超導(dǎo)核磁共振水冷系統(tǒng)的原理與故障維護(hù)

于同蕭

超導(dǎo)核磁共振是臨床醫(yī)學(xué)影像檢查設(shè)備之一，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高昂，對(duì)使用環(huán)境要求較高[1]。目前，醫(yī)療使用超導(dǎo)核磁共振的超導(dǎo)磁體均由液氦作為制冷劑，液氦作為一種戰(zhàn)略物資，其價(jià)格不菲，資源貧乏，且主要依賴于進(jìn)口，使用中的液氦損耗和穩(wěn)定程度主要取決于到達(dá)液氦容器的熱量，因此通過一套穩(wěn)定可靠的冷卻系統(tǒng)24 h不停運(yùn)轉(zhuǎn)，來維持超導(dǎo)核磁共振設(shè)備的超導(dǎo)能力，從而盡可能減少液氦的揮發(fā)[2]。此外，超導(dǎo)核磁共振的梯度線圈系統(tǒng)和射頻系統(tǒng)在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱能，同樣需要冷卻系統(tǒng)將熱量及時(shí)導(dǎo)出[3]。以北京中醫(yī)藥大學(xué)第三附屬醫(yī)院使用的Achieva 1.5T型超導(dǎo)核磁共振系統(tǒng)(荷蘭飛利浦公司)為基礎(chǔ)，結(jié)合水冷系統(tǒng)的故障案例，對(duì)其原理、故障維修和維護(hù)進(jìn)行研究與探討，供同行參考。

1 冷卻系統(tǒng)構(gòu)成及水冷系統(tǒng)分析

1.1 冷卻系統(tǒng)構(gòu)成

醫(yī)用超導(dǎo)核磁共振均采用三級(jí)聯(lián)冷設(shè)計(jì)，即冷頭、氦冷和水冷。冷頭直接連接超導(dǎo)磁體的冷屏，通過冷屏將超導(dǎo)磁體線圈降至一個(gè)超低溫，目前主流的4 K冷頭能將磁體降溫至-269.15 ℃，從而實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)。冷頭的工作原理即熱力學(xué)第二定律，使經(jīng)過冷頭的液氦膨脹不斷帶走熱量；氦冷主要利用氦壓機(jī)使氦氣實(shí)現(xiàn)循環(huán)，將冷頭導(dǎo)出的熱量交換給水冷系統(tǒng)；水冷系統(tǒng)工作流程與家用空調(diào)類似，只多出一套水循環(huán)，此循環(huán)同時(shí)給超導(dǎo)核磁共振的梯度線圈系統(tǒng)和射頻系統(tǒng)降溫，以保證其高效、穩(wěn)定工作；最后所有熱量通過水冷系統(tǒng)的氟利昂循環(huán)導(dǎo)入至室外大自然中，核磁共振冷卻系統(tǒng)工作流程如圖1所示。

圖1 核磁共振冷卻系統(tǒng)工作流程圖

1.2 水冷系統(tǒng)構(gòu)成

CSRAT型水冷機(jī)組(意大利克萊門特公司)是一套典型的雙系統(tǒng)風(fēng)冷式水冷系統(tǒng)，其工作流程及原理與空調(diào)系統(tǒng)相似。核磁共振系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量由冷水循環(huán)系統(tǒng)通過熱交換器3帶到熱交換器1和2，而機(jī)組1和2分別由冷凝器、壓縮機(jī)以及熱交換器等構(gòu)成兩個(gè)獨(dú)立制冷循環(huán)系統(tǒng)，此系統(tǒng)將交換的熱量通過冷凝器和風(fēng)機(jī)散發(fā)到自然界中，從而保證核磁共振系統(tǒng)始終處于良好的低溫工作環(huán)境中[4](如圖2所示)。

圖2 水冷系統(tǒng)工作流程圖

水冷系統(tǒng)中有一個(gè)長(zhǎng)期關(guān)閉的自來水接入口，此接口為應(yīng)急設(shè)計(jì)，當(dāng)水冷機(jī)組損壞停止工作時(shí)，可手動(dòng)緊急切換至大量自來水沖刷模式，最大可能保證氦壓機(jī)正常工作，從而減少液氦揮發(fā)與氦壓機(jī)損傷[5]。

