奧星醫(yī)用潔凈干烤箱的原理與應(yīng)用

曲廣毅

滅菌器是現(xiàn)代的生物制藥企業(yè)、醫(yī)院和菌檢實(shí)驗(yàn)室等的常用設(shè)備，分為濕熱滅菌器和干熱滅菌器兩類(lèi)[1-2]。濕熱滅菌器是將物品放置在滅菌器內(nèi)、利用高壓飽和蒸汽等手段進(jìn)行滅菌的設(shè)備[3-4]；干熱滅菌器主要用于要求干燥的、耐高溫的物品滅菌，如玻璃器材、瓷器、凡士林、液體石蠟及藥粉等的滅菌，通常不耐高溫、含有水份的物品不能采用此類(lèi)設(shè)備進(jìn)行滅菌[5-6]。

1 奧星醫(yī)用潔凈干烤箱

干熱滅菌器簡(jiǎn)稱(chēng)為干烤箱，是通過(guò)高溫干熱使微生物的酶受熱變性，破壞細(xì)胞內(nèi)的核糖核酸，并使細(xì)胞膜受損傷而導(dǎo)致細(xì)菌死亡[7]。由于干烤箱在高溫、干熱的狀態(tài)下對(duì)病原微生物進(jìn)行殺滅，而干熱狀態(tài)下熱穿透力較差，必須長(zhǎng)時(shí)間受高溫的作用才能達(dá)到滅菌的目的。干熱箱在操作中不易使其他雜質(zhì)進(jìn)入物品，且條件易于控制，是簡(jiǎn)單有效的滅熱源設(shè)備并得到了廣泛的應(yīng)用[8]。奧星醫(yī)用潔凈干烤箱，適用于耐熱材料的滅菌和除熱源，如玻璃瓶、西林瓶、玻璃容器、金屬容器、金屬盤(pán)和設(shè)備部件等。該設(shè)備工作中不產(chǎn)生廢料，對(duì)環(huán)境和操作人員無(wú)害，并且設(shè)計(jì)和制造符合國(guó)家“GB/T 19001-2008/XG1-2011質(zhì)量管理體系要求”[9]。

2 奧星干烤箱的工作原理

2.1 干烤箱的技術(shù)特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1)技術(shù)特點(diǎn)。采用獨(dú)特技術(shù)的真空密封，避免對(duì)被處理產(chǎn)品產(chǎn)生任何可能的污染；工藝門(mén)帶有雙唇密封條，采用經(jīng)過(guò)硅化處理的特殊密封墊可形成真空，在每個(gè)循環(huán)過(guò)程中均能夠保證室門(mén)的良好密封；主過(guò)濾器采用真空密封，不用密封圈，無(wú)顆粒產(chǎn)生；主循環(huán)風(fēng)機(jī)軸封采用真空密封；工藝室內(nèi)主過(guò)濾器的密封負(fù)壓風(fēng)機(jī)軸封采用真空密封；設(shè)備進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)、腔體內(nèi)、排風(fēng)系統(tǒng)均裝有H13級(jí)高效過(guò)濾器，塵埃粒子攔截效率高達(dá)99.99%；腔體內(nèi)壁層流板為特殊設(shè)計(jì)的微孔結(jié)構(gòu)，空氣溫度均勻分布，溫差≤±5 ℃；自動(dòng)控制的氣動(dòng)門(mén)鎖聯(lián)動(dòng)裝置；工藝室內(nèi)壓力與溫度自動(dòng)控制；可在線塵埃粒子驗(yàn)證測(cè)試；HEPA高效過(guò)濾器預(yù)留DOP驗(yàn)證口[10]。

(2)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。工藝室具有雙層底板，改善底部溫度分布；工藝室、雙扉門(mén)內(nèi)側(cè)及層流板均采用AISI316L不銹鋼材質(zhì)；工藝室采用TIG焊接形式，圓角結(jié)構(gòu)，拋光度≤0.5 μ；特殊的隔熱技術(shù)，保證設(shè)備外表面溫度≤室溫+15 ℃[11]。

