醫藥用凍干機維保技術

來源: 凍干機  作者: 凍干機  Time: 2021-07-28

   1、結構原理
    凍干機的干燥原理是通過將含水的液態制劑式產品低溫冷凍為固態，在真空狀態下加熱固態冰，使固態升華為氣態的水汽，最后將含水汽的空氣抽至水汽消除容器中，從而達到干燥的目的。
    凍干系統的組成包括制冷系統（一般為獨立的2、3并聯回路）、真空系統（真空控制）、電氣系統（控制中心）、硅油循環系統（用作向制品傳熱、制冷的中間媒介系統）、液壓系統（板層升降和蘑菇閥啟閉控制）和壓空系統（管道隔膜閥、門鎖控制），另外對于生產用凍干機設備還需要對制冷系統提供換熱的外界冷卻水循環系統，如圖所示。

圖：凍干控制工藝流程

    2、 設備特性
    醫藥凍干機設備對直接接觸藥品的部件有嚴格的衛生要求，目前凡是接觸藥品的部件全部采用3161不銹鋼材質。前箱設計上必須要滿足清洗無死角；設備容器屬于壓力真空容器；設備對溫度和真空度的控制精度較高，系統具有較高的穩定性和安全性能；容器的清洗、滅菌、排空管道控制閥門采用無死角衛生級隔膜閥，同時閥門的安裝要求傾斜。維護保養時不能破壞凍干機設備原有的結構設計，一定要做到原貌恢復。前箱設計不允許使用時出現泄漏現象，整個凍干機設備的設計必須滿足GMP要求。
    凍干機屬于自動化程度較高的設備，其系統組成復雜，設備零部件品種多；凍干機微小故障點多，出現后不易發覺；制冷系統、真空系統的連接口多，容易出現密封不嚴的問題，微小的泄漏不宜察覺。該類凍干機設備的維護和保養工作要求由經過專門培訓的技術人員來完成，同時制定詳細的檢修、巡視、保養計劃，細化保養內容。

3、凍干機的維護保養

    凍干機設備的維護保養關鍵在于設備的日常維護，設備主管部門應制定詳細的設備使用操作程序和設備維護保養程序。凍干機設備使用前后派專人對設備進行檢查，使用過程中操作人員要定時觀察設備運行參數（控溫參數、控溫時間、設備制冷壓力等），出現不正確值時應當及時報告設備維護部門檢查，方便及時發現故障。
     建立凍干機設備使用檔案管理和驗證程序，對剛投入使用或者大修后的設備應當根據各使用要求和設備的設計指標進行設備驗證，驗證通過后方可使用。根據安裝設備設計的要求提供不低于要求的設備使用環境，做好設備衛生工作。建立設備故障應急處理方法，做好備件工作等。
    目前較好的凍干機設備保養方法是預防性維護，預防性維護是為消除設備失效和生產計劃外中斷的原因而制定的措施，作為制造過程設計的一項輸出。從預防醫學的立場出發，對設備的異狀早期發現和早期治療。提前建立設備故障原因、表征及處理文件，定期巡視檢查，提早發現設備故障。
    凍干系統故障的主要原因：
     (1)凍干系統設計缺陷、制造質量不過關。
     (2)操作人員操作失誤。
     (3)凍干機使用時的部件老化、振動、磨損。
     (4)維護保養程序不健全、不落實。
     (5)使用環境不達標，超負荷運行。
     (6)過維修。
     3.1   制冷系統故障維修
    制冷系統的維修基礎是熟悉系統組成，了解部件結構和功能，清楚性能指標和參數。保養基礎是建立完善的保養標準、流程，定期執行保養計劃，做好備件工作。凍干機制冷系統流程如圖3所示。

