超導(dǎo)核磁共振冷卻系統(tǒng)的故障分析及維護(hù)保養(yǎng)

蘇根元

超導(dǎo)核磁共振冷卻系統(tǒng)的故障分析及維護(hù)保養(yǎng)

蘇根元①

磁共振；冷卻系統(tǒng)；維護(hù)保養(yǎng)

超導(dǎo)型核磁共振已成為各大醫(yī)院必不可少的影像檢查設(shè)備，要維持設(shè)備超導(dǎo)線圈的超導(dǎo)性與梯度線圈的正常工作需制造一個(gè)超低溫的冷卻環(huán)境，如目前主流的4 K冷頭能把超導(dǎo)線圈降低至-269.15 ℃。在降溫的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，必須通過(guò)適合的方式將熱量導(dǎo)出，因此冷卻系統(tǒng)是保證設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵[1]。

1 磁共振冷卻系統(tǒng)

1.1 冷卻系統(tǒng)的構(gòu)成

目前超導(dǎo)磁共振一般采用三級(jí)聯(lián)冷設(shè)計(jì)，即水冷、氦冷以及冷頭。冷頭的作用是利用氦壓機(jī)輸送的液氦，根據(jù)熱力學(xué)第二定律原理，把包裹磁體線圈的冷屏降到很低的溫度，從而使磁體線圈呈現(xiàn)超導(dǎo)特性。水冷系統(tǒng)的兩個(gè)作用為：①氦冷系統(tǒng)降溫，即把給磁體線圈降溫產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出；②梯度線圈降溫，即把梯度線圈工作時(shí)產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出[2]。

1.2 冷卻系統(tǒng)的工作流程

(1)冷頭的冷卻需通過(guò)3個(gè)閉環(huán)循環(huán)完成，并通過(guò)熱交換器連接。冷頭、氦壓機(jī)24 h不間斷工作，導(dǎo)出給磁體線圈冷卻所產(chǎn)生的熱量。冷水循環(huán)系統(tǒng)通過(guò)熱交換器2將氦循環(huán)系統(tǒng)的熱量導(dǎo)出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氦壓機(jī)的冷卻，最大限度減少液氦的揮發(fā)。氟利昂循環(huán)系統(tǒng)通過(guò)熱交換器1，將冷水循環(huán)系統(tǒng)的熱量導(dǎo)出，并通過(guò)冷凝器將熱量導(dǎo)出至室外，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水冷系統(tǒng)的冷卻(如圖1所示)。

圖1 冷卻系統(tǒng)工作流程圖

(2)梯度線圈的冷卻需要通過(guò)3個(gè)閉環(huán)循環(huán)完成，并通過(guò)熱交換器連接(如圖1所示)。梯度線圈工作時(shí)產(chǎn)生的熱量由純水循環(huán)系統(tǒng)導(dǎo)出。冷水循環(huán)系統(tǒng)通過(guò)熱交換器3將純水循環(huán)系統(tǒng)的熱量導(dǎo)出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)純水系統(tǒng)的冷卻。氟利昂循環(huán)系統(tǒng)通過(guò)熱交換器1，將冷水循環(huán)系統(tǒng)的熱量導(dǎo)出，并通過(guò)冷凝器將熱量導(dǎo)出至室外[3]。

2 冷卻系統(tǒng)常見(jiàn)故障與維修

在日常使用中有以下5種常見(jiàn)冷卻系統(tǒng)問(wèn)題所導(dǎo)致設(shè)備報(bào)警：①水冷機(jī)室外機(jī)組灰塵雜物較多，尤其在北方地區(qū)每年3-4月，因楊絮和柳絮較多，經(jīng)常導(dǎo)致水冷機(jī)制冷效果降低，最終冷頭停止工作；②循環(huán)水不足，由于核磁在裝機(jī)前在水循環(huán)管道內(nèi)存在未排空的氣泡和使用后期的跑冒滴漏等問(wèn)題，因此運(yùn)行一段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)循環(huán)水不足的問(wèn)題，進(jìn)而造成管道內(nèi)水壓下降而引起水循環(huán)系統(tǒng)水泵的停機(jī)；③機(jī)房溫度、濕度不合適，導(dǎo)致出現(xiàn)電路故障。如溫度在短時(shí)間出現(xiàn)較大范圍的波動(dòng)，可能會(huì)造成磁體、機(jī)柜等內(nèi)部電路板上凝露，進(jìn)而出現(xiàn)嚴(yán)重故障。而濕度也需要控制在合理范圍內(nèi)(35%～80%)，長(zhǎng)期濕度過(guò)高可能使部分部件銹蝕，而濕度過(guò)低易帶來(lái)靜電積累，一旦靜電積累到一定程度且有適合放電的條件，可能就會(huì)對(duì)部分電路造成靜電高壓擊穿或浪涌，進(jìn)而產(chǎn)生較嚴(yán)重的故障；④氦氣不足。氦壓機(jī)和冷頭之間是靠密閉的循環(huán)管道內(nèi)的高純度氦氣進(jìn)行熱交換，一旦氦壓機(jī)和冷頭的循環(huán)氦氣壓力不足時(shí)，會(huì)造成冷頭制冷效率下降，同時(shí)增大磁體液氦損耗，所以需要記錄觀察和預(yù)警氦氣壓力值，一旦壓力值＜16～17 bar左右則需補(bǔ)充高純度氦氣；⑤短暫停電，冷頭未能啟動(dòng)成功。