2.2 干烤箱的組成與工作原理

(1)干烤箱由設(shè)備主體和電氣控制柜兩部分組成。設(shè)備采用穿墻式設(shè)計(jì)，設(shè)備主體安置在非無(wú)菌區(qū)和無(wú)菌室之間，在非無(wú)菌區(qū)具有裝料門(mén)，在無(wú)菌區(qū)具有卸料門(mén)。設(shè)備全部安裝有304不繡鋼緞面拋光板外罩，所有控制儀表均安裝在電氣控制柜中，機(jī)械和電氣部件均位于非無(wú)菌側(cè)。

設(shè)備腔體(產(chǎn)品側(cè))材質(zhì)為316 L不繡鋼，表面拋光度Ra＝0.5 μ。滅菌腔載入門(mén)足夠大，便于內(nèi)腔進(jìn)行檢查、清潔、移除腔室過(guò)濾器和推車(chē)軌道。設(shè)備腔體通過(guò)使用不含石棉和氯化物的4層高密度陶瓷材料來(lái)進(jìn)行外部保溫。有2個(gè)316 L材質(zhì)的滑動(dòng)門(mén)，分別作為裝料門(mén)和卸料門(mén)，選配2個(gè)以上小車(chē)，用于裝料和卸料。

設(shè)備采用電動(dòng)加氣動(dòng)啟動(dòng)模式，其拋光度與腔體相同。在門(mén)的周邊配有材質(zhì)為耐高溫硅橡膠的門(mén)封。設(shè)備內(nèi)部安裝有氣動(dòng)和電動(dòng)門(mén)鎖裝置，如果腔體溫度高于預(yù)先設(shè)定的安全數(shù)值，禁止門(mén)被打開(kāi)。設(shè)備兩側(cè)有手動(dòng)復(fù)位功能的急停開(kāi)關(guān)。

(2)干烤箱的工作原理。箱體的溫度控制采用了GCD-23A型智能電腦溫控和PLC自控系統(tǒng)[12]。使用鉑電阻采集溫度信號(hào)，經(jīng)溫度控制器的放大與設(shè)定值進(jìn)行比較得到PID控制信號(hào)，同時(shí)PLC程控器輸出控制信號(hào)控制固態(tài)繼電器SSR導(dǎo)通，固態(tài)繼電器再控制加熱器加熱，使箱體處于升溫除濕階段。當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，溫控儀輸出PID控制信號(hào)給PLC，PLC輸出控制信號(hào)給時(shí)間繼電器KT，使其開(kāi)始保溫計(jì)時(shí)，同時(shí)關(guān)閉進(jìn)風(fēng)機(jī)和排風(fēng)碟閥。通過(guò)PID控制電加熱不斷啟閉，箱體處于熱風(fēng)循環(huán)保溫滅菌階段。當(dāng)保溫滅菌時(shí)間達(dá)到設(shè)定值時(shí)，時(shí)間繼電器輸出信號(hào)給PLC，PLC輸出全閉電加熱，開(kāi)啟水冷卻電磁閥，使其吸合導(dǎo)通，從而箱體處于冷卻降溫階段。當(dāng)箱內(nèi)溫度下降至≤80 ℃時(shí)，溫控儀輸出控制信號(hào)給PLC，PLC輸出關(guān)閉熱風(fēng)循環(huán)風(fēng)機(jī)，干燥滅菌周期程序結(jié)束。

TEED-2001K超溫報(bào)警溫控儀輸出信號(hào)控制PLC整個(gè)程序的運(yùn)行，鉑電阻PT100測(cè)試信號(hào)至報(bào)警溫控儀與超溫報(bào)警設(shè)置溫度值進(jìn)行比較，當(dāng)干燥箱實(shí)際溫度值低于設(shè)定值時(shí)，輸出控制信號(hào)給PLC，PLC程序正常運(yùn)行。當(dāng)實(shí)際溫度值超過(guò)設(shè)定值時(shí)，輸出控制信號(hào)給PLC，PLC關(guān)閉運(yùn)行程序。因此超溫報(bào)警的設(shè)置值一般要高于工作溫度的設(shè)定值。

