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医药用冻干机维保技术

来源: 冻干机  作者: 冻干机  Time: 2021-07-28

医药用冻干机维保技术

   1、结构原理
    冻干机的干燥原理是通过将含水的液态制剂式产品低温冷冻为固态,在真空状态下加热固态冰,使固态升华为气态的水汽,最后将含水汽的空气抽至水汽消除容器中,从而达到干燥的目的。
    冻干系统的组成包括制冷系统(一般为独立的2、3并联回路)、真空系统(真空控制)、电气系统(控制中心)、硅油循环系统(用作向制品传热、制冷的中间媒介系统)、液压系统(板层升降和蘑菇阀启闭控制)和压空系统(管道隔膜阀、门锁控制),另外对于生产用冻干机设备还需要对制冷系统提供换热的外界冷却水循环系统,如图所示。

冻干机工艺流程

图:冻干控制工艺流程

    2、 设备特性
    医药冻干机设备对直接接触药品的部件有严格的卫生要求,目前凡是接触药品的部件全部采用3161不锈钢材质。前箱设计上必须要满足清洗无死角;设备容器属于压力真空容器;设备对温度和真空度的控制精度较高,系统具有较高的稳定性和安全性能;容器的清洗、灭菌、排空管道控制阀门采用无死角卫生级隔膜阀,同时阀门的安装要求倾斜。维护保养时不能破坏冻干机设备原有的结构设计,一定要做到原貌恢复。前箱设计不允许使用时出现泄漏现象,整个冻干机设备的设计必须满足GMP要求。
    冻干机属于自动化程度较高的设备,其系统组成复杂,设备零部件品种多;冻干机微小故障点多,出现后不易发觉;制冷系统、真空系统的连接口多,容易出现密封不严的问题,微小的泄漏不宜察觉。该类冻干机设备的维护和保养工作要求由经过专门培训的技术人员来完成,同时制定详细的检修、巡视、保养计划,细化保养内容。


3、冻干机的维护保养

    冻干机设备的维护保养关键在于设备的日常维护,设备主管部门应制定详细的设备使用操作程序和设备维护保养程序。冻干机设备使用前后派专人对设备进行检查,使用过程中操作人员要定时观察设备运行参数(控温参数、控温时间、设备制冷压力等),出现不正确值时应当及时报告设备维护部门检查,方便及时发现故障。
     建立冻干机设备使用档案管理和验证程序,对刚投入使用或者大修后的设备应当根据各使用要求和设备的设计指标进行设备验证,验证通过后方可使用。根据安装设备设计的要求提供不低于要求的设备使用环境,做好设备卫生工作。建立设备故障应急处理方法,做好备件工作等。
    目前较好的冻干机设备保养方法是预防性维护,预防性维护是为消除设备失效和生产计划外中断的原因而制定的措施,作为制造过程设计的一项输出。从预防医学的立场出发,对设备的异状早期发现和早期治疗。提前建立设备故障原因、表征及处理文件,定期巡视检查,提早发现设备故障。
    冻干系统故障的主要原因:
     (1)冻干系统设计缺陷、制造质量不过关。
     (2)操作人员操作失误。
     (3)冻干机使用时的部件老化、振动、磨损。
     (4)维护保养程序不健全、不落实。
     (5)使用环境不达标,超负荷运行。
     (6)过维修。
     3.1   制冷系统故障维修
    制冷系统的维修基础是熟悉系统组成,了解部件结构和功能,清楚性能指标和参数。保养基础是建立完善的保养标准、流程,定期执行保养计划,做好备件工作。冻干机制冷系统流程如图3所示。

