摘 要
醫用氣體管道系統是醫療設施硬體中的重要組成部分之一，符合衛生學要求的優質管材是醫院進行搶救、治療和檢測的有效保證。銅管和不鏽鋼管作為優質管材代表，在醫用氣體工程中應用廣泛、技術成熟可靠。文章根據醫用氣體管道的技術特性和輸送要求，對比分析了銅管與不鏽鋼管的管材標準、機械效能、耐腐蝕性、焊接工藝，提出了醫用氣體管材的合理化選擇建議。
關鍵詞
醫用氣體 銅管 不鏽鋼管
一、技術分析
（一）醫用氣體管道特性
醫用氣體用於治療、診斷，或用於驅動外科手術工具，因其直接作用於人體，對氣體組分、壓力、以及潔淨度有嚴格的要求。醫用氣體從氣源至終端的輸送過程中，為避免因洩漏、汙染等因素引起醫用氣體品質的變化，用氣體管道應具有良好的潔淨度、耐腐蝕性和密閉性。
醫用氣體管道多屬壓力管道安全技術監察範圍，要求安全可靠，除了承受一定壓力外，還具有系統多、分支管多、介質種類多（如醫用氧氣、醫用壓縮空氣、醫用真空、氧化亞氮、二氧化碳、氮氣、麻醉廢氣、各種混合氣等）、介質特性複雜（如助燃性、麻醉性、窒息性、 帶病菌等）管材品種多等特點。醫用氣體管道因輸送的安全性和衛生性要求，以及其輸送介質的特殊性和重要性，使其有別於民用建築中常見的公用管道。
醫用氣體及其管道的這些特性，具有一定的危險性，出現問題的機率多，一旦發生事故，不僅對患者的治療和手術的安全性帶來嚴重威脅，而且會對他人造成傷害。因此選用安全優質的管材、合理的施工連線方式，可以提高醫用氣體系統的安全性和穩定性，降低事故出現的機率。
（二）管材標準
隨著科學技術的發展和專業化市場的需求，國內醫用氣體管材標準也在不斷髮展進步。2008 年 5 月開始實施的有色金屬行業標準 YS/T650《醫用氣體和真空用無縫銅管》規定了針對醫用氣體系統專用銅管材的技術要求，採用牌號為TP2、TU1的銅管，即磷脫氧銅管和無氧銅管，在該標準頒佈實施以前，醫用氣體系統銅管標準主要採用 GB/T18033《無縫銅水管和銅氣管》。
YS/T650 標 準 與 GB/T18033 標準的主要區別為化 學成分、效能指標，以及尺寸公差等方面。YS/T650 標準的制定參考了歐洲標準 BSEN13348《銅及銅合金-醫療氣體或真空用無縫圓銅管》，其技術指標均不低於BS EN 13348。相比 GB/T18033 標準，YS/T650 標 準 不僅技術指標高，還對管道內表面質量指標碳含量和表面潤滑劑殘留量作出了嚴格規定。
目前，國內尚未有針對醫用氣體使用的不鏽鋼管材專用標準，不鏽鋼管標準主要採用 GB/T14976《流體輸送用不鏽鋼無縫鋼管》標準，常用牌號以0Cr18Ni9 為主， 也 稱 304 不 鏽 鋼。GB/T14976 標準對管材的清潔 度無要求，根據《醫用氣體工程技術規範》徵求意見稿，不鏽鋼管的清潔度也應達到內表面碳殘留量不超過 20mg/m2，且無毒性殘留，以符合醫用氣體管道衛生學的要求。
根 據 YS/T650 和 GB/T14976 標 準，醫用氣體工程 中常用管材規格 ， 見表 1。
表1 TP2 TU1銅管與OCr18Ni9不鏽鋼管
常用管道規格
（三）機械效能
管材的機械效能決定了其加工效能和施工安裝方式，銅管與不鏽鋼管的力學效能差異決定了銅管與不鏽鋼管的不同機械效能，對管道的施工安裝影響也不一樣
，
TP2 TU1銅管與OCr18Ni9不鏽鋼管的力學效能
見表 2。
TP2、TU1 銅管與 0Cr18Ni9 不鏽鋼管的