將裝滿物料的小車(chē)放入箱體內(nèi)，啟動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)入加熱階段，此時(shí)進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)、內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)、門(mén)真空風(fēng)機(jī)、循環(huán)過(guò)濾器真空風(fēng)機(jī)開(kāi)始工作，加熱、排風(fēng)閥同時(shí)開(kāi)啟，干燥箱迅速升溫。在內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)作用下，干熱空氣通過(guò)耐高溫高效過(guò)濾器進(jìn)入箱體，在風(fēng)機(jī)作用下形成一個(gè)均勻分布的熱氣流向箱體內(nèi)傳遞，干熱空氣經(jīng)過(guò)吸收物料表面的水分，進(jìn)入加熱通道，經(jīng)排風(fēng)閥排出。干熱空氣在風(fēng)機(jī)作用下定向循環(huán)流動(dòng)，水蒸汽排出，水蒸汽逐漸減少，同時(shí)通過(guò)進(jìn)風(fēng)機(jī)連續(xù)補(bǔ)充新鮮過(guò)濾空氣，使箱體內(nèi)呈微下壓狀態(tài)[12]。當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，進(jìn)入過(guò)渡階段，待過(guò)渡時(shí)間結(jié)束且溫度達(dá)到設(shè)定值誤差范圍內(nèi)時(shí)，進(jìn)入滅菌階段，此時(shí)排風(fēng)閥關(guān)閉，通過(guò)PID控制對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，待滅菌時(shí)間完成后，進(jìn)入下一階段即冷卻階段。此時(shí)排風(fēng)閥全部打開(kāi)，待冷卻溫度達(dá)到設(shè)定值后，進(jìn)入終冷卻階段，終冷時(shí)間完成后，進(jìn)入卸料等待(2 min)，直至卸料側(cè)開(kāi)門(mén)燈閃爍，整個(gè)工作循環(huán)完成。

2.3 干烤箱工作步驟

干烤箱的工作步驟流程為：數(shù)據(jù)輸入聯(lián)階段→裝料分階段→加熱階段→過(guò)渡階段→干燥、滅菌、除熱源階段→冷卻階段(風(fēng)冷型和水冷型)→終冷卻階段→卸料等待→卸料階段。

3 奧星干烤箱使用注意事項(xiàng)

干烤箱在使用中應(yīng)注意的事項(xiàng)為：①不得處理裝有液體的密閉瓶等，嚴(yán)禁將易燃、易爆物品放置在干熱箱內(nèi)滅菌；②操作人員不得進(jìn)入腔室內(nèi)部；③使用裝料小車(chē)時(shí)應(yīng)正確鎖定，保證小車(chē)的安全移動(dòng)；④操作人員不得進(jìn)入控制柜內(nèi)部；⑤在裝料和卸料操作期間，操作人員不得將手伸入腔體內(nèi)；⑥每年請(qǐng)專(zhuān)業(yè)人員對(duì)干熱箱進(jìn)行全面檢修；⑦設(shè)備在使用前需檢查儀表是否靈敏，在使用中發(fā)現(xiàn)異常情況要及時(shí)停機(jī)并進(jìn)行維修；⑧設(shè)備使用完及時(shí)拔除電源，冷卻后再進(jìn)行清潔。

4 設(shè)備報(bào)警原因和類(lèi)型

在設(shè)備出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，必須確定故障的原因[13]。報(bào)警原因有2種：①設(shè)備故障造成；②外部服務(wù)系統(tǒng)錯(cuò)誤造成。

