劉洋陳棚李川
(成都蓉生藥業(yè)有限責(zé)任公司,四川成都610023)
在工廠生產(chǎn)自動化程度日益提高的今天,設(shè)備自動化控制的精度高低將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和收益。對于藥品生產(chǎn)而言,生產(chǎn)制作過程的溫度控制是極其重要的,在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中能否精確控制溫度具有舉足輕重的地位。
本文主要闡述了某制藥公司在血漿蛋白分離反應(yīng)過程中如何精確控制物料配制罐的溫度,并提出了配制罐在使用過程中如何解決溫度超調(diào)問題的方法。
配制罐的溫度控制主要是通過動力站提供-20℃、循環(huán)壓力為0.28 MPa的乙二醇作為冷媒介質(zhì),進入配制罐夾層與制品進行熱交換,以達到對制品進行降溫的目的。
配制罐的溫控部件主要包括:3個自動兩通球閥、1個自動三通球閥、1個調(diào)節(jié)閥、1個循環(huán)泵、2個溫度傳感器。
配制罐的制冷控制原理:調(diào)取配制罐的溫度控制程序,并設(shè)定相應(yīng)要求的溫度后啟動程序。系統(tǒng)自動開啟相關(guān)自動球閥(HV16、HV61、HV59),使得配制罐夾層的冷媒呈充盈狀態(tài),并達到冷媒充盈所需的設(shè)定時間,以保證配制罐夾層具有足夠的冷媒。當溫度控制系統(tǒng)判斷配制罐內(nèi)溫度≤配制罐設(shè)定的溫度SP1值+5℃后,系統(tǒng)關(guān)閉循環(huán)自動球閥HV61,開啟調(diào)節(jié)閥TCV05和循環(huán)泵PU-6,再根據(jù)配制罐溫度計算出配制罐的冷媒控制溫度SP2值,實現(xiàn)串級控制循環(huán)管路溫度,以達到精確控溫的目的。配制罐的溫度控制如圖1所示。
制品從傳輸完成到開始清洗配制罐時結(jié)束控溫程序。
要想精確控制配制罐溫度,其調(diào)節(jié)閥是否能夠穩(wěn)定運行將直接影響到配制罐溫度控制的精確性。溫度傳感器的溫度檢測出現(xiàn)故障時(一般體現(xiàn)為溫度檢測離線),其溫度控制系統(tǒng)就無法正??販?。
本文以常用的寶帝調(diào)節(jié)閥控制器8692為例進行說明,它不僅能作為PID控制器進行位置控制,還能以連續(xù)控制的方式進行過程控制。
調(diào)節(jié)閥工作原理:調(diào)節(jié)閥通過外部反饋位置傳感器測量調(diào)節(jié)閥的開關(guān)定位器位置。隨著調(diào)節(jié)閥開關(guān)定位器位置的變化,位置傳感器的電勢隨之成正比例變化,輸出一電壓信號至調(diào)節(jié)閥控制器,在控制器中連續(xù)地與系統(tǒng)所要求的執(zhí)行位置進行連續(xù)比較,形成控制偏差。對應(yīng)于這些偏差,將不同脈寬的脈沖送到電氣系統(tǒng)的電磁閥上,通過該脈沖控制連續(xù)調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機構(gòu)的進氣和排氣,其排氣過程通過閥體的彈簧作用力完成。調(diào)節(jié)閥所需位置通過外部標準信號輸入(手動或通過外部控制器輸入)或由內(nèi)部過程控制器決定。當調(diào)節(jié)閥所需位置由內(nèi)部過程控制器決定時,所需過程值由標準信號輸入或通過鍵盤輸入,并與被控制的實際過程值(如流量、壓力、液位或溫度)相比較,以控制設(shè)定的過程參數(shù)。
圖2為連續(xù)調(diào)節(jié)閥工作原理。
圖1 配制罐的溫度控制
在使用過程中,配制罐常見的控溫故障有:在配制罐溫度控制過程中,制品溫度低于制品的溫度設(shè)定值,并且溫度一直呈下降趨勢,出現(xiàn)溫度超調(diào)現(xiàn)象。經(jīng)調(diào)查確認,配制罐制品溫度處于精確控制過程中,且溫度控制系統(tǒng)輸出的調(diào)節(jié)閥開度為“0”時,其用于控制冷媒通量的調(diào)節(jié)閥因故障而無法關(guān)閉,導(dǎo)致低溫冷媒進入配制罐夾層,致使制品溫度下降。
圖2 連續(xù)調(diào)節(jié)閥工作原理
由于此類調(diào)節(jié)閥的工作頻率高且已使用年限長,其閥芯接觸的冷媒介質(zhì)摻雜鐵屑,結(jié)合調(diào)節(jié)閥工作原理,配制罐出現(xiàn)溫度超調(diào)的原因分析如下:
(1)由于管路為碳鋼管,閥芯的關(guān)閉位置上存有鐵顆粒,阻礙閥門關(guān)閉,此類情況通常會引發(fā)連續(xù)的溫度超調(diào)現(xiàn)象。而本文探討的溫度控制系統(tǒng)的超調(diào)現(xiàn)象只是偶爾發(fā)生的,故可排除此種原因。
