醫用制冷凈化空調系統暨冷水機組的運行管理

王 巍 楊迎春

醫藥、生物制品的研究與生產對環境的溫度、濕度、潔凈度、空氣的流向流速、空氣的壓力差等條件有特殊的要求。相關參數必須符合國家《藥品生產質量管理規范》(以下簡稱藥品GMP)的規定，并達到使用要求。其主要通過制冷凈化空調系統的運行來實現。

制冷凈化空調系統的投資較大，所含設備的種類多、管線長、自動化程度高，其操作運行、維護保養、故障檢修涉及到制冷、凈化、空氣調節、流體、熱工、電工、電子技術自動控制等多方面的知識和技能，復雜程度高。相對于制藥企業來說是一種耗能較大的設備，若忽視運行管理，則會導致運行成本高、故障多、設備使用壽命短、系統運行不正常、從而達不到使用要求，甚至出現運行事故，影響研究工作和生物制品生產的進度和質量。因此搞好制冷凈化空調系統的運行管理尤其重要。

1 制冷凈化空調系統運行管理的目標

1.1 滿足使用要求

空氣調節分為舒適性空氣調節和工藝性空氣調節，藥品制品生產企業首先要滿足制品生產的工藝使用要求，并符合藥品GMP認證管理的相關規定。既要滿足生產過程的需要，還要考慮人體的健康和舒適，保證制品質量的同時提高生產效率；有些特殊要求的生產過程則根據生產的需要，建立符合生產工藝要求的空氣環境[1]。

1.2 保障安全運行

通常生產的各種制品的計劃性、連續性、時限性要求都很高，由于一般制品的生產時間周期都比較長，有些制品屬季節性生產，季節性供貨接種，如果生產工藝要求的溫度、濕度、潔凈度等指標空氣環境得不到保障，就會染菌遭成廢品，浪費人力物力、能源和時間，嚴重時會影響國家下達的免疫計劃。因此制冷凈化空調系統安全運行相當重要。

1.3 降低運行成本延長使用年限

加強維護保養、定期檢修、強化運行管理，降低運行成本。對制冷凈化空調系統必須通過規范操作、合理使用、科學保養、精心維護、及時和定期的檢修才能充分發揮其功能。在保證其穩定正常、高效低耗運行的同時盡量減少各種故障的發生，延長其使用壽命。

2 制冷凈化空調系統的基本構成與功能

制冷凈化空調系統的運行管理，主要包括制冷系統的運行管理、空氣處理送風調節系統的運行管理、附屬設施的運行管理、自動控制系統的運行管理等。制冷凈化空調系統通常由冷熱源、空氣處理裝置、管道系統、末端裝置、控制系統等組成。按其功能分為三大系統：制冷系統、空氣處理及送風系統、電氣系統。

2.1 壓縮式制冷系統

壓縮式制冷系統由壓縮機→冷凝器→貯液器→過濾器→膨脹閥→分液器→蒸發器等組成。常用空調系統的壓縮機按結構形式有渦旋式、活塞式、螺桿式，還有離心式。機內裝有保護裝置，對因故障引起的電機高溫、過載、缺相提供保護。配有電加熱器，作啟動前加熱用。壓縮機上設有高低壓壓力控制器，以保護壓縮機及制冷系統正常運行。

空調系統中的供冷表冷器(蒸發器)，大中型空調系統多采用冷水機組并用冷水式表冷器，而分散或小型空調系統(器)常采用氟利昂直接蒸發式。冷凝器常用的有水冷式和風冷式。

2.2 空氣處理和送風系統

空調房間的回風和室外新風經過空氣過濾后通過表冷器、加熱器、加濕器進行冷卻、除濕或加熱、加濕處理，然后由送風機通過風管、調節風閥等直接送風至空調區域；并從房間內抽回或排除一定的室內空氣[2]。

中等凈化要求(如30萬級以下)的可設低效、中效兩級過濾器，中效過濾器一般設在送風機的后面。制藥企業通常使用凈化級別要求高的潔凈間，還必須再設高效過濾器過濾。空氣的分布裝置如同空調房間各種類型的送風口和回風口，其作用為合理地組織室內的氣流，以保證在工作區內形成所要求的空氣溫度、濕度、氣流速度和潔凈度等。空調系統的熱源通常采用蒸汽、熱水或電能對空氣進行加熱而便于蒸汽對空氣加濕。

2.3 電氣系統

電控單元根據傳感器元件的信號通過控制裝置對各個單元的運行進行自動調控，確保溫、濕度及送風系統均能自動控制與安全運行，達到生產工藝規定的使用要求。電氣保護及報警系統則對空調系統進行監測、保護和報警。并應具有顯示、記錄和打印功能。

