电子辐照灭菌装置在应用过程中的故障分析及改进措施.pdf

质量与管理模具制造 2023年第11期电子辐照灭菌装置在应用过程中的故障分析及改进措施李维科1，郜怀朋1，刘一宏2（1.同方威视技术股份有限公司，北京 100083；2.北京通用电气华伦医疗设备有限公司，北京 100176）【摘要】辐照灭菌装置是一种广泛应用于食品、医药、化工等领域的物理灭菌方法，具有无污染、无残留的优点。目前，辐照灭菌装置在应用过程中已经得到了广泛应用，但同时也存在一些问题和挑战。围绕电子辐照灭菌装置在应用过程中的相关故障进行详细分析，然后提出有效改进措施，以帮助该类装置得到更好的应用和推广。关键词：辐照灭菌装置；电子束；故障分析；改进措施中图分类号：TH789 文献标识码：BDOI：10.12147/ki.1671-3508.2023.11.072Failure Analysis and Improvement Measures of Electronic Irradiation Sterilization Device in the Application ProcessLI Weike1，Gao Huaipeng1，Liu Yihong2（1.Tongfang Nuctech Technology Co.,Ltd.,Beijing 100083,CHN；2.Beijing GE Hualun Medical Equipment Co.,Ltd.,Beijing 100176,CHN）【Abstract】Irradiation sterilization device is a kind of physical sterilization method widely used in food,medicine,chemical industry and other fields,with the advantages of no pollution and no residue.At present,irradiation sterilization devices have been widely used in the application process,but there are also some problems and challenges.This paper analyzes the relevant faults of electronic irradiation sterilization devices in the application process in detail,and then proposes effective improvement measures to help such devices be better applied and promoted.Key words:irradiation sterilization device；electron beam；failure analysis；improvement measures1 引言辐照灭菌具有安全、快速、高效、连续加工以及对物资的表面性质状态改变较小等特点，被广泛应用于医药行业、食品加工业以及进出口检疫机构中。该类装置根据辐射种类不同，大致分为X/射线以及电子束两种；前者较多采用放射性同位素产生，后者一般需要使用电子加速器产生。X/射线的穿透深度较大，但电子束的剂量更高。相对同位素放射源的较为复杂的管理与使用措施，电子加速器可控性更好，断电后辐射即消失。总体上说，作为辐射灭菌的一种方式，电子束辐照灭菌拥有灵活易用并且剂量更大的优点，因此具有更广泛的应用前景，电子束辐照灭菌装置示意图如图1所示。380V脉冲高压脉冲变压器绝缘气体脉冲调制器微波功率源微波馈入系统加速管冷却水回路离子泵扫描盒扫描磁铁控制柜水冷机组供气管道图1 电子束产生装置示意图 226质量与管理模具制造 2023年第11期相对于上述优点，辐照灭菌装置的运行成本相对较高，需要大量的能源和设备维护费用。