NBS发酵罐维修模式的应用与探讨

王秋兰

在乙肝疫苗生产中发酵罐用于培养乙型肝炎表面抗原重组酿酒酵母细胞，是乙肝疫苗生产的重要设备。为适应市场需求，乙肝疫苗产量不断递增，生产批数不断增加，发酵批生产叠加进行，细胞收获周期从5 d减少到3 d，设备运转率大大提高，设备的维护需求明显增加。

乙肝疫苗批生产投入成本高，发酵、纯化和配制3个生产工艺，任何一个环节发生问题都会造成很大的经济损失。发酵生产1批失败，直接的经济损失是7万～8万。保持设备良好的运行状态是发酵生产成功的重要条件之一，设备维修起着重要作用，同时承担着重大压力。现实对设备维修管理和维修技能提出了更高的要求。

1 NBS的发酵罐概况

发酵生产使用的设备是20世纪90年代初引进美国NBS的发酵罐，至今已经运转18年。各种预防维护和维修工作的开展，保证了发酵罐设备的良好状态。

设备维修是排除设备故障、恢复设备功能和保障设备正常运转而进行的全部活动，是设备维护和管理的重要内容。围绕发酵罐设备正常运行，设备维修从未间断过，维修操作的时间内容和形式也随生产需求和设备性能状态不断变化。

2 NBS发酵罐特点

NBS发酵罐设备由带有夹层和保温层的罐体、管道框架、酸碱罐、电源柜、仪表控制柜几个部分组成。与培养基、细胞直接接触的罐体及管道材料采用316 L不锈钢，与外界连接的各口通过密封圈保持良好的密封性，避免一切外来微生物的污染。

发酵罐设备的控制系统采用ML4100控制器，通过开关控制、PID控制、级联控制、手动方式与自动方式切换、以时间为基准的事件控制、报警控制，实现灭菌及细胞培养过程中所需要的温度、压力、空气流量、搅拌、pH值、称重等参数的控制操作。

发酵罐设置为细胞生长代谢提供优化的环境，促进细胞生产繁殖，从而获得大量优质的代谢产物。

3 发酵罐设备状态分析

NBS发酵罐控制系统和执行系统元件多，设备工况相对复杂，影响设备正常运转的因素多。

(1)发酵罐的温度、压力、空气流量和搅拌速度各项参数通过各自过传感器、变送器传送给中心控制器ML4100。ML4100控制器把接收到的信息通过运算与使用设置值进行比较，然后发出信号，通过偏置继电器、驱动器、I/P转换器、电磁阀、气动阀和自动调节阀一系列的动作，实现系统控制。任何1个系统，任何1个部件出现缺陷，都会导致设备发生故障，影响发酵工艺继续进行。

(2)发酵罐设备使用多年，已从初期磨损故障期、正常磨损偶发故障期进入急剧磨损故障期。此时的磨损速度非常块，短时间内便可以使零件丧失应有的精度或强度。部件的老化磨损和疲劳将导致设备故障高发，因此需大量的维修和维护。

(3)发酵设备是NBS早年产品，由于产品更新换代，厂家已不生产也不提供控制系统相关配件，设备维修受到正常配件不足的限制。

(4)发酵是乙肝疫苗生产的前工艺，发酵生产设备24 h连续运转。随乙肝疫苗产品的不断增加，设备连续运转的特点更加突出，设备年运转时间增加而维修的时间则减少了。

上述分析表明∶设备已经进入故障多发期，在配件的不足的情况下保障设备连续运转，需对进口设备不断消化吸收，有效地在常态下做好设备维修与管理工作，提高设备使用寿命，并在故障发生时能够做到准确快速维修，是工程设备维修工程师必须解决的课题，通过应用各种维修模式，可以提高设备的维修效率，提高设备的利用率，节约运行成本。

4 维修模式的应用

顾煜炯[1]在“设备维修与管理的基本理论”中提到设备维修的3种基本模式即∶事故维修、预防维修、改善维修。在发酵罐维修管理过程中，这些维修模式得到了反复的应用，使发酵罐设备不断从故障和危机的阴影中走出，保证生产运行的需要。

