m)；气体在设计温度下的动力黏度(kgfsrn2)o当取压缩气体的设计温度为35时，依据志向气体状态方程可算得：=8.8636P0：Q=0.1128Qo/P代入上式得：Re=0.129834
15、YoQo/(d)式中：Yo(TC时一大气压气体的重度(kgf/n?)；QoOC时一大气压气体的流量(InJ/S)；d管道内径(m)；手术部医用气体管路计算n气体在设计温度下的动力黏度(kgfs1112)。将Qb的单位由mVs换成1./min(I1./min=O.000017m7s),d的单位由(m)改为mm,则Re=0.0021639Qo/(d11)或Re=CQJd(3.5)式中：=0.0021639Y/n,见表8。YQOC时一大气压气体的重度(kgfm3)；Qo0时一大气压气体的流量(1.min)；d管道内径(mm)当知道气体种类、流量和管径后，可按3.5式计算出管内气体流淌的雷诺数，Re不
16、能大于KT。验算流速管道内气体的流速V不应大于10m/soV=4Q(11d2)式中：V一一管道内气体的流速(ms)；Q通过管段的气体体积流量(11f7s)；d管道内径(In)。因Q=QoPoT/(PT0),当T=35oC=308oK；T0=2730K；PO=O.1MPa时，V =O.1436475Qo/(Pd2)将QQ的单位由mVs换成1./min(I1./min=0.000017m3s),d的单位由(m)改为(mm),则V =2.394Qo/(Pd2)(3.6)式中：V一一管道内气体的流速(ms)；Qo一一0时一大气压气体的流量(1./min)；d管道内径(mm)；P计算截面上气体的肯定压力
17、(MPa)。当知道气体的流量、压力和管径后，可通过3.6式计算出管内气体的流速，V不应大于10m10时改用（3.9）式计算道内径d3.3.3管子壁厚的计算医用气体一般在常温下工作，管子设计壁厚t按下式计算：t=ts+Cl+C2+Cs式中：ts一一计算厚度（mm）O它是管子承受内压所需的壁厚。Ci管材壁厚负偏差（mm）；C2腐蚀裕量（mm）；C3工艺减薄量（mm）o（1） .管子承受内压所需的壁厚（ts）医用气体是低压气体，一般ts/D3-14-10-10-10热轧不锈钢管15-12.5-12.5流体输送铜管0.66-10（4） .工艺减薄量 .当管子的弯曲半径R符合表12规定并R3.5D时，可
18、不考虑弯曲工艺减薄量。即光管的&= .当管子上车有螺纹时，&即为螺纹深度。常用管螺纹尺寸见表13。管子的弯曲半径表12方曲前管子的壁厚驾曲半径R1.06tR26DN1.08t6DNR5DN1.14t5DNR24DN1.25t4DNR23DN注:DN一公称直径管子、管件、阀门的公称直径系列表13公称直径DN(mm)管螺纹尺寸公称直径DN(mm)管螺纹尺寸公称直径DN(mm)管螺纹尺寸公称直径DN(mm)管螺纹尺寸6151/23211/46521/281/4203/44011/2803103/82515021004（5） .管子承受外压所须要的壁厚依据BreSSe-Bryan公式，当管长远大于管子
19、外径，波形数取n=2时，管子的失稳临界外压为：Per=2.19E(T/2R0)3式中：E材料的弹性模量(MPa)：T管壁的有效厚度(名义厚度扣除厚度Cl、C2、C3),(mm)；RO管子的外半径(mm)o取失稳平安系数m=3时，管子的外压P应满意：PWPCr/3的要求。由此可得负压吸引管的最小壁厚计算公式：T=D(3.10)式中：(1.37P/E)-33；D管子的外径(mm)。当取管子的外压P=0.IMpa,温度为20C时，系数中见表14。由表16可知，估算时可取巾=0.011,即(3.10)式可简化为：T=0.011D式中：D管子的外径(mm)o系数表14管子材料E(MPa)碳钢192IO3
20、0.00894不锈钢195IO30.00889纯铜1101030.01076【管子壁厚计算示例】TP2Y2铜管壁厚(mm)表15铜管外径设计压力：0.55MPa设计压力：1.IUPa设计厚度计算厚度负偏差腐蚀余量设计厚度计算厚度负偏差腐蚀余量S1.00.0440.100.8561.00.0870.100.Sl3101.00.0550.100.8451.00.1090.100.791121.00.0660.100.8341.20.1310.120.949161.00.0880.100.8121.20.1740.120.906221.20.1200.120.9601.20.240.120.8402
