超導核磁共振冷卻系統的故障分析及維護保養

蘇根元

超導核磁共振冷卻系統的故障分析及維護保養

蘇根元①

磁共振；冷卻系統；維護保養

超導型核磁共振已成為各大醫院必不可少的影像檢查設備，要維持設備超導線圈的超導性與梯度線圈的正常工作需制造一個超低溫的冷卻環境，如目前主流的4 K冷頭能把超導線圈降低至-269.15 ℃。在降溫的過程中會產生大量的熱量，必須通過適合的方式將熱量導出，因此冷卻系統是保證設備正常運行的關鍵[1]。

1 磁共振冷卻系統

1.1 冷卻系統的構成

目前超導磁共振一般采用三級聯冷設計，即水冷、氦冷以及冷頭。冷頭的作用是利用氦壓機輸送的液氦，根據熱力學第二定律原理，把包裹磁體線圈的冷屏降到很低的溫度，從而使磁體線圈呈現超導特性。水冷系統的兩個作用為：①氦冷系統降溫，即把給磁體線圈降溫產生的熱量導出；②梯度線圈降溫，即把梯度線圈工作時產生的熱量導出[2]。

1.2 冷卻系統的工作流程

(1)冷頭的冷卻需通過3個閉環循環完成，并通過熱交換器連接。冷頭、氦壓機24 h不間斷工作，導出給磁體線圈冷卻所產生的熱量。冷水循環系統通過熱交換器2將氦循環系統的熱量導出，從而實現對氦壓機的冷卻，最大限度減少液氦的揮發。氟利昂循環系統通過熱交換器1，將冷水循環系統的熱量導出，并通過冷凝器將熱量導出至室外，從而實現對水冷系統的冷卻(如圖1所示)。

圖1 冷卻系統工作流程圖

(2)梯度線圈的冷卻需要通過3個閉環循環完成，并通過熱交換器連接(如圖1所示)。梯度線圈工作時產生的熱量由純水循環系統導出。冷水循環系統通過熱交換器3將純水循環系統的熱量導出，從而實現對純水系統的冷卻。氟利昂循環系統通過熱交換器1，將冷水循環系統的熱量導出，并通過冷凝器將熱量導出至室外[3]。

2 冷卻系統常見故障與維修

在日常使用中有以下5種常見冷卻系統問題所導致設備報警：①水冷機室外機組灰塵雜物較多，尤其在北方地區每年3-4月，因楊絮和柳絮較多，經常導致水冷機制冷效果降低，最終冷頭停止工作；②循環水不足，由于核磁在裝機前在水循環管道內存在未排空的氣泡和使用后期的跑冒滴漏等問題，因此運行一段時間后，會出現循環水不足的問題，進而造成管道內水壓下降而引起水循環系統水泵的停機；③機房溫度、濕度不合適，導致出現電路故障。如溫度在短時間出現較大范圍的波動，可能會造成磁體、機柜等內部電路板上凝露，進而出現嚴重故障。而濕度也需要控制在合理范圍內(35%～80%)，長期濕度過高可能使部分部件銹蝕，而濕度過低易帶來靜電積累，一旦靜電積累到一定程度且有適合放電的條件，可能就會對部分電路造成靜電高壓擊穿或浪涌，進而產生較嚴重的故障；④氦氣不足。氦壓機和冷頭之間是靠密閉的循環管道內的高純度氦氣進行熱交換，一旦氦壓機和冷頭的循環氦氣壓力不足時，會造成冷頭制冷效率下降，同時增大磁體液氦損耗，所以需要記錄觀察和預警氦氣壓力值，一旦壓力值＜16～17 bar左右則需補充高純度氦氣；⑤短暫停電，冷頭未能啟動成功。

2.1 故障案例一

(1)故障現象。GE HDxt 1.5TMR，報警顯示水溫過高，冷頭0.5 h后停止工作。

(2)故障分析與處理。發現冷水機儀表板上顯示溫度高達35℃～45 ℃，為保證冷頭能啟動且正常工作，先將冷水機的循環管道切換至自來水散熱模式(使用循環水管上的閥門手動切換，此時使用自來水流經核磁機柜熱交換器，將熱量導出排放到生活廢水下水口的方式，使核磁部分部件散熱)，再關閉核磁機柜的循環水泵和氦壓機，等待2～3 min后，先啟動核磁機柜內循環水泵的電源開關，手摸水循環銅管2～3 min等待水泵啟動后，再打開氦壓機的電源開關，冷頭啟動正常工作[4]。

