冻干机制冷系统常见故障的分析与处理

陈鹏 何听

摘要：制冷系统是冻干机的关键系统之一，其作用是为冻干机提供冷冻干燥时所需的温度。制冷系统的运行效果将直接影响冻干制剂产品的质量和生产周期，鉴于此，对冻干机制冷系统常见故障的原因与处理方法进行了分析。

关键词：冻干机制冷系统;常见故障;原因分析;处理方法

0    引言

冻干机是冻干制剂产品生产的关键设备，而制冷系统是冻干机的关键系统之一。制冷系统主要为冻干机提供冷冻干燥时所需的温度，通过压缩机对制冷剂的作用，制冷剂的物理状态发生变化，从而吸收外界或释放自身的热量，达到温度控制的效果。

如图1所示，制冷系统通过压缩机提供动力，制冷剂在冷凝器中放出热量被水冷或风冷带走而变成液态，液态制冷剂在蒸发器中蒸发，吸收制品或板层的热量，使制品或板层达到所需的低温。

制冷系统的具体作用有两个方面：（1）提供冻干机在正常生产中所需的低温，保证药品在整个生产过程中都是以固态的形式存在，防止药品出现融化萎缩现象。（2）保证药品中的气态水在真空阶梯的流向运动中，由后箱对气态水进行低温捕集，防止气态水进入干式真空泵沉积对其产生损伤[1]。冻干机制冷系统的运行效果将直接影响冻干制剂产品的质量和生产周期，做好冻干机制冷系统的维护，及时解决运行过程中出现的故障，对保证生产顺利进行和产品质量都具有重要意义。

1    压缩机故障的分析与处理

压缩机按其结构形态可分为活塞式压缩机和螺杆式压缩机，其中螺杆式压缩机最为常用。螺杆式压缩机主要运行参数包括吸入温度、吐出温度、吸入压力、中间压力、吐出压力、给油压力，各参数的正常运行范围如表1所示。

冻干机使用过程中的螺杆式压缩机常见故障分析与解决方法如下：

1.1    高压压力过高

制冷系统中气态无法正常转化为液态，由于气态和液态的体积比很大，在气态状况下，高压压力急剧增高。针对这一状况，进行原因分析及相應故障处理。（1）制冷剂太多，液态制冷剂淹没部分冷凝器铜管，冷却水的制冷量不足，制冷剂无法从气态变成液态。应先对系统收氟，尽量多地将氟利昂回收至水冷凝器，再打开水冷凝器上端角阀，排出气态氟利昂的同时去除系统掺杂的不凝气体。（2）冷却水温度高，冷却水换热效果差，冷却水无法带走制冷剂从气态变成液态所释放出的所有热量。冷却水一般在20～23 ℃为宜，检查水温异常原因并处理。（3）冷却水压力低或进出端压差小，冷却水流速慢或水冷凝器结垢，冷却水换热效果差，冷却水无法带走制冷剂从气态变成液态所释放出的所有热量。冷却水压力低可以采用增加加压泵或更改管道减小管道压力损耗的方式进行处理，若多台冻干机冷却水系统并联导致进出端压差小，可在冷却水回水末端增加回吸泵，降低出端水压，若冷却水系统有膨胀箱，则回吸泵应加在冻干机回水和膨胀箱之间。（4）制冷管道低压段有泄漏，吸入空气，空气在当前温度下无法变成液态，占据空间体积。可对检查漏点处理并收氟后打开水冷凝器角阀进行排出，观察水冷凝器视镜，里面的雾状状态消失，关闭角阀，空气基本排干净。若系统空气较多，则应系统抽真空至系统压力为-0.1 MPa，再加制冷剂。（5）高压排气阀没开足或损坏，造成排气不畅。制冷剂无法进入水冷凝器，对压缩机损害巨大，开机前应检查各阀门的开关情况，若遇到阀门损坏应及时更换。

1.2    吐出温度过高

冻干机的吐出温度区间为50～90 ℃，温度过高，对轴承、转子及腔室的使用寿命造成影响，或是因为轴承或转子的摩擦，产生高温。（1）冷却水异常，冷冻机油在油冷却器中无法正常冷却，再次进入压缩机时油温过高，未对高压端的制冷剂起到冷却作用。应根据上述检查的冷却水温度、压力等情况进行处理。（2）螺杆机中间冷却器膨胀阀调节过小，中冷未对高压端制冷剂进行足够的冷却。中冷是用少部分的液态制冷剂对大部分用于设备的制冷剂制冷，使其达到过冷液态的状态，减少管路中的制冷效果损失，同时也对压缩机有制冷效果，若中冷回气管温度较高，可适当调节中冷膨胀阀大小。（3）压缩机内部螺杆或轴承磨擦产生高温。应立刻停止使用，对螺杆机进行维护，重新拆装，更换轴承及密封件，检查并修复螺杆磨损情况。

