NBS發(fā)酵罐維修模式的應(yīng)用與探討

王秋蘭

在乙肝疫苗生產(chǎn)中發(fā)酵罐用于培養(yǎng)乙型肝炎表面抗原重組釀酒酵母細(xì)胞，是乙肝疫苗生產(chǎn)的重要設(shè)備。為適應(yīng)市場(chǎng)需求，乙肝疫苗產(chǎn)量不斷遞增，生產(chǎn)批數(shù)不斷增加，發(fā)酵批生產(chǎn)疊加進(jìn)行，細(xì)胞收獲周期從5 d減少到3 d，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率大大提高，設(shè)備的維護(hù)需求明顯增加。

乙肝疫苗批生產(chǎn)投入成本高，發(fā)酵、純化和配制3個(gè)生產(chǎn)工藝，任何一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生問題都會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。發(fā)酵生產(chǎn)1批失敗，直接的經(jīng)濟(jì)損失是7萬(wàn)～8萬(wàn)。保持設(shè)備良好的運(yùn)行狀態(tài)是發(fā)酵生產(chǎn)成功的重要條件之一，設(shè)備維修起著重要作用，同時(shí)承擔(dān)著重大壓力。現(xiàn)實(shí)對(duì)設(shè)備維修管理和維修技能提出了更高的要求。

1 NBS的發(fā)酵罐概況

發(fā)酵生產(chǎn)使用的設(shè)備是20世紀(jì)90年代初引進(jìn)美國(guó)NBS的發(fā)酵罐，至今已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)18年。各種預(yù)防維護(hù)和維修工作的開展，保證了發(fā)酵罐設(shè)備的良好狀態(tài)。

設(shè)備維修是排除設(shè)備故障、恢復(fù)設(shè)備功能和保障設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)而進(jìn)行的全部活動(dòng)，是設(shè)備維護(hù)和管理的重要內(nèi)容。圍繞發(fā)酵罐設(shè)備正常運(yùn)行，設(shè)備維修從未間斷過，維修操作的時(shí)間內(nèi)容和形式也隨生產(chǎn)需求和設(shè)備性能狀態(tài)不斷變化。

2 NBS發(fā)酵罐特點(diǎn)

NBS發(fā)酵罐設(shè)備由帶有夾層和保溫層的罐體、管道框架、酸堿罐、電源柜、儀表控制柜幾個(gè)部分組成。與培養(yǎng)基、細(xì)胞直接接觸的罐體及管道材料采用316 L不銹鋼，與外界連接的各口通過密封圈保持良好的密封性，避免一切外來(lái)微生物的污染。

發(fā)酵罐設(shè)備的控制系統(tǒng)采用ML4100控制器，通過開關(guān)控制、PID控制、級(jí)聯(lián)控制、手動(dòng)方式與自動(dòng)方式切換、以時(shí)間為基準(zhǔn)的事件控制、報(bào)警控制，實(shí)現(xiàn)滅菌及細(xì)胞培養(yǎng)過程中所需要的溫度、壓力、空氣流量、攪拌、pH值、稱重等參數(shù)的控制操作。

發(fā)酵罐設(shè)置為細(xì)胞生長(zhǎng)代謝提供優(yōu)化的環(huán)境，促進(jìn)細(xì)胞生產(chǎn)繁殖，從而獲得大量?jī)?yōu)質(zhì)的代謝產(chǎn)物。

3 發(fā)酵罐設(shè)備狀態(tài)分析

NBS發(fā)酵罐控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)元件多，設(shè)備工況相對(duì)復(fù)雜，影響設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的因素多。