(2)閥芯腐蝕與閥門卡阻,此類情況通常會引發(fā)連續(xù)的溫度超調(diào)現(xiàn)象,因此也可排除此種原因。
(3)如果反饋位置傳感器無法準確檢測調(diào)節(jié)閥開度,就無法根據(jù)溫度控制系統(tǒng)正常輸出的信號調(diào)節(jié)冷媒通量,有可能引起溫度超調(diào)。但是,通過對比調(diào)節(jié)閥開度值與溫度控制系統(tǒng)接收的反饋開度值,發(fā)現(xiàn)兩者開度一致,因此可以判定調(diào)節(jié)閥的反饋位置傳感器工作正常,不會引起溫度超調(diào)。
(4)如果用于調(diào)節(jié)閥通氣/排氣的電磁閥不能正??刂普{(diào)節(jié)閥氣缸壓力,使得調(diào)節(jié)閥運行不穩(wěn)定,就有可能引起溫度超調(diào)。經(jīng)過多次測試,根據(jù)溫度控制系統(tǒng)給定的信號調(diào)節(jié)閥門開度,且發(fā)現(xiàn)該開度與溫度控制系統(tǒng)的反饋開度一致。調(diào)節(jié)閥在工作過程中無漏氣現(xiàn)象,因此可以判定用于調(diào)節(jié)閥通氣/排氣的電磁閥工作正常,不會引起溫度超調(diào)。
綜上,由于本文探討的溫度控制系統(tǒng)的超調(diào)現(xiàn)象是偶爾發(fā)生的,且已出現(xiàn)多次。因此,可排除以上導(dǎo)致溫度超調(diào)的原因。
根據(jù)調(diào)節(jié)閥的工作原理可知,調(diào)節(jié)閥執(zhí)行關(guān)閉狀態(tài)時,電磁閥將開啟進行排氣,在氣缸內(nèi)部彈簧的作用力下調(diào)節(jié)閥執(zhí)行關(guān)閉動作。由于溫度控制系統(tǒng)出現(xiàn)的超調(diào)均發(fā)生在配制罐的精確控溫過程中,其調(diào)節(jié)閥工作開度本來較?。刂圃?%以內(nèi)),當溫度控制系統(tǒng)要求調(diào)節(jié)閥關(guān)閉時,調(diào)節(jié)閥此時開度較小,關(guān)閉行程短,調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生機械阻力后將無法有效地完全關(guān)閉閥門。因此,配制罐夾層將持續(xù)進入微量的低溫冷媒,導(dǎo)致配制罐溫度超調(diào)。
由于配制罐出現(xiàn)溫度超調(diào)的概率不斷增加,若采用更換閥門的方式來解決此問題將耗時較長。而制藥公司生產(chǎn)任務(wù)重,處于連續(xù)24 h生產(chǎn)中,加上調(diào)節(jié)閥安裝在D級潔凈環(huán)境中,其設(shè)備更換也將影響生產(chǎn)環(huán)境。綜合考慮更換調(diào)節(jié)閥費時費力,且成本較高,在制藥公司現(xiàn)有生產(chǎn)條件下不宜更換,可采取以下措施進行處理。
通過分析溫度控制系統(tǒng)的控溫過程數(shù)據(jù),在精確控溫過程中,隨著配制罐溫度逐漸趨于設(shè)定值,其配制罐溫度變化較慢,調(diào)節(jié)閥開度將變得很小或關(guān)閉。結(jié)合調(diào)節(jié)閥使用情況,可通過調(diào)整調(diào)節(jié)閥的控制器參數(shù)(緊閉閥值和開關(guān)速度)來解決問題。
緊閉閥值(CLTIGHT):設(shè)定值低于緊閉閥值時,閥門關(guān)閉,直到設(shè)定值大于緊閉閥值,閥門開度才與設(shè)定開度相同。
開關(guān)速度(X-TIME):表示閥門調(diào)節(jié)運行行程所需的開關(guān)時間。
經(jīng)過測試,調(diào)節(jié)閥參數(shù)設(shè)置如下:(1)緊閉閥值(CLTIGHT):將緊閉閥值設(shè)定為4.0,增加緊閉閥值以減少閥門在低開度時的頻繁動作和閥門的關(guān)閉行程;(2)開關(guān)速度:將調(diào)節(jié)閥設(shè)定慢開OPNSLOW(慢開為速度計算值,設(shè)定值越大,閥門開得越慢)為60,增加閥門開啟時間使溫度控制更為穩(wěn)定,將調(diào)節(jié)閥設(shè)定為快關(guān)CLSFAST,當溫度控制系統(tǒng)輸出信號要求閥門工作在開度4%及以下時,閥門執(zhí)行完全關(guān)閉動作。
需要注意的是,調(diào)節(jié)閥緊閉閥值和開關(guān)速度的調(diào)整還應(yīng)根據(jù)冷媒供應(yīng)壓力進行適當調(diào)節(jié),其冷媒供應(yīng)壓力應(yīng)維持在2.6×105Pa為宜。
