NBS發酵罐維修模式的應用與探討

王秋蘭

在乙肝疫苗生產中發酵罐用于培養乙型肝炎表面抗原重組釀酒酵母細胞，是乙肝疫苗生產的重要設備。為適應市場需求，乙肝疫苗產量不斷遞增，生產批數不斷增加，發酵批生產疊加進行，細胞收獲周期從5 d減少到3 d，設備運轉率大大提高，設備的維護需求明顯增加。

乙肝疫苗批生產投入成本高，發酵、純化和配制3個生產工藝，任何一個環節發生問題都會造成很大的經濟損失。發酵生產1批失敗，直接的經濟損失是7萬～8萬。保持設備良好的運行狀態是發酵生產成功的重要條件之一，設備維修起著重要作用，同時承擔著重大壓力。現實對設備維修管理和維修技能提出了更高的要求。

1 NBS的發酵罐概況

發酵生產使用的設備是20世紀90年代初引進美國NBS的發酵罐，至今已經運轉18年。各種預防維護和維修工作的開展，保證了發酵罐設備的良好狀態。

設備維修是排除設備故障、恢復設備功能和保障設備正常運轉而進行的全部活動，是設備維護和管理的重要內容。圍繞發酵罐設備正常運行，設備維修從未間斷過，維修操作的時間內容和形式也隨生產需求和設備性能狀態不斷變化。

2 NBS發酵罐特點

NBS發酵罐設備由帶有夾層和保溫層的罐體、管道框架、酸堿罐、電源柜、儀表控制柜幾個部分組成。與培養基、細胞直接接觸的罐體及管道材料采用316 L不銹鋼，與外界連接的各口通過密封圈保持良好的密封性，避免一切外來微生物的污染。

發酵罐設備的控制系統采用ML4100控制器，通過開關控制、PID控制、級聯控制、手動方式與自動方式切換、以時間為基準的事件控制、報警控制，實現滅菌及細胞培養過程中所需要的溫度、壓力、空氣流量、攪拌、pH值、稱重等參數的控制操作。

發酵罐設置為細胞生長代謝提供優化的環境，促進細胞生產繁殖，從而獲得大量優質的代謝產物。

3 發酵罐設備狀態分析

NBS發酵罐控制系統和執行系統元件多，設備工況相對復雜，影響設備正常運轉的因素多。

(1)發酵罐的溫度、壓力、空氣流量和攪拌速度各項參數通過各自過傳感器、變送器傳送給中心控制器ML4100。ML4100控制器把接收到的信息通過運算與使用設置值進行比較，然后發出信號，通過偏置繼電器、驅動器、I/P轉換器、電磁閥、氣動閥和自動調節閥一系列的動作，實現系統控制。任何1個系統，任何1個部件出現缺陷，都會導致設備發生故障，影響發酵工藝繼續進行。

(2)發酵罐設備使用多年，已從初期磨損故障期、正常磨損偶發故障期進入急劇磨損故障期。此時的磨損速度非常塊，短時間內便可以使零件喪失應有的精度或強度。部件的老化磨損和疲勞將導致設備故障高發，因此需大量的維修和維護。

(3)發酵設備是NBS早年產品，由于產品更新換代，廠家已不生產也不提供控制系統相關配件，設備維修受到正常配件不足的限制。

(4)發酵是乙肝疫苗生產的前工藝，發酵生產設備24 h連續運轉。隨乙肝疫苗產品的不斷增加，設備連續運轉的特點更加突出，設備年運轉時間增加而維修的時間則減少了。

上述分析表明∶設備已經進入故障多發期，在配件的不足的情況下保障設備連續運轉，需對進口設備不斷消化吸收，有效地在常態下做好設備維修與管理工作，提高設備使用壽命，并在故障發生時能夠做到準確快速維修，是工程設備維修工程師必須解決的課題，通過應用各種維修模式，可以提高設備的維修效率，提高設備的利用率，節約運行成本。

4 維修模式的應用

顧煜炯[1]在“設備維修與管理的基本理論”中提到設備維修的3種基本模式即∶事故維修、預防維修、改善維修。在發酵罐維修管理過程中，這些維修模式得到了反復的應用，使發酵罐設備不斷從故障和危機的陰影中走出，保證生產運行的需要。