(1)發(fā)酵罐的溫度、壓力、空氣流量和攪拌速度各項(xiàng)參數(shù)通過各自過傳感器、變送器傳送給中心控制器ML4100。ML4100控制器把接收到的信息通過運(yùn)算與使用設(shè)置值進(jìn)行比較，然后發(fā)出信號(hào)，通過偏置繼電器、驅(qū)動(dòng)器、I/P轉(zhuǎn)換器、電磁閥、氣動(dòng)閥和自動(dòng)調(diào)節(jié)閥一系列的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制。任何1個(gè)系統(tǒng)，任何1個(gè)部件出現(xiàn)缺陷，都會(huì)導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生故障，影響發(fā)酵工藝?yán)^續(xù)進(jìn)行。

(2)發(fā)酵罐設(shè)備使用多年，已從初期磨損故障期、正常磨損偶發(fā)故障期進(jìn)入急劇磨損故障期。此時(shí)的磨損速度非常塊，短時(shí)間內(nèi)便可以使零件喪失應(yīng)有的精度或強(qiáng)度。部件的老化磨損和疲勞將導(dǎo)致設(shè)備故障高發(fā)，因此需大量的維修和維護(hù)。

(3)發(fā)酵設(shè)備是NBS早年產(chǎn)品，由于產(chǎn)品更新?lián)Q代，廠家已不生產(chǎn)也不提供控制系統(tǒng)相關(guān)配件，設(shè)備維修受到正常配件不足的限制。

(4)發(fā)酵是乙肝疫苗生產(chǎn)的前工藝，發(fā)酵生產(chǎn)設(shè)備24 h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。隨乙肝疫苗產(chǎn)品的不斷增加，設(shè)備連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的特點(diǎn)更加突出，設(shè)備年運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間增加而維修的時(shí)間則減少了。

上述分析表明∶設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入故障多發(fā)期，在配件的不足的情況下保障設(shè)備連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，需對(duì)進(jìn)口設(shè)備不斷消化吸收，有效地在常態(tài)下做好設(shè)備維修與管理工作，提高設(shè)備使用壽命，并在故障發(fā)生時(shí)能夠做到準(zhǔn)確快速維修，是工程設(shè)備維修工程師必須解決的課題，通過應(yīng)用各種維修模式，可以提高設(shè)備的維修效率，提高設(shè)備的利用率，節(jié)約運(yùn)行成本。

4 維修模式的應(yīng)用

顧煜炯[1]在“設(shè)備維修與管理的基本理論”中提到設(shè)備維修的3種基本模式即∶事故維修、預(yù)防維修、改善維修。在發(fā)酵罐維修管理過程中，這些維修模式得到了反復(fù)的應(yīng)用，使發(fā)酵罐設(shè)備不斷從故障和危機(jī)的陰影中走出，保證生產(chǎn)運(yùn)行的需要。

4.1 事故性維修

事故維修既故障維修是最通常的維修模式，具有非計(jì)劃性，主要特點(diǎn)是壞了修不壞則不修。發(fā)酵罐設(shè)備的大部分維修歸屬于此類維修。在維修操作前，需要分析診斷故障性質(zhì)，確認(rèn)在發(fā)酵生產(chǎn)過程中的維修操作不會(huì)對(duì)批生產(chǎn)造成影響、也不會(huì)發(fā)生染菌時(shí)，實(shí)行在線維修。如果在線維修對(duì)制品可能造成不良影響，需采取臨時(shí)手動(dòng)控制，延時(shí)到批生產(chǎn)結(jié)束后維修。如設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重故障隱患，繼續(xù)生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果，則終止生產(chǎn)進(jìn)行搶修。維修事例列舉。

4.1.1 在線維修

發(fā)酵罐培養(yǎng)過程中需不斷取樣檢測(cè)pH值、溶氧和OD值等參數(shù)，取樣前通純蒸汽進(jìn)行滅菌取樣口。滅菌系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，檢修不會(huì)對(duì)罐內(nèi)培養(yǎng)物產(chǎn)生影響，采取在線檢修保證取樣前的滅菌操作。