力學效能對比
由表 2 可知，不鏽鋼管的機械效能要優於銅管，其抗拉強度、硬度均遠高於銅管，能承受較強的內、外部荷載，施工時管道表面質量易於保護，管道支架間距大，管道穩定性好，當管道公稱直徑大於 DN40 時，管道支架間距優勢明顯。相比不鏽鋼管，銅管則容易產生夾傷、錘痕、凹坑等機械損傷，管道易彎曲、變形，施工時應注意保護管道，合理設定管道支撐件。銅管與不鏽鋼管的水平管道支架最大間距對比，見表 3。
醫用氣體管道系統具有分支管多的顯著特點，一所綜合醫院往往超過幾千隻醫用氣體終端，根據目前市場上氣體終端的技術規格，與終端連線的醫用氣體支管一般不超過 DN15。銅管屈服強度低，冷狀態下易於彎管，小於 DN20 的半硬銅管彎頭可採用手動彎管器現場彎制替代成品彎頭，施工簡單、減少焊縫、安裝效率高。以北京地區某 500 床、建築面積 7 萬平方的醫院為例，各種規格的醫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， 小於DN20 的支管佔整個管道系統工程量比例高達 78。5%。可見，採用銅管比不鏽鋼管能顯著減小施工難度，提高工程進度。
醫院是功能複雜的公共建築，需配套的公共輔助設施多，走廊吊頂內除佈置有醫用氣體管道外，還有大量的電力、通訊、冷水、熱水、消防、空調、通風等各種管線。受吊頂高度、管線間距、施工工具等因素制約，醫用氣體管道安裝時，經常發生施工人員利用管材的塑性而不按施工規範強行施工。所以，在選擇醫用氣體管材時有必要考慮管材與管件連線處的扭曲因素，銅管相比不鏽鋼管柔韌性好、適應性強，可以彌補施工中的不足。
（四）耐腐蝕性
醫用氣體管道工況條件穩定，實際工程中一般不對管道採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特性實現。銅管與不鏽鋼管是兩種化學特性截然不同的管材，不同的化學成分決定引起腐蝕的工況條件的差 異。TP2、TU1 銅 管 與 0Cr18Ni9 不 鏽鋼管的化學成分分別見表 3、表4。
表3
表4
由表3可知，TP2、TU1
銅管中銅成分含量
佔99%
以
上
，銅管的耐腐蝕性主要依賴銅本身的化學特
性
。銅
管長期暴露在大氣環境
中
，銅與氧氣反應生成氧化亞
銅（CuO
）
，在銅管表面形成緻密的保護
層
，保護內部
的銅不再氧
化
。但在潮溼環境
中
，二氧化
硫
、二氧化
碳、
硫化氫會與氧化銅發生反應生成鹼性碳酸
銅（CuCO
3
）
。
（Cu（OH）
2
）
，俗稱銅
綠
，銅綠的產生會加劇銅管的腐
蝕。
另
外
，由於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
不鏽鋼管中鎳成分含
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
，當不鏽鋼管長期暴露在大氣環境
中，鎳
、鉻與氧氣反應生成氧化
鎳（NiO
）
、氧化
鉻（Cr
2
O
3
）
、
氧化鐵
鉻（FeO。Cr
2
O
3
）
，在管道表面形成緻密的氧化物
膜
，可有效阻止氧化反應繼續深
入
。一旦這種氧化物膜
受到破
壞
，管道表面將發生鏽
蝕
，形成疏鬆的氧化
鐵，管道耐腐蝕能力將減弱。
0Cr18Ni9
不鏽鋼是非超低碳不鏽
鋼
，其碳成分含量
高
於0。03%
，透過固溶處理後方具備良好的耐腐蝕性