常見(jiàn)的報(bào)警故障類(lèi)型包括：①風(fēng)機(jī)故障報(bào)警，包括外部風(fēng)機(jī)(即進(jìn)風(fēng)機(jī))、循環(huán)風(fēng)機(jī)等；②加熱單元故障報(bào)警；③門(mén)封真空低報(bào)警；④腔室壓力低報(bào)警；⑤腔室溫度報(bào)警：機(jī)器開(kāi)始處理10 min后，溫度低于或高于設(shè)定值8 ℃時(shí)啟動(dòng)報(bào)警；⑥電機(jī)過(guò)載報(bào)警；⑦門(mén)打開(kāi)報(bào)警；⑧急停按鈕按下報(bào)警；⑨壓縮空氣報(bào)警；⑩超出范圍報(bào)警，其內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1 設(shè)備報(bào)警原因和類(lèi)型

5 奧星干烤箱常見(jiàn)故障及排除方法

(1)上料門(mén)不能打開(kāi)的排除方法：①腔室溫度過(guò)高(＞65 ℃)，即SR3指示燈未亮，檢查腔室溫度；②檢查溫度開(kāi)關(guān)TS91；③檢查活塞PV211的移動(dòng)；④檢查卸料門(mén)，并將其關(guān)閉。

(2)設(shè)備不能啟動(dòng)的排除方法：①檢查門(mén)位置開(kāi)關(guān)ZS71、ZS72、ZS75和ZS76(雙門(mén))；②在“服務(wù)和(或)輸入-輸出”畫(huà)面檢查確認(rèn)有無(wú)輸入。

(3)溫度不增加的排除方法：①檢查保險(xiǎn)絲F4；②查看加熱可控硅故障指示燈。

(4)運(yùn)行時(shí)間不開(kāi)始的排除方法：①檢查PT100探頭元件TE2；②檢查溫度傳感器TT2；③檢查PT100探頭元件TE4；④檢查溫度傳感器TT4。

(5)卸料門(mén)打不開(kāi)的排除方法：①檢查溫度開(kāi)關(guān)TS91；②檢查門(mén)鎖活塞PV212的運(yùn)動(dòng)。

(6)顯示器數(shù)據(jù)不更新的排除方法：檢查PLC到顯示器之間的通訊電纜。

(7)打印機(jī)不打印的排除方法：①檢查電源開(kāi)關(guān)是否打開(kāi)；②檢查是否有電，是否缺紙，如“缺紙”LED指示燈亮起，往紙盒內(nèi)裝紙；③檢查位于打印機(jī)和終端顯示器后部的連接電纜。

6 自動(dòng)控制系統(tǒng)的維修方法

自控系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性對(duì)設(shè)備的正常工作至關(guān)重要，對(duì)其維護(hù)和檢修目前尚未形成規(guī)范化的方法[13]。常用的檢測(cè)維修方法為：①先外部后內(nèi)部，故障發(fā)生后應(yīng)按先外部后內(nèi)部的原則，采用望、聞、問(wèn)、切等方法由外向內(nèi)逐行檢查；②先機(jī)械后電氣，機(jī)械故障易察覺(jué)，而電氣故障的診斷難度較大，在干烤箱的檢修中先檢查機(jī)械部分是否正常，開(kāi)關(guān)是否靈活，氣動(dòng)部分是否正常；③先靜后動(dòng)，維修時(shí)先靜后動(dòng)，不可盲目動(dòng)手，應(yīng)先詢問(wèn)故障發(fā)生的過(guò)程及狀態(tài)，閱讀操作資料后方可動(dòng)手查找和處理故障，先在烤箱斷電的靜止?fàn)顟B(tài)下觀察測(cè)試、分析及確認(rèn)為非惡性循環(huán)性故障，或非破壞性故障后方可給烤箱通電，在運(yùn)行狀態(tài)下觀察、檢驗(yàn)測(cè)試和查找故障，再對(duì)破壞性故障先排險(xiǎn)后方可通電，在運(yùn)行狀態(tài)下動(dòng)態(tài)診斷；④先公用后專(zhuān)用，公用問(wèn)題通常影響全局，專(zhuān)用性問(wèn)題只會(huì)影響局部，應(yīng)檢查和排除各公用的PLC、直流電源、氣動(dòng)等公用部分的故障；⑤先簡(jiǎn)單后復(fù)雜，對(duì)多種故障處理應(yīng)先解決容易問(wèn)題，后解決難度較大的問(wèn)題，排除簡(jiǎn)單故障時(shí)受啟發(fā)而對(duì)復(fù)雜故障會(huì)有清晰的認(rèn)識(shí)和解決辦法；⑥先一般后特殊，排除故障時(shí)先考慮最常見(jiàn)的原因，再分析特殊原因。

