医用制冷净化空调系统暨冷水机组的运行管理

王 巍 杨迎春

医药、生物制品的研究与生产对环境的温度、湿度、洁净度、空气的流向流速、空气的压力差等条件有特殊的要求。相关参数必须符合国家《药品生产质量管理规范》(以下简称药品GMP)的规定，并达到使用要求。其主要通过制冷净化空调系统的运行来实现。

制冷净化空调系统的投资较大，所含设备的种类多、管线长、自动化程度高，其操作运行、维护保养、故障检修涉及到制冷、净化、空气调节、流体、热工、电工、电子技术自动控制等多方面的知识和技能，复杂程度高。相对于制药企业来说是一种耗能较大的设备，若忽视运行管理，则会导致运行成本高、故障多、设备使用寿命短、系统运行不正常、从而达不到使用要求，甚至出现运行事故，影响研究工作和生物制品生产的进度和质量。因此搞好制冷净化空调系统的运行管理尤其重要。

1 制冷净化空调系统运行管理的目标

1.1 满足使用要求

空气调节分为舒适性空气调节和工艺性空气调节，药品制品生产企业首先要满足制品生产的工艺使用要求，并符合药品GMP认证管理的相关规定。既要满足生产过程的需要，还要考虑人体的健康和舒适，保证制品质量的同时提高生产效率；有些特殊要求的生产过程则根据生产的需要，建立符合生产工艺要求的空气环境[1]。

1.2 保障安全运行

通常生产的各种制品的计划性、连续性、时限性要求都很高，由于一般制品的生产时间周期都比较长，有些制品属季节性生产，季节性供货接种，如果生产工艺要求的温度、湿度、洁净度等指标空气环境得不到保障，就会染菌遭成废品，浪费人力物力、能源和时间，严重时会影响国家下达的免疫计划。因此制冷净化空调系统安全运行相当重要。

1.3 降低运行成本延长使用年限

加强维护保养、定期检修、强化运行管理，降低运行成本。对制冷净化空调系统必须通过规范操作、合理使用、科学保养、精心维护、及时和定期的检修才能充分发挥其功能。在保证其稳定正常、高效低耗运行的同时尽量减少各种故障的发生，延长其使用寿命。

2 制冷净化空调系统的基本构成与功能

制冷净化空调系统的运行管理，主要包括制冷系统的运行管理、空气处理送风调节系统的运行管理、附属设施的运行管理、自动控制系统的运行管理等。制冷净化空调系统通常由冷热源、空气处理装置、管道系统、末端装置、控制系统等组成。按其功能分为三大系统：制冷系统、空气处理及送风系统、电气系统。

2.1 压缩式制冷系统

压缩式制冷系统由压缩机→冷凝器→贮液器→过滤器→膨胀阀→分液器→蒸发器等组成。常用空调系统的压缩机按结构形式有涡旋式、活塞式、螺杆式，还有离心式。机内装有保护装置，对因故障引起的电机高温、过载、缺相提供保护。配有电加热器，作启动前加热用。压缩机上设有高低压压力控制器，以保护压缩机及制冷系统正常运行。

空调系统中的供冷表冷器(蒸发器)，大中型空调系统多采用冷水机组并用冷水式表冷器，而分散或小型空调系统(器)常采用氟利昂直接蒸发式。冷凝器常用的有水冷式和风冷式。

2.2 空气处理和送风系统

空调房间的回风和室外新风经过空气过滤后通过表冷器、加热器、加湿器进行冷却、除湿或加热、加湿处理，然后由送风机通过风管、调节风阀等直接送风至空调区域；并从房间内抽回或排除一定的室内空气[2]。

中等净化要求(如30万级以下)的可设低效、中效两级过滤器，中效过滤器一般设在送风机的后面。制药企业通常使用净化级别要求高的洁净间，还必须再设高效过滤器过滤。空气的分布装置如同空调房间各种类型的送风口和回风口，其作用为合理地组织室内的气流，以保证在工作区内形成所要求的空气温度、湿度、气流速度和洁净度等。空调系统的热源通常采用蒸汽、热水或电能对空气进行加热而便于蒸汽对空气加湿。

2.3 电气系统

电控单元根据传感器元件的信号通过控制装置对各个单元的运行进行自动调控，确保温、湿度及送风系统均能自动控制与安全运行，达到生产工艺规定的使用要求。电气保护及报警系统则对空调系统进行监测、保护和报警。并应具有显示、记录和打印功能。

