凍干機制冷系統的典型問題及案例分析

過 星

（常州四藥制藥有限公司，江蘇常州213004）

0 引言

冷凍干燥作為一種干燥方法，已經被廣泛運用到制藥等各個行業。凍干機作為凍干工藝的核心設備，也被廣泛運用到凍干粉針或原料藥的生產過程中。然而，制冷系統作為凍干機的“心臟”，其故障會對產品質量造成或大或小的影響，根據筆者對凍干機應用的多年實踐，認為有必要對制冷系統常見問題進行分析，只有在分析的基礎上，才能提出針對性解決對策，為凍干機的使用操作和故障維修護起到指導性的作用。

1 制冷系統的組成

目前，凍干機的制冷系統普遍采用機械式動力制冷，一般采用制冷壓縮機作為制冷的動力，也有采用液氮以及其他（如半導體）制冷的方式，本文以傳統機械制冷方式為例，對制冷系統的問題進行分析。

凍干機的常用制冷系統由制冷壓縮機、冷凝器、蒸發器和熱力膨脹閥所構成，主要是為干燥箱內制品的前期預凍供給冷量，以及為后期冷阱盤管捕集升華水汽供給冷量。

在設計凍干機時，考慮到凍干機對制冷要求的特殊性，其制冷系統主要由以下部件組成：壓縮機、制冷劑、油分離器、水冷凝器、干燥過濾器、中間冷卻器、視液鏡、電磁閥、手閥（頂蓋閥）、膨脹閥、蒸發器（板式交換器、后箱冷凝盤管）、汽液分離器、回氣過濾器、壓力表、壓力控制繼電器、CPCE（能量調節器）、安全閥、制冷管道等。

凍干機制冷系統的原理如圖1所示。

2 制冷系統的常見問題

根據數據分析，凍干機制冷系統的問題占到凍干機維修問題的80%以上，制冷系統的問題都是由特定的原因所導致，主要問題集中反映在：制冷效果不好，制冷溫度達不到預定的溫度；捕水器（冷阱）的捕水效果不好，導致溫度反彈，無法有效地捕捉到升華水汽。

根據對制冷系統問題的分析，最主要是由于系統泄漏和系統堵塞導致制冷效果不好或無法制冷，或是由于系統的連鎖保護以及“液擊”等問題，這些情況只要調整好工況，軟件控制穩定，此類問題發生率相對比較低。

2.1 系統泄漏

制冷系統的泄漏主要分為低壓端泄漏和高壓端泄漏。一般保溫的部位和管道泄漏多為低壓端泄漏，不保溫的部位和管道泄漏多為高壓端泄漏。由于在壓縮機啟動和停機以及運行階段會產生一定的振動，如果防振效果不好，容易導致連接部位松動；喇叭口以及法蘭連接的部位松動，會導致密封效果不好；也有密封墊使用時間過長，密封圈老化沒有彈性導致不能完全密封。若低壓端泄漏，系統會吸入空氣，導致排氣壓力升高，排氣溫度也高，冷凍油潤滑效果不好，有時甚至出現高壓報警，導致壓縮機停機；而高壓端泄漏，直接導致制冷劑泄漏，甚至全部漏完，導致制冷效果不好或無法制冷。

圖1 凍干機制冷系統原理圖

遇到泄漏問題，只要找到泄漏的部位就能解決。檢漏的方法有很多種，可以用氣壓和泡沫涂抹檢漏，也可用鹵素燈檢漏，也可用電子檢漏儀以及氦質譜儀檢漏，找到泄漏部位并做相應的處理即可解決問題。

2.2 系統堵塞

系統堵塞主要由于系統的油受污染引起，也可能是油堵在膨脹閥或個別閥門導致開啟不暢通。同時，制冷劑的純度、含水量以及雜質的含量均要控制好，調整壓縮機的工況并及時更換新油也非常重要。只要找到堵塞的部位，保證系統暢通，問題即可解決。

3 制冷系統典型問題分析

某一凍干機采用2個螺桿機組制冷，制冷效果非常好，凍干出來的產品質量也很好，含水量達到1%以下。在使用了2年后，由于低壓回氣截止閥關不嚴，對1#制冷機組更換了低壓回氣截止閥，空載測試性能均能滿足要求，達到指標要求。而在產品凍進行負荷測試時，1#機組和2#機組溫差很大（圖2），1#制冷機組制冷工況差，無法滿足正常生產需求，而2#機組凍干過程中溫度很好，溫差近20℃，導致2#機組的盤管結霜，1#制冷機組盤管沒有結霜，但捕水能力變差，導致產品無法進行正常凍干生產。

圖2 制冷機組間溫差示意圖

對2個制冷系統進行泄漏確認均反映無泄漏。2個機組在空載時，壓縮機工況非常接近。空載沒有發現問題。對機器進行滿載測試，經過仔細觀察，發現在捕水過程中，開始升華時，1#機組的制冷劑不能回到水冷凝器中，通過視鏡觀察氟利昂，沒有制冷劑返回，說明1#機組系統存在堵塞的問題，即導致制冷效果不好的原因。

對堵塞的原因進行分析，由于1#機組更換過回氣單向閥，對回氣單向閥進行檢查，發現回氣單向閥動作不靈敏，有卡頓的現象，拆下來重新進行安裝。此外，由于加注的制冷劑水分含量高，對制冷劑全部進行更換，同時對回氣過濾器、干燥過濾器也進行更換處理，發現冷捕水器（冷阱）膨脹閥動作不靈敏，對膨脹閥進行更換。此外，原始配置是3#閥芯，對閥芯由2#閥芯更換成3#閥芯，采取上述措施后，進行捕水滿負荷測試，在大量升華時，1#機組制冷正常，與2#機組基本一致，達到比較好的制冷效果（圖3）。

引起堵塞的主要原因：冷阱膨脹閥存在油堵的現象，拆開膨脹閥后看到明顯有冷凍油的存在，制冷系統中含水量超標，造成輕微冰堵的可能性增加，影響制冷劑流速，造成回油不暢通，低壓端回氣單向閥動作不靈敏，有卡頓現象，通過對系統重新抽真空，加注制冷劑，更換冷阱膨脹閥和閥芯，維修回氣單向閥，更換過濾器，進行滿載測試，在大量升華時，制冷劑也能回到水冷凝器中，堵塞問題得以解決，制冷效果明顯。

圖3 制冷機組間溫差示意圖

4 結語

在制藥生產過程中，當設備運行中出現故障或存在故障隱患時應采取糾正性的措施，其前提是故障的必要分析。對于凍干機制冷系統的常見問題，如泄漏與堵塞，要從原理上分析其根本原因，有時問題并非一個原因導致，需要進行綜合分析，對癥下藥。根據筆者多年實踐體會，平時要對制冷系統進行維護和保養，做好振動的降低、冷凍油的及時更換、過濾器的及時更換以及使用正宗的制冷劑等工作，可以最大程度的減少制冷系統問題的發生，使凍干機的“心臟”處于良好的工作狀態。