為滿足核磁共振系統(tǒng)工作要求，水冷系統(tǒng)應(yīng)具備的品質(zhì)主要有以下8個(gè)方面：①雙獨(dú)立制冷系統(tǒng)，平時(shí)交替運(yùn)行，當(dāng)一套系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可自動(dòng)切換至另一套系統(tǒng)，從而保證24 h不間斷運(yùn)行；②雙水循環(huán)泵，日常一用一備，可自動(dòng)切換；③可自動(dòng)檢測(cè)水溫或回水溫度，通過控制壓縮機(jī)容量調(diào)節(jié)滑閥，自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)組制冷量；④水箱具備液位開關(guān)，低水位報(bào)警功能可防止水泵干轉(zhuǎn)；⑤設(shè)有流量監(jiān)測(cè)及調(diào)節(jié)裝置，保障正常工作時(shí)的水流量達(dá)到要求；⑥自動(dòng)記錄至少前10次故障，以方便維修人員及時(shí)判斷與維修；⑦按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，安裝方便、易于維護(hù)、噪音低、震動(dòng)小、適合24 h不間斷運(yùn)行；⑧使用環(huán)保制冷劑，如R405A、R411B、R411C等。

2 水冷系統(tǒng)故障維修案例

2.1 故障案例一

(1)故障現(xiàn)象。BO-502F型水冷機(jī)(北京博昊宇機(jī)電設(shè)備有限公司)出現(xiàn)TC1報(bào)警，復(fù)位后工作正常，數(shù)分鐘后又出現(xiàn)E2,A1報(bào)警。

(2)故障分析與處理。根據(jù)A1,E2凍結(jié)報(bào)警及凍結(jié)傳感器報(bào)警提示，判斷為水冷機(jī)水箱缺水或溫度傳感器損壞。先檢查水冷機(jī)水箱，在水冷機(jī)不關(guān)機(jī)情況下擰開蓋子，并用手按下中間按針查看是否有水流出，若無(wú)水流出，則表明水箱缺水，需要利用自來水循環(huán)裝置加水。在切換自來水循環(huán)后，發(fā)現(xiàn)無(wú)水流出，觀察水管左側(cè)水壓表讀數(shù)較低，排查發(fā)現(xiàn)自來水管被泥沙堵塞，且短時(shí)間內(nèi)找不到疏通辦法，因此，通知科室將核磁共振關(guān)機(jī)并關(guān)閉水冷機(jī)組，用扳手?jǐn)Q開水箱頂部接頭，直接用水管加水后再擰緊水蓋，將配件損壞的機(jī)器關(guān)閉，啟用另一組未損壞機(jī)組。交流接觸器在吸合工作中發(fā)生不間斷刺耳聲響，判斷此聲響由交流接觸器吸合不良導(dǎo)致，需要立即更換，如長(zhǎng)時(shí)間吸合不良會(huì)導(dǎo)致機(jī)器電路短路，損壞其他配件而發(fā)生嚴(yán)重后果。若無(wú)新配件，可臨時(shí)將紅線標(biāo)注位置電線并在一起處理，待配件到位后及時(shí)更換，應(yīng)注意不要接錯(cuò)線，避免壓縮機(jī)齒輪反向旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致?lián)p壞。

處理完后開啟壓縮機(jī)和水泵，若報(bào)警并未消除，則考慮溫度傳感器損壞。溫度傳感器位置在機(jī)器正中間，可直接拔出，將拔出的溫度控制器與另一個(gè)交換測(cè)試使用，確定溫度傳感器損壞，需直接更換，更換完成之后水冷機(jī)恢復(fù)正常，故障排除。