冻干机制冷系统流程
图: 制冷系统流程

3.1.1   制冷剂泄漏
    制冷剂泄漏发生在制冷管路的正压段。制冷剂泄漏的外在表现主要有4个方面:①制冷温度上升;②降温速率明显下降;③高压压力明显低于正常值(一般为13 bar左右);④制冷管道表面有油迹。表现①、②形成的原因较多,制冷剂泄漏是原因之一,其他原因将在后面介绍;表现①、②、③是泄漏量较多后的状态,表现④在泄漏早期可以出现,但由于制冷管理接口较多、管路复杂且大部分管道表面覆盖有保温材料,故障很难发现。
    制冷剂泄漏的检查方法一般有三种:
    方法一:检查冻干机制冷管道连接处是否有油迹,有则表明为漏点。
    方法二:从设备易检查的正压管道接口开始,将肥皂泡沫水覆盖在接口处,观察冒泡现象,一定要360°仔细查看,观察时间最好不要低于30 s,确保检查出微小漏点。
    方法三:若方法一、二不能检查出漏点,则需要设备停机,向制冷管路充注氮气(15 bar 左右),再使用方法二检查。
    若在生产过程中冻干机设备出现上述故障,表现①、②、③可以使用检查方法一、二,检查出漏点后,使用扳手重新紧固(一般故障能够恢复),然后从气液分离器前端(入口端)的维修单向阀处充注气态或液体的制冷剂。若泄漏点不能修复且漏量较小,则可直接补充制冷剂,待设备停机后重新处理连接喇叭口。若制冷剂泄漏量大,系统内压力不足无法检查出漏点,则直接添加制冷剂,待压力上升后检查漏点。
     若冻干机设备在非生产状态下出现上述故障,则按方法一、二、三检查,然后直接处理。
   3.1.2   系统吸入空气
    空气进入系统发生在制冷系统的低压段,该故障表现为高压压力值高(高于18 bar)但高压出口温度正常。若在生产过程中发生故障,则对所有低压段接口重新紧固,从冷凝器上方的排气单向阀(若没有则从高压段管路处)排出空气,观察高压压力表,待压力下降到正常值后停止排气。设备停止生产后,要求打压检漏,恢复漏点后,再排气、抽空(20分钟以上)、添加新的制冷剂。
    3.1.3   压缩机故障
    压缩机故障主要包括液击、压缩机烧毁、压缩机磨损等。液击是由于液态制冷剂进入压缩机活塞缸,在压缩过程中迅速气化,导致阀板损坏。现在的冻干机设计有气液分离器,能够很好地防止故障发生,在维护过程中禁止从压缩机吸气端充注液态制冷剂。
    压缩机烧毁的故障原因包括:
     (1)杂质进入压缩机导致内部线路短路。
     (2)压缩机启动频繁。
     (3)压缩机长期过载运行或冻干机设备中冷阀调节不当,压缩机线圈长期工作在高温下。
     (4)曲轴抱死。
     (5)压缩机排气温度过高使润滑油逐渐碳化。
     预防及处理压缩机烧毁的办法:
     (1)定期更换制冷管路过滤器。
     (2)压缩机启动时间间隔大于5 min,减少启动次数。
     (3)正确调整中冷阀,使压缩机线圈端微挂霜。
     (4)压缩机拆机维修。
     (5)增加冷却水流量、定期清洗冷凝器、避免空气进入。
    对压缩机的常规故障排查方法:
    冻干机设备运行过程中观察高(12 bar左右)、中(0 bar以上低于2 bar为宜)、低(负压)、油压(大于中压2 bar左右)值和压力表指针的抖动情况。一般情况下只有油压表会出现抖动现象,出现此现象时需要观察压缩机油位(视镜的1/4~3/4);若抖动现象长期出现,需要停机检查油质和油过滤器脏堵情况。
    注意观察压缩机电机端头的挂霜情况和温度,在运行程序进入冷阱降温、预冻、干燥阶段时,压缩机挂霜为佳,其他阶段端头温度不烫手为佳(SIP降温阶段除外)。当电机端头温度上升或过高时,可以通过压缩机回气端温度、冷却水压力(0.1 MPa以上)和温度(越低为宜,一般夏天25 ℃,冬季不高于室外温度)来判断设备运行情况,若这些参数正常,则可以微调中冷膨胀阀。
    不同生产厂家的冻干机设备在冻干压缩机的回油设计上会有不同,一般有两类:回油管路接压缩机油箱,回油管路接压缩机线圈端回油。经过对不同冻干机设备进行保养的经验认为,油箱回油方式较好,线圈端回油,电机线圈的绝缘会受油温和油质的影响,可以自行更改回油位置。
    3.1.4   达不到设计要求的低温或降温速度过慢
   冻干机设备根据使用要求不同,对低温的极限值和降温速度各不相同,一般中型的冻干机设备要求板层温度的极限值小于-50 ℃~-60 ℃,冷阱降温一般能达到-70 ℃以下。影响降温的原因不能马上就判断出来,有多种原因存在,大致有板冷、阱冷、中冷膨胀阀的调节,制冷剂量,冷凝器效率,油分效率(会导致润滑油进入管道和板换,影响换热)。这里主要介绍膨胀阀的异常情况。
    膨胀阀的故障表现有:冰堵、泄漏、阀芯密封圈错位、感温包破损或安装松动。
    制冷系统抽空时间不足、制冷剂充注时未排空加氟管、系统低压段泄漏都有可能导致外界湿空气进入系统,空气中水分会在膨胀阀节流降温处结冰,从而导致膨胀阀阀芯卡死,不能实现自动调节。此时切勿强行调节,否则会损坏调节螺丝,可以暂时停机,用热毛巾或电吹风加热并干燥膨胀阀,然后再调节。每次调节之后要拧上保护帽,以防再结冰霜,调节结束之后要拧紧保护帽。
    泄漏现象可以根据油迹判断,若膨胀阀已结冰,则可根据冰体颜色判断(暗黄为泄漏征兆)。阀芯密封圈错位,阀芯安装不当或设备长期运行后可能出现泄漏。当压缩机低压压力值升高(此时中、高压也升高)且冷凝器效果良好,关小膨胀阀后系统无明显改善,则可初步判断是阀芯关闭不严,必须更换阀芯。
    感温包毛细管断裂、感温包安装松动会影响膨胀阀的自调功能,需要定期目视检查。
    另外某些冻干机设计时会出现阀芯冷量选择不当的情况,该情况在系统调试时用其他方法仍不能解决制冷问题时,可以考虑更换大一号的阀芯。
    3.2   真空系统故障
    真空系统如图所示,其故障主要包括真空密封和真空泵故障。 