3 冷水机组的运行管理

压缩式冷水机组是中央空调系统采用最多的冷源。冷水机组的运行通常需要在其冷冻水系统和冷却水(或空冷)系统同时运行的情况下才能实现。因此，做好机组与冷冻水、冷却水(或冷凝器空气冷却)系统开机前的检查和准备工作与做好启动或停机、运行调节、维护保养、常见问题和故障的早期发现及处理等工作同样重要。

3.1 氟利昂活塞式冷水机组的运行管理[3]

3.1.1 开机前的检查及准备

⑴检查电网电压波动在±10%以内，三相不平衡在3%以内。检查各电气布线与接地情况(机组必须可靠接地)。电气控制线路在主电路断开的情况下应预先单独进行元器件动作试验，启动前应注意供电电压是否正常。

⑵检查冷冻水系统和冷却水系统(风冷应检查冷凝风机转动是否灵活)是否正常，调节蒸发器和冷凝器进出水阀门的开启度，使其进出口压差均在0.05 Mpa左右。

⑶检查每台压缩机的油位和油温。油位在油视镜的1/2～2/3处，油温在40～50 ℃，手摸加热器感觉发烫。

⑷检查制冷管路上各阀门是否处于正常开启状态。特别是排气阀必须处于开启状态。

⑸检查制冷剂压力表指示是否有明显下降；制冷管路各连接处有无泄漏现象。

3.1.2 开机操作

接通主电路和控制电路的电路空气开关(第一次开机须先通电24 h后再进行试运行)，按《电脑操作说明书》进行正确设定。启动压缩机观察其运转声音和油压油位是否正常，注意防止“液击”现象，缓慢打开贮液罐的出液阀，向蒸发器供液，待运行稳定后再将出液阀开大。根据冷负荷的大小，转动能量调节手柄，逐渐增大负载。检查各处的温度值和压力值是否在正常范围内。风冷应检查冷凝风机转向是否正确。听膨胀阀有无制冷剂流动声，观察膨胀阀是否正常结露。

检查压缩机高、低压力继电器及温度控制器的设定值，使其指示值在所要求的范围内，并注意产生误动作或不动作。查看各种仪表指示值是否在正常范围之内。

3.2 正常运行的标志

⑴氟利昂制冷压缩机的吸气温度不宜超过15 ℃；排气温度对于R22不超过145 ℃。

⑵排气压力对R22要达到1.0～1.4 Mpa，最高不超过1.6 Mpa(风冷1.8 Mpa)。使用R22制冷剂高压压力值一般设定在1.6～1.8 Mpa(表压)。低压压力值则根据制冷工况的要求来设定。

⑶曲轴箱的油温一般保持在40～60 ℃，最高不超过70 ℃，最低不低于5 ℃。若有两个视油镜，油位不超过上油镜的1/2处，不低于下油镜的1/2处。运行时其油压比吸气压力高0.1～0.3 Mpa。油分离器自动回油正常，浮球阀应自动开启和关闭，手摸回油管时，应有时热时温的感觉。

⑷制冷压缩机在运行中无异常声响和振动。汽缸壁不应有局部发热和结霜的现象，吸气管不应有结霜，结露为正常；在干燥过滤器前后的高压液体管道不应有明显温差，更不能出现结霜现象。各部位不应有油迹，漏油肯定漏气，必须及时检漏。制冷压缩机电机的运行电流应稳定。

无论何种压缩式冷水机组，其正常运行的标志主要是：①蒸发器冷冻水进出水的温度和压力；②冷凝器冷却水进出水的温度和压力；③蒸发器中制冷剂的温度和压力；④冷凝器中制冷剂的温度和压力；⑤压缩机电动机的电流和电压；⑥润滑油的压力和温度。以上各种参数要在正常的范围内。

3.3 制冷量调节

活塞式冷水机组的制冷量调节通过其调节装置可自动完成，通过感受冷冻水的回水温度用控制器和电磁阀分别控制压缩机的工作台数和一台特定的压缩机若干个工作汽缸的上载或下载，从而实现制冷量的梯级调节。

3.4 运行中的监测与记录

压缩机吸排气压力；压缩机运行时间记录；机组运行电压和电流；机组异常温度和响声，室内温湿度。

3.5 停机

正常停机一般有压缩机自动控制系统完成卸载和停机。手动停机：关闭贮液罐或冷凝器的出口阀，将制冷剂收入贮液罐或冷凝器中，进而关闭压缩机吸气阀，待曲轴箱内压力降低后逐级卸载，关闭压缩机后再关闭其排气阀，并保证压缩机低压压力不低于大气压，防止由于密闭不严使空气漏入系统。制冷压缩机停止10 min后，关闭冷却水泵和冷却塔风机；进而关闭冷冻水泵，停止冷冻水循环系统。若冬季长期停机，应将系统中的水全部放尽，防止冻裂水管和设备。