能。
不鏽鋼管焊接
時
，焊縫兩側被加熱
至400-910度
，達
到
晶間腐蝕敏化
區
，這時晶間的鉻和碳化合生
成Cr
23
C
6
從
固溶體中沉
澱
，在晶間產生貧鉻
區
，容易發生晶間腐
蝕。
所
以
，不鏽鋼管道雖然整體耐腐蝕效能優
越
，但是焊接還是會使焊縫及熱影響區的耐腐蝕效能大大下
降
，管道強度和延性明顯下
降
，甚至發生晶粒脫
落
。為了防止不鏽鋼管焊接後出現晶間腐蝕的情
況
，一般需進行退火處理消除晶間腐蝕傾
向
，但因受施工現場條件限制卻很少採
用
。另外選用超低碳不鏽鋼或含鈦等穩定性化學元素的不鏽
鋼
，可以防止晶間腐
蝕
，但這大幅度增加了管材
成本。
醫用氣體管道室內一般敷設在專用管井或走廊吊頂
內
，外部工況條件穩
定
，管道外部腐蝕較
輕
，以內部腐
蝕為
主
。無論銅管還是不鏽鋼
管
，其內部腐蝕程度主要
由醫用氣體的化學特性和氣體品質決
定
。對於正壓管
道，
根據藥典以及其他相關規範的要
求
，醫用氧
氣
、醫用壓
縮空氣等正壓氣體性質穩
定
，露點溫度基本小
於-2
0
℃，
管道內部腐蝕甚
微
。對於醫用真空等負壓管
道
，管內介
質呈氣液多相變
化
、組分復
雜
、甚至含有病毒等微生
物，
容易引發管道內部腐
蝕
。由於銅管對氧化劑的鈍化作用弱於不鏽鋼
管
，其內部腐蝕程度大於後
者
，但是銅離子具有抑制細菌和病毒的作
用
，有利於吸引廢氣的安全排
放
，從衛生防疫和環保的角度考
慮
，醫用真空管道的管
材優先考慮選用銅管。
（五）焊接工藝
焊縫質量的好壞是影響管道安全執行的關鍵因素，根據醫用氣體管道特性，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線均採用惰性氣體保護下的焊接連線。銅管連線時，為提高焊縫連線強度和嚴密性，採用承插式硬釺焊連線。不鏽鋼管道採用氬弧焊或等離子焊，可有效消除管道氧化現象，形成清潔焊縫，並防止管道內產生氧化顆粒物。（對比兩種焊接工藝優缺點）
二、經濟分析
（一）管材價格
出於專案成本控
制
、市場競爭等因
素
，業主和醫用
氣體工程承包商往往選用價效比較高的管材來實施項
目。
近幾
年
，國內對銅和不鏽鋼的需求持續上
漲
，銅管和不鏽鋼管價格也不斷拉
高
，由於銅和鎳的原材料價格波動
較
大
，筆者僅根
據201
5
年
7
月的北京地區金屬交易市
場價格，對醫用氣體銅管和不鏽鋼管作經濟性比較。
從目前的市場報價情況來看，醫用氣體銅管的價格取當日銅現貨均價和銅管加工費二者之和，加工費包含脫脂費用；不鏽鋼管的價格為管材價格和脫脂價格二者之和。管道規格按表1統計，管材脫脂要求均以滿足YS/T650標準為前提，TP2銅管與0Cr18Ni9不鏽鋼無縫管的7月份市場均價見表5。由表5可知，除DN10、DN15的管材外，DN32以上的不鏽鋼管摺合每米單價遠低於銅管，單價對比見圖1
表 5
圖1
（二）工程例項
以北京地區某500床、建築面積7萬平方米的一家三甲醫院為例，就醫用氣體管材採用銅管和不鏽鋼管作簡單經濟比較，管材直接費用見表6。由圖1和表6可知，簡單摺合每米單價，銅管平均價格約是不鏽鋼管的1。5~2倍，而實際工程中，小於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鏽鋼管高出23%。由於三通、彎頭等管件的生產工藝差別，目前市場上不鏽鋼管件比銅管件價格高出約1~1。5倍。綜合對比後，醫用氣體管材選用不鏽鋼管比銅管在經濟性上只略具優勢。
