اصول کلی تعیین نقطه شبنم هوای فشرده پزشکی مطابق با استاندارد NFPA 99

 

استاندارد NFPA 99 (آژانس ملی مقابله با حریق) برای تأسیسات مراقبت های بهداشتی (نسخه ویرایشی ۲۰۰۵) همان نسخه فعلی است که توسط آن مراکز مراقبت های بهداشتی در ایالات متحده سیستم هوای فشرده خود را طراحی می کنند.
استاندارد NFPA 99 بسیاری از الزامات گاز های پزشکی را پوشش می دهد و هوای فشرده تنها بخشی از استاندارد است.
برای درک کامل محدوده استاندارد، از جمله اطلاعات در مورد الزامات کمپرسور هوا، می توانید آن را در http://www.nfpa.org/catalog/ ببینید.

بطور کلی، مراکز درمانی دارای دو سیستم هوای فشرده پزشکی مجزا هستند که مطابق با استاندارد NFPA 99 قرار می گیرند.
این استاندارد ها، همان سیستم هوای فشرده برای پزشکی و هوای ابزاری هستند.
این دو سیستم کاملاً مستقل هستند که توسط استاندارد مذکور، مجاز به اتصال نیستند.
هر دو سیستم دارای شرایط خاصی از نقطه شبنم و کیفیت هوای فشرده هستند.
هر دو سیستم توسط سیستم های هشدار دهنده محلی و اصلی نظارت می شوند.
در این مقاله درباره فناوری های تولید هوای فشرده به منظور برآورده کردن استاندارد های تعیین نقطه شبنم هوای فشرده پزشکی بحث خواهیم کرد.

معرفی سیستم های هوای فشرده برای پزشکی

در حالت کلی، دو نوع سیستم هوای فشرده پزشکی وجود دارد.
تعاریف سیستم های سطح ۱ و سطح ۲ در زیر با توجه به استاندارد NFPA 99 آمده است:

• سیستم های گاز و وکیوم لوله کشی پزشکی سطح ۱٫ سیستم‌هایی که به ساکنین سرویس می‌دهند،
  اما به محض قطع شدن لوله‌های گاز پزشکی و سیستم وکیوم، بیماران را در معرض خطر قریب‌الوقوع بیماری یا حتی مرگ قرار می‌دهد.
• سیستم های گاز و وکیوم لوله کشی پزشکی سطح ۲٫ سیستم‌هایی که به ساکنین سرویس می‌دهند، اما به محض قطع شدن لوله‌های گاز پزشکی و سیستم وکیوم، بیماران را در معرض خطر قابل کنترل بیماری یا حتی مرگ قرار می‌دهد.

هوای فشرده برای پزشکی توسط کمپرسورهای هوای فشرده پزشکی با فشار هوای ۱۰۰psig تولید می شود.
این هوا با این فشار وارد درایرها و فیلترهای هوای فشرده می شود.
سپس فشار هوا تا ۵۵ psig تنظیم می شود و برای کاربردهای سطح ۱ یا ۲ به مناطق مورد نظر توزیع می شود.
افت فشار، در هنگام توزیع لوله‌کشی به لحاظ می‌شود و فشار مصرف نهایی ۵۰ psig است.

اصول تعیین نقطه شبنم هوای فشرده پزشکی بصورت دقیق!

هوای فشرده پزشکی سطح ۱ و سطح ۲ دارای مشخصات نقطه شبنم یکسانی هستند.

استاندارد NFPA 99 بیان می کند که:

“درایر هوای فشرده برای پزشکی باید طوری طراحی شود که هوا را در حداکثر نقطه شبنم که زیر نقطه انجماد باشد،
(۰ درجه سانتیگراد (یا همان ۳۲ درجه فارنهایت)) در هر سطحی از تقاضا بتواند ارائه دهد.”