4.1 事故性维修

事故维修既故障维修是最通常的维修模式，具有非计划性，主要特点是坏了修不坏则不修。发酵罐设备的大部分维修归属于此类维修。在维修操作前，需要分析诊断故障性质，确认在发酵生产过程中的维修操作不会对批生产造成影响、也不会发生染菌时，实行在线维修。如果在线维修对制品可能造成不良影响，需采取临时手动控制，延时到批生产结束后维修。如设备出现严重故障隐患，继续生产会产生严重后果，则终止生产进行抢修。维修事例列举。

4.1.1 在线维修

发酵罐培养过程中需不断取样检测pH值、溶氧和OD值等参数，取样前通纯蒸汽进行灭菌取样口。灭菌系统相对独立，检修不会对罐内培养物产生影响，采取在线检修保证取样前的灭菌操作。

4.1.2 延时维修

为降低生产成本损失等，待批次生产结束进行维修。例如，75 L发酵罐培养基灭菌操作，温度上升时间长，带来罐内液面上涨现象的处理。由于上涨液来自纯蒸汽冷凝水，对制品没有污染危险，故等到75 L转移完成，延时39 h后进行检修。又如，机械密封泄漏检修。为避免制品染菌，通过关闭排气阀维持罐内正压，等待生产工艺操作结束后进行维修。

4.1.3 停产抢修

设备故障隐患可能造成重大设备和生产事故，需停机维修。例如，在75 L培养物准备转移操作时，发现800 L搅拌电机声音异常，等待发酵工艺完成进行维修还需44 h，设备需带病运转近48 h，可能造成故障升级和罐内产物染菌，为此终止该批发酵生产及时抢修。检查更换了性能劣化的轴承、密封圈、齿轮箱油、调换了电机与齿轮箱连接器的方向，电机运转恢复正常，避免了可能因电机故障恶化而造成严重后果发生的危险。

4.1.4 机会维修

利用生产的间隙维修是常用的设备维修方式。发酵批生产3 d，75 L发酵罐和800 L发酵罐每批运行41 h和68 h，可开展设备维修的时间有限，经常需要与生产班组协调调整工艺操作时间，创造适合的维修时间。

4.2 预防性维修

预防维修目的是为了消除故障隐患，防范于未然。制药行业随着GMP管理的深入，提出了预防维修概念，按照文件要求定期更换设备相关部件，而做好设备预防维修的关键是通过技术维护实现预知维修和状态维修。

在75 L和(或)800 L维修管理工作中，对于预防维修概念的认识和提升，经历了从认识到 实践，从实践到认识的过程，随着对预防维修理论的理解，在75 L和(或)800 L的预防维修工作充实了新的内容。

4.2.1 定期维修

包括年度预防维修保养和周期性预防维修保养。年度维修保养，主要对设备进行功能性检查，调整校对系统参数。周期性维修保养按照预防维修保养文件规定的包括设备“O”型圈和滤器的更换，更换周期来自使用效果的时间统计。

4.2.2 预知维修

基于对设备故障发生趋势的分析判断，预知维修起到避免或减少设备故障发生率的作用，通过组织周密计划，提高维修效率，减少维修停机时间，减少对生产影响的可能性，具有前瞻性。在预防维修的操作中，维修技能储备和方法的储备是预防维修的关键。储备到位，可快速及时有效的排除设备故障。例如，75 L和(或)800 L管道结垢故障维修。发酵罐一段管道结构是水汽公用，灭菌时通工厂蒸汽，灭菌结束通饮用水。长期使用管内壁表面附着了大量水垢，阻碍工厂蒸汽通过，影响灭菌。这种故障与管道结构设计缺陷有关，如果水汽管道不共用或将饮用水改为纯化用水则能避免这种故障的发生。预防方法是加工储备备用管，以减少维修操作时间。

4.2.3 状态维修

状态维修是相对于事后维修和以时间为基础的预防维修，在设备出现了明显的劣化后实施的维修，而状态的劣化是由设备状态参数变化反映出来的。例如，发酵罐温度故障，显示屏温度数值抖动和漂移，反映出控制系统元器件性能劣化。检修更换了ML4100控制器电源板的电容后，温度控制恢复正常。