另外，辐照灭菌装置在对食品、医药等物品进行灭菌时，需要严格控制辐射量和辐射时间，以防止对产品产生负面影响1。此外，辐照灭菌装置在运行过程中存在一定的安全风险。如设备运营不当，可能会对操作人员和环境产生一定的辐射危害。尽管电子束辐照灭菌应用过程中存在一些问题和挑战，但在产品消毒和灭菌方面，仍然是一种行之有效的物理方法。因此，我们需要不断研究和探索，重点分析研究电子辐照灭菌装置在使用过程中出现的问题，提升该类设备运行的安全性和稳定性，并降低运营成本和避免辐射对环境和人体的危害，使其在更安全的领域中得以应用。2 电子辐照灭菌装置在应用过程中的故障电子辐照灭菌装置的使用过程大致分为以下四个步骤，如图2所示。一般来说，电子辐照灭菌装置有一套完整的故障检测系统，包括多重联锁开关、保护电路、传感器等。当电子辐照灭菌装置发出警报声响时，首先需要留意中控系统的警报信息。警报可能是由以下几种原因造成的。确定工艺参数辐照准备辐照操作辐照效果评价灭菌时间传输速度装载模式灭菌批次对照工艺流程参数设定装箱摆放剂量计，填写工单电子照射，监测辐照室，出现中断及时记录对剂量计数据采集，抽检被照物并检定及评价剂量计分布要求图2 电子辐照灭菌装置操作流程图2.1 电子加速器工作异常停机当电子加速器出现故障停止工作，故障检测系统会将报警信号提交控制柜，由控制柜分析后，将不同的故障信息发送给中控显示。常见故障有以下几类：水冷机组故障、真空异常故障、高压异常故障、微波功率源故障、门联锁异常故障、剂量异常故障、预警灯故障等。在进行故障检查时，操作人员首先将中控台长得“X射线”钥匙由“ON”旋转到“OFF”，并取下钥匙；在确定进入辐照室时，需检验臭氧排放是否达到安全要求，且屏蔽门不会被人为关闭，安全联锁处于断开的位置后，操作人员携带钥匙进入照射区域，在维修好设备后，确认辐照室无人后，将屏蔽门关闭。故障排除可根据中控提示，首先排除误报情况，之后对相应的系统和装置逐一排查，发现问题后，及时修复或更换受损的部件，并收集记录相关故障信息。此外检修时，不仅需要注意电子束意外照射，还需预防高压照成意外电击伤害，特别是在检修脉冲调制器和电子枪高压电路部分，因此，检修时应先切断脉冲调制器电源，在未排除电击危险的前提下，禁止触碰加速器内部的元件。2.2 辐照灭菌装置控制电路故障辐照灭菌设备内部为强辐射、强电场、强磁场的环境，对电路控制板、电子元器件及其他电器设备的电磁干扰影响巨大，可导致设备不能正常工作或运行异常，引起故障。因此，当辐照灭菌装置中控信号出现显示异常时，在排除设备硬件问题之后，对未添加防护的弱电控制电源、电路进行逐一排查，发现薄弱环节，增加相应的电磁屏蔽隔离。此外根据现场情况，可以通过铺设地网，提升加速器机头接地能力。2.3 扫描系统扫描不均性故障在检定被照物时，如发现被照物有局部区域未到达照射要求的情况，首先排除是否被照物在装盒过程中摆放合理，有无叠层或者摆放不平，束下传输装置是否发生运行异常等情况，如排除上述情况，再检查扫描系统是否出现问题：扫描盒钛窗破损；高压出束时，扫描磁铁如未正常工作，会引起大束流电子击穿钛窗，导致真空被破坏，加速管受损。扫描磁铁位置偏移；该类问题会导致磁场分布发生改变，电子束线未能覆盖扫描范围或超出扫描范围。如出现扫描不均匀性，可对扫描束宽进行对中检定，按照GB/T 16841-2008 能量为300keV25MeV电子束辐射加工装置计量学导论，尽量将扫描磁铁的调整对中，工艺参数覆盖传输装置的合理范围内。2.4 束下装置故障束下装置故障会影响设备的正常使用，包括运行异常、发出错误的警报等问题。以下是可能引起束下装置故障的原因和应对措施：在经历长时间电子束辐照后，束下传输部件中橡胶、塑料等材料和传感器的性能可能会受到影响，从而影响传输系统的运行稳定性，引起诸如信号误报、箱体堆积、运行中断、漏照、过照等问题，同时降低了电子辐照灭菌系统运行的可靠性。