7 氣動(dòng)系統(tǒng)故障分類(lèi)與維修方法

系統(tǒng)動(dòng)作程序由PLC控制，整套裝置結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、控制方便，具有自動(dòng)化程度高、工作平穩(wěn)、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中其優(yōu)勢(shì)比較明顯。

(1)氣動(dòng)系統(tǒng)故障的分類(lèi)通常分為初期故障、突發(fā)故障和老化故障[14]。

初期故障即在調(diào)試階段和開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)的3個(gè)月內(nèi)發(fā)生的故障，其產(chǎn)生原因：①元件不符合要求，不清潔安裝；②設(shè)計(jì)失誤，設(shè)計(jì)時(shí)選用零件材料不當(dāng)、加工工藝不合理，設(shè)計(jì)時(shí)元件選用不當(dāng)，設(shè)計(jì)空氣處理系統(tǒng)不能滿足氣動(dòng)元件的要求；③維護(hù)管理不善，未及時(shí)處理相應(yīng)的故障。突發(fā)故障指系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)期內(nèi)突然發(fā)生的故障。空氣、殘留雜質(zhì)混入元件內(nèi)部，運(yùn)動(dòng)件卡死等。準(zhǔn)備一些易損備件，如快裝接頭、電磁閥等，以便及時(shí)更換失效的元件。老化故障指少數(shù)元件達(dá)到使用壽命后發(fā)生的故障。聲音反常、泄漏嚴(yán)重，大致預(yù)測(cè)老化故障的發(fā)生期限是可能的[15]。

(2)故障診斷方法中有經(jīng)驗(yàn)法、推理分析法2種。

經(jīng)驗(yàn)法是依靠實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，借助簡(jiǎn)單的儀表診斷故障發(fā)生的部位，找出故障原因。該法雖然簡(jiǎn)易，但每人的感覺(jué)、實(shí)際操作和判斷能力不同，需采用“望、聞、問(wèn)、切”流程。望：看執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度、顏色以及烘烤的產(chǎn)品質(zhì)量有無(wú)異常變化、指示燈有無(wú)明顯振動(dòng)等；聞：耳聞和鼻聞，聲音大小及其每日設(shè)備變化情況，有無(wú)因過(guò)熱而發(fā)出的特殊氣味等；問(wèn)：即查閱系統(tǒng)的技術(shù)檔案，了解工作程序、運(yùn)行要求及主要技術(shù)參數(shù)；切：手摸外部的溫度，兩秒燙手則應(yīng)查明原因[16]。

推理分析法。邏輯推理，步步逼近，找出故障原因的方法。推理步驟，故障癥狀到故障原因，從故障癥狀推理故障原因，從故障本質(zhì)推理出可能導(dǎo)致故障的常見(jiàn)原因，從各種可能的原因中，推理出故障的真實(shí)原因。不動(dòng)作故障，其本質(zhì)原因是氣壓不足或阻力太大，以至不能負(fù)載運(yùn)動(dòng)，控制線路可能出現(xiàn)故障，造成氣壓不足，而故障有時(shí)可能多個(gè)原因引起，逐級(jí)推理故障原因，推理出眾多可能的故障常見(jiàn)原因。推理原則由簡(jiǎn)到繁、由易到難、由表及里，逐一分析，排除掉不可能和非主要的原因。先檢查故障發(fā)生前，曾經(jīng)調(diào)整或更換過(guò)的元件及故障概率高的常見(jiàn)原因，通常采用儀表分析法，用檢測(cè)儀器儀表，檢查系統(tǒng)或元件技術(shù)參數(shù)。具體分為：①部分停止法，暫時(shí)停止某部分工作，觀察故障征兆；②試探反證法，試探性地改變系統(tǒng)中部分工作的條件，觀察故障征兆；③比較法，標(biāo)準(zhǔn)的或合格的元件來(lái)代替相同的元件，通過(guò)工作狀況的變化，來(lái)判斷元件是否失效[17]。