全自动化的冷水机组及水系统，由自控系统来完成正常停机。手动控制的停机操作顺序为冷水机组→冷却水泵→冷却塔→冷冻水泵→空调设备，是启动操作顺序的逆过程。

4 个别运行参数分析

4.1 冷却水的温度与压力

冷水机组名义工况，其冷凝器进水温度为32℃、出水温度为37 ℃，温差为5 ℃。为了降低冷水机组的功率消耗，提高制冷量，应尽可能降低其冷凝温度，其措施一是降低冷却水进入冷凝器的温度，二是加大冷却水量。冷凝器进水温度取决于大气温度和相对湿度，受自然条件变化的影响和限制，可加大冷却水流量，但也不可无限加大，受水泵容量的限制，冷却水量可通过调节阀门开度来控制。在名义工况下，冷却水进出冷凝器压力降为0.07 Mpa为宜[4]。

另外，水冷式机组的冷凝温度一般要高于冷却水出水温度2～4 ℃，如果高于4 ℃以上，则应检查冷凝器内的铜管是否结垢需要清洗了；应注意冷却水温度、水量、水质等指标在合格范围内。空冷式机组的冷凝温度一般要高于出风温度4～8 ℃。

4.2 冷冻水的温度与压力

名义工况下，壳管式蒸发器的出水温度为7℃、进水温度为12 ℃。由Q=W△t可知，通过蒸发器的冷冻水流量w与进出水温度差△t成反比，即冷冻水流量越大，温差越小；反之流量越小，温差越大。可通过调节阀门的开度来完成，其原则一是蒸发器出水有足够的压力来克服冷冻水闭路循环管路中的阻力；二是冷水机组要在设计负荷的情况下运行，蒸发器进出口水温差为5 ℃，阀门一经调定，则相对稳定不变。蒸发器冷冻水侧进出水压降控制在0.05 Mpa为宜。另注意定期对冷冻水循环管道进行清洗。

一般情况下，蒸发温度控制在3～5℃，R22其蒸发压力在4.5～4.9 kg/cm2(表压)。过高的蒸发温度难以达到所要求的空调效果，而过低的蒸发温度，不但会增加冷水机组的能量消耗，还容易造成蒸发管路冻裂。实际上蒸发温度t0对制冷量的影响，要比冷凝压温度tk对制冷量的影响要大，所以在制冷机运行时，尽量使蒸发温度与被冷却介质之间的温差保持在合理的范围内[5]。

由于提高冷冻水的出水温度对冷水机组的经济性十分有利，运行中在满足空调使用要求的情况下，应尽可能的提高冷冻水出水温度。

4.3 油压差、油温、油位高度：

油压差必须在合理的范围，保证系统有足够的润滑和冷却油量以及驱动能量调节装置时所需要的动力。

油温的高低对润滑油粘度会产生重要影响，油温太低粘度增大，流动性降低，不易形成均匀的油膜，并且会引起油的流动速度降低，使润滑量减少，油泵的功耗增大；油温太高，油粘度就会下降，油膜不易达到一定的厚度，使运动部件难以承受必须的工作压力，造成润滑状况恶化，易使运动部件磨损。还有可能使油的化学性质发生变化和结焦。另外在一定压力下，润滑油对制冷剂的溶解度随油温的上升而减少，保持一定的油温可以减少润滑油中制冷剂的含量，对压缩机安全、顺利地启动有良好的作用。通常规定在机组启动前，必须对机组的润滑油进行不少于24 h的加热。因此合理的润滑油温对各种形式的冷水机组都是十分必要的。

油位高度应在规定的范围内，油位过低易造成油泵失油，从而引起运行故障和损坏事故，当油位过低时应及时补充同牌号的润滑油至规定的油位高度。

4.4 停机

压缩式冷水机组的压缩机与冷却水泵的停机间隔时间，应能保证进入冷凝器内的高温高压气体制冷剂全部冷凝为液体，且全部进入储液器；而压缩机与冷冻水泵的停机间隔时间，应能保证蒸发器内的液态制冷剂全部气化且变成过热气体，以防冻管事故发生。

