脉动式高压真空灭菌器故障分析研究

2021-06-29刘崇崇刘秀美

科技创新与应用 2021年17期

刘崇崇，刘秀美

（联勤保障部队第九〇〇医院仓山院区，福建福州350000）

灭菌器可满足医院手术室和供应室的灭菌消毒需要，并可以实现不同级别区域的有效隔离密封。由于医院每天会有大量的物品需要进行高温灭菌消毒，灭菌器每天的工作负荷很重。一旦发生故障不能及时排除，物品不能及时进行灭菌消毒，将影响手术等治疗的展开，进而影响患者的治疗康复。这就要求设备科相关人员对灭菌器的组成及工作原理了如指掌，才能在日常的巡检中及时发现故障苗头并处理，确保灭菌器的安全可靠运行。

1 灭菌器的工作原理

灭菌器的工作原理是采用设备自身的真空系统强制抽出灭菌室内的空气，再导入饱和蒸汽并维持一定的时间、一定的温度（压力）。当饱和纯蒸汽与被灭菌物接触时利用高温导致细菌微生物的蛋白质变性死亡，从而达到灭菌消毒的作用。当灭菌过程结束后，再排出灭菌室内的蒸汽，启动真空系统对内室抽真空，抽出内室的蒸汽及灭菌物品内的水分，从而达到对灭菌物品的干燥作用[1]。根据不同的消毒物品采用不同的工作程序（如表1）。

表1

其运行曲线图见图1（干燥行程中可能脉动抽真空2-3次）[2]。

图1

2 灭菌器的组成及功能介绍

灭菌器主要由压容部分、管路系统、控制系统、物料搬运、安全系统组成。

压容部分是本设备的主体部分，主要有大门部分和筒体部分。其中灭菌室及大门采用不锈钢板压制而成、无锈蚀、无污染。大门主要是由门齿板、门体板、门臂板和门传动系统组成。门齿板与门体焊接为一体，并焊有加强筋。大门设有安全连锁装置，确保设备开门的安全性。筒体主要是由内室和夹层组成，结构为方型二重壁通过全溶焊接而成。

管路系统从功能上分主要有进蒸汽管路、排蒸汽管路、抽真空管路、泵进水管路、回空气管路和门充气真空管路。管路的主要部件有气动阀、单向阀、手动阀、疏水器、过滤器、压力传感器、压力表、先导阀、电动球阀等。

（1）进蒸汽管路主件有减压阀、内室进汽阀、夹层进气阀等。其有两种形式：内室与夹层分开进汽；蒸汽从夹层进内室。前者进汽方式在内室与夹层各安装一个安全阀，后者只在夹层装一个安全阀。进蒸汽管路通过控制阀门可以使蒸汽根据需要自由进入灭菌室内，其对内室和夹层的蒸汽实现温度和压力的双重控制，当内室和夹层的蒸汽压力或蒸汽温度达到预定值时程序自动切断进汽阀，防止温度和压力进一步上升对设备、操作人员和被灭菌物造成伤害。

（2）排蒸汽管路主件有内室温度计、内室排汽阀、单向阀等。程序通过控制排汽阀来实现对内室蒸汽的快速排放。

（3）抽真空管路主要有真空泵、电机、真空阀、渗气阀、泵进水阀等。程序通过交流接触器控制真空泵的开启和闭合，同时打开或关闭真空阀实现对内室抽真空。真空泵进水管路是供给真空泵冷却水，同时起密封作用。真空在灭菌器中至关重要，作用如下：a.抽出内室残余的空气，确保灭菌过程中无空气存在。如果内室存在空气，会导致进蒸汽高压的过程中在被灭菌物（如布类包裹）的几何中心区域形成空气团，不利于蒸汽的穿透，使被灭菌物包裹的几何中心区域的温度达不到要求，导致灭菌不合格。对于真空度的检测可以通过BD试验来测试。b.抽出内室的蒸汽和水分对被灭菌物（如布类包裹、器械）等进行干燥。当内室的真空度很低时，水的汽化沸点随之降低，真空泵同时将汽化的水汽抽出灭菌室，达到干燥的目的。本灭菌器采用的真空泵，其真空度可达-0.09MPA，确保了灭菌内室的真空度。

（4）回空气管路主要有空气过滤器、回空气阀、进汽手动调节阀等。程序通过控制回空气阀实现对内室热空气的进入。空气的预热主要是通过紧贴在夹套上的空气管来实现；空气的洁净主要通过空气过滤器来实现。