3 冷水機組的運行管理

壓縮式冷水機組是中央空調系統采用最多的冷源。冷水機組的運行通常需要在其冷凍水系統和冷卻水(或空冷)系統同時運行的情況下才能實現。因此，做好機組與冷凍水、冷卻水(或冷凝器空氣冷卻)系統開機前的檢查和準備工作與做好啟動或停機、運行調節、維護保養、常見問題和故障的早期發現及處理等工作同樣重要。

3.1 氟利昂活塞式冷水機組的運行管理[3]

3.1.1 開機前的檢查及準備

⑴檢查電網電壓波動在±10%以內，三相不平衡在3%以內。檢查各電氣布線與接地情況(機組必須可靠接地)。電氣控制線路在主電路斷開的情況下應預先單獨進行元器件動作試驗，啟動前應注意供電電壓是否正常。

⑵檢查冷凍水系統和冷卻水系統(風冷應檢查冷凝風機轉動是否靈活)是否正常，調節蒸發器和冷凝器進出水閥門的開啟度，使其進出口壓差均在0.05 Mpa左右。

⑶檢查每臺壓縮機的油位和油溫。油位在油視鏡的1/2～2/3處，油溫在40～50 ℃，手摸加熱器感覺發燙。

⑷檢查制冷管路上各閥門是否處于正常開啟狀態。特別是排氣閥必須處于開啟狀態。

⑸檢查制冷劑壓力表指示是否有明顯下降；制冷管路各連接處有無泄漏現象。

3.1.2 開機操作

接通主電路和控制電路的電路空氣開關(第一次開機須先通電24 h后再進行試運行)，按《電腦操作說明書》進行正確設定。啟動壓縮機觀察其運轉聲音和油壓油位是否正常，注意防止“液擊”現象，緩慢打開貯液罐的出液閥，向蒸發器供液，待運行穩定后再將出液閥開大。根據冷負荷的大小，轉動能量調節手柄，逐漸增大負載。檢查各處的溫度值和壓力值是否在正常范圍內。風冷應檢查冷凝風機轉向是否正確。聽膨脹閥有無制冷劑流動聲，觀察膨脹閥是否正常結露。

檢查壓縮機高、低壓力繼電器及溫度控制器的設定值，使其指示值在所要求的范圍內，并注意產生誤動作或不動作。查看各種儀表指示值是否在正常范圍之內。

3.2 正常運行的標志

⑴氟利昂制冷壓縮機的吸氣溫度不宜超過15 ℃；排氣溫度對于R22不超過145 ℃。

⑵排氣壓力對R22要達到1.0～1.4 Mpa，最高不超過1.6 Mpa(風冷1.8 Mpa)。使用R22制冷劑高壓壓力值一般設定在1.6～1.8 Mpa(表壓)。低壓壓力值則根據制冷工況的要求來設定。

⑶曲軸箱的油溫一般保持在40～60 ℃，最高不超過70 ℃，最低不低于5 ℃。若有兩個視油鏡，油位不超過上油鏡的1/2處，不低于下油鏡的1/2處。運行時其油壓比吸氣壓力高0.1～0.3 Mpa。油分離器自動回油正常，浮球閥應自動開啟和關閉，手摸回油管時，應有時熱時溫的感覺。

⑷制冷壓縮機在運行中無異常聲響和振動。汽缸壁不應有局部發熱和結霜的現象，吸氣管不應有結霜，結露為正常；在干燥過濾器前后的高壓液體管道不應有明顯溫差，更不能出現結霜現象。各部位不應有油跡，漏油肯定漏氣，必須及時檢漏。制冷壓縮機電機的運行電流應穩定。

無論何種壓縮式冷水機組，其正常運行的標志主要是：①蒸發器冷凍水進出水的溫度和壓力；②冷凝器冷卻水進出水的溫度和壓力；③蒸發器中制冷劑的溫度和壓力；④冷凝器中制冷劑的溫度和壓力；⑤壓縮機電動機的電流和電壓；⑥潤滑油的壓力和溫度。以上各種參數要在正常的范圍內。

3.3 制冷量調節

活塞式冷水機組的制冷量調節通過其調節裝置可自動完成，通過感受冷凍水的回水溫度用控制器和電磁閥分別控制壓縮機的工作臺數和一臺特定的壓縮機若干個工作汽缸的上載或下載，從而實現制冷量的梯級調節。