圖： 制冷系統流程

3.1.1   制冷劑泄漏
    制冷劑泄漏發生在制冷管路的正壓段。制冷劑泄漏的外在表現主要有4個方面：①制冷溫度上升；②降溫速率明顯下降；③高壓壓力明顯低于正常值（一般為13 bar左右）；④制冷管道表面有油跡。表現①、②形成的原因較多，制冷劑泄漏是原因之一，其他原因將在后面介紹；表現①、②、③是泄漏量較多后的狀態，表現④在泄漏早期可以出現，但由于制冷管理接口較多、管路復雜且大部分管道表面覆蓋有保溫材料，故障很難發現。
    制冷劑泄漏的檢查方法一般有三種：
    方法一：檢查凍干機制冷管道連接處是否有油跡，有則表明為漏點。
    方法二:從設備易檢查的正壓管道接口開始，將肥皂泡沫水覆蓋在接口處，觀察冒泡現象，一定要360°仔細查看，觀察時間最好不要低于30 s，確保檢查出微小漏點。
    方法三：若方法一、二不能檢查出漏點，則需要設備停機，向制冷管路充注氮氣（15 bar 左右），再使用方法二檢查。
    若在生產過程中凍干機設備出現上述故障，表現①、②、③可以使用檢查方法一、二，檢查出漏點后，使用扳手重新緊固（一般故障能夠恢復），然后從氣液分離器前端（入口端）的維修單向閥處充注氣態或液體的制冷劑。若泄漏點不能修復且漏量較小，則可直接補充制冷劑，待設備停機后重新處理連接喇叭口。若制冷劑泄漏量大，系統內壓力不足無法檢查出漏點，則直接添加制冷劑，待壓力上升后檢查漏點。
     若凍干機設備在非生產狀態下出現上述故障，則按方法一、二、三檢查，然后直接處理。
   3.1.2   系統吸入空氣
    空氣進入系統發生在制冷系統的低壓段，該故障表現為高壓壓力值高（高于18 bar）但高壓出口溫度正常。若在生產過程中發生故障，則對所有低壓段接口重新緊固，從冷凝器上方的排氣單向閥（若沒有則從高壓段管路處）排出空氣，觀察高壓壓力表，待壓力下降到正常值后停止排氣。設備停止生產后，要求打壓檢漏，恢復漏點后，再排氣、抽空（20分鐘以上）、添加新的制冷劑。
    3.1.3   壓縮機故障
    壓縮機故障主要包括液擊、壓縮機燒毀、壓縮機磨損等。液擊是由于液態制冷劑進入壓縮機活塞缸，在壓縮過程中迅速氣化，導致閥板損壞?，F在的凍干機設計有氣液分離器，能夠很好地防止故障發生，在維護過程中禁止從壓縮機吸氣端充注液態制冷劑。
    壓縮機燒毀的故障原因包括：
     (1)雜質進入壓縮機導致內部線路短路。
     (2)壓縮機啟動頻繁。
     (3)壓縮機長期過載運行或凍干機設備中冷閥調節不當，壓縮機線圈長期工作在高溫下。
     (4)曲軸抱死。
     (5)壓縮機排氣溫度過高使潤滑油逐漸碳化。
     預防及處理壓縮機燒毀的辦法：
     (1)定期更換制冷管路過濾器。
     (2)壓縮機啟動時間間隔大于5 min，減少啟動次數。
     (3)正確調整中冷閥，使壓縮機線圈端微掛霜。
     (4)壓縮機拆機維修。
     (5)增加冷卻水流量、定期清洗冷凝器、避免空氣進入。
    對壓縮機的常規故障排查方法：
    凍干機設備運行過程中觀察高（12 bar左右）、中（0 bar以上低于2 bar為宜）、低（負壓）、油壓（大于中壓2 bar左右）值和壓力表指針的抖動情況。一般情況下只有油壓表會出現抖動現象，出現此現象時需要觀察壓縮機油位（視鏡的1/4~3/4）；若抖動現象長期出現，需要停機檢查油質和油過濾器臟堵情況。
    注意觀察壓縮機電機端頭的掛霜情況和溫度，在運行程序進入冷阱降溫、預凍、干燥階段時，壓縮機掛霜為佳，其他階段端頭溫度不燙手為佳（SIP降溫階段除外）。當電機端頭溫度上升或過高時，可以通過壓縮機回氣端溫度、冷卻水壓力（0.1 MPa以上）和溫度（越低為宜，一般夏天25 ℃，冬季不高于室外溫度）來判斷設備運行情況，若這些參數正常，則可以微調中冷膨脹閥。
    不同生產廠家的凍干機設備在凍干壓縮機的回油設計上會有不同，一般有兩類：回油管路接壓縮機油箱，回油管路接壓縮機線圈端回油。經過對不同凍干機設備進行保養的經驗認為，油箱回油方式較好，線圈端回油，電機線圈的絕緣會受油溫和油質的影響，可以自行更改回油位置。
    3.1.4   達不到設計要求的低溫或降溫速度過慢
   凍干機設備根據使用要求不同，對低溫的極限值和降溫速度各不相同，一般中型的凍干機設備要求板層溫度的極限值小于-50 ℃~-60 ℃，冷阱降溫一般能達到-70 ℃以下。影響降溫的原因不能馬上就判斷出來，有多種原因存在，大致有板冷、阱冷、中冷膨脹閥的調節，制冷劑量，冷凝器效率，油分效率（會導致潤滑油進入管道和板換，影響換熱）。這里主要介紹膨脹閥的異常情況。
    膨脹閥的故障表現有：冰堵、泄漏、閥芯密封圈錯位、感溫包破損或安裝松動。
    制冷系統抽空時間不足、制冷劑充注時未排空加氟管、系統低壓段泄漏都有可能導致外界濕空氣進入系統，空氣中水分會在膨脹閥節流降溫處結冰，從而導致膨脹閥閥芯卡死，不能實現自動調節。此時切勿強行調節，否則會損壞調節螺絲，可以暫時停機，用熱毛巾或電吹風加熱并干燥膨脹閥，然后再調節。每次調節之后要擰上保護帽，以防再結冰霜，調節結束之后要擰緊保護帽。
    泄漏現象可以根據油跡判斷，若膨脹閥已結冰，則可根據冰體顏色判斷（暗黃為泄漏征兆）。閥芯密封圈錯位，閥芯安裝不當或設備長期運行后可能出現泄漏。當壓縮機低壓壓力值升高（此時中、高壓也升高）且冷凝器效果良好，關小膨脹閥后系統無明顯改善，則可初步判斷是閥芯關閉不嚴，必須更換閥芯。
    感溫包毛細管斷裂、感溫包安裝松動會影響膨脹閥的自調功能，需要定期目視檢查。
    另外某些凍干機設計時會出現閥芯冷量選擇不當的情況，該情況在系統調試時用其他方法仍不能解決制冷問題時，可以考慮更換大一號的閥芯。
    3.2   真空系統故障
    真空系統如圖所示，其故障主要包括真空密封和真空泵故障。 