در این گفته، عبارت “در هر سطح از تقاضا” مهم است. استاندارد NFPA 99 در ادامه بیان می کند که
درایر ها باید اندازه ای داشته باشند تا نقطه شبنم هوای فشرده پزشکی مشخص شده را در حداکثر تقاضای محاسبه شده ارائه دهند.
بنابراین، پیک تقاضای محاسبه‌شده، شرایط بار کامل را نشان می‌دهد که یک درایر باید برای آن اندازه شود.
این امر اجازه می دهد تا کیفیت نقطه شبنم حتی زمانی که یک بحران در بیمارستان رخ می دهد
و تمام دستگاه های مصرف کننده هوای فشرده در حال استفاده هستند، حفظ شود.

واقعیت در بیمارستان ها این است که تقاضای واقعی معمولاً تنها ۳۳ درصد از تقاضای پیک محاسبه شده است.
تخمین ۳۳ درصد غیر رسمی است، اما بسیاری از کارشناسان صنعت فشرده سازی هوا با آن موافق هستند.
این بدان معنی است که درایر هوای فشرده که باید نقطه شبنم را در “هر سطح تقاضا” ارائه دهد،
باید بتواند نقطه شبنم ۰ درجه سانتی گراد را در بار ۳۳٪ ارائه دهد.

هشدار های نقطه شبنم هوای فشرده پزشکی

الزامات نظارت بر کیفیت هوای فشرده پزشکی در استاندارد NFPA 99 بسیار خاص هستند. این الزامات به شرح زیر مشخص شده اند:

کیفیت هوای پزشکی باید در پایین دست رگولاتورهای هوای پزشکی و بالادست سیستم لوله کشی به شرح زیر نظارت شود:

1. نقطه شبنم هوای فشرده پزشکی باید نظارت شود و زمانی که نقطه شبنم در فشار سیستم از +۴ درجه سانتیگراد (+۳۹ درجه فارنهایت) تجاوز کند، باید یک آلارم محلی و همه آلارم های اصلی را فعال کند.
2. مونواکسید کربن باید نظارت شود و زمانی که سطح CO از ۱۰ ppm بیشتر شد، باید زنگ هشدار محلی را فعال کند.
   [به ۱٫۹٫۵٫۴(۲) مراجعه کنید]
3. در صورت قطع برق نظارتی بر نقطه شبنم و مونوکسید کربن، باید سیگنال نظارتی منفرد در تمام پانل‌های هشدار اصلی فعال شود.

بنابراین، نقطه شبنم هوای فشرده پزشکی هم در صفحه کنترل درایر(در فشار ۱۰۰ psig) و هم در پایین دست پس از رگولاتور های فشار (در فشار ۵۰-۵۵ psig) کنترل می شود.
هر گونه وجود رطوبت در خطوط لوله، آلارم های پایین دست را فعال خواهد کرد.
انواع مختلفی از درایرها برای از بین بردن رطوبت استفاده می شود.
درایر های تبریدی، ممبران و جذبی. همه این درایر ها می توانند با استاندارد NFPA 99 مطابقت داشته باشند،
در حالی که برای انجام این کار با چالش های مختلفی روبرو هستند.

درایر های تبریدی برای تولید هوای فشرده برای پزشکی

درایر های هوای فشرده از نوع تبریدی می توانند نقطه شبنم فشاری را فراهم کنند که با مشخصات NFPA 99  (دمای ۰ درجه سانتی گراد یا ۳۲ درجه فارنهایت) مطابقت دارد.
این درایر ها ابتدا یک نقطه شبنم فشار در دمای ۳۸ فارنهایت (۳ درجه سانتیگراد) را با فشار ۱۰۰ psig تامین می کنند.

برای مثال، درایر های تبریدی برند Hankison، برندی که متعلق به شرکت SPX است،
مدت ها است که برای تولید هوای فشرده برای پزشکی استفاده می شوند.
تیموتی جی فاکس، مدیر تحقیق و توسعه، فرآیند های دهیدراسیون و فرآیند های فیلتراسیون شرکت SPX می گوید:
وقتی هوا با نقطه شبنم فشار ۳ درجه سانتی گراد (در ۱۰۰ psig) تنظیم می شود،
نقطه شبنم فشار در ۵۵ psig، به ۲۵٫۹ فارنهایت و در ۵۰ psig به ۲۴٫۱ فارنهایت می رسد.