4.1.2 延時(shí)維修

為降低生產(chǎn)成本損失等，待批次生產(chǎn)結(jié)束進(jìn)行維修。例如，75 L發(fā)酵罐培養(yǎng)基滅菌操作，溫度上升時(shí)間長(zhǎng)，帶來(lái)罐內(nèi)液面上漲現(xiàn)象的處理。由于上漲液來(lái)自純蒸汽冷凝水，對(duì)制品沒有污染危險(xiǎn)，故等到75 L轉(zhuǎn)移完成，延時(shí)39 h后進(jìn)行檢修。又如，機(jī)械密封泄漏檢修。為避免制品染菌，通過關(guān)閉排氣閥維持罐內(nèi)正壓，等待生產(chǎn)工藝操作結(jié)束后進(jìn)行維修。

4.1.3 停產(chǎn)搶修

設(shè)備故障隱患可能造成重大設(shè)備和生產(chǎn)事故，需停機(jī)維修。例如，在75 L培養(yǎng)物準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移操作時(shí)，發(fā)現(xiàn)800 L攪拌電機(jī)聲音異常，等待發(fā)酵工藝完成進(jìn)行維修還需44 h，設(shè)備需帶病運(yùn)轉(zhuǎn)近48 h，可能造成故障升級(jí)和罐內(nèi)產(chǎn)物染菌，為此終止該批發(fā)酵生產(chǎn)及時(shí)搶修。檢查更換了性能劣化的軸承、密封圈、齒輪箱油、調(diào)換了電機(jī)與齒輪箱連接器的方向，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)恢復(fù)正常，避免了可能因電機(jī)故障惡化而造成嚴(yán)重后果發(fā)生的危險(xiǎn)。

4.1.4 機(jī)會(huì)維修

利用生產(chǎn)的間隙維修是常用的設(shè)備維修方式。發(fā)酵批生產(chǎn)3 d，75 L發(fā)酵罐和800 L發(fā)酵罐每批運(yùn)行41 h和68 h，可開展設(shè)備維修的時(shí)間有限，經(jīng)常需要與生產(chǎn)班組協(xié)調(diào)調(diào)整工藝操作時(shí)間，創(chuàng)造適合的維修時(shí)間。

4.2 預(yù)防性維修

預(yù)防維修目的是為了消除故障隱患，防范于未然。制藥行業(yè)隨著GMP管理的深入，提出了預(yù)防維修概念，按照文件要求定期更換設(shè)備相關(guān)部件，而做好設(shè)備預(yù)防維修的關(guān)鍵是通過技術(shù)維護(hù)實(shí)現(xiàn)預(yù)知維修和狀態(tài)維修。

在75 L和(或)800 L維修管理工作中，對(duì)于預(yù)防維修概念的認(rèn)識(shí)和提升，經(jīng)歷了從認(rèn)識(shí)到 實(shí)踐，從實(shí)踐到認(rèn)識(shí)的過程，隨著對(duì)預(yù)防維修理論的理解，在75 L和(或)800 L的預(yù)防維修工作充實(shí)了新的內(nèi)容。

4.2.1 定期維修

包括年度預(yù)防維修保養(yǎng)和周期性預(yù)防維修保養(yǎng)。年度維修保養(yǎng)，主要對(duì)設(shè)備進(jìn)行功能性檢查，調(diào)整校對(duì)系統(tǒng)參數(shù)。周期性維修保養(yǎng)按照預(yù)防維修保養(yǎng)文件規(guī)定的包括設(shè)備“O”型圈和濾器的更換，更換周期來(lái)自使用效果的時(shí)間統(tǒng)計(jì)。

