劉海博，柳隨義，張煜，呂琪

解放軍第九四四醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科 (甘肅酒泉 735000)

MRI設(shè)備是一種高精尖的設(shè)備，可利用生物體內(nèi)磁性核(氫核)在強(qiáng)磁場(chǎng)中所表現(xiàn)出的磁共振特性進(jìn)行成像。超導(dǎo)MRI設(shè)備中的磁體線圈需要在超導(dǎo)態(tài)下運(yùn)行，為維持良好的運(yùn)行狀態(tài)，必須有一個(gè)持續(xù)、穩(wěn)定的冷卻系統(tǒng)使磁體線圈獲得所需的低溫環(huán)境。冷卻系統(tǒng)異?？蓪?dǎo)致氦壓縮機(jī)蓄積的熱量無(wú)法排出而停機(jī)，甚至導(dǎo)致超導(dǎo)線圈溫度過高而引起液氦快速汽化蒸發(fā)，出現(xiàn)失超現(xiàn)象[1]。本研究旨在探討聯(lián)影uMR560超導(dǎo)MRI冷卻系統(tǒng)的故障維修及日常維護(hù)保養(yǎng)策略。

1 冷卻系統(tǒng)的工作原理

目前，超導(dǎo)MRI設(shè)備的磁體冷卻系統(tǒng)一般采用三級(jí)聯(lián)冷設(shè)計(jì)，即水冷機(jī)組提供一定溫度的冷水使氦壓縮機(jī)的高壓氦氣得以冷卻；氦壓縮機(jī)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(dá)到預(yù)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?shù)酱殴舱竦膬杉?jí)冷屏，為低溫容器中的液氦降溫，保持液氦中超導(dǎo)線圈的低溫環(huán)境，以隔絕結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱、降低液氦消耗。氦壓縮機(jī)主要為冷頭提供低溫高壓氦氣，在工作時(shí)，由冷頭循環(huán)來(lái)的高溫氦氣，經(jīng)過壓縮提升壓力，在熱交換器中與壓縮機(jī)油交換熱量，使溫度迅速下降，轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏馗邏汉?，?jīng)油水分離器濾油，再經(jīng)吸附器進(jìn)一步過濾，而后氣體被送至冷頭發(fā)揮制冷作用。水冷機(jī)組類似于一個(gè)空調(diào)系統(tǒng)，經(jīng)過熱交換給氦壓縮機(jī)提供冷卻水，由氦壓縮機(jī)產(chǎn)生的熱量最終由循環(huán)水帶走。通過水冷機(jī)組、氦壓縮機(jī)和冷頭的循環(huán)工作，即可以持續(xù)地為磁體線圈提供冷量，并減少液氦的蒸發(fā)。

2 冷卻系統(tǒng)的維修案例

2.1 故障一

2.1.1故障現(xiàn)象

水冷機(jī)組不制冷，高壓報(bào)警。

2.1.2故障分析與處理

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，維修人員發(fā)現(xiàn)水冷機(jī)組2號(hào)系統(tǒng)板式換熱器(起蒸發(fā)器的作用)泄漏，導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)水，出現(xiàn)高壓報(bào)警。由于該故障發(fā)生時(shí)間在設(shè)備安裝不久后，不存在板式換熱器腐蝕、臟堵及自身質(zhì)量等問題，又考慮板式換熱器的流通截面很窄，一旦結(jié)冰很容易脹裂，故分析板式換熱器泄漏是結(jié)冰脹裂所致。板式換熱器在作為蒸發(fā)器使用時(shí)，板上的四孔分別為水側(cè)和制冷劑側(cè)冷熱兩種流體的進(jìn)出口，在流動(dòng)過程中通過板壁進(jìn)行熱交換。常見的板式換熱器結(jié)冰原因是水側(cè)水流量過低、進(jìn)出口水溫過低、水垢堵塞、制冷劑側(cè)蒸發(fā)壓力過低及制冷劑流量不足等。水冷機(jī)組內(nèi)裝有水溫加熱裝置，且水中加有防凍液，無(wú)水垢堵塞情況，排除水側(cè)結(jié)冰的可能。制冷劑側(cè)引起的板式換熱器結(jié)冰主要是由于蒸發(fā)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(jī)、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(jié)

膨脹閥是空調(diào)制冷系統(tǒng)中的四大部件之一，負(fù)責(zé)將制冷劑從冷凝壓力降至蒸發(fā)壓力，并按比例控制制冷劑的流量[5]。當(dāng)膨脹閥開啟度過大時(shí)，會(huì)造成制冷劑偏多，無(wú)法在蒸發(fā)器中完全蒸發(fā)，同氣態(tài)制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)造成液擊現(xiàn)象，損壞壓縮機(jī)；當(dāng)膨脹閥開啟度過小時(shí)，會(huì)造成制冷劑偏少，導(dǎo)致蒸發(fā)器內(nèi)部結(jié)冰、制冷效果變差，還會(huì)損壞壓縮機(jī)。因此，在水冷機(jī)組工作前，必須耐心反復(fù)調(diào)節(jié)膨脹閥，使其工作在最佳匹配點(diǎn)[6]。