表6
三、發展情況
目前，國內涉及醫用氣體系統管材選用的規範主要有 YY/T 0186 -94《醫用中心供氧系統通用技術條件》、YY/T 0187-94《醫用中心吸引系統通用技術條件》和GB50333-2002《醫院潔淨手術部建築技術規範》，相關條文歸納如下 ：壓縮氣體管路選用不鏽鋼管和脫氧銅管，真空系統管路可採用鍍鋅鋼管和非金屬管。筆者調研了國內部分三甲醫院和醫用氣體工程公司，知悉目前國內醫用氣體管材基本上以銅管和不鏽鋼管為主，部分負壓管路採用鍍鋅鋼管和 PVC 管。鍍鋅鋼管因其耐腐蝕性差、易洩漏等缺點，正逐步被銅管和不鏽鋼管替代。PVC 管因質量可控性差，耐火極限不能滿足消防要求，僅能有限使用。由於施工難度低、施工質量可靠，在潔淨手術部、ICU 等重要醫療場所，醫用氣體管材基本上選用銅管。根據《醫用氣體工程技術規範》徵求意見稿的相關條文，醫用氣體管材均應採用無縫不鏽鋼管或無縫銅管，鑑於銅管材的諸多優秀特性，尤其是在滿足衛生學要求上，規範建議採用無縫銅管。可見，選用銅管作為醫用氣體管材已是未來醫院建設的趨勢。
在 歐美等發達國 家，在醫用氣體系統設 計、安 裝等方面已有非常完整的設計導則和技術標 準，如 HTM02-01、ISO 73961-1、BSEN737、NFPA99C等，在這些標準中銅管是醫用氣體系統的指定或首推管材。我國YS/T650標準的技術指標也完全符合HTM02-01、 ISO73961-1、BSEN737、NFPA99C等標準的要求。
隨著國內醫院建設水平和管理理念的提高，醫用氣體系統的重要性得到了更為廣泛的關注，無論是工藝設計、裝置選型，還是系統安裝，均逐步與國際接軌。對比國內、外的發展情況，銅管在醫用氣體工程中的應用將越來越普及。
四、結束語
銅管和不鏽鋼管均具有較好的強度、良好的耐腐蝕效能和加工效能，均可作為醫用氣體管道的優質管材選用，不建議採用鍍鋅鋼管和非金屬管道。
不鏽鋼管與銅管相比具有更好的強度、剛度、耐腐蝕性和經濟性，但在使用中焊接難度大，有害殘留不易清除，難以滿足衛生學要求。在有外部荷載影響和外部腐蝕等惡劣工況下，不鏽鋼管相比銅管具有更長的工作壽命。
銅管對現場施工條件適應性強、施工難度低、安裝效率高，有專門針對醫用氣體系統的銅管標準，整體施工質量優於不鏽鋼管，並具有抑制細菌和病毒的作用，是國際醫用氣體標準中指定或首推管材，在國內應推廣使用。
鑑於國內醫用氣體工程建設的現狀，不鏽鋼管依然會有比較廣泛的應用，希望相關部門也能夠及早出臺專門針對醫用氣體系統的不鏽鋼管材標準，以滿足細分市場的不同需求。
參考文獻
［1］YS/T650-2007 醫用氣體和真空用無縫銅管［S］。北京：中國標準出版社，2008
［2］GB/T18033-2007無縫銅水管和銅氣管［S］。北京：中國標準出版社，2007
［3］GB/T14976-2002流體輸送用不鏽鋼無縫鋼管［S］。北京：中國標準出版社，2002
［4］YY/T 0186-94醫用中心供氧系統通用技術條件［S］。北京：國家醫藥管理局，1995
［5］YY/T 0187-94醫用中心吸引系統通用技術條件［S］。北京：國家醫藥管理局，1995
［6］GB50333-2002醫院潔淨手術部建築技術規範［S］。北京：中國計劃出版社，2002
本文作者：
北京積水潭
醫院 張 昊