聯影uMR560超導MRI冷卻系統的故障維修及日常維護保養

劉海博，柳隨義，張煜，呂琪

解放軍第九四四醫院醫學工程科 (甘肅酒泉 735000)

MRI設備是一種高精尖的設備，可利用生物體內磁性核(氫核)在強磁場中所表現出的磁共振特性進行成像。超導MRI設備中的磁體線圈需要在超導態下運行，為維持良好的運行狀態，必須有一個持續、穩定的冷卻系統使磁體線圈獲得所需的低溫環境。冷卻系統異常可導致氦壓縮機蓄積的熱量無法排出而停機，甚至導致超導線圈溫度過高而引起液氦快速汽化蒸發，出現失超現象[1]。本研究旨在探討聯影uMR560超導MRI冷卻系統的故障維修及日常維護保養策略。

1 冷卻系統的工作原理

目前，超導MRI設備的磁體冷卻系統一般采用三級聯冷設計，即水冷機組提供一定溫度的冷水使氦壓縮機的高壓氦氣得以冷卻；氦壓縮機作為冷源，通過膨脹氦氣使冷頭溫度驟降；冷頭的低溫在冷屏上傳播使磁體達到預期的冷卻效果[2-3]。冷頭是制冷部件，主要將低溫高壓氦氣傳輸到磁共振的兩級冷屏，為低溫容器中的液氦降溫，保持液氦中超導線圈的低溫環境，以隔絕結構導熱、降低液氦消耗。氦壓縮機主要為冷頭提供低溫高壓氦氣，在工作時，由冷頭循環來的高溫氦氣，經過壓縮提升壓力，在熱交換器中與壓縮機油交換熱量，使溫度迅速下降，轉變為低溫高壓氦氣，經油水分離器濾油，再經吸附器進一步過濾，而后氣體被送至冷頭發揮制冷作用。水冷機組類似于一個空調系統，經過熱交換給氦壓縮機提供冷卻水，由氦壓縮機產生的熱量最終由循環水帶走。通過水冷機組、氦壓縮機和冷頭的循環工作，即可以持續地為磁體線圈提供冷量，并減少液氦的蒸發。

2 冷卻系統的維修案例

2.1 故障一

2.1.1故障現象

水冷機組不制冷，高壓報警。

2.1.2故障分析與處理

經現場檢查，維修人員發現水冷機組2號系統板式換熱器(起蒸發器的作用)泄漏，導致系統進水，出現高壓報警。由于該故障發生時間在設備安裝不久后，不存在板式換熱器腐蝕、臟堵及自身質量等問題，又考慮板式換熱器的流通截面很窄，一旦結冰很容易脹裂，故分析板式換熱器泄漏是結冰脹裂所致。板式換熱器在作為蒸發器使用時，板上的四孔分別為水側和制冷劑側冷熱兩種流體的進出口，在流動過程中通過板壁進行熱交換。常見的板式換熱器結冰原因是水側水流量過低、進出口水溫過低、水垢堵塞、制冷劑側蒸發壓力過低及制冷劑流量不足等。水冷機組內裝有水溫加熱裝置，且水中加有防凍液，無水垢堵塞情況，排除水側結冰的可能。制冷劑側引起的板式換熱器結冰主要是由于蒸發壓力過低，制冷劑流量不足，排除氟利昂不足的可能性后，判定該故障是由于膨脹閥開啟度過小所致[4]，在更換壓縮機、板式熱交換器、膨脹閥及干燥過濾器后，故障排除。

2.1.3小結

膨脹閥是空調制冷系統中的四大部件之一，負責將制冷劑從冷凝壓力降至蒸發壓力，并按比例控制制冷劑的流量[5]。當膨脹閥開啟度過大時，會造成制冷劑偏多，無法在蒸發器中完全蒸發，同氣態制冷劑進入壓縮機造成液擊現象，損壞壓縮機；當膨脹閥開啟度過小時，會造成制冷劑偏少，導致蒸發器內部結冰、制冷效果變差，還會損壞壓縮機。因此，在水冷機組工作前，必須耐心反復調節膨脹閥，使其工作在最佳匹配點[6]。

2.2 故障二

2.2.1故障現象

水冷機外機過熱，主、副機頻繁切換，發生高溫報警，導致外機停機。

2.2.2故障分析與處理

經檢查，維修人員發現一次水(指第1次冷水降溫的水)流量、供水及回水溫度均無異常，繼續觀察一次水冷機外機周圍環境時發現，外機位于房內墻角，房頂距外機上方約0.95 m，通風條件較差；由于夏季室外溫度過高，導致機房內溫度散發不暢，引起外機高溫保護而停機，經過對機房進行整修，拆除水泥頂棚，蓋網格棚，且高度距外機調整為2.5 m，機房內通風效果變好，溫度降低，故障排除。

2.2.3小結

一次水冷機外機周圍環境設計時應考慮防塵、防雨、避光、通風等情況，一般應避免安裝在陽光直射的地方，同時為保證良好的通風、散熱效果，機柜與墻體間至少保持20 cm的距離，外機距房頂至少保持2 m的距離，以便于安裝、維護及維修。

3 冷卻系統的日常維護保養

冷卻系統在超導MRI設備正常運行中起著至關重要的作用，準確的參數設置和定期維護保養可保證設備的正常使用，達到提高使用效率、節約使用成本、減少故障次數、避免醫療事故發生的目的。為避免冷卻系統發生故障，設備使用人員應注意以下問題。(1)定期觀察液氦容量：設備在正常運行時液氦容量應大于60%，最低極限值為50%，若液氦量過低，則會導致磁體失超或其他事故；在正常情況下，每季度消耗液氦0.2%左右，若發現液氦揮發加劇，應及時查找水冷機組、氦壓縮機和冷頭是否異常[7]。(2)及時補充氦壓縮機中的液氦：氦壓縮機中的氦氣壓力靜壓為1.60～1.65 MPa，動壓為1.90～2.20 MPa，若壓力值偏低，則應及時補充氦氣，否則會影響制冷效果；在補充氦氣前，應檢查氦壓縮機管道是否連接緊密及有無細微漏氦現象。(3)定期檢查冷卻水的循環情況：水循環系統運行時間過長會受水質、腐蝕等因素影響而產生雜質，使水流不暢，影響熱交換效率，故應定期檢查冷卻水的循環情況。(4)周期性更換冷頭：冷頭更換周期一般為3年左右，由于冷頭中的活塞、旋轉閥均是運動部件，且冷頭帶有磁性，若長時間工作在強磁場下，勢必會造成機械結構的磨損，引起氣密不嚴、制冷效果下降等問題；尤其是冷頭工作超過3年時應密切關注，若發現制冷效果下降，則應及時更換冷頭，避免事故的發生[8-9]。(5)保證冷卻系統的運行環境：冷卻系統需在電壓、溫度、濕度相對穩定，通風、避光、防雨效果良好的機房環境中工作；同時，需注意運行環境的衛生，定期清理灰塵，避免周圍堆放雜物。

總之，為減少聯影uMR560超導MRI冷卻系統的故障次數，相關人員應做好設備的日常維護保養工作，定期檢查、清理，保證設備的正常運行。