2.2 故障二

2.2.1故障現(xiàn)象

水冷機(jī)外機(jī)過熱，主、副機(jī)頻繁切換，發(fā)生高溫報(bào)警，導(dǎo)致外機(jī)停機(jī)。

2.2.2故障分析與處理

經(jīng)檢查，維修人員發(fā)現(xiàn)一次水(指第1次冷水降溫的水)流量、供水及回水溫度均無(wú)異常，繼續(xù)觀察一次水冷機(jī)外機(jī)周圍環(huán)境時(shí)發(fā)現(xiàn)，外機(jī)位于房?jī)?nèi)墻角，房頂距外機(jī)上方約0.95 m，通風(fēng)條件較差；由于夏季室外溫度過高，導(dǎo)致機(jī)房?jī)?nèi)溫度散發(fā)不暢，引起外機(jī)高溫保護(hù)而停機(jī)，經(jīng)過對(duì)機(jī)房進(jìn)行整修，拆除水泥頂棚，蓋網(wǎng)格棚，且高度距外機(jī)調(diào)整為2.5 m，機(jī)房?jī)?nèi)通風(fēng)效果變好，溫度降低，故障排除。

2.2.3小結(jié)

一次水冷機(jī)外機(jī)周圍環(huán)境設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮防塵、防雨、避光、通風(fēng)等情況，一般應(yīng)避免安裝在陽(yáng)光直射的地方，同時(shí)為保證良好的通風(fēng)、散熱效果，機(jī)柜與墻體間至少保持20 cm的距離，外機(jī)距房頂至少保持2 m的距離，以便于安裝、維護(hù)及維修。

3 冷卻系統(tǒng)的日常維護(hù)保養(yǎng)

冷卻系統(tǒng)在超導(dǎo)MRI設(shè)備正常運(yùn)行中起著至關(guān)重要的作用，準(zhǔn)確的參數(shù)設(shè)置和定期維護(hù)保養(yǎng)可保證設(shè)備的正常使用，達(dá)到提高使用效率、節(jié)約使用成本、減少故障次數(shù)、避免醫(yī)療事故發(fā)生的目的。為避免冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障，設(shè)備使用人員應(yīng)注意以下問題。(1)定期觀察液氦容量：設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)液氦容量應(yīng)大于60%，最低極限值為50%，若液氦量過低，則會(huì)導(dǎo)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(fā)現(xiàn)液氦揮發(fā)加劇，應(yīng)及時(shí)查找水冷機(jī)組、氦壓縮機(jī)和冷頭是否異常[7]。(2)及時(shí)補(bǔ)充氦壓縮機(jī)中的液氦：氦壓縮機(jī)中的氦氣壓力靜壓為1.60～1.65 MPa，動(dòng)壓為1.90～2.20 MPa，若壓力值偏低，則應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充氦氣，否則會(huì)影響制冷效果；在補(bǔ)充氦氣前，應(yīng)檢查氦壓縮機(jī)管道是否連接緊密及有無(wú)細(xì)微漏氦現(xiàn)象。(3)定期檢查冷卻水的循環(huán)情況：水循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)受水質(zhì)、腐蝕等因素影響而產(chǎn)生雜質(zhì)，使水流不暢，影響熱交換效率，故應(yīng)定期檢查冷卻水的循環(huán)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(zhuǎn)閥均是運(yùn)動(dòng)部件，且冷頭帶有磁性，若長(zhǎng)時(shí)間工作在強(qiáng)磁場(chǎng)下，勢(shì)必會(huì)造成機(jī)械結(jié)構(gòu)的磨損，引起氣密不嚴(yán)、制冷效果下降等問題；尤其是冷頭工作超過3年時(shí)應(yīng)密切關(guān)注，若發(fā)現(xiàn)制冷效果下降，則應(yīng)及時(shí)更換冷頭，避免事故的發(fā)生[8-9]。(5)保證冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境：冷卻系統(tǒng)需在電壓、溫度、濕度相對(duì)穩(wěn)定，通風(fēng)、避光、防雨效果良好的機(jī)房環(huán)境中工作；同時(shí)，需注意運(yùn)行環(huán)境的衛(wèi)生，定期清理灰塵，避免周圍堆放雜物。

總之，為減少聯(lián)影uMR560超導(dǎo)MRI冷卻系統(tǒng)的故障次數(shù)，相關(guān)人員應(yīng)做好設(shè)備的日常維護(hù)保養(yǎng)工作，定期檢查、清理，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。