2.1 故障案例一

(1)故障現(xiàn)象。GE HDxt 1.5TMR，報(bào)警顯示水溫過(guò)高，冷頭0.5 h后停止工作。

(2)故障分析與處理。發(fā)現(xiàn)冷水機(jī)儀表板上顯示溫度高達(dá)35℃～45 ℃，為保證冷頭能啟動(dòng)且正常工作，先將冷水機(jī)的循環(huán)管道切換至自來(lái)水散熱模式(使用循環(huán)水管上的閥門手動(dòng)切換，此時(shí)使用自來(lái)水流經(jīng)核磁機(jī)柜熱交換器，將熱量導(dǎo)出排放到生活廢水下水口的方式，使核磁部分部件散熱)，再關(guān)閉核磁機(jī)柜的循環(huán)水泵和氦壓機(jī)，等待2～3 min后，先啟動(dòng)核磁機(jī)柜內(nèi)循環(huán)水泵的電源開(kāi)關(guān)，手摸水循環(huán)銅管2～3 min等待水泵啟動(dòng)后，再打開(kāi)氦壓機(jī)的電源開(kāi)關(guān)，冷頭啟動(dòng)正常工作[4]。

此時(shí)觀察冷水機(jī)儀表板，顯示壓縮機(jī)停機(jī)報(bào)警狀態(tài)，按照廠商清除報(bào)警和啟動(dòng)壓縮機(jī)的方式不能清除報(bào)警狀態(tài)，后查看室外機(jī)組過(guò)流保護(hù)開(kāi)關(guān)處于保護(hù)狀態(tài)，手動(dòng)清除過(guò)流保護(hù)狀態(tài)，再按鍵組合清除報(bào)警且重新啟動(dòng)后，水溫快速?gòu)?5 ℃下降到設(shè)定范圍10～13 ℃。為進(jìn)一步找到室外機(jī)組過(guò)流保護(hù)的原因，發(fā)現(xiàn)室外機(jī)組安裝位置的散熱鰭片較臟，使用壓縮空氣清理吸附在散熱鰭片上的灰塵和楊絮，并將自來(lái)水散熱模式切換到冷水機(jī)散熱模式，核磁開(kāi)機(jī)10 min后，冷水機(jī)依照水溫高低啟動(dòng)和停止功能一切正常，未再出現(xiàn)水溫過(guò)高報(bào)警，故障排除。

2.2 故障案例二

(1)故障現(xiàn)象。GE HDxt 1.5TMR，水冷機(jī)報(bào)警顯示管路壓力過(guò)低，缺氟利昂。

(2)故障分析與處理。查閱維保手冊(cè)，一個(gè)月前檢查氟利昂一切正常。發(fā)現(xiàn)一周前進(jìn)行過(guò)衛(wèi)生大清掃，設(shè)備間更換過(guò)一塊窗玻璃。將肥皂水順管路涂一遍，發(fā)現(xiàn)靠近窗戶的管道折彎處有一處微小的砂眼。聯(lián)系水冷機(jī)廠商售后，通過(guò)查漏確認(rèn)只有1個(gè)漏點(diǎn)，泄放制冷劑，點(diǎn)焊，確認(rèn)點(diǎn)焊效果，抽真空，補(bǔ)充制冷劑約10～15 kg，調(diào)整和確認(rèn)高壓和低壓壓力，開(kāi)機(jī)觀察再次確認(rèn)點(diǎn)焊效果，水冷機(jī)室外機(jī)組的壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、啟停聲音和周期恢復(fù)正常，故障排除。