冻干机真空系统

图:真空系统

    冻干机真空泵不理想的原因:
     (1)真空泵性能下降。先检查真空泵油位及油质情况,若真空泵油质明显下降了,有乳化现象后应立即更换(定期从排油口排出下层的水分)。若真空泵换油后仍无明显改善,可视为真空泵故障,应检修。
     (2)真空泵泄漏。使用排除法逐一排除可能的漏点、阀门、密封等。
     (3)真空泵太脏。生产制剂式药品时会有少量粉末抽入真空泵,长期积累后泵内会覆盖一层垢,容易堵塞油路,导致性能下降。
    长期使用一台主真空泵抽空时,要定期检查油位情况,因为该真空泵内的油会被抽空气体带走,长时间后油位下降,如不注意这会影响真空度和真空泵滑片。
    真空泵泄漏原因:
     (1)密封件老化。
     (2)真空阀件的泄漏。
     (3)真空管道的泄漏。
    解决真空泵泄漏的方法只能采用排除法,即逐点检查逐点排除,同时定期更换老化件和易损件(建议2年左右更换密封圈)。
    一般情况真空泵的故障率较小,定期保养后问题不大,真空泵泄漏发生的可能性大且查找过程时间长,查找时不能排除任何一点。笔者遇到过真空泵泄漏问题,用尽方法也不能找到泄漏点,唯一忽略了前箱温度探头的入库安装盘,且不是接口出现泄漏,而是安装盘在制造时的填充密封泄漏。所以不要绝对相信生产部件的密封,应该是重点检查接口,而后检查零部件状况。遇到检查困难时,可以通过采用真空泥全部外部密封接口,进行逐一排除。
    3.3   循环系统故障
    冻干机循环系统主要包括加热器、循环泵、管道、板换和硅油。常见故障包括硅油泄漏、系统排空、板换制冷侧集聚润滑油等。
    板层漏油问题:由于制造技术和制造质量的原因某些厂家生产的板层质量不过关,硅油的渗透性能较好,使用过程中对板层可能造成损坏,就会出现板层漏油。大量泄漏很容易发现,对于微小的渗漏,则可以定期使用试纸擦拭板层,观察试纸。出现该情况时,可以联系厂家更换板层或者修补板层(在板层接触药品面出现的泄漏,笔者建议更换板层)。
    循环排空是排出系统空气,使传染均匀。系统若含有空气,可以根据循环系统的压力表指针判断,通过系统排空阀排出空气。
    另外一个常见故障就是板换的积油问题,若制冷系统的油分效果不好,润滑油就会进入板换。板换的结构设计上有最低点,故润滑油会聚集在制冷剂入口处,且润滑油附着在换热内壁就会影响换热效率。遇到该类情况,可以从板冷膨胀阀处排除润滑油,更换油分,使用氮气吹空系统。
    3.4   其他冻干机常见故障
     (1)油缸不能锁紧的问题:产生的原因是单向阀关闭不严、油缸内部件老化,不能密封。
     (2)压塞不好:产生的原因是压塞压力调整不当、板层连杆弯曲。
     (3)制品温度探头压坏。
     (4)电气控制器件损坏。
     (5)气动阀位置传感器故障。

本文出自《中国新药杂志》制药设备技术实务系列丛书第一辑,仅供学习参考。

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