從導(dǎo)致溫度超調(diào)的原因不難看出,溫度超調(diào)主要是由調(diào)節(jié)閥本身的工作特性和長時間工作后其工作狀態(tài)發(fā)生變化引起的。而配制罐的制品反應(yīng)要求系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性較高,以保證產(chǎn)品質(zhì)量和較高的收益,若只是對調(diào)節(jié)閥工作參數(shù)作相應(yīng)調(diào)整,只能處理當前的溫度超調(diào)問題。調(diào)節(jié)閥隨著工作時間的增加會再次出現(xiàn)工作狀態(tài)的變化,仍會引起溫度超調(diào)。對于產(chǎn)品此階段生產(chǎn)來說,制品一般處于0℃以下進行反應(yīng),其工作環(huán)境溫度為2~8℃。若在溫度控制系統(tǒng)異常時能保證制品溫度不再下降,將有利于制品的反應(yīng)(因工作環(huán)境溫度為2~8℃,當停止制冷后制品升溫較為緩慢不影響制品對溫度的要求)。為此,可通過程序控制的方式解決因調(diào)節(jié)閥故障而出現(xiàn)的溫度超調(diào)。
3.2.1 程序修改原則
不改變原有配制罐溫度控制過程及邏輯,只在加緩沖液至制品的傳輸過程中對溫度超調(diào)現(xiàn)象進行控制,以保證制品溫度在整個制作過程中滿足工藝要求。當配制罐出現(xiàn)溫度超調(diào)、配制罐溫度或配制罐冷媒循環(huán)溫度離線時,啟動“進冷媒閥連鎖開關(guān)”控制程序,將進冷媒閥關(guān)閉,以阻止低溫冷媒進入配制罐夾層,使制品溫度過低,超出制作工藝要求。
3.2.2 配制罐溫度超調(diào)的預(yù)防控制程序
配制罐溫度超調(diào)的預(yù)防控制程序邏輯如表1所示,控制流程如圖3所示。根據(jù)現(xiàn)有配制罐溫度控制程序,確定在開始添加緩沖液時啟動“進冷媒閥連鎖開關(guān)”控制程序,從制品傳輸完成到夾層排空時退出“進冷媒閥連鎖開關(guān)”控制程序。
在配制罐溫度控制系統(tǒng)的實際使用過程中,會多次改變配制罐設(shè)定的溫度SP1值,“進冷媒閥連鎖開關(guān)”控制程序應(yīng)即時作出邏輯判斷,以免影響正??販亍.斉渲乒迣嶋H溫度值與SP1值之差小于一特定值時,以此作為“進冷媒閥連鎖開關(guān)”控制程序啟動的判斷條件之一(特定值由調(diào)試過程確定)。由于溫度的瞬間變化快,只有冷媒管路實際溫度值超出以冷媒管路SP2值為基準控制的范圍后,才作為“進冷媒閥連鎖開關(guān)”控制程序啟動的判斷條件之一。
啟動“進冷媒閥連鎖開關(guān)”控制程序的條件:在添加緩沖液已啟動、冷媒溫度的實際值低于設(shè)定值SP2值-0.2℃和配制罐溫度的實際值低于設(shè)定值SP1值-0.2℃這三個條件同時達到后,“進冷媒閥連鎖開關(guān)”控制程序才啟動。
添加緩沖液啟動后,當配制罐溫度和冷媒溫度任一連續(xù)離線10 s,將啟動“進冷媒閥連鎖開關(guān)”的報警程序。進冷媒閥連鎖開關(guān)觸發(fā)后,系統(tǒng)蜂鳴報警,控制界面提示報警信息?,F(xiàn)場使用人員發(fā)現(xiàn)報警后,可及時通知維修人員排除溫度超調(diào)故障,保證生產(chǎn)的順利進行。
3.2.3 配制罐溫度超調(diào)的預(yù)防控制措施確認
通過對配制罐溫度超調(diào)的預(yù)防控制措施進行運行測試以及后期生產(chǎn)過程中進行確認,可以有力地保證配制罐溫度超調(diào)的預(yù)防控制措施的落實,同時可保證配制罐制品溫度按照設(shè)定條件控制在規(guī)定范圍內(nèi)。
表1 配制罐溫度超調(diào)的預(yù)防控制程序邏輯
圖3 控制流程
精確的溫度控制以及有效的溫度調(diào)節(jié)對提高制藥企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和收益具有顯著的作用,這就要求生產(chǎn)人員充分地了解和掌握溫度控制系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備屬性和控制系統(tǒng)程序。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求,結(jié)合設(shè)備屬性調(diào)整相關(guān)參數(shù),同時針對溫度超調(diào)現(xiàn)象增加相應(yīng)的控制程序,這樣不僅可以降低設(shè)備的維護成本,還能使系統(tǒng)的運行更為匹配制品的生產(chǎn)工藝流程,有效地解決溫度控制系統(tǒng)出現(xiàn)的溫度超調(diào)問題,保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
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