2.3 故障案例三

(1)故障現(xiàn)象。西門子Essenza 1.5TMR，冷頭不工作。

(2)故障分析與處理。檢查液氦、水冷機(jī)及線路等一切正常。醫(yī)護(hù)人員提醒有過(guò)短暫停電現(xiàn)象，懷疑問(wèn)題所在。當(dāng)遇到停電后再通電，由于核磁機(jī)柜內(nèi)的循環(huán)水泵在通電后有延時(shí)3 min啟動(dòng)的特征，通電后就開(kāi)始工作的氦壓機(jī)由于沒(méi)有冷卻水散熱1 min以內(nèi)就因過(guò)熱保護(hù)而停機(jī)。即使3 min后循環(huán)水泵開(kāi)始工作使水溫下降，氦壓機(jī)也不會(huì)自動(dòng)解除過(guò)熱保護(hù)，因此形成了一個(gè)“死結(jié)”，關(guān)閉氦壓機(jī)的電源開(kāi)關(guān)1 min后再開(kāi)機(jī)，故障排除。

2.4 故障案例四

(1)故障現(xiàn)象。西門子Avanto 1.5TMR，水循環(huán)系統(tǒng)缺水導(dǎo)致水泵停機(jī)。

(2)故障分析與處理。設(shè)備報(bào)警并顯示循環(huán)水不足，檢查發(fā)現(xiàn)可能因水質(zhì)較差，三級(jí)過(guò)濾中第一個(gè)濾芯已全部呈現(xiàn)黑褐色，第二級(jí)濾芯同樣有一半變成了褐色，判斷為堵塞。關(guān)機(jī)并排水，換濾芯再上水，重新啟動(dòng)時(shí)顯示循環(huán)水不足，需打開(kāi)排氣閥直到有水流出。關(guān)機(jī)繼續(xù)上水再重啟，故障排除。

3 日常維護(hù)保養(yǎng)要點(diǎn)

每日記錄設(shè)備運(yùn)行關(guān)鍵數(shù)據(jù)，包含液氦剩余量、設(shè)備間磁體間溫濕度、氦壓機(jī)壓力值以及核磁水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)出壓力值等。詳細(xì)記錄每次報(bào)警或故障處置信息。當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警或故障后，需詳細(xì)記錄故障發(fā)生前后的征兆、特征以及處理過(guò)程等信息，通過(guò)圖像形式記錄更好，對(duì)日后故障分析和排查帶來(lái)極大益處[5]。水冷機(jī)精密空調(diào)室外機(jī)組需定期巡視和清理。按照一周查看一次室外機(jī)組的散熱鰭片是否有較嚴(yán)重的堵塞。定期巡視一旦發(fā)現(xiàn)室外機(jī)組的散熱鰭片出現(xiàn)＞20%左右的明顯堵塞時(shí)，需采用水流或壓縮空氣及時(shí)清理，否則會(huì)造成水冷機(jī)室外機(jī)組散熱不良而停機(jī)，從而引起核磁高溫報(bào)警甚至造成冷頭停機(jī)。

[1]詹劍輝，核磁共振水冷系統(tǒng)改造探討[J].醫(yī)療裝備，2014，28(6)：87-88.

[2]陶冶，核磁共振設(shè)備日常維修與維護(hù)的方法探討[J].臨床醫(yī)學(xué)工程，2014，21(2)：133-135.

[3]王輝林，黃昌永，馬彪，等.超導(dǎo)磁共振水冷系統(tǒng)的工作原理及維護(hù)保養(yǎng)[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備，2012，27(1)：97-98.

[4]王曉華，岳鳳斌.GE⒈5T核磁共振冷卻系統(tǒng)維護(hù)[J].醫(yī)療設(shè)備信息，2006，21(7)：98.

[5]黃詠文，孫聚葆.1.5T超導(dǎo)磁共振制冷系統(tǒng)的工作原理及日常維護(hù)[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)裝備，2007，4(7)：65-66.

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.12.048

1672-8270(2016)12-0166-02

R197.39

B

2016-06-20

①中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院西苑醫(yī)院供應(yīng)處 北京 100091

蘇根元，男，(1963- )，本科學(xué)歷，副主任技師。中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院西苑醫(yī)院供應(yīng)處，從事大型醫(yī)療設(shè)備維護(hù)工作。