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        凍干機制冷系統(tǒng)的典型問題及案例分析

        2014-03-06 07:11:44
        機電信息 2014年11期
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        過 星

        (常州四藥制藥有限公司,江蘇常州213004)

        0 引言

        冷凍干燥作為一種干燥方法,已經(jīng)被廣泛運用到制藥等各個行業(yè)。凍干機作為凍干工藝的核心設(shè)備,也被廣泛運用到凍干粉針或原料藥的生產(chǎn)過程中。然而,制冷系統(tǒng)作為凍干機的“心臟”,其故障會對產(chǎn)品質(zhì)量造成或大或小的影響,根據(jù)筆者對凍干機應(yīng)用的多年實踐,認為有必要對制冷系統(tǒng)常見問題進行分析,只有在分析的基礎(chǔ)上,才能提出針對性解決對策,為凍干機的使用操作和故障維修護起到指導(dǎo)性的作用。

        1 制冷系統(tǒng)的組成

        目前,凍干機的制冷系統(tǒng)普遍采用機械式動力制冷,一般采用制冷壓縮機作為制冷的動力,也有采用液氮以及其他(如半導(dǎo)體)制冷的方式,本文以傳統(tǒng)機械制冷方式為例,對制冷系統(tǒng)的問題進行分析。

        凍干機的常用制冷系統(tǒng)由制冷壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器和熱力膨脹閥所構(gòu)成,主要是為干燥箱內(nèi)制品的前期預(yù)凍供給冷量,以及為后期冷阱盤管捕集升華水汽供給冷量。

        在設(shè)計凍干機時,考慮到凍干機對制冷要求的特殊性,其制冷系統(tǒng)主要由以下部件組成:壓縮機、制冷劑、油分離器、水冷凝器、干燥過濾器、中間冷卻器、視液鏡、電磁閥、手閥(頂蓋閥)、膨脹閥、蒸發(fā)器(板式交換器、后箱冷凝盤管)、汽液分離器、回氣過濾器、壓力表、壓力控制繼電器、CPCE(能量調(diào)節(jié)器)、安全閥、制冷管道等。

        凍干機制冷系統(tǒng)的原理如圖1所示。

        2 制冷系統(tǒng)的常見問題

        根據(jù)數(shù)據(jù)分析,凍干機制冷系統(tǒng)的問題占到凍干機維修問題的80%以上,制冷系統(tǒng)的問題都是由特定的原因所導(dǎo)致,主要問題集中反映在:制冷效果不好,制冷溫度達不到預(yù)定的溫度;捕水器(冷阱)的捕水效果不好,導(dǎo)致溫度反彈,無法有效地捕捉到升華水汽。

        根據(jù)對制冷系統(tǒng)問題的分析,最主要是由于系統(tǒng)泄漏和系統(tǒng)堵塞導(dǎo)致制冷效果不好或無法制冷,或是由于系統(tǒng)的連鎖保護以及“液擊”等問題,這些情況只要調(diào)整好工況,軟件控制穩(wěn)定,此類問題發(fā)生率相對比較低。

        2.1 系統(tǒng)泄漏

        制冷系統(tǒng)的泄漏主要分為低壓端泄漏和高壓端泄漏。一般保溫的部位和管道泄漏多為低壓端泄漏,不保溫的部位和管道泄漏多為高壓端泄漏。由于在壓縮機啟動和停機以及運行階段會產(chǎn)生一定的振動,如果防振效果不好,容易導(dǎo)致連接部位松動;喇叭口以及法蘭連接的部位松動,會導(dǎo)致密封效果不好;也有密封墊使用時間過長,密封圈老化沒有彈性導(dǎo)致不能完全密封。若低壓端泄漏,系統(tǒng)會吸入空氣,導(dǎo)致排氣壓力升高,排氣溫度也高,冷凍油潤滑效果不好,有時甚至出現(xiàn)高壓報警,導(dǎo)致壓縮機停機;而高壓端泄漏,直接導(dǎo)致制冷劑泄漏,甚至全部漏完,導(dǎo)致制冷效果不好或無法制冷。

        圖1 凍干機制冷系統(tǒng)原理圖

        遇到泄漏問題,只要找到泄漏的部位就能解決。檢漏的方法有很多種,可以用氣壓和泡沫涂抹檢漏,也可用鹵素?zé)魴z漏,也可用電子檢漏儀以及氦質(zhì)譜儀檢漏,找到泄漏部位并做相應(yīng)的處理即可解決問題。