4.2.2 預(yù)知維修

基于對(duì)設(shè)備故障發(fā)生趨勢(shì)的分析判斷，預(yù)知維修起到避免或減少設(shè)備故障發(fā)生率的作用，通過組織周密計(jì)劃，提高維修效率，減少維修停機(jī)時(shí)間，減少對(duì)生產(chǎn)影響的可能性，具有前瞻性。在預(yù)防維修的操作中，維修技能儲(chǔ)備和方法的儲(chǔ)備是預(yù)防維修的關(guān)鍵。儲(chǔ)備到位，可快速及時(shí)有效的排除設(shè)備故障。例如，75 L和(或)800 L管道結(jié)垢故障維修。發(fā)酵罐一段管道結(jié)構(gòu)是水汽公用，滅菌時(shí)通工廠蒸汽，滅菌結(jié)束通飲用水。長(zhǎng)期使用管內(nèi)壁表面附著了大量水垢，阻礙工廠蒸汽通過，影響滅菌。這種故障與管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷有關(guān)，如果水汽管道不共用或?qū)嬘盟臑榧兓盟畡t能避免這種故障的發(fā)生。預(yù)防方法是加工儲(chǔ)備備用管，以減少維修操作時(shí)間。

4.2.3 狀態(tài)維修

狀態(tài)維修是相對(duì)于事后維修和以時(shí)間為基礎(chǔ)的預(yù)防維修，在設(shè)備出現(xiàn)了明顯的劣化后實(shí)施的維修，而狀態(tài)的劣化是由設(shè)備狀態(tài)參數(shù)變化反映出來(lái)的。例如，發(fā)酵罐溫度故障，顯示屏溫度數(shù)值抖動(dòng)和漂移，反映出控制系統(tǒng)元器件性能劣化。檢修更換了ML4100控制器電源板的電容后，溫度控制恢復(fù)正常。

4.3 改善維修

改善維修特點(diǎn)是基于已經(jīng)確定故障排除方法，通過維修計(jì)劃的實(shí)施消除設(shè)備缺陷，改善設(shè)備運(yùn)行功能，提高設(shè)備的可靠性及維修性，提高設(shè)備利用率。發(fā)酵罐的長(zhǎng)期使用導(dǎo)致一些部件產(chǎn)生缺陷，造成設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，采用改善維修模式，針對(duì)缺陷部件進(jìn)行維修改造。例如，800 L發(fā)酵罐攪拌軸驅(qū)動(dòng)裝置張緊輪軸承座和軸承發(fā)生磨損變形，加大了運(yùn)行阻力，聲音異常。國(guó)內(nèi)沒有同樣規(guī)格的滾柱軸承，為裝配國(guó)產(chǎn)軸承，加工制造配套的軸承座和配套墊圈，組合安裝后運(yùn)轉(zhuǎn)良好，改善了設(shè)備性能而且維修成本低。又如，發(fā)酵罐排放管道銹蝕泄漏，易脫落銹蝕顆粒，既影響潔凈區(qū)環(huán)境，又有對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生污染的危險(xiǎn)。通過把管道材質(zhì)改為不銹鋼管道，消除了銹蝕泄漏現(xiàn)象。管道表面要求平整光滑、無(wú)裂縫、接口嚴(yán)密、無(wú)顆粒脫落，避免積塵，便于有效清潔，降低產(chǎn)生污染、交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)，必須滿足制藥行業(yè)GMP要求。

5 維修模式的新發(fā)展

提高設(shè)備安全和利用率在發(fā)酵設(shè)備的維修中至關(guān)重要，逐步形成了以設(shè)備可靠性和利用率為中心的維修，即把設(shè)備的可靠性和利用率放到第一位的維修模式。以主動(dòng)維修為導(dǎo)向，系統(tǒng)地消滅故障根源，應(yīng)用合理的方法和修復(fù)技術(shù)最大限度地延長(zhǎng)設(shè)備壽命，把事后維修、預(yù)防維修和改善維修結(jié)合起來(lái)，根據(jù)生產(chǎn)對(duì)設(shè)備急需程度、設(shè)備功能狀態(tài)、故障狀態(tài)、故障位置、故障原因、故障后果評(píng)價(jià)、維修方式、維修配件、維修時(shí)間、維修成本進(jìn)行綜合評(píng)估，制定的維修策略。