圖：真空系統

    凍干機真空泵不理想的原因：
     (1)真空泵性能下降。先檢查真空泵油位及油質情況，若真空泵油質明顯下降了，有乳化現象后應立即更換（定期從排油口排出下層的水分）。若真空泵換油后仍無明顯改善，可視為真空泵故障，應檢修。
     (2)真空泵泄漏。使用排除法逐一排除可能的漏點、閥門、密封等。
     (3)真空泵太臟。生產制劑式藥品時會有少量粉末抽入真空泵，長期積累后泵內會覆蓋一層垢，容易堵塞油路，導致性能下降。
    長期使用一臺主真空泵抽空時，要定期檢查油位情況，因為該真空泵內的油會被抽空氣體帶走，長時間后油位下降，如不注意這會影響真空度和真空泵滑片。
    真空泵泄漏原因：
     (1)密封件老化。
     (2)真空閥件的泄漏。
     (3)真空管道的泄漏。
    解決真空泵泄漏的方法只能采用排除法，即逐點檢查逐點排除，同時定期更換老化件和易損件（建議2年左右更換密封圈）。
    一般情況真空泵的故障率較小，定期保養后問題不大，真空泵泄漏發生的可能性大且查找過程時間長，查找時不能排除任何一點。筆者遇到過真空泵泄漏問題，用盡方法也不能找到泄漏點，唯一忽略了前箱溫度探頭的入庫安裝盤，且不是接口出現泄漏，而是安裝盤在制造時的填充密封泄漏。所以不要絕對相信生產部件的密封，應該是重點檢查接口，而后檢查零部件狀況。遇到檢查困難時，可以通過采用真空泥全部外部密封接口，進行逐一排除。
    3.3   循環系統故障
    凍干機循環系統主要包括加熱器、循環泵、管道、板換和硅油。常見故障包括硅油泄漏、系統排空、板換制冷側集聚潤滑油等。
    板層漏油問題：由于制造技術和制造質量的原因某些廠家生產的板層質量不過關，硅油的滲透性能較好，使用過程中對板層可能造成損壞，就會出現板層漏油。大量泄漏很容易發現，對于微小的滲漏，則可以定期使用試紙擦拭板層，觀察試紙。出現該情況時，可以聯系廠家更換板層或者修補板層（在板層接觸藥品面出現的泄漏，筆者建議更換板層）。
    循環排空是排出系統空氣，使傳染均勻。系統若含有空氣，可以根據循環系統的壓力表指針判斷，通過系統排空閥排出空氣。
    另外一個常見故障就是板換的積油問題，若制冷系統的油分效果不好，潤滑油就會進入板換。板換的結構設計上有最低點，故潤滑油會聚集在制冷劑入口處，且潤滑油附著在換熱內壁就會影響換熱效率。遇到該類情況，可以從板冷膨脹閥處排除潤滑油，更換油分，使用氮氣吹空系統。
    3.4   其他凍干機常見故障
     (1)油缸不能鎖緊的問題：產生的原因是單向閥關閉不嚴、油缸內部件老化，不能密封。
     (2)壓塞不好:產生的原因是壓塞壓力調整不當、板層連桿彎曲。
     (3)制品溫度探頭壓壞。
     (4)電氣控制器件損壞。
     (5)氣動閥位置傳感器故障。

本文出自《中國新藥雜志》制藥設備技術實務系列叢書第一輯，僅供學習參考。

更多凍干機技術，請關注新芝凍干。