此時觀察冷水機儀表板，顯示壓縮機停機報警狀態，按照廠商清除報警和啟動壓縮機的方式不能清除報警狀態，后查看室外機組過流保護開關處于保護狀態，手動清除過流保護狀態，再按鍵組合清除報警且重新啟動后，水溫快速從45 ℃下降到設定范圍10～13 ℃。為進一步找到室外機組過流保護的原因，發現室外機組安裝位置的散熱鰭片較臟，使用壓縮空氣清理吸附在散熱鰭片上的灰塵和楊絮，并將自來水散熱模式切換到冷水機散熱模式，核磁開機10 min后，冷水機依照水溫高低啟動和停止功能一切正常，未再出現水溫過高報警，故障排除。

2.2 故障案例二

(1)故障現象。GE HDxt 1.5TMR，水冷機報警顯示管路壓力過低，缺氟利昂。

(2)故障分析與處理。查閱維保手冊，一個月前檢查氟利昂一切正常。發現一周前進行過衛生大清掃，設備間更換過一塊窗玻璃。將肥皂水順管路涂一遍，發現靠近窗戶的管道折彎處有一處微小的砂眼。聯系水冷機廠商售后，通過查漏確認只有1個漏點，泄放制冷劑，點焊，確認點焊效果，抽真空，補充制冷劑約10～15 kg，調整和確認高壓和低壓壓力，開機觀察再次確認點焊效果，水冷機室外機組的壓縮機、風機、啟停聲音和周期恢復正常，故障排除。

2.3 故障案例三

(1)故障現象。西門子Essenza 1.5TMR，冷頭不工作。

(2)故障分析與處理。檢查液氦、水冷機及線路等一切正常。醫護人員提醒有過短暫停電現象，懷疑問題所在。當遇到停電后再通電，由于核磁機柜內的循環水泵在通電后有延時3 min啟動的特征，通電后就開始工作的氦壓機由于沒有冷卻水散熱1 min以內就因過熱保護而停機。即使3 min后循環水泵開始工作使水溫下降，氦壓機也不會自動解除過熱保護，因此形成了一個“死結”，關閉氦壓機的電源開關1 min后再開機，故障排除。

2.4 故障案例四

(1)故障現象。西門子Avanto 1.5TMR，水循環系統缺水導致水泵停機。

(2)故障分析與處理。設備報警并顯示循環水不足，檢查發現可能因水質較差，三級過濾中第一個濾芯已全部呈現黑褐色，第二級濾芯同樣有一半變成了褐色，判斷為堵塞。關機并排水，換濾芯再上水，重新啟動時顯示循環水不足，需打開排氣閥直到有水流出。關機繼續上水再重啟，故障排除。

3 日常維護保養要點

每日記錄設備運行關鍵數據，包含液氦剩余量、設備間磁體間溫濕度、氦壓機壓力值以及核磁水循環系統進出壓力值等。詳細記錄每次報警或故障處置信息。當出現報警或故障后，需詳細記錄故障發生前后的征兆、特征以及處理過程等信息，通過圖像形式記錄更好，對日后故障分析和排查帶來極大益處[5]。水冷機精密空調室外機組需定期巡視和清理。按照一周查看一次室外機組的散熱鰭片是否有較嚴重的堵塞。定期巡視一旦發現室外機組的散熱鰭片出現＞20%左右的明顯堵塞時，需采用水流或壓縮空氣及時清理，否則會造成水冷機室外機組散熱不良而停機，從而引起核磁高溫報警甚至造成冷頭停機。

[1]詹劍輝，核磁共振水冷系統改造探討[J].醫療裝備，2014，28(6)：87-88.

[2]陶冶，核磁共振設備日常維修與維護的方法探討[J].臨床醫學工程，2014，21(2)：133-135.

[3]王輝林，黃昌永，馬彪，等.超導磁共振水冷系統的工作原理及維護保養[J].中國醫療設備，2012，27(1)：97-98.

[4]王曉華，岳鳳斌.GE⒈5T核磁共振冷卻系統維護[J].醫療設備信息，2006，21(7)：98.

[5]黃詠文，孫聚葆.1.5T超導磁共振制冷系統的工作原理及日常維護[J].中國醫學裝備，2007，4(7)：65-66.

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.12.048

1672-8270(2016)12-0166-02

R197.39

B

2016-06-20

①中國中醫科學院西苑醫院供應處 北京 100091

蘇根元，男，(1963- )，本科學歷，副主任技師。中國中醫科學院西苑醫院供應處，從事大型醫療設備維護工作。