3.4 運行中的監測與記錄

壓縮機吸排氣壓力；壓縮機運行時間記錄；機組運行電壓和電流；機組異常溫度和響聲，室內溫濕度。

3.5 停機

正常停機一般有壓縮機自動控制系統完成卸載和停機。手動停機：關閉貯液罐或冷凝器的出口閥，將制冷劑收入貯液罐或冷凝器中，進而關閉壓縮機吸氣閥，待曲軸箱內壓力降低后逐級卸載，關閉壓縮機后再關閉其排氣閥，并保證壓縮機低壓壓力不低于大氣壓，防止由于密閉不嚴使空氣漏入系統。制冷壓縮機停止10 min后，關閉冷卻水泵和冷卻塔風機；進而關閉冷凍水泵，停止冷凍水循環系統。若冬季長期停機，應將系統中的水全部放盡，防止凍裂水管和設備。

全自動化的冷水機組及水系統，由自控系統來完成正常停機。手動控制的停機操作順序為冷水機組→冷卻水泵→冷卻塔→冷凍水泵→空調設備，是啟動操作順序的逆過程。

4 個別運行參數分析

4.1 冷卻水的溫度與壓力

冷水機組名義工況，其冷凝器進水溫度為32℃、出水溫度為37 ℃，溫差為5 ℃。為了降低冷水機組的功率消耗，提高制冷量，應盡可能降低其冷凝溫度，其措施一是降低冷卻水進入冷凝器的溫度，二是加大冷卻水量。冷凝器進水溫度取決于大氣溫度和相對濕度，受自然條件變化的影響和限制，可加大冷卻水流量，但也不可無限加大，受水泵容量的限制，冷卻水量可通過調節閥門開度來控制。在名義工況下，冷卻水進出冷凝器壓力降為0.07 Mpa為宜[4]。

另外，水冷式機組的冷凝溫度一般要高于冷卻水出水溫度2～4 ℃，如果高于4 ℃以上，則應檢查冷凝器內的銅管是否結垢需要清洗了；應注意冷卻水溫度、水量、水質等指標在合格范圍內。空冷式機組的冷凝溫度一般要高于出風溫度4～8 ℃。

4.2 冷凍水的溫度與壓力

名義工況下，殼管式蒸發器的出水溫度為7℃、進水溫度為12 ℃。由Q=W△t可知，通過蒸發器的冷凍水流量w與進出水溫度差△t成反比，即冷凍水流量越大，溫差越小；反之流量越小，溫差越大。可通過調節閥門的開度來完成，其原則一是蒸發器出水有足夠的壓力來克服冷凍水閉路循環管路中的阻力；二是冷水機組要在設計負荷的情況下運行，蒸發器進出口水溫差為5 ℃，閥門一經調定，則相對穩定不變。蒸發器冷凍水側進出水壓降控制在0.05 Mpa為宜。另注意定期對冷凍水循環管道進行清洗。

一般情況下，蒸發溫度控制在3～5℃，R22其蒸發壓力在4.5～4.9 kg/cm2(表壓)。過高的蒸發溫度難以達到所要求的空調效果，而過低的蒸發溫度，不但會增加冷水機組的能量消耗，還容易造成蒸發管路凍裂。實際上蒸發溫度t0對制冷量的影響，要比冷凝壓溫度tk對制冷量的影響要大，所以在制冷機運行時，盡量使蒸發溫度與被冷卻介質之間的溫差保持在合理的范圍內[5]。

由于提高冷凍水的出水溫度對冷水機組的經濟性十分有利，運行中在滿足空調使用要求的情況下，應盡可能的提高冷凍水出水溫度。

4.3 油壓差、油溫、油位高度：

油壓差必須在合理的范圍，保證系統有足夠的潤滑和冷卻油量以及驅動能量調節裝置時所需要的動力。

油溫的高低對潤滑油粘度會產生重要影響，油溫太低粘度增大，流動性降低，不易形成均勻的油膜，并且會引起油的流動速度降低，使潤滑量減少，油泵的功耗增大；油溫太高，油粘度就會下降，油膜不易達到一定的厚度，使運動部件難以承受必須的工作壓力，造成潤滑狀況惡化，易使運動部件磨損。還有可能使油的化學性質發生變化和結焦。另外在一定壓力下，潤滑油對制冷劑的溶解度隨油溫的上升而減少，保持一定的油溫可以減少潤滑油中制冷劑的含量，對壓縮機安全、順利地啟動有良好的作用。通常規定在機組啟動前，必須對機組的潤滑油進行不少于24 h的加熱。因此合理的潤滑油溫對各種形式的冷水機組都是十分必要的。

油位高度應在規定的范圍內，油位過低易造成油泵失油，從而引起運行故障和損壞事故，當油位過低時應及時補充同牌號的潤滑油至規定的油位高度。

4.4 停機

壓縮式冷水機組的壓縮機與冷卻水泵的停機間隔時間，應能保證進入冷凝器內的高溫高壓氣體制冷劑全部冷凝為液體，且全部進入儲液器；而壓縮機與冷凍水泵的停機間隔時間，應能保證蒸發器內的液態制冷劑全部氣化且變成過熱氣體，以防凍管事故發生。