4.1 事故性維修

事故維修既故障維修是最通常的維修模式，具有非計劃性，主要特點是壞了修不壞則不修。發酵罐設備的大部分維修歸屬于此類維修。在維修操作前，需要分析診斷故障性質，確認在發酵生產過程中的維修操作不會對批生產造成影響、也不會發生染菌時，實行在線維修。如果在線維修對制品可能造成不良影響，需采取臨時手動控制，延時到批生產結束后維修。如設備出現嚴重故障隱患，繼續生產會產生嚴重后果，則終止生產進行搶修。維修事例列舉。

4.1.1 在線維修

發酵罐培養過程中需不斷取樣檢測pH值、溶氧和OD值等參數，取樣前通純蒸汽進行滅菌取樣口。滅菌系統相對獨立，檢修不會對罐內培養物產生影響，采取在線檢修保證取樣前的滅菌操作。

4.1.2 延時維修

為降低生產成本損失等，待批次生產結束進行維修。例如，75 L發酵罐培養基滅菌操作，溫度上升時間長，帶來罐內液面上漲現象的處理。由于上漲液來自純蒸汽冷凝水，對制品沒有污染危險，故等到75 L轉移完成，延時39 h后進行檢修。又如，機械密封泄漏檢修。為避免制品染菌，通過關閉排氣閥維持罐內正壓，等待生產工藝操作結束后進行維修。

4.1.3 停產搶修

設備故障隱患可能造成重大設備和生產事故，需停機維修。例如，在75 L培養物準備轉移操作時，發現800 L攪拌電機聲音異常，等待發酵工藝完成進行維修還需44 h，設備需帶病運轉近48 h，可能造成故障升級和罐內產物染菌，為此終止該批發酵生產及時搶修。檢查更換了性能劣化的軸承、密封圈、齒輪箱油、調換了電機與齒輪箱連接器的方向，電機運轉恢復正常，避免了可能因電機故障惡化而造成嚴重后果發生的危險。

4.1.4 機會維修

利用生產的間隙維修是常用的設備維修方式。發酵批生產3 d，75 L發酵罐和800 L發酵罐每批運行41 h和68 h，可開展設備維修的時間有限，經常需要與生產班組協調調整工藝操作時間，創造適合的維修時間。

4.2 預防性維修

預防維修目的是為了消除故障隱患，防范于未然。制藥行業隨著GMP管理的深入，提出了預防維修概念，按照文件要求定期更換設備相關部件，而做好設備預防維修的關鍵是通過技術維護實現預知維修和狀態維修。

在75 L和(或)800 L維修管理工作中，對于預防維修概念的認識和提升，經歷了從認識到 實踐，從實踐到認識的過程，隨著對預防維修理論的理解，在75 L和(或)800 L的預防維修工作充實了新的內容。

4.2.1 定期維修

包括年度預防維修保養和周期性預防維修保養。年度維修保養，主要對設備進行功能性檢查，調整校對系統參數。周期性維修保養按照預防維修保養文件規定的包括設備“O”型圈和濾器的更換，更換周期來自使用效果的時間統計。

4.2.2 預知維修

基于對設備故障發生趨勢的分析判斷，預知維修起到避免或減少設備故障發生率的作用，通過組織周密計劃，提高維修效率，減少維修停機時間，減少對生產影響的可能性，具有前瞻性。在預防維修的操作中，維修技能儲備和方法的儲備是預防維修的關鍵。儲備到位，可快速及時有效的排除設備故障。例如，75 L和(或)800 L管道結垢故障維修。發酵罐一段管道結構是水汽公用，滅菌時通工廠蒸汽，滅菌結束通飲用水。長期使用管內壁表面附著了大量水垢，阻礙工廠蒸汽通過，影響滅菌。這種故障與管道結構設計缺陷有關，如果水汽管道不共用或將飲用水改為純化用水則能避免這種故障的發生。預防方法是加工儲備備用管，以減少維修操作時間。

4.2.3 狀態維修

狀態維修是相對于事后維修和以時間為基礎的預防維修，在設備出現了明顯的劣化后實施的維修，而狀態的劣化是由設備狀態參數變化反映出來的。例如，發酵罐溫度故障，顯示屏溫度數值抖動和漂移，反映出控制系統元器件性能劣化。檢修更換了ML4100控制器電源板的電容后，溫度控制恢復正常。

