冻干机制冷与真空系统的维护及常见问题

摘 要：从冻干机的制冷与真空系统2方面分析了其日常维护和常见问题。
关键词：冻干机；制冷系统；真空系统；日常维护保养；维护措施；常见问题
冻干机被广泛应用于药品生产，然而，由于冻干生产过程的不可间断性，一旦冻干机出现故障将严重影响生产，给企业带来损失。因此，笔者就其中重要的制冷与真空2大系统的日常维护和常见问题进行分析，希望对冻干机使用者能有所启发。

1  制冷系统
1.1  日常维护保养
（1）每次开机前要例行检查：1）所有截止阀（压缩机吸排气阀、供液阀、手阀等）是否处于开启状态；2）各压力表读数是否正常（0.6～0.7 MPa）；3）压缩机油位是否正常（1/4～3/4）；4）冷却水压力（0.1 MPa以上）、温度是否正常。
（2）送电后应注意：1）压缩机是否自动收液；2）油压差是否复位等；3）检查曲轴箱的加热器加热情况，曲轴箱的温度应高于环境温度20 ℃。 
（3）开机后要注意：1）压缩机运行声音是否正常；2）制冷管路是否有异常振动；3）压缩机本身的振动是否最小；4）视液镜流量是否正常；5）膨胀阀结霜情况；6）压缩机回霜情况。
（4）压缩机冷冻机油视情况每半年或1年更换1次。
（5）水冷凝器需定期清洗，一般为1年。可拆洗，也可用水处理清洗剂进行循环清洗。对于风冷机组，及时清理冷凝器外表面。
（6）注意压缩机不能频繁启动，启动间隔的时间应大于3 min。

1.2 常见问题及处理办法   
1.2.1 高压压力过高，高压报警
（1）制冷剂太多，排气压力高，应放出部分制冷剂。
（2）冷却水温度高，流量不足或水冷凝器结垢。
（3）制冷管道低压段有泄漏，吸入空气。
（4）高压排气阀没开足或损坏，造成排气不畅。
可以通过消警复位按扭进行复位，按扭开关在高压压力继电器上。

1.2.2 油压差报警
（1）回油不畅，造成压缩机曲轴箱内油位不够，油泵吸不到油。一般需换新的油分离器。
（2）油脏，造成油泵过滤器堵塞。需换油，并清洗油过滤器。
（3）油压差继电器失灵。更换新的油压差继电器。
（4）油泵发生故障。更换新的油泵。
（5）制冷系统蒸发不好，有制冷剂进入曲轴箱。将冷冻油带入系统，导致油压过低。关小冷凝器出口的供液阀或调整热力膨胀阀（增大系统的过热度）。
压缩机启动90 s后油压差继电器起作用，若还没有油压差，将报警，报警后可以通过油压差继电器上的复位按扭复位进行消警。

1.2.3 压缩机热保护（电机温度超过85 ℃）
系统的回气量不足，电机没有得到充分的冷却。
解决办法：（1）调整中冷膨胀阀，加大系统的循环量，使电机充分冷却。（2）检查供液管路是否发生堵塞（供液截止阀，干燥过滤器，电磁阀、膨胀阀前的滤网等），如发生堵塞要加以解决。（3）检查回气管路和压缩机的吸气过滤器有无堵塞，有堵塞进行修复。（4）检查是否缺少制冷剂，如缺少需补充。
    电子热保护后报警，将热保护的220 V控制电源关掉重新启动就可消除报警。

1.2.4 水压力报警
（1）冷却水压力低于水压力继电器设定的压力。需确保冷却水压力高于水压力继电器设定的压力；在保证冷却效果压缩机高压不报警的情况下可适当调低水压力继电器设定的压力。
（2）水压力继电器失效。需更换水压力继电器。
只要水压力高于水压力继电器设定的压力，报警即可消除。

1.2.5 压缩机无法启动
（1）高压报警、油压差报警、电子热保护、水压力报警其中一个报警。需找到报警原因，将报警消除。
（2）瞬间启动电流太大，导致热过载保护或空气开关保护。需查出电流大的原因，将热过载复位后即可启动。
（3）压缩机曲轴咬死、活塞缸咬死。需维修压缩机。
（4）控制系统故障，对压缩机没有输出控制。应由我公司软件人员解决。
（5）电器系统故障如PLC故障、交流接触器故障等。在确认电器部件故障后，给予更换。