5 運行管理的內容與條件

5.1 運行管理的內容

做好運行操作、維護保養、故障處理、計劃檢修、更新改造、設備與零配件的選購、技術資料等管理工作。做好各種記錄并注意保存。

(1)各項管理內容都要形成相應的規章制度，做到有章可循，有法可依。

(2)各個操作項目都要制定出安全、合理的規程，做到規范、有序的操作。

(3)操作人員都要經過正規、嚴格的空調制冷和GMP方面的專業學習和技術培訓。

(4)專業技術主管、班組長和操作人員分工明確、職責清楚。

并注意衛生(滅菌消毒)、節能、安全、應急運行預案。

5.2 空調系統運行管理制度

(1)人員管理制度，包括各類人員崗位職責、學習業務與培訓制度。

(2)設備管理制度，包括維修保養制度、檢修與修理制度。

(3)運行管理制度，包括運行值班制度、系統和設備的操作規程、巡回檢查制度、交接班制度、機房管理制度、經濟節能運行措施、突發事件應急管理措施、緊急情況應急處理措施等。并做好以上各種記錄。

5.3 運行管理的條件

首先落實適應各崗位運行環節的人員，要求運行操作人員和維修人員要有一定的專業知識和技能。為了實現運行管理的目標，企業相關領導須重視這方面的工作，做到運行管理有制度、使用操作有規程，人員專業化、上崗要培訓、職能責任化，才能保障系統按設計要求運行和調節，達到最佳運行狀態，實現各項運行參數滿足規定的使用要求。

6 運行管理的考評

為推動空調系統規范化管理并提高水平，應定期對以下5個方面進行檢查和考核評價。

6.1 人員及培訓

(1)配齊專職或兼職的各級各類專業管理人員，或有固定的運行/維修班組成員。

(2)班(組)成員均由專業技術人員或經過專業技術培訓的人員組成，達到會操作、會維護保養、會檢查、會排出一般故障的要求。

(3)定期進行業務知識的學習和操作，及維修保養和檢修技能的培訓。

6.2 建立健全管理制度

(1)各項專業規章制度齊全，并能認真嚴格地執行，無違章現象。

(2)各種技術資料、檔案齊全完善，可隨時方便地查閱。

6.3 系統和設備運行維護正常化

(1)系統和各種設備、裝置均運行正常，無超標噪聲、振動和滴、漏、破、堵的現象。

(2)各種儀表指示靈敏可靠，閥門操(動)作靈活。

(3)各種記錄填寫準確、清楚、符合要求。

(4)維修保養工作及時、到位。

(5)有經濟節能運行措施并堅持執行，有成效。

6.4 安全文明生產

(1)設備、管道、閥門等外觀整潔，各種標識清楚、醒目。

(2)機房環境整潔、照明通風良好，無雜物堆放，符合安全生產要求。

(3)檢修機具、檢測儀器儀表、常備配件等擺放有序、易取易放。

6.5 保證服務質量

(1)按規定保證供冷、供暖，空調房間的溫濕度、潔凈度、空氣的流向、流速、壓力差等參數指標能滿足使用要求。停用空調時要預先通知使用部門。

(2)有問題隨叫隨到，維修處理及時。

(3)注意向用戶宣傳、講解正確使用空調的方法。

綜上所述，制冷凈化空調系統要正常運行，主要取決于工程設計、設備制造、施工安裝、運行管理等方面的質量。但設計選型等前三項尤其重要，如果不合理或失誤，之后再進行調整是非常困難的。我們在實踐中無論新建或改建工程的制冷凈化空調系統，管理人員都提前介入，主要了解設計方案是否合理、符合生產工藝的要求和現場實現的可行性，及對之后的運行使用和維護保養是否便利。經過技術分析對可能產生的問題和不利情況預防在先，使日后的運行管理工作處于積極主動地位，并有助于保證工程設計和設備的質量環節。在施工安裝過程中注意深入現場，對可能影響日后運行管理的質量問題及時提出，及早糾正解決。

[1]付小平,楊洪興,安大偉.中央空調系統運行管理[M].北京:清華大學出版社,2008:2-14,104-108.

[2]朱世斌.藥品生產質量管理工程[M].北京：化學工業出版社,2001:258-269.

[3]唐中華.空調制冷系統運行管理與節能[M].北京:機械工業出版社,2008:27-31,142-146.

[4]路詩奎,姚壽廣.空調制冷專業課程設計指南[M].北京:化學工業出版社,2005:106-120,142.

[5]徐世瓊.制冷技術問答[M].北京:農業出版社,1979:106,256-263.

[6]閆兆光,王穎.GMP審計技術[M].北京:中國科學技術出版社,2007:187-193.