（5）门充气真空管路主要有先导阀、电动球阀、支架、门胶条等。门管路主要是对门槽内进行充气和真空来实现门胶条的伸出与缩回，门胶条伸出后，实现对内室蒸汽密封，防止内室的蒸汽逃逸；门胶条缩回后，可以方便自如的升降大门。

控制系统主要有PLC、模拟量模块、温度变送器、温度传感器、彩色触摸屏、微型打印机、直流继电器等。PLC是灭菌器的核心部分，在灭菌器的运行过程中，根据采集到的输入信号（数字量和模拟量）控制程序的运行，再把信号输出到执行元件上，控制灭菌器的实际运行。本灭菌器的模拟量模块共两路温度信号输入、两路压力信号输入。触摸屏主要动态显示灭菌器运行过程中过程参数、过程曲线、阀门的运行状态、输入输出的状态、设定过程参数、选择灭菌程序、故障报警等，打印机可以打印温度、压力的过程数据，用于留档和故障排查。

物料搬运主要有内车及外车。内车是指容纳被灭菌物并运送被灭菌物进出灭菌内室的装置，有网篮和内车两种形式。内车的搬运需要做好防烫伤防护。外车是指在灭菌器放置环境附近搬动运送内车的装置。

安全系统主要有门闭锁机构、安全阀、压力表等。灭菌器设有程序安全联锁装置，在内室压力大于0.02MPA时，门自锁，此时门不能被打开。安全阀的作用是当系统压力超过灭菌器设计压力0.25MPA时，安全阀打开，将系统中的一部分气体排入大气，使系统压力不超过允许值，保证设备不因压力过高而发生事故。安全阀应该每年计量检测一次，严禁超期使用。压力表与压力传感器对照使用，防止压力传感器发生故障后无法判断压力，发生事故。压力表应该每半年计量检测一次，严禁超期使用。

3 故障分析及处理

在了解了设备的原理及基本组成构造后，使我们对于灭菌器有了深入了解，出现故障后知道如何分析、排除故障。判断故障前首先要确认水源压力、气源压力、压缩空气源压力是否在灭菌器设计范围内以及三相电源是否缺相。防止因为外围运行参数不满足，而造成灭菌器无法工作或发生故障。

（1）故障现象：灭菌器关闭大门时有异响且大门没有走到位就停止。

分析处理：门传动系统是利用门电机的正转与反转带动传动系统来实现门的上升与下降，并通过限位开关来确定门的运转是否到位。灭菌器大门关闭时只要门传动系统在工作，故障肯定出在此处。拆开大门护板，模拟门开关过程，发现异响是由于传动链条长期暴露在高温环境下，链条上的润滑脂已经干涸失去了作用，清理并重新涂抹润滑脂后，异响消失。再次模拟开关门过程中发现固定行程开关的螺丝松动，导致大门没有走到指定位置就停止了。将固定螺栓止松紧固后，故障排除。多次模拟没有问题后，将护板恢复，故障排除。

（2）故障现象：灭菌器使用中程序一直运行在真空行程，真空泵一直运行，不能进入灭菌行程，消毒无法完成。

分析处理：灭菌器的程序流程为：a.准备状态；b.真空行程；c.灭菌行程；d.干燥行程；e.结束行程。[3]我们先了解一下真空行程的过程，进入真空行程后，真空泵开始对内室抽真空，当灭菌室内压力达到压力传感器设定值（1）-0.065MPA后，延时2分钟对灭菌室内抽取真空。延时时间结束后，停止抽真空，同时对内室进蒸汽。当灭菌室压力达到压力传感器设定值（2）0.05MPA后，停止进蒸汽，同时排汽阀打开，排出内室蒸汽，达到压力传感器设定值（3）0.02MPA后，开启真空泵对内室抽真空，重复以上动作，直到脉动次数结束。脉动次数结束后，开始打开进气阀对内室进蒸汽升温，在此行程，进气阀受温度控制，当温度达到灭菌温度时程序进入灭菌行程。由此我们知道真空行程必须要达到必要的压力温度条件，程序才能进入下一行程。通过观察运行过程中温度和压力的显示，发现真空泵开始抽真空后，内室压力一直维持在-0.058MPA，始终无法达到压力设定值（1），灭菌器在程序控制下一直抽真空。造成这种现象的原因主要有两点：a.内室密封不严；b.抽真空管路效率不足。由于这两部分涉及的部件众多，本着先易后难的原则，我们先检查了门密封条和真空泵。门封条弹性良好，伸缩自如，没有问题。检查真空泵时发现其在运转过程中壳体一直非常热，这种现象不正常。此款真空泵为双级水循环真空泵，运行过程中一直有冷却水运行，只在抽内室蒸汽的初始阶段壳体很热，随着内室蒸汽的减少，壳体温度快速下降。判断问题出在冷却水管路。首先检查进水压力为0.25MPA，符合灭菌器水源压力要求的0.15～0.3MPA。其次检查进水电磁阀及其供电24V正常，再次检查真空泵进水端的喷嘴，检查发现喷嘴已经被水锈等杂质堵塞，水流量很小[4]。将其与前级过滤网一并清理干净。此喷嘴设置的目的是使进水均匀，更好地冷却密封真空泵，不能拆除。重新安装试机，真空泵的壳体温度下降，抽真空时压力显示为-0.072MPA，达到程序设定值，顺利进入灭菌行程，故障排除。