1.2.6 压缩机在运行时忽然自动停机
（1）在运行时高压报警、油压差报警、电子热保护、水压力报警其中至少有一个报警。
（2）运行时交流接触器故障、过载保护、压缩机电机忽然烧掉。
（3）运行时出现液击或油击，出现活塞或曲轴咬死。
（4）运行时控制程序出现瞬间不稳定，忽然没有输出。
1.2.7 制冷系统制冷效果不好
（1）膨胀阀开启过大或太小。膨胀阀开启过大压缩机本身积霜严重，过液量太大，膨胀阀开启过小，过液量不足。需调节膨胀阀，使压缩机达到最佳工况。
（2）制冷系统堵塞不畅，如过滤器堵塞、膨胀阀堵塞、相关阀门未开或未全开、电磁阀失灵等。需找到堵塞的部位和原因，及时进行清洗。
（3）制冷剂不够。需补充适量的制冷剂。
（4）压缩机阀板上部或汽缸下部的纸垫被击穿或破裂或压缩机吸排气阀片破碎。需更换新的纸垫或排气阀片。

1.3 常见的维护措施
1.3.1 如何检漏
     （1）系统打压，氮气充至1.4 MPa，待高、中、低、油4个压力表平衡后记录各个表的读数，保压数小时（一般为24 h以上）后，看各压力表的读数是否下降，若下降则说明系统的漏点，可用肥皂水涂抹可疑点进行检漏。
（2）用卤素灯检查各可疑点的前提是系统有制冷剂，4个表读数平衡（0.5 MPa以上）。
（3）用高级检漏仪，可以用氦质谱仪，先对管道进行抽真空，抽到极限后关掉真空泵，改用氦质谱仪抽真空，向泄漏可疑点喷氦气，通过氦质谱仪上的仪表显示，可以看出泄漏点具体位置，精度非常高。
1.3.2 如何充注制冷剂
（1）充注制冷剂之前一定要确定制冷剂的质量，确认质量没有问题后方可充注，劣质制冷剂对压缩机和制冷系统破坏力极大，轻则影响制冷系统运行，重则使压缩机损坏。
（2）可从压缩机低压吸入口充注，钢瓶严禁倒置和平躺，充注时禁止空气进入制冷系统。
（3）充注制冷剂之前请先确定系统中是完整性充注还是补充性充注，如果是前者（特
别是刚进行保压检漏操作的），建议先对系统进行抽真空；对于后者请将系统中的空气排放干净后对制冷剂做适当补充。
（4）如果该制冷剂为共沸，则不必将钢瓶倒置和平躺，直接将其充入系统中；如果是非共沸制冷剂，可以考虑将钢瓶倒置和平躺（即出口处为液态），但制冷剂罐口阀门应尽量关小，以免使压缩机产生液击现象。
（5）充注前，请确保连接的管道不泄露，将其连接到制冷剂罐排出口，再打开阀门将连接管道内的制冷剂排除，再将连接管道的另外一端连接到气液分离器上的角阀上；观察各个压力表的压力值，视镜上的气泡数量以及压缩机的回霜多少来确定制冷剂的充注量。 
1.3.3 如何调节膨胀阀
（1）顺时针方向旋转可以调小膨胀阀流量，逆时针方向可以调大膨胀阀流量。 
（2）压缩机吸气口结霜的多少、视液镜中气泡的多少能间接反映出膨胀阀开启程度，在调节膨胀阀时每次调节量不可太大，两次之间的时间间隔不低于15 min，以便观察系统的运行趋势。膨胀阀一经调定，就不要再动，除非工况变化很大。
1.3.4 如何收液
先将水冷凝器出液阀关闭，启动压缩机，10 s后打开板冷电磁阀和冷凝电磁阀，运行压缩机5～8 min，检查压缩机中压，中压压力在0 kgf/cm左右停止压缩机运行，同时将水冷凝器进液阀关住，氟里昂即收液到水冷凝器里了。
1.3.5 更换清洗过滤器
制冷系统运行超过1年后建议更换干燥过滤器的滤芯和回气过滤器的滤芯。最好是1年更换1次，不能更换的应拆下用汽油进行清洗。
1.3.6 如何换冷冻机油
1.3.6.1 冷冻油的使用
    一般来讲，制冷系统首次运行100 h后要更换冷冻油，再次运行10 000～12 000 h后要更换冷冻油，换油时只要油液位露出视镜的1/4即可，切不可多加，油多了很容易造成油击。一般都应按照厂家规定的要求使用专用的冷冻机油。