درایر های تبریدی هوای فشرده بر اساس اصل استفاده از مدار تبرید برای خنک کردن هوای فشرده در مبدل حرارتی و تحریک تراکم رطوبت در هوا کار می کنند.
سپس رطوبت متراکم شده توسط یک سپراتور رطوبت در داخل درایر از جریان هوای فشرده جدا می شود.
هوای فشرده اکنون از درایر تبریدی در نقطه شبنم طراحی ۳۸ فارنهایت (۳ درجه سانتیگراد) با فشار ۱۰۰ psig خارج می شود.

عملکرد مهم سپراتور های رطوبت در درایر های تبریدی

بدیهی است که سپراتور رطوبت نقش مهمی در توانایی درایر ها در خشک کردن هوای فشرده پزشکی دارد.
یک مشکل رایج در برخی از طرح‌های درایر های تبریدی هوای فشرده، این است
که سپراتور رطوبت تنها در زمانی که بار کامل و ۱۰۰ درصدی را تجربه می‌کند،
با درجه بالایی از کارایی (۹۰-۹۹+ درصد حذف رطوبت) عمل می‌کند.
سپراتور های رطوبت، در درایر های تبریدی، طراحی‌ها و درجات اثربخشی متفاوتی دارند،
به‌ویژه در شرایط بار جزئی ۳۳ درصد که معمولاً در بیمارستان‌ها استفاده می‌شوند.

به همین دلیل است که استاندارد NFPA 99 به طور خاص بیان می کند:
“درایر ها نقطه شبنم مشخص شده را در هر سطحی از تقاضا ارائه می دهند”.

انواع مختلفی از سپراتور های رطوبت در داخل درایر های تبریدی هوای فشرده استفاده می شوند.

چند مورد از انواع سپراتور ها در ادامه ذکر شده است:

1. جداکننده گریز از مرکز مکانیکی (Mechanical Centrifugal Separator)
2. سرعت در مقابل طراحی غیر حساس به سرعت (Velocity vs non-velocity sensitive design)
3. یکپارچه / سپراتور مبدل حرارتی (Integrated/Heat Exchanger Separator)
4. فیلتر ترکیبی / سپراتور (Combination Filter/Separator)

سپراتور گریز از مرکز سنتی می تواند با کمبود سرعت هوا در بارهای ۳۳٪ مشکل داشته باشد.
این سپراتور های “حساس به سرعت” از عمل گریز از مرکز برای پرتاب قطرات رطوبت از جریان هوا استفاده می کنند.
تحت شرایط بار جزئی مانند ۳۳ درصد بار، سرعت هوا برای خارج کردن قطرات رطوبت از جریان هوا کافی نیست.
قطرات رطوبت به سادگی دوباره وارد جریان هوا می شوند و مسیر خود را به پایین دست درایر ادامه می دهند.

بررسی انواع دیگر سپراتور های مورد استفاده

برخی از مبدل های حرارتی در داخل درایر های تبریدی، دارای محفظه ای هستند که به عنوان سپراتور انبوه مایعات عمل می کند.
برخی از این سپراتور ها که در بارهای کامل مؤثر هستند، باعث کاهش بازده عملکرد سیستم می شوند.

طرح هایی از سپراتور های مکانیکی در سیستم تولید هوای فشرده پزشکی وجود دارد که تلاطم کافی برای ایجاد جداسازی موثر در شرایط کم جریان ایجاد می کنند.
این طرح های “غیر حساس به سرعت” با در نظر گرفتن شرایط با جریان کم ایجاد شده اند.
محفظه های مختلف به عمل گریز از مرکز اضافه می شوند تا از جداسازی قطرات رطوبت اطمینان حاصل شود.

برخی از تولیدکنندگان، مانند domnick hunter که بخشی از پارکر هانیفین محسوب می شود،
حتی به کاربر نهایی یک گواهی شخص ثالث برای تضمین اثربخشی در شرایط جریان کم ارائه می دهند.