該設(shè)備若將熱敏打印儀更換為色帶打印儀則會(huì)有穩(wěn)定、直觀的打印結(jié)果，便于對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行追溯。將手動(dòng)輸入PID參數(shù)改為自動(dòng)，則便于用戶在各穩(wěn)定溫度范圍內(nèi)使用。期待新一代奧星醫(yī)用潔凈干烤箱的面世。

[1]曹春林.中藥藥劑學(xué)[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1989.

[2]屠錫德,張均壽,朱家壁.藥劑學(xué)[M].北京:人民衛(wèi)生出版社,2002.

[3]陳遠(yuǎn)華.濕熱蒸汽滅菌設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)[J].機(jī)電信息,2008(32):47-49.

[4]崔立勛.濕熱滅菌方法分析[J].黑龍江醫(yī)藥,2012,25(1):107-108.

[5]魏靜蓉,李斌.醫(yī)用滅菌設(shè)備的使用進(jìn)展[J].生物防護(hù)防疫裝備,2005,26(9):30-31.

[6]周建華,趙春暉,趙春燕.干熱滅菌及其在制藥工業(yè)中的應(yīng)用[J].安徽醫(yī)藥,2004,8(4):304-305.

[7]李鈞.藥品GMP衛(wèi)生教程[M].北京:中國(guó)醫(yī)藥科技出版社,2003:56．

[8]陳國(guó)章.干熱條件與內(nèi)毒素滅活關(guān)系的探討[J].實(shí)用預(yù)防醫(yī)學(xué),2004,11(2):386.

[9]全國(guó)質(zhì)量管理和質(zhì)量保證標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T 19001-2008/XG1-2011質(zhì)量管理體系要求國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)第1號(hào)修改單[S].國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì),2011-11-30.

[10]路建嶺,鄒志軍,黃晨,等.高效過(guò)濾器氣流速度檢測(cè)方法淺析[J].潔凈與空調(diào)技術(shù),2009(1):15-18.

[11]常云龍,高峰.TIG焊接技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[C].廣州:中國(guó)船舶與海洋工程焊接與涂裝技術(shù)發(fā)展論壇論文集,2012:28-33.

[12]任雁勝,石艷林,汪昌成.基于單線總線智能溫度傳感器的電腦溫控系統(tǒng)[J].湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2005,20(3):7-9.

[13]王克勤.干熱滅菌設(shè)備的構(gòu)造、性能及質(zhì)量評(píng)價(jià)[J].甘肅科技,2003,19(10):102-103.

[14]翟微.自控系統(tǒng)故障診斷與隔離的可靠性方法[J].核標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量與質(zhì)量,2004(z1):177-186.

[15]盧建生.氣動(dòng)系統(tǒng)故障診斷與對(duì)策[J].科技成果縱橫,2007(3):93.

[16]趙榮莉,李桂平,邵桂振,等.設(shè)備管理中不同時(shí)期設(shè)備故障診斷方法探討[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2012(S1):56.

[17]郭晉榮,趙國(guó)華,董長(zhǎng)雙.基于專(zhuān)家系統(tǒng)的氣動(dòng)系統(tǒng)故障診斷[J].液壓氣動(dòng)與密封,2008,28(6):11-14.