1.3.6.2 冷冻油的更换
（1）关闭压缩机吸气阀，手动复位油压安全控制器，启动压缩机，将压缩机内制冷剂排入系统中，待压缩机内的压力与大气压平衡时，关闭压缩机（切断电源），关闭压缩机排气截止阀，此时压缩机内压力还会有所回升，打开排气截止阀上的接头，放净存气。
（2）从压缩机放油口拧下放油堵，取出油过滤器把脏油放出。
（3）用汽油洗净油过滤器油堵上的金属粉末，晾干后重新装入并拧紧放油堵。
（4）将压缩机视油镜左上方丝堵拧下，用充油管与油桶相连，将压缩机抽真空，冷冻油靠大气压力的作用自动吸入压缩机。
（5）换油量只要露出压缩机油视油镜1/4即可，再拧上丝堵。
（6）用真空泵抽出压缩机内的空气。
（7）打开压缩机吸排气截止阀，即可使压缩机投入运转。

1.3.7 如何排放制冷系统空气
   将水冷凝器出液阀关闭，启动压缩机，过10 s后打开板冷阀和冷凝阀，连续运行5 min后关闭压缩机，过10 min后，让制冷剂冷却成液体，空气全部在液体上面，通过水冷凝器进液阀，拧开旁边的螺母，顺时针拧阀杆，即可排放空气。

1.3.8 压缩机的液击问题
    液态制冷剂或润滑油随气体吸入压缩机气缸时会损坏吸气阀片。液击可以在很短时间内造成阀片、活塞、连杆、曲轴、活塞销的损坏。减少或避免液体进入气缸就可以防止液击的发生。液击最常见的现象是造成吸气阀片断裂和连杆断裂。
    引起压缩机液击的液体主要为以下几种：（1）回液，即从蒸发器中流回压缩机的液态制冷剂或润滑油；（2）带液启动时的泡沫；（3）压缩机内的润滑油太多。

2 真空系统
2.1 日常维护保养
（1）开启真空泵前，要检查真空泵的油位（一般为油视镜1/2）。
（2）开真空泵、小蝶阀前，要保证前箱门关好，所有阀门都处于关闭状态。真空泵对箱体开始抽真空前，一定要保证后箱是干燥的，如果有水汽，则要使冷凝器温度低于-45 ℃，而且整个冻干过程中冷凝器温度要保持在-45 ℃以下，以免将水汽抽入泵体，影响真空泵的工作。
（3）若所配的真空泵和罗茨泵需要水冷的，一定要保证冷却水先于真空泵开启前到位，运行过程中可以用手触摸一下泵体的温度。罗茨泵启动不宜太早（由电接点压表控制）。
（4）真空泵油需定期更换，其周期一般为1年1次。真空泵运行时，要注意液位表内油色的变化，如果在运行的过程中在油的上部分出现由白色的小液滴状构成的白色浑浊现象，则说明有水汽或有机溶剂进入真空泵，请将气振阀门打开一段时间（根据实际情况而定，一般为1 h左右）；如果泵油长时间地全部出现乳白色、黑色或其他颜色，说明油已经变质乳化，需要对真空泵油进行更换。
（5）运行真空泵后，请先别打开小蝶阀，让真空泵对真空管先抽一段时间，观察真空泵运行时是否产生杂音，是否能在正常的时间内抽到极限真空。如果有变化，则请先检查真空泵油是否变质、泵头电磁阀是否正常开启、泵头上的各个连接部分是否存在松动现象等。
2.2 真空不理想的原因及处理办法   
2.2.1 真空泵性能下降
    先观察真空泵油位及油是否被污染，若真空泵油质量明显下降，有乳化现象后，需立即更换，并查明原因，若真空泵吸入少量水分，可打开气镇阀，1 h后观察真空泵油是否改善，真空度是否下降。若真空泵经多次换油仍无明显改观，可视为真空泵故障，需对真空泵进行检修。
2.2.2 系统泄漏
    请用排除法逐一检查可能漏的点、阀门、相关的密封圈。
2.2.3 箱体内部有水
    冷凝器化霜不彻底，水没有排干，导致在箱体底部的水不断挥发而影响抽真空。