جِین سکستون، مدیر خدمات بازاریابی در domnick Hunter می گوید:

«کاربران نهایی از دریافت تأییدیه شخص ثالث از Lloyd’s Register خوشحال هستند.
این رضایت آنان مبنی بر این است که سپراتور های رطوبت domnick Hunter در شرایط بار کم کار می کنند.»

یکی دیگر از طراحی های موثر «فیلتر/سپراتور» است.
این یک طراحی سپراتور است که هوا را از درون یک فیلتر المنت دو مرحله ای جریان می دهد.
هوا از درون المنت، از داخل به خارج جریان می یابد.
بخش اول از فولاد ضد زنگ سوراخ شده تشکیل شده و قطرات بزرگتر رطوبت را مسدود می کند.
بخش دوم از فیلتر مدیای ادغام شده تشکیل شده است و در این همین قطعه است که قطرات ریزتر به هم می پیوندند.”
این بخش دوم در شرایط کم جریان، مانند مواردی که در بیمارستان ها دیده می شود، ۹۹ درصد موثر واقع می شوند.

درایر ممبران هوای فشرده برای پزشکی

پیشرفت‌های فنی جدید، با درایر ممبران هوای فشرده، کارشناسان صنعت را وادار می‌کند تا این فناوری را دوباره بررسی کنند.
درایر های ممبران هوای فشرده می‌توانند نقاط شبنم هوای فشرده پزشکی سفارشی‌شده را مطابق با استاندارد NFPA 99، در محدوده -۲۰ فارنهایت تا +۳۲ فارنهایت ارائه دهند.

همچنین در محفظه‌های بسیار کوچک «فیلتر مانند» عرضه می‌شوند که نصب آن ها را آسان می‌کند.
از لحاظ تاریخی، عامل منفی درباره درایر های ممبران هوای فشرده این بوده است
که آنها از هوای پُرج زیادی برای از بین بردن رطوبت از جریان هوا استفاده می کردند.

اخیراً SPX Hankison خط تولید جدید درایر های ممبران هوای فشرده SweepSaver را معرفی کرده است که نیاز کمتری به هوای پُرج دارند.
این محصول از سیگنال تقاضا برای باز و بسته کردن یک ولو دو طرفه یکپارچه برای کنترل هوای محفظه استفاده می کند.
این قابلیت جدید کنترل پرج، همراه با سادگی و فشردگی ذاتی، درایر های ممبران را به یک فناوری قابل تامل برای آینده تبدیل می کند.

درایر جذبی هوای فشرده پزشکی

نوع دیگری از درایر های هوای فشرده، یعنی درایر جذبی، به فناوری انتخابی درایر در مراکز بهداشتی تبدیل شده است.
در پانزده سال گذشته، درایر جذبی جایگزین درایر های تبریدی شده است.
یکی از اعضای کمیته NFPA 99، مارک آلن از BeaconMedaes، تخمین می‌زند که

«سیستم‌های هوای فشرده برای پزشکی، در ۹۰ درصد مواقع از درایر جذبی استفاده می‌کنند».

دلیل اصلی این تغییر، نصب بسیاری از طرح‌های درایر های تبریدی در طول سال‌ها بود که فاقد سپراتور های رطوبت نداشتند که در شرایط بارگذاری ۳۳ درصد مؤثر باشند.
هنگامی که هشدار نقطه شبنم هوای فشرده پزشکی در استاندارد NFPA 99 اجباری شد،
بسیاری از بیمارستان بطور روزانه هشدارهایی را دریافت می­کردند.

در اغلب موارد، هنگامی که تقاضای بسیار کمی برای هوای فشرده وجود داشته باشد، آلارم ها بصورت شبانه فعال می شوند.
در طول روز، با سطوح بالاتر تقاضا، آلارم ها به خوبی کار می کنند.