4.3 改善維修

改善維修特點是基于已經確定故障排除方法，通過維修計劃的實施消除設備缺陷，改善設備運行功能，提高設備的可靠性及維修性，提高設備利用率。發酵罐的長期使用導致一些部件產生缺陷，造成設備運轉不正常，采用改善維修模式，針對缺陷部件進行維修改造。例如，800 L發酵罐攪拌軸驅動裝置張緊輪軸承座和軸承發生磨損變形，加大了運行阻力，聲音異常。國內沒有同樣規格的滾柱軸承，為裝配國產軸承，加工制造配套的軸承座和配套墊圈，組合安裝后運轉良好，改善了設備性能而且維修成本低。又如，發酵罐排放管道銹蝕泄漏，易脫落銹蝕顆粒，既影響潔凈區環境，又有對產品產生污染的危險。通過把管道材質改為不銹鋼管道，消除了銹蝕泄漏現象。管道表面要求平整光滑、無裂縫、接口嚴密、無顆粒脫落，避免積塵，便于有效清潔，降低產生污染、交叉污染的風險，必須滿足制藥行業GMP要求。

5 維修模式的新發展

提高設備安全和利用率在發酵設備的維修中至關重要，逐步形成了以設備可靠性和利用率為中心的維修，即把設備的可靠性和利用率放到第一位的維修模式。以主動維修為導向，系統地消滅故障根源，應用合理的方法和修復技術最大限度地延長設備壽命，把事后維修、預防維修和改善維修結合起來，根據生產對設備急需程度、設備功能狀態、故障狀態、故障位置、故障原因、故障后果評價、維修方式、維修配件、維修時間、維修成本進行綜合評估，制定的維修策略。

在75 L和(或)800 L發酵罐維修管理中，針對控制系統故障隱患和維修預防，進行了認真的調研和探討，制定了系統的維修方案并組織實施，收到很好效果。

6 設備維修管理的主要問題與展望

75 L和(或)800 L發酵罐設備的維修一直與設備運行同行，各種維修模式的應用，起到了維持設備設計功能和延長設備壽命的作用。但是許多客觀因素，導致維修模式的應用與發展進展緩慢，設備維修管理仍然落后于發達國家，其所存在的問題如下∶①對設備維修管理重視不夠，企業的經濟效益指標主要是產值和利潤，來自產品的生產和銷售。而設備維修不能直接反應經濟效益，沒有科學手段考核維修產生的效果，也沒有評估標準；②生產設備狀態缺乏評估，設備維修保養效率和由此產生的經濟效益沒有考核內容和標準。設備維修管理出現真空和空白；③維修管理的人員配備不足，面對不斷增長設備維修項目，難以深入開展維修管理工作；④緊張的生產和連續的設備運轉，使得設備維修的時間和空間受到限制，不能充分計劃和考慮維修方案，有時不能獲得最好的維修效果。

盡管存在許多問題，但是維修管理仍然有廣闊的發展前景。設備維修理論在系統論、控制論、信息論、可靠性理論、摩擦理論、行為科學、現代優化理論的基礎上不斷完善，并在設備維修管理中得到了應用，維修方案可以進入以定量為主的科學決策。可以預見，隨著計算機管理的深入開展，設備管理必將進入動態管理和優化型綜合管理的新階段，使設備維修對安全、質量、環保、生產產生的綜合影響，最終轉化為提升企業的生產率。

7 結語

在發酵罐設備維護保養的過程中，維修模式的應用，提高了發酵罐設備的使用價值，延長使用壽命，使設備在多年使用后仍然保持高速正常運轉，保證發酵生產的順利進行，從而保證了乙肝疫苗年產量不斷增長。

隨著現代自動化技術的發展，維修人員在技能上要求更高，對于連續運轉特點企業，維修在企業中的位置較制造業更為重要。因此，需要建立設備維修體制，把設備全過程管理起來包括設備的設計、選型、材質和性能，采購、安裝、調試、驗證和運行，使用年限和維修價值的評估，以便應用各種維修模式，有針對性的開展維護保養和維修改造，最大限度的保持和恢復設備功能，提高設備的可靠性和利用率，直至壽命終結。同時加強設備維修管理人員的隊伍建設，提升設備故障的診斷技術與維修技能，在設備檢修的過程中，能靈活應用各種維修模式，及時有效的排除設備故障，恢復設備的功能，保證設備在生產中的作用。

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