1.3    油压差过高

（1）回油不畅，冷冻机油在油分离器中没有完全分离，需更换油分离器。（2）油脏，造成油过滤器堵塞。需更换油过滤器，并用绸帕将油过滤器壳里面擦拭干净，安装后打开一边手阀，启动单向阀排出系统中的空气。（3）油压差继电器失灵，需更换新的油压差继电器。（4）吐出温度过低。1）冷冻机油的黏度增加，堵塞油过滤器，需调小中冷膨胀阀、调小油冷却器冷却水流量，并持续观察，防止发生其他故障。2）吐出温度低，导致氟利昂和冷冻机油无法在油过滤器中快速分离，部分冷冻机油进入制冷管路，导致油压过低，需调小中冷膨胀阀、调小油冷却器冷却水流量，并持续观察，防止发生其他故障。

1.4    压缩机热保护

（1）压缩机电机端冷却水冷却效果不足，无法带走电机线圈产生的热量，应调大冷却水的压力或降低冷却水温，使其满足线圈热量交换要求。（2）压缩机负荷过大（中间压力>0.5 MPa），工作电流大，电机线圈发热严重。在冷却介质高温的情况下开启压缩机，膨胀阀开度很大，压缩机的负荷很大，应关闭一组膨胀阀或者持续性地开关电磁阀，减小制冷剂的流通量，必要时调整膨胀阀的大小。（3）压缩机内部螺杆或轴承磨损导致异常，工作电流增大，线圈发热严重。若是压缩机异常导致的热保护，应立即停止使用该压缩机，重新拆装检查磨损情况，并更换压缩机内部轴承及其他部件。

2    膨胀阀堵塞的分析与处理

堵塞状态：膨胀阀堵塞后，膨胀阀不挂霜，从中间冷却器到膨胀阀之间的铜管挂霜严重，出液端视镜满液，看不见液态制冷剂流动，高压略高，压缩机低压、中压显示相同，基本接近-0.1 MPa。

原因分析：膨胀阀内部水或油结冰，或者杂质堵塞膨胀阀阀芯的节流孔，导致制冷剂无法通过膨胀阀进行制冷[2]。

处理方法：更换干燥过滤器，再用开水淋膨胀阀阀座部分，使固态的油或者冰变成液态，随管路流回压缩机，油可在油分离器进行分离，水由干燥过滤器吸附，后期更换。若开水淋后无反应，则为脏堵，必须关掉膨胀阀两端的截止阀，拆开膨胀阀进行清洁。

3    干燥过滤器堵塞的分析与处理

堵塞状态：制冷效果差，从干燥过滤器开始挂霜，一直到膨胀阀后端，出液端视镜为空，基本看不到液态的制冷剂流动，中压、低压显示相同，基本接近-0.1 MPa。

原因分析：干燥过滤器里面的杂质或者水堵塞制冷剂的流动，少量的制冷剂通过干燥过滤器便开始蒸发，吸收铜管的热量，从而使铜管挂霜。由于通过的制冷剂很少，视镜中基本看不到液态制冷剂的流动。

处理方法：更换新的干燥过滤器。

4    回气过滤器堵塞的分析与处理

堵塞状态：视镜满液，液态制冷剂流动缓慢，中压、低压显示相同，基本接近-0.1 MPa;高压低，小于0.8 MPa，回气端挂霜严重。

原因分析：回气端油或者水吸附在回气过滤器上面，由于温度较低，变成固体的油脂或者冰，堵塞了过滤器，使得通过膨胀阀的制冷剂在蒸发器内积聚，到达一定量后无法再蒸發，以液态的形式保存在蒸发器里面，液态的制冷剂在回气过滤器的位置有极少量的蒸发，使机头挂霜严重;大量的液态制冷剂滞留在蒸发器内，使得压缩机的吐出压力变低。

处理方法：更换干燥过滤器，打开对应压缩机的控制阀，用油分离器里面高温的氟利昂对回气过滤器进行加热，将油或者水加热溶化，油将在油分离器进行分离，水则由干燥过滤器负责分离;若控制阀打开一段时间后仍无法疏通回气过滤器的堵塞，则应停机，关闭高压、低压及控制阀的截止阀，拆开压缩机机头，取出回气过滤器进行清洁，并用热风吹干。

5    结语

制冷系统对冻干过程和制品质量起着决定性的作用，本文就冻干机制冷系统的常见故障进行了分析，并细化故障的处理方法，希望能对冻干机制冷系统的故障排除及保养起到一定的借鉴作用。

[参考文献]

[1] 王靖波.冻干机制冷系统常见问题的分析[J].科学视界，2014（16）：91.

[2] 谢凤民，刘恩恒，孔筱明.冻干机维修故障实例[J].医疗卫生装备，2008，29（5）：118-119.

收稿日期：2021-01-13

作者简介：何听（1985—），男，江苏连云港人，工程师，研究方向：制药企业洁净厂房、设备及公用系统管理。