（3）故障现象：科室反应灭菌器预热40min后，一直不能进入运行界面。

分析处理：此款灭菌器是内室与夹层分开进汽。经过预热后的设备有利于灭菌周期的缩短、灭菌室内冷凝水的减少和被灭菌物的灭菌效果和干燥效果。其预热是通过夹层进蒸汽实现的，预热时间通常为20min，冬天大约30min，预热后夹套压力应在0.21～0.23MPA，温度125℃左右。预热属于准备状态，预热的过程是，水进入蒸汽发生器并达到液位传感器的上限后，液位传感器闭合，给控制系统信号，控制器切断进水阀并接通加热器产生蒸汽，蒸汽源压力开关闭合停止加热。蒸汽进入夹层对锅体预热。首先观察夹层压力表无压力，用手背轻轻触摸锅体，锅体是冷的，没有预热。故障锁定在蒸汽发生装置，观察液位柱液位，发现已经超过水位刻度上线，从程序界面进入查看上液位传感器的状态为断开；再次检查传感器的工作电压为直流24V正常，判断上液位传感器损坏。更换传感器并重新开机，观察液位正常，加热器加热正常，夹层压力缓慢上升至0.21MPA，温度127℃，程序进入运行界面，故障排除。

（4）故障现象：BD试验存在湿包的现象影响灭菌效果。

分析处理：造成这种现象的原因是冷空气团的存在。冷空团的存在会导致对灭菌产生三个不利影响：a.形成空气蒸汽混合团，产生负压，降低灭菌室内的灭菌压力，不利于温度的提升，使腔室内存在一定的压力下达不到应有的灭菌温度。b.冷空气团阻隔蒸汽接触灭菌物品，不利于热穿透。c.减少内室的水分，不利于微生物的杀灭。分析造成冷空气团的主要原因有：a.真空泵的性能下降，使真空度达不到BD试验的要求。b.大门的密封性能不好，导致大门泄露或轻微泄露。c.管道漏汽，导致腔室内空气渗入，排除不彻底。d.内室压力测量系统是否正常。e.蒸汽质量差、含水量过多。f.空气起始温度低、重力作用明显、BD试验前不预热，致使送入内室的蒸汽压力过高或速度过快，将过多的空气挤入试验包。g.温度升得过快导致真空时进蒸汽未对试验包进行渗透。h.BD试验包制作不标准。原因太多，运用排除法寻找故障。观察真空泵运行时压力显示为-0.072MPA，符合灭菌器运行参数要求，排除第a项。内室前后门各有一个压力传感器，观察运行时两个压力传感器数值，两者数值相差0.01MPA，排除第d项。按动程序调试按钮进入调试画面进行疏水排汽阀疏水时间设定，重新设定时间后，还是存在湿包现象，排除第e项。灭菌器在使用前已经经过预热，排除第f项。将此时BD实验的全过程参数与正常时参数进行比对，排除第g项。科室使用的BD灭菌包为原厂采购且专人包装，再次重新制作BD试验包进行实验，依旧发生湿包现象，排除第h项。灭菌器管路系统涉及部件众多，管道漏气很难查找，本着节约时间原则，先检查大门密封性。将新的密封条装机后，重新试验，没有发生湿包现象，故障排除[5]。

（5）故障现象：开机后显示屏显示err=comm err。

分析处理：通过查找手册可知此故障为触摸屏通讯故障。主要有以下几种原因：a.PLC端口损坏或接头脱落。b.触摸屏端口损坏或接头脱落。c.触摸屏与PLC之间的通讯电缆损坏。检查发现PLC与触摸屏的端口固定牢固没有脱落，拆开端头接头没有发现有断线和接触不良的现象。将连接线取出，发现中间部分已被老鼠咬断了一部分，将连接线重新接好，故障排除。为以后不发生类似故障，将此部位的缝隙、开口处用粗钢丝网覆盖，防止老鼠进入。