4.3 改善维修

改善维修特点是基于已经确定故障排除方法，通过维修计划的实施消除设备缺陷，改善设备运行功能，提高设备的可靠性及维修性，提高设备利用率。发酵罐的长期使用导致一些部件产生缺陷，造成设备运转不正常，采用改善维修模式，针对缺陷部件进行维修改造。例如，800 L发酵罐搅拌轴驱动装置张紧轮轴承座和轴承发生磨损变形，加大了运行阻力，声音异常。国内没有同样规格的滚柱轴承，为装配国产轴承，加工制造配套的轴承座和配套垫圈，组合安装后运转良好，改善了设备性能而且维修成本低。又如，发酵罐排放管道锈蚀泄漏，易脱落锈蚀颗粒，既影响洁净区环境，又有对产品产生污染的危险。通过把管道材质改为不锈钢管道，消除了锈蚀泄漏现象。管道表面要求平整光滑、无裂缝、接口严密、无颗粒脱落，避免积尘，便于有效清洁，降低产生污染、交叉污染的风险，必须满足制药行业GMP要求。

5 维修模式的新发展

提高设备安全和利用率在发酵设备的维修中至关重要，逐步形成了以设备可靠性和利用率为中心的维修，即把设备的可靠性和利用率放到第一位的维修模式。以主动维修为导向，系统地消灭故障根源，应用合理的方法和修复技术最大限度地延长设备寿命，把事后维修、预防维修和改善维修结合起来，根据生产对设备急需程度、设备功能状态、故障状态、故障位置、故障原因、故障后果评价、维修方式、维修配件、维修时间、维修成本进行综合评估，制定的维修策略。

在75 L和(或)800 L发酵罐维修管理中，针对控制系统故障隐患和维修预防，进行了认真的调研和探讨，制定了系统的维修方案并组织实施，收到很好效果。

6 设备维修管理的主要问题与展望

75 L和(或)800 L发酵罐设备的维修一直与设备运行同行，各种维修模式的应用，起到了维持设备设计功能和延长设备寿命的作用。但是许多客观因素，导致维修模式的应用与发展进展缓慢，设备维修管理仍然落后于发达国家，其所存在的问题如下∶①对设备维修管理重视不够，企业的经济效益指标主要是产值和利润，来自产品的生产和销售。而设备维修不能直接反应经济效益，没有科学手段考核维修产生的效果，也没有评估标准；②生产设备状态缺乏评估，设备维修保养效率和由此产生的经济效益没有考核内容和标准。设备维修管理出现真空和空白；③维修管理的人员配备不足，面对不断增长设备维修项目，难以深入开展维修管理工作；④紧张的生产和连续的设备运转，使得设备维修的时间和空间受到限制，不能充分计划和考虑维修方案，有时不能获得最好的维修效果。

尽管存在许多问题，但是维修管理仍然有广阔的发展前景。设备维修理论在系统论、控制论、信息论、可靠性理论、摩擦理论、行为科学、现代优化理论的基础上不断完善，并在设备维修管理中得到了应用，维修方案可以进入以定量为主的科学决策。可以预见，随着计算机管理的深入开展，设备管理必将进入动态管理和优化型综合管理的新阶段，使设备维修对安全、质量、环保、生产产生的综合影响，最终转化为提升企业的生产率。

7 结语

在发酵罐设备维护保养的过程中，维修模式的应用，提高了发酵罐设备的使用价值，延长使用寿命，使设备在多年使用后仍然保持高速正常运转，保证发酵生产的顺利进行，从而保证了乙肝疫苗年产量不断增长。

随着现代自动化技术的发展，维修人员在技能上要求更高，对于连续运转特点企业，维修在企业中的位置较制造业更为重要。因此，需要建立设备维修体制，把设备全过程管理起来包括设备的设计、选型、材质和性能，采购、安装、调试、验证和运行，使用年限和维修价值的评估，以便应用各种维修模式，有针对性的开展维护保养和维修改造，最大限度的保持和恢复设备功能，提高设备的可靠性和利用率，直至寿命终结。同时加强设备维修管理人员的队伍建设，提升设备故障的诊断技术与维修技能，在设备检修的过程中，能灵活应用各种维修模式，及时有效的排除设备故障，恢复设备的功能，保证设备在生产中的作用。

[1]顾煜炯.设备维修与管理的基本理论[M].北京∶中国电力出版社，2009.

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