解决此问题的办法是：束下装置在选择非金属材料时，优先选用耐辐照的非金属材料（如尼龙、聚醚醚酮等）替代传输系统中的相关塑料制品，定期检查 227质量与管理模具制造 2023年第11期并记录材料状态；多采用机械类传感器，减少光电类传感器使用量，如无法替换则定期更换束下屏蔽室中的光电类传感器，并在传感器周围增加铅屏防护。设置传输装置与加速器高压出束联锁保护，当束下传输装置故障停机时，加速器应自动停机，以减少束流对束下装置的局部照射。3 电子辐照灭菌装置在应用过程中的改进措施3.1 定期做好设备维护定期做好设备维护是提高电子辐照灭菌装置效率和延长使用寿命的一个重要改进措施。下面是具体的维护措施：定期清理加速器水冷机组过滤器，保证冷却水的水质效果，以避免细菌滋生和锈蚀物等杂质堵塞水路及进出口。定期检查电源设备及电源线，确保电力稳定，防止电器闪烁，保证电子束输出稳定。电子枪、磁灯丝、磁控管、电源开关、接触器等易损耗的零部件应在设备使用寿命周期内定期更换，这样可以延长设备使用寿命，减少故障的发生，以保证设备的使用效率和稳定性2。对电子辐照灭菌装置设备的外壳进行定期清洁和保养，防止灰尘和衣物纤维等杂物阻塞通风孔，影响通风系统及臭氧排放装置的正常工作。3.2 保证合理使用时间保证合理的辐照时间也是提高辐照灭菌装置效率和减少能源消耗的重要改进措施。下面是几个注意事项：在使用辐照灭菌装置前，需要根据杀灭细菌的需求，确定适当的辐照时间和辐射剂量，以确保达到预期杀菌效果3。在辐照过程中，需要对辐射剂量进行实时监测，以便及时了解辐照进度，保证达到预期杀菌效果。在辐照过后，及时采集对剂量计数据，对辐照结果做出评价。此外，为确保辐照物品的安全性，操作人员需要抽取对被照物进行检测和鉴定，以保证在辐照过程中没有受到污染或变质。3.3 电子辐照灭菌装置小型化在一些实际应用中，对电子束辐照灭菌装置出现了的新需求，如突发公共卫生安全事件需要对标准防护服在现场消毒灭菌，或对不同地域工业或生活废水采用电子辐照灭菌装置进行氧化分解和消毒灭菌任务后，再快速部署至其他任务地区转场使用等。为了满足电子辐照灭菌装置在未来新的应用场景，研发小型化、轻型化、便于运输、快速部署的新型设备成为一个迫在眉睫的问题。“方舱式电子辐照灭菌装置”项目就是清华大学联合同方威视及同威信达等多家高校和公司，共同研制的一套小型化的电子辐照灭菌装置，屏蔽结构如图3所示。与传统辐照站相比，该电子辐照灭菌装置最大特点采用了方舱式自屏蔽加速器系统，主体结构全部安装于20尺集装箱内，重量较轻，小于36吨，满足公路运输要求。同时，电子束产生装置可提供3MeV/2kW大功率辐照连续工作的能力，实现了标准医用防护服140件/h消毒和灭菌，并且设备外侧环境剂量达到国家环保标准。“方舱式电子辐照灭菌装置”的研制成功，为电子束辐照灭菌装置小型化的研究和发展做出了积极探索。图3 方舱式自屏蔽加速器屏蔽示意4 结束语随着人们对卫生和健康意识的提升，辐照灭菌装置的应用前景非常广阔。目前，辐照灭菌装置不仅可以用于医疗卫生领域，还可以用于食品加工、饮料、化妆品、电子元器件、污水处理等各种领域的灭菌，涉及面非常广泛。目前，中国国家标准 医疗保健产品灭菌 辐射 在不断完善，未来辐照灭菌装置的行业标准会趋于统一，有利于生产商和顾客之间的交流和合作。随着全球对抗菌技术的需求增加，辐照灭菌装置需求也将逐渐增加。未来将会有更多的相关企业进入这个市场，推出更多创新的、高质量的辐照灭菌产品，促进整个行业的发展。我们相信电子辐照灭菌装置灭菌效率高、适用范围广、使用方便、价格合理，因此在未来的市场中将有很大的发展前景。参 考 文 献1王京君,李伯龙,孙其众等.医用一次性防护服材料辐照灭菌后效应研究J.同位素,2021,34(05):4274322孔学礼,周红娇,苏芹.无菌医疗器械采用辐照灭菌的过程确认探讨J.中国医疗器械信息,2020,26(15):1415+193崔磊,郭丽莉,尹玉吉等.医用一次性防护服辐照灭菌工艺研究J.同位素,2021,34(01):19第一作者简介：李维科，男，1984年6月生，汉族，山西大同人，硕士，工程师，研究方向：加速器结构设计，辐照加速器设计。（收稿日期：2023-08-16）DMM 228