2.2 故障案例二

(1)故障現(xiàn)象。CSRAT型水冷機(jī)組報(bào)警提示管路壓力過低，缺制冷劑。

(2)故障分析與處理。設(shè)備運(yùn)行6年制冷劑正常損耗，按照說明補(bǔ)充了制冷劑，啟動(dòng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，15 d后報(bào)警再次出現(xiàn)，因此懷疑有泄漏現(xiàn)象。補(bǔ)充制冷劑后，用肥皂水順管道慢慢刷涂，在管道上未發(fā)現(xiàn)有砂眼，打開室外機(jī)冷凝器發(fā)現(xiàn)翅片里有壓縮機(jī)油滲出，判斷表冷器焊點(diǎn)有砂眼，根據(jù)壓縮機(jī)油滲出位置和形狀，破壞了約10 cm2翅片，并找到了一處砂眼。聯(lián)系專業(yè)人員排放制冷劑，焊接砂眼，抽真空再補(bǔ)充制冷劑及壓縮機(jī)油等，調(diào)整參數(shù)，開機(jī)，設(shè)備正常。30 d后故障再次出現(xiàn)，進(jìn)一步檢查表冷器依舊有壓縮機(jī)油滲出，仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)表冷器內(nèi)層銅管同樣存在砂眼泄漏情況，由于此位置無(wú)法進(jìn)行焊接作業(yè)，只能更換整個(gè)水冷機(jī)組或者更換表冷器，但更換水冷機(jī)組工程大，影響時(shí)間長(zhǎng)，且花費(fèi)較高，聯(lián)系廠商得知此款水冷機(jī)已停產(chǎn)，而表冷器需要單獨(dú)定做，且花費(fèi)昂貴。經(jīng)技術(shù)分析決定利用原有壓縮機(jī)與控制系統(tǒng)，更換同等功率DHT型V型冷凝機(jī)組(東莞東華制冷設(shè)備有限公司)，當(dāng)冷凝機(jī)組到位后，先安裝固定，再連線焊接管道，完成后將原水冷機(jī)組停機(jī)斷電，完成新冷凝器與原設(shè)備壓縮機(jī)連接以及控制系統(tǒng)的連接后，抽真空，加制冷劑等。開機(jī)檢測(cè)，系統(tǒng)正常工作再無(wú)出現(xiàn)此故障。

2.3 故障案例三

(1)故障現(xiàn)象。CSRAT型水冷機(jī)水循環(huán)系統(tǒng)缺水導(dǎo)致核磁共振高溫報(bào)警。

(2)故障分析與處理。先檢查水冷系統(tǒng)進(jìn)水溫度和壓力，均在正常范圍內(nèi)，再檢查進(jìn)水量發(fā)現(xiàn)進(jìn)水量偏少，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)三級(jí)過濾的第一級(jí)濾芯已變黑色，第二級(jí)濾芯已變黑褐色，因此，停機(jī)更換濾芯，再加水重新啟動(dòng)，排空氣，系統(tǒng)正常工作，故障排除。

3 水冷系統(tǒng)的維護(hù)

因水冷系統(tǒng)需要24 h不間斷進(jìn)行水循環(huán)與制冷循環(huán)，當(dāng)室外機(jī)組在工作環(huán)境相對(duì)惡劣情況下，更容易發(fā)生故障。

(1)室外機(jī)雜物灰塵清理。室外機(jī)表冷器的工作原理決定其必須與自然環(huán)境開放式接觸，而其片狀的密集格柵式結(jié)構(gòu)又極易吸附灰塵和細(xì)小雜物等，尤其是北方飄楊柳絮的季節(jié)，需要每周清理1次，否則其散熱效率會(huì)大幅降低，導(dǎo)致水溫過高報(bào)警，嚴(yán)重時(shí)冷頭停止工作。此外，在東北地區(qū)，冬天室外機(jī)還會(huì)發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象，同樣需要格外注意。

(2)檢查水壓、水流量、水質(zhì)和跑冒滴漏等情況。核磁裝機(jī)前在水循環(huán)管道內(nèi)可能存在部分空氣，后期使用過程中會(huì)逐漸排出，如有跑冒滴漏就會(huì)造成管道水壓下降現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致水泵停機(jī)。水冷系統(tǒng)連接管道多，接頭多，長(zhǎng)期使用可能會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)和滲水現(xiàn)象，需要及時(shí)更換相關(guān)部件并補(bǔ)充水。

(3)定期檢查清洗水循環(huán)過濾裝置。因水本身攜帶雜質(zhì)，在長(zhǎng)期使用過程中難免存在水垢脫落、管道腐蝕以及碎屑脫落等現(xiàn)象，這些雜質(zhì)會(huì)在過濾裝置處堆積，從而影響正常水循環(huán)，導(dǎo)致水流量不足等問題。

(4)定期檢查傳感器及各部分電路銹蝕問題。南方梅雨季以及春冬季雨雪天，氣候陰冷潮濕，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，各種傳感器極易發(fā)生故障，線路板也會(huì)出現(xiàn)銹蝕，影響設(shè)備工作，需要及時(shí)排查，必要時(shí)要進(jìn)行防腐處理。

4 小結(jié)

水冷系統(tǒng)是核磁共振系統(tǒng)最重要的輔助系統(tǒng)，通過了解水冷系統(tǒng)工作原理，對(duì)可能出現(xiàn)的故障原因和故障表現(xiàn)進(jìn)行歸類，結(jié)合相關(guān)設(shè)備典型實(shí)例分析，對(duì)水冷系統(tǒng)在不同環(huán)境下的維護(hù)保養(yǎng)進(jìn)行了總結(jié)，以達(dá)到降低使用成本，提高工作效率。