21、81.20.1530.120.9271.50.3050.151.045351.20.1920.120.8881.50.3820.150.968441.20.2410.120.8391.50.4800.150.870551.50.3010.151.0492.00.6000.201.200701.50.3830.150.9672.00.7630.201.037851.50.4650.150.8852.00.9270.200.8731052.50.5750.251.6752.51.1450.251.105不锈钢管壁厚(mm)表16不锈钢管外径设计压力：0.55MPa设计压力：1.IMPa设计厚度计算
22、厚度负偏差设计余量设计厚度计算厚度负偏差设计余量81.00.0160.100.8841.00.0320.100.868101.00.0200.100.8801.00.0400.100.860121.00.0240.100.8761.00.0480.100.852140.60.0280.060.5120.60.0560.060.484200.60.0400.060.5000.60.0800.060.460260.80.0520.080.6680.80.1040.080.616351.00.0700.100.8301.00.1400.100.760401.00.0800.100.8201.00.1
23、600.100.740501.00.1000.100.8001.00.2000.100.700671.20.1300.120.9501.20.2680.120.812761.50.1520.151.1981.50.3040.151.0461021.50.2040.151.1461.50.4080.150.9423.3.4管子尺寸的规格化计算出所需的管子内径d和设计壁厚t后，应将它们调整为市场供应的管子规格。须要用管件连接的管子，其直径还要调整到公称直径系列中来。管道直径之所以要选择表17的优先数值，是因为它们是与管件、阀门的规格相配套的。医用气体系统常用的管子品种、规格见表18、表19和表20
24、。铜管通径的优先选用系列表17通径铜管外径通径铜管外径通径铜管外径通径铜管外径DN68DN1516DN3235DN6570DN810DN2022DN4044DN8085DNlO12DN25628DN5055DNlOO105常用铜管和不锈钢管的规格和内径Gnm）表18公称外径无氧铜管薄壁不锈钢管规格内径规格内径插接用管内径对接用管内径DN68l68l68l68l6DN810l810l810l810l8DNlO12l1012X1.269.612l1012l10DN1516l1416X1.213.614X0.612.818X1.515DN20221.219.622X1.219.620X0.618.8
25、251.522DN2528X1.225.628X1.52526X0.824.432X1.529DN3235X1.232.635X1.53235l3338X1.535DN40441.241.6441.54140l38451.542DN50551.5525525150l48571.554DN6570X1.54)6770266671.264.676X2.571DN80851.58285281761.57389X2.584DNlOO105X2.5100105X2.5100102X1.599108X3.5101常用镀锌钢管规格尺寸表19常用PVC-U管规格尺寸表20通径外径壁厚内径每米重规格外径壁厚内径
26、mmmmmmmmkg/mmmmmmmmmDN610.226.20.430DN813.52.58.50.71320220216DN1017.22.512.20.95325225221DN1521.32.815.71.33532232228DN2026.92.821.31.73940240236DN2533.73.227.32.50350250246DN3242.43.535.43.47963X2.5632.558DN4048.33.541.34.006752.9752.969.2DN5060.33.852.75.475903.5903.583DN6576.1468.17.354110X3.911
27、03.9102.2DN8088.9480.98.660125X4.41254.4116.2DN100114.34106.311.250140X4.91404.9130.2DN125139.74131.713.841160X5.61605.6148.8DN150168.34.5159.318.6871806.31806.3167.4DN200219.14.5210.124.4822007.32007.3185.43.3.5编制管道尺寸选择表手术部的主要用气单元是手术室，所以先编制以手术室数量作为流量单位的管道尺寸选择表。制表时先按气体种类依次算出不同手术室数量所对应的流量，再依据3.2式、3.7
