药厂洁净空调机组盘管故障及措施分析

2023-08-22

洁净空调机组是保证药厂洁净度的关键设备，随着其使用年限的增加，机组内的盘管故障日渐增多，严重影响洁净空调的使用效果。分析空调盘管故障原因，从故障率偏高的排水环节入手总结出3个要因，分别为排水管设计不合理、在冬季易发生冻裂和表冷器冷凝水管路排水不畅。针对这3个要因提出改进措施，对于药厂空调系统的稳定运行、降低运维成本具有重要意义。

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引言

药品是特殊的商品，它的生产过程有着严格要求。除了必须严格控制药品的成份外，还必须保证生产环境符合药品GMP（Good Manufacturing Practice，药品生产规范）要求，其中洁净空调机组是保证药厂洁净度的关键设备。盘管作为中央空调系统的一种末端装置，由于结构紧凑、布置灵活、易于独立控制等特点[1]，在药厂洁净空调内广泛应用。但是随着使用年限的增加，空调机组内的盘管故障日渐增多，给洁净空调的使用带来很多问题，如箱体漏水、换热效果不理想等。因此，从设备改进方面研究药厂洁净空调盘管故障率降低的方法和措施，希望在保证洁净空调系统稳定运行的前提下，降低空调系统的运维成本。

图1 空调箱体盘管

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制药厂洁净空调盘管故障问题

空调盘管一般由换热管、翅片、接水盘、分集水管、挡水板等部分组成，根据其中介质的不同，盘管可以分为蒸汽换热器盘管和表冷器盘管等类型。目前洁净空调盘管故障率高的问题，一直困扰着药企的正常生产，影响盘管故障的因素较多，如排水环节、控制环节、进水气环节、换热环节及其他环节。从大量数据分析可知，造成盘管故障率偏高的关键原因在于排水环节，故障率占比超过80%。

图2 洁净空调盘管各环节故障时间排列

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从排水环节入手分析净化空调盘管故障原因和措施

3.1

蒸汽盘管排水管设计不合理

药厂中央空调机组往往采取集中管控方式，其中蒸汽冷凝水排管的安装方式通常采取多台并联，汇总在同一根主排水管上排泄。这样的安装方式使不同温度、不同压力的冷凝水在主管汇集，易引发冷凝水倒灌回流造成蒸汽盘管内部水锤效应。由于冷凝水夹带蒸汽泡，当蒸汽泡由于冷凝突然塌缩（其体积约为蒸汽时的1/1000）而形成真空，周围的冷凝水会高速集聚冲向真空区域而形成水锤撞击，造成蒸汽换热器损坏。据工厂统计，85.2%以上的蒸汽换热器的损坏来自于水锤效应的影响。为了阻止不同温度、不同压力的冷凝水汇集产生水锤效应，可采取以下两种改进措施：

（1）更改蒸汽盘管并联排水管路设计，切断现有的排水管路，每台机组设置独立外排管路，阻绝高温高压冷凝水回流现象。

（2）针对空间有限、无法设置独立外排管路的情况，可以采取疏水器支管进入冷凝水总管前先安装高温止回阀方式。从物理学角度来看，这两种方式都可以阻绝回流水锤的发生。

图3 两种温度环境下水流速与完全冻结时间关系

3.2

盘管在冬季易发生冻裂

在冬季空调盘管防冻是一项关乎盘管寿命长短的关键工作。对于蒸汽/热水盘管，药厂一般采取增加防冻保护装置：在新风管道上或者盘管前端配置加热装置，并在加热装置后换热器前加装防冻报警装置，报警温度一般设定为5 ℃，一旦温度传感器检测到温度低于预设温度，则应急程序启动联动风机关闭、新风电动阀门关闭并进行报警。但是在实际使用中，因很多药厂只使用了普通电动新风密闭阀而未使用电动密闭保温阀，这样即使阀门达到报警温度时及时关闭，但是由于其密闭性达不到要求，仍有相当冷风渗透进空调箱体。当新风温度过低、新风较大时，盘管迎风断面内局部区域管壁依然会出现低于0 ℃的情况。特别是在盘管弯头处，水速较低，层流严重，首先聚结冰层，然后随着冰层加厚进一步阻碍水流通，使整管内流速更低，冰层聚积越来越厚[2]。由图3 可以看出，在一定条件下盘管内的水可以在4 min 内完全冻结。

改进措施： ①把普通电动新风阀改为电动密闭保温阀，使渗透进箱体的冷风量降为最低；②将温度传感器感温位置由新风处改为新回风混合段处，使温度保护措施更加准确有效。

对于表冷器盘管，因其内部充满冷冻水且在冬季基本上处于不工作、不流动的状态，同时表冷器更靠近新风位置，如果存水温度低于0 ℃则会把冷盘管冻裂，所以药厂一般会在冬季来临前把冷冻水放光。但是某些表冷盘管因安装不到位、设计不合理等原因，盘管内的冷冻水不会全部放空，残留的冷冻水更易冻坏盘管，尤其是弯头位置。针对这种问题可以采取压缩空气吹干方式：对表冷器外接管路进行改造，利用压力表缓冲弯增加一套压缩空气吹扫装置，将适合压力的压缩空气打入盘管内部，用以去除盘管内部残水，降低设备冻坏的风险（图4）。

图4 压缩空气吹扫装置

进行压缩空气吹扫工作时，结合运用类正交实验法可以寻找到排水效果最佳组合。实验以某药厂8 号空调机组表冷器为实验对象，分别在两个因素（压缩空气压力和通气时间）下选取4 个水平进行全部枚举实验，并制定因素水平表，从实验结果表中判断最佳组合（表1~表2）。

表1 因素水平

表2 实验结果

由实验结果可以判断出，排水因素最佳组合为B2A3。

3.3

表冷器冷凝水管路排水不畅

图5 未达要求的S形存水弯

药厂某些空调机组箱体因安装条件所限造成S 形存水弯高度差达不到实际使用要求，机组运转时由于表冷段及集水盘处于空调箱的负压侧，会出现对冷凝管的水封产生倒吸的现象（图5）[3]。冷凝水盘的出口处不断有空气进入，冷凝水无法排出导致水位上升，而溢出冷凝水流至下面的保温底板，因为此处位于负压区，造成箱体内部大量积水，影响机组运行（图6）。