在75 L和(或)800 L發(fā)酵罐維修管理中，針對(duì)控制系統(tǒng)故障隱患和維修預(yù)防，進(jìn)行了認(rèn)真的調(diào)研和探討，制定了系統(tǒng)的維修方案并組織實(shí)施，收到很好效果。

6 設(shè)備維修管理的主要問題與展望

75 L和(或)800 L發(fā)酵罐設(shè)備的維修一直與設(shè)備運(yùn)行同行，各種維修模式的應(yīng)用，起到了維持設(shè)備設(shè)計(jì)功能和延長(zhǎng)設(shè)備壽命的作用。但是許多客觀因素，導(dǎo)致維修模式的應(yīng)用與發(fā)展進(jìn)展緩慢，設(shè)備維修管理仍然落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，其所存在的問題如下∶①對(duì)設(shè)備維修管理重視不夠，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)主要是產(chǎn)值和利潤(rùn)，來(lái)自產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷售。而設(shè)備維修不能直接反應(yīng)經(jīng)濟(jì)效益，沒有科學(xué)手段考核維修產(chǎn)生的效果，也沒有評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)；②生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)缺乏評(píng)估，設(shè)備維修保養(yǎng)效率和由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益沒有考核內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備維修管理出現(xiàn)真空和空白；③維修管理的人員配備不足，面對(duì)不斷增長(zhǎng)設(shè)備維修項(xiàng)目，難以深入開展維修管理工作；④緊張的生產(chǎn)和連續(xù)的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，使得設(shè)備維修的時(shí)間和空間受到限制，不能充分計(jì)劃和考慮維修方案，有時(shí)不能獲得最好的維修效果。

盡管存在許多問題，但是維修管理仍然有廣闊的發(fā)展前景。設(shè)備維修理論在系統(tǒng)論、控制論、信息論、可靠性理論、摩擦理論、行為科學(xué)、現(xiàn)代優(yōu)化理論的基礎(chǔ)上不斷完善，并在設(shè)備維修管理中得到了應(yīng)用，維修方案可以進(jìn)入以定量為主的科學(xué)決策?？梢灶A(yù)見，隨著計(jì)算機(jī)管理的深入開展，設(shè)備管理必將進(jìn)入動(dòng)態(tài)管理和優(yōu)化型綜合管理的新階段，使設(shè)備維修對(duì)安全、質(zhì)量、環(huán)保、生產(chǎn)產(chǎn)生的綜合影響，最終轉(zhuǎn)化為提升企業(yè)的生產(chǎn)率。

7 結(jié)語(yǔ)

在發(fā)酵罐設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)的過程中，維修模式的應(yīng)用，提高了發(fā)酵罐設(shè)備的使用價(jià)值，延長(zhǎng)使用壽命，使設(shè)備在多年使用后仍然保持高速正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證發(fā)酵生產(chǎn)的順利進(jìn)行，從而保證了乙肝疫苗年產(chǎn)量不斷增長(zhǎng)。

隨著現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，維修人員在技能上要求更高，對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn)企業(yè)，維修在企業(yè)中的位置較制造業(yè)更為重要。因此，需要建立設(shè)備維修體制，把設(shè)備全過程管理起來(lái)包括設(shè)備的設(shè)計(jì)、選型、材質(zhì)和性能，采購(gòu)、安裝、調(diào)試、驗(yàn)證和運(yùn)行，使用年限和維修價(jià)值的評(píng)估，以便應(yīng)用各種維修模式，有針對(duì)性的開展維護(hù)保養(yǎng)和維修改造，最大限度的保持和恢復(fù)設(shè)備功能，提高設(shè)備的可靠性和利用率，直至壽命終結(jié)。同時(shí)加強(qiáng)設(shè)備維修管理人員的隊(duì)伍建設(shè)，提升設(shè)備故障的診斷技術(shù)與維修技能，在設(shè)備檢修的過程中，能靈活應(yīng)用各種維修模式，及時(shí)有效的排除設(shè)備故障，恢復(fù)設(shè)備的功能，保證設(shè)備在生產(chǎn)中的作用。

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