5 运行管理的内容与条件

5.1 运行管理的内容

做好运行操作、维护保养、故障处理、计划检修、更新改造、设备与零配件的选购、技术资料等管理工作。做好各种记录并注意保存。

(1)各项管理内容都要形成相应的规章制度，做到有章可循，有法可依。

(2)各个操作项目都要制定出安全、合理的规程，做到规范、有序的操作。

(3)操作人员都要经过正规、严格的空调制冷和GMP方面的专业学习和技术培训。

(4)专业技术主管、班组长和操作人员分工明确、职责清楚。

并注意卫生(灭菌消毒)、节能、安全、应急运行预案。

5.2 空调系统运行管理制度

(1)人员管理制度，包括各类人员岗位职责、学习业务与培训制度。

(2)设备管理制度，包括维修保养制度、检修与修理制度。

(3)运行管理制度，包括运行值班制度、系统和设备的操作规程、巡回检查制度、交接班制度、机房管理制度、经济节能运行措施、突发事件应急管理措施、紧急情况应急处理措施等。并做好以上各种记录。

5.3 运行管理的条件

首先落实适应各岗位运行环节的人员，要求运行操作人员和维修人员要有一定的专业知识和技能。为了实现运行管理的目标，企业相关领导须重视这方面的工作，做到运行管理有制度、使用操作有规程，人员专业化、上岗要培训、职能责任化，才能保障系统按设计要求运行和调节，达到最佳运行状态，实现各项运行参数满足规定的使用要求。

6 运行管理的考评

为推动空调系统规范化管理并提高水平，应定期对以下5个方面进行检查和考核评价。

6.1 人员及培训

(1)配齐专职或兼职的各级各类专业管理人员，或有固定的运行/维修班组成员。

(2)班(组)成员均由专业技术人员或经过专业技术培训的人员组成，达到会操作、会维护保养、会检查、会排出一般故障的要求。

(3)定期进行业务知识的学习和操作，及维修保养和检修技能的培训。

6.2 建立健全管理制度

(1)各项专业规章制度齐全，并能认真严格地执行，无违章现象。

(2)各种技术资料、档案齐全完善，可随时方便地查阅。

6.3 系统和设备运行维护正常化

(1)系统和各种设备、装置均运行正常，无超标噪声、振动和滴、漏、破、堵的现象。

(2)各种仪表指示灵敏可靠，阀门操(动)作灵活。

(3)各种记录填写准确、清楚、符合要求。

(4)维修保养工作及时、到位。

(5)有经济节能运行措施并坚持执行，有成效。

6.4 安全文明生产

(1)设备、管道、阀门等外观整洁，各种标识清楚、醒目。

(2)机房环境整洁、照明通风良好，无杂物堆放，符合安全生产要求。

(3)检修机具、检测仪器仪表、常备配件等摆放有序、易取易放。

6.5 保证服务质量

(1)按规定保证供冷、供暖，空调房间的温湿度、洁净度、空气的流向、流速、压力差等参数指标能满足使用要求。停用空调时要预先通知使用部门。

(2)有问题随叫随到，维修处理及时。

(3)注意向用户宣传、讲解正确使用空调的方法。

综上所述，制冷净化空调系统要正常运行，主要取决于工程设计、设备制造、施工安装、运行管理等方面的质量。但设计选型等前三项尤其重要，如果不合理或失误，之后再进行调整是非常困难的。我们在实践中无论新建或改建工程的制冷净化空调系统，管理人员都提前介入，主要了解设计方案是否合理、符合生产工艺的要求和现场实现的可行性，及对之后的运行使用和维护保养是否便利。经过技术分析对可能产生的问题和不利情况预防在先，使日后的运行管理工作处于积极主动地位，并有助于保证工程设计和设备的质量环节。在施工安装过程中注意深入现场，对可能影响日后运行管理的质量问题及时提出，及早纠正解决。

[1]付小平,杨洪兴,安大伟.中央空调系统运行管理[M].北京:清华大学出版社,2008:2-14,104-108.

[2]朱世斌.药品生产质量管理工程[M].北京：化学工业出版社,2001:258-269.

[3]唐中华.空调制冷系统运行管理与节能[M].北京:机械工业出版社,2008:27-31,142-146.

[4]路诗奎,姚寿广.空调制冷专业课程设计指南[M].北京:化学工业出版社,2005:106-120,142.

[5]徐世琼.制冷技术问答[M].北京:农业出版社,1979:106,256-263.

[6]闫兆光,王颖.GMP审计技术[M].北京:中国科学技术出版社,2007:187-193.