2.2.4 真空规管出现问题  
（1）真空规管在使用的过程中内部进入了一些水分或其他挥发性液体导致真空度显示出现跳动、不准确等现象，请用吹风机将其内部吹干后投入使用。
（2）真空规管安装不正确。正确的方法为：规管垂直安装、安装位置要接近抽气口、远离放气口。
（3）操作人员对真空规管的使用不规范，比如在规管带电时对其连接导线任意拔插，规管有负载时任意地去拆卸、搬运时没有能够轻拿轻放等，最终使规管受到破坏。
（4）规管本身的性能随着时间的推移逐步降低，可以用丙酮溶剂对规管内部加以清洗，风干后校核其显示准确性。 
2.3 常见的维护措施
2.3.1 真空泵的换油
一定要正确地使用其规定的油号，否则将使泵的性能降低，甚至可能损坏真空泵。
（1）开加油堵头，然后拧开排油堵头，用相应的容器接住排出的废油，排放干净后，拧上排油堵头。
（2）加入新鲜的真空泵油，只要使油位稍微露出视镜即可。运行真空泵5 s后，关闭真空泵，重复（1）的操作步骤。
（3）如果经过步骤（2）后，排出的油仍然很脏，可以考虑重新对真空泵进行清洗。最后加入真空泵油，油面应保持在两条油位指示线之间的1/2（用泵体外壳上的铸出线和标牌上的上、下限表示）。
（4）启动真空泵进行测试，等到泵温升高后，判断其抽真空性能。如果真空还是不理想，可能是泵内积有油泥等沉积物或存在机械方面的原因。 

2.3.2 注意事项
    真空泵无论是在使用还是不使用的情况下，操作人员都要对其进行维护，比如每周都要让真空泵打开气振阀，在空载的情况下运行2 h左右；检查泵体是否漏油，工作时是否有杂音等。
    一般来讲药品升华过程中药粉进入真空泵会对泵油和真空泵的旋片造成很大的影响，在真空泵中有水或有污染的情况下工作时，极限压力升高，泵的机械摩擦增大；严重时，泵将无法运转；更严重时甚至会导致电机因过载而烧毁，因此，严禁让真空泵对具有强腐蚀性药物工作，如果对一般腐蚀性不大的药品抽真空，也要视情况进行维护。

（1）次开机时一定要先检查循环泵的运转方向（指示灯绿灯为正常，红灯反向）。
（2）每次开机前需观察平衡桶的液位（1/3～1/2）。
（3）开循环泵后，观察压力表读数（正常值为0.1 MPa）。压力表指针是否抖动，若抖动则说明循环系统有空气，需排除空气。排除空气的方式如下：将一根塑料软管的一端连接到导热油管上的排气阀，另一端插入平衡桶；打开排气阀，开启循环泵，使导热油和空气通过该管道进入平衡桶；结束循环的标志为：压力表指针稳定、塑料管道上无明显气泡以及循环泵不再自动切换运行；注意观察导热油进出口温度，特别是进口温度，要保证导热油进口温度显示准确。在操作过程中一定要考虑到循环泵自身也有发热的性能，这就要求操作人员不在进行电加热的时候也要考虑到循环泵的作用。导热油的更换：注意导热流体的性能，一般三元混合液每年换1次，硅油每5年换1次。导热流体的充注：循环回路中装有2个充液阀，分别位于循环回路的最高位和最低位，它们在充注前起排气和保证充液作用。回路经过检漏、干燥、排气后即可充液。充注时，导热流体从平衡桶的液面计上反映出来时，开动循环泵进行排气，边充液边排气，直至排净管路中的空气，充液至平衡桶液面计的1/3处，关闭所有阀门，充注完成。
3         结语
制冷与真空系统是冻干机的2大系统，对冻干过程和最终的制品质量起着决定性的作用，因此也是制药企业员工必须清楚掌握的内容。当然，冻干机还有其他的组成系统，任何一个系统出问题都会影响最终产品质量，只有全部了解掌握了冻干机的结构、原理，才能分析和排除故障，确保冻干过程顺利。

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