28、式、3.8式分别计算单位管长压力损失Pi等于设定值时的管径，同时按（3.5）式、（3.6）式分别计算对应的雷诺数Re和流速V。当V0时，改用（3.9）式计算道内径do最终，按表18、19、20确定对应的管子规格。将手术室数量、流量、管子规格的对应关系依次列成表格即为管道尺寸选择表。计算时，各种正压气体取气体终端处的额定压力作为设计压力；真空管道取管道内的平均压力作为设计压力。其它参数取自GB50751医用气体工程技术规范附录B（摘录于后）和GB50333医院干净手术部建筑技术规范等文件。管内气体流量按下式计算：Q=Qa+Qh（n-l）11式中：Q设计流量（1.min）;Q.终端处的额定流量（1
29、.Zmin）,按GB50751附录B取值；Qh一终端处的计算平均流量（1.min）,按GB50751附录B取值；n一一由该管子供气的手术室数量；同时运用系数，按GB50751附录B取值。为确保同时用气的手术室都能得到足量的供气，流量计算时对GB50751和GB50333中规定的同时运用系数。作如下处理（表21）:向n间手术室供气的总流量（1.min）表21气体种类QaQb11(%)手术室数量n(1.min)123456789氧气1001075100110120130130140150160160M气15158015304560757590105120器械空气350350N4时50n24时253
30、507007007007001050105010501050医用氮气3503503507007007007001050105010501050依据GB50751附录B设定每个引射式麻醉废气排放终端每分钟消耗20升器械空气（或氮气）已计入每个手术室的器械空气（或氮气）的消耗量。制成的手术室管道尺寸选择表见附表1、附表2、附表3、附表4和附表5,它们都是按手术室数量排序的。管路设计时可以依据管子的材质、允许的单位管长压力损失（Pi）、气体种类、由此管供气的手术室数量来确定管道规格。正如GB50751医用气体工程技术规范附录B所示，各科室运用的医用气体种类、流量是不尽相同的，而一根管道可能要同时供应
31、不同的科室用气，那末它的管子规格如何确定呢？在这种状况下，我们可以把不同科室的用气量折算成手术室的用气量（或与有关手术室的用气量相加），然后依据折算后的手术室总数（或折算后的总流量）查表确定管子规格。3.4已知气体种类、压力和管径，求管子的许用流量3.4.1受阻力损失限制的许用流量在知道气体种类、工作压力P和允许的单位管长压力损失Pi的状况下，先算出4.3式中的系数B,再利用4.3式求得各种规格管子的最大流量。式中的系数B也可从表9中选取。P产60Pam时负压管道的B=0.137；P,=120Pam时负压管道的B=0.204。3.4.2受流速限制的许用流量管内气体的流量还必需满意流速IOm/s
32、的限制条件，即当T=35C时，QOWPd2/0.24（3.11）式中：Qo一一0时一大气压气体的流量（1.min）；P一一计算截面上气体的肯定压力（MPa）:d管道内径（mm）o依据3.3式和3.7式分别算出各种规格管子的许用流量，两者比较取其小者作为该种规格管子的设计许用流量。按上述方法分别算出各种规格管子的许用流量，将管子规格和对应的许用流量排列成表即为管道许用流量表。常用规格管子的管道许用流量表见附表6、7、8。按管道许用流量表选择管子规格的方法是：先按2.1式算出管段所须要的最大流量，再在管道许用流量表中查出流量能满意要求、直径又最小的管子规格，这就是您所须要的。本文仅供参考，请同行们
33、指责指正，不胜感谢！【附表】附表1：管道尺寸选择表(VWlomZs,器械空气、氮气Pi=460Pam)；附表2：铜管道尺寸选择表(Pi=230Pam)；附表3：铜管道尺寸选择表(Pi=460Pam)；附表4：不锈钢管道尺寸选择表(Pi=230Pam)；附表5：不锈钢管道尺寸选择表(Pi=460Pam)；附表6：对接用不锈钢管许用流量表；附表7：插接用不锈钢管许用流量表；附表8：铜管许用流量表。【参考文献】(1) .GB50751-2025医用气体工程技术规范；(2) .GB50333-2025医院干净手术部建筑技术规范；(3) .GB50316-2000工业金属管道设计规范；(4) .GBT20801.3-2025压力管道规范工业管道第3部分:设计和计算；(5) .YYTOl86-94医用中心吸引系统通用技术条件；(6) .YYT0187-94医用中心供氧系统通用技术条件；(7) .YFB001-1995军队医院干净手术部建筑技术规范；(8) .GB150-1998钢制压力