        2.2 系統(tǒng)堵塞

        系統(tǒng)堵塞主要由于系統(tǒng)的油受污染引起,也可能是油堵在膨脹閥或個別閥門導(dǎo)致開啟不暢通。同時,制冷劑的純度、含水量以及雜質(zhì)的含量均要控制好,調(diào)整壓縮機的工況并及時更換新油也非常重要。只要找到堵塞的部位,保證系統(tǒng)暢通,問題即可解決。

        3 制冷系統(tǒng)典型問題分析

        某一凍干機采用2個螺桿機組制冷,制冷效果非常好,凍干出來的產(chǎn)品質(zhì)量也很好,含水量達到1%以下。在使用了2年后,由于低壓回氣截止閥關(guān)不嚴(yán),對1#制冷機組更換了低壓回氣截止閥,空載測試性能均能滿足要求,達到指標(biāo)要求。而在產(chǎn)品凍進行負荷測試時,1#機組和2#機組溫差很大(圖2),1#制冷機組制冷工況差,無法滿足正常生產(chǎn)需求,而2#機組凍干過程中溫度很好,溫差近20℃,導(dǎo)致2#機組的盤管結(jié)霜,1#制冷機組盤管沒有結(jié)霜,但捕水能力變差,導(dǎo)致產(chǎn)品無法進行正常凍干生產(chǎn)。

        圖2 制冷機組間溫差示意圖

        對2個制冷系統(tǒng)進行泄漏確認均反映無泄漏。2個機組在空載時,壓縮機工況非常接近??蛰d沒有發(fā)現(xiàn)問題。對機器進行滿載測試,經(jīng)過仔細觀察,發(fā)現(xiàn)在捕水過程中,開始升華時,1#機組的制冷劑不能回到水冷凝器中,通過視鏡觀察氟利昂,沒有制冷劑返回,說明1#機組系統(tǒng)存在堵塞的問題,即導(dǎo)致制冷效果不好的原因。

        對堵塞的原因進行分析,由于1#機組更換過回氣單向閥,對回氣單向閥進行檢查,發(fā)現(xiàn)回氣單向閥動作不靈敏,有卡頓的現(xiàn)象,拆下來重新進行安裝。此外,由于加注的制冷劑水分含量高,對制冷劑全部進行更換,同時對回氣過濾器、干燥過濾器也進行更換處理,發(fā)現(xiàn)冷捕水器(冷阱)膨脹閥動作不靈敏,對膨脹閥進行更換。此外,原始配置是3#閥芯,對閥芯由2#閥芯更換成3#閥芯,采取上述措施后,進行捕水滿負荷測試,在大量升華時,1#機組制冷正常,與2#機組基本一致,達到比較好的制冷效果(圖3)。

        引起堵塞的主要原因:冷阱膨脹閥存在油堵的現(xiàn)象,拆開膨脹閥后看到明顯有冷凍油的存在,制冷系統(tǒng)中含水量超標(biāo),造成輕微冰堵的可能性增加,影響制冷劑流速,造成回油不暢通,低壓端回氣單向閥動作不靈敏,有卡頓現(xiàn)象,通過對系統(tǒng)重新抽真空,加注制冷劑,更換冷阱膨脹閥和閥芯,維修回氣單向閥,更換過濾器,進行滿載測試,在大量升華時,制冷劑也能回到水冷凝器中,堵塞問題得以解決,制冷效果明顯。

        圖3 制冷機組間溫差示意圖

        4 結(jié)語

        在制藥生產(chǎn)過程中,當(dāng)設(shè)備運行中出現(xiàn)故障或存在故障隱患時應(yīng)采取糾正性的措施,其前提是故障的必要分析。對于凍干機制冷系統(tǒng)的常見問題,如泄漏與堵塞,要從原理上分析其根本原因,有時問題并非一個原因?qū)е?,需要進行綜合分析,對癥下藥。根據(jù)筆者多年實踐體會,平時要對制冷系統(tǒng)進行維護和保養(yǎng),做好振動的降低、冷凍油的及時更換、過濾器的及時更換以及使用正宗的制冷劑等工作,可以最大程度的減少制冷系統(tǒng)問題的發(fā)生,使凍干機的“心臟”處于良好的工作狀態(tài)。

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