طراحی طرح های درایر جذبی هوای فشرده گران‌تر از طراحی طرح های درایر تبریدی هستند،؛
اما نسبت به تبریدی ها مزیتی دارند و آن هم این است که تحت تأثیر شرایط کم جریان قرار نمی‌گیرند.
هوای فشرده از بستری از مواد جاذب (به طور معمول آلومینا فعال) عبور می کند که رطوبت را از جریان هوای فشرده خارج می کند.

انواع طراحی برای درایر جذبی هوای فشرده

درایر جذبی صنعتی معمولاً به گونه ای اندازه گیری می شوند
که نقطه شبنم هایی با پتانسیل نقطه شبنم فشار -۴۰ فارنهایت و -۱۰۰ فارنهایت تولید کنند.
در طراحی سنتی، یک طرح برج دوقلو با دو مخزن تحت فشار وجود دارد که مواد جاذب را در خود نگه می‌دارد.
این طرح در تامین نقطه شبنم مورد نیاز در تمامی دبی ها بسیار موثر است.

برخی از طرح‌های جدیدتر درایر جذبی، در صنعت مراقبت‌های بهداشتی محبوبیت پیدا کرده‌اند.
برخی از طرح‌ها همچنان از طرح برج‌های دوقلو استفاده می‌کنند،
اما به گونه‌ای طراحی شده‌اند که نقطه شبنم فشار ۱۴ فارنهایت (-۱۰ درجه سانتیگراد) را ارائه دهند.
نمونه ای از آن درایر BeaconMedaes Lifeline است.

در طراحی برج دوقلو در یک درایر جذبی، برای مطابقت با استاندارد NFPA 99 در بخش نقطه شبنم،
اندازه برج ها و در نتیجه هزینه واحد کاهش پیدا کرده است.
این درایر ها همچنین کنترل ها و آلارم های نقطه شبنم مورد تایید NFPA را در پکیج درایر ادغام می کنند
تا هزینه های سیستم را بیشتر کاهش دهند.

یکی دیگر از طرح های محبوب، درایر جذبی “مژولار” است.
درایر جذبی هوای فشرده مژولار که برای ارائه نقطه شبنم ۴- فارنهایت طراحی شده‌است،
بسیار فشرده بوده و به راحتی از درها و آسانسورها عبور می‌کند.
این نوع درایر جذبی هوای فشرده اغلب برای مراکز بهداشتی و درمانی که تجهیزات هوای فشرده خود را در مناطقی با دسترسی دشوار قرار می دهند، موضوع مهمی است.

خلاصه ای از بررسی نقطه شبنم هوای فشرده پزشکی

سیستم‌های هوای فشرده پزشکی سطح ۱ و سطح ۲ طبق استاندارد NFPA 99 باید بتوانند یک نقطه شبنم فشار ۰ درجه سانتی گراد در فشار منبع ارائه دهند.
هوای فشرده برای پزشکی با فشار ۱۰۰ psig تولید و خشک می شود و سپس برای توزیع در خطوط لوله تا ۵۵ psig تنظیم می شود.
هر دو آلارم محلی و اصلی نقطه شبنم، به ازای NFPA 99، زمانی فعال می شوند که نقطه شبنم فشار از ۳ درجه سانتی گراد بیشتر شود.

درایر های تبریدی و جذبی، هر دو فناوری هایی هستند که قادر به دستیابی به نیاز نقطه شبنم فشار در فشار عرضه ۵۰-۵۵psig هستند.
به دلیل مشکلات سپراتور های رطوبت و ویژگی‌های جریان کم بیمارستان‌ها که معمولاً ۳۳ درصد بار است،
عملکرد مناسب برای بسیاری از انواع درایر های تبریدی به یک چالش بزرگ تبدیل می شود.

در نتیجه، بازار مراقبت های بهداشتی به سمت استفاده از درایر جذبی هوای فشرده حرکت کرده است
و پیشرفت های فنی جدیدی را با درایر های ممبران در ذهن دارد!
این فناوری‌ها با طرح‌های جدید کاهش هزینه و مسائل مربوط به اندازه در گذشته، عملکرد قابل‌اعتمادتری در نقطه شبنم، بخصوص در بارهای جزئی، ارائه می‌کنند.