多用途全自动电热低压蒸汽发生装置的研制

余巧生，张葆现，樊水平，米彦军，马 静，陈敏春

多用途全自动电热低压蒸汽发生装置的研制

余巧生，张葆现，樊水平，米彦军，马 静，陈敏春

目的：结合生产、生活中的蒸汽使用需求，研制一种多用途全自动电热低压蒸汽发生装置。方法：通过对蒸汽发生罐、水箱、双色水位计、电热管、温度控制器、压力控制器以及电路自动控制系统等装置进行技术设计，采用优质材料和元件，实现新型电热低压蒸汽发生装置的全自动控制与操作。结果：该蒸汽发生装置能够有效提供热源，且热效率高、故障率低、操作简便、安全耐用。结论：该多用途全自动低压蒸汽发生装置非常适用于医院、实验室、制药厂等蒸汽使用单位，可进行全自动控制且运行稳定可靠，值得推广使用。

多用途；全自动；电热；低压蒸汽发生装置

0 引言

目前，全自动电热水供应设备技术已经非常成熟，能够以安全、高效、简便实用的方式自动提供热水，但低压蒸汽却仍然依靠传统的低压锅炉提供，能量效率低，且不便于使用。在医院、实验室或热力供应不便的部门，消毒灭菌设备依靠电加热发生装置来提供热源的方式仍然广为采用。压力蒸汽灭菌器采用电加热水，在密闭条件下，产生饱和蒸汽[1]。在使用过程中，电热管损坏和水垢的产生是电加热装置经常发生故障的主要原因，而高温消毒灭菌器的运行、使用是否正常，直接关系到医院消毒灭菌的质量，进而也关系到手术科室的正常运转[2]。蒸汽发生装置为压力容器，使用和监管均较严格，操作不当、设计有缺陷等都可能发生安全事故，对质量差或存在质量缺陷的产品要及时互通信息，防范风险[3]。为克服现有技术上的缺陷、降低故障发生率，本文设计了一种热效率高、操作简便的全自动电热低压蒸汽发生装置，现介绍如下。

1 设计

1．1 结构设计

1.1.1 机身总体设计

如图1、2所示，新型全自动电热低压蒸汽发生装置为长方形底座上并列固装带底支腿和排污阀的立式电热低压蒸汽发生罐和向发生罐供水的水箱。水箱下部出水口联通水泵，水泵进一步通过配有单向阀的压力供水管联通发生罐的下部。发生罐下部配置有多组并列连接自控系统的电热管和温控器，中部配置有传感型双色水位计，顶部并列配置有安全阀、压力表、探针深入罐内水面下的电子式液位控制器和通过压力管和阀门向外提供低压蒸汽的汽水分离器及压力控制器。自控系统的输入端连接传感型双色水位计、压力控制器、温控器和电子式液位控制器及电源，输出端连接水泵和4组电热管。

1.1.2 蒸汽发生罐及附件设计

水泵为多级旋涡泵，其长方形底座由上支架和下支腿组成。发生罐底部通过从上支架下向外延伸出的排污管联通排污阀，发生罐外周配置有隔热保温层。

发生罐底部向下通过标准紧固件固连的法兰盘连接向上弯曲的排污管上端，排污管的末端通过标准紧固件固连的法兰盘连接排污阀。

水箱上部配置有浮球进水阀，进水阀通过进水管和截止阀联通软化水源，截止阀通过过滤器联通软化水源。

图1 新型全自动电热低压蒸汽发生装置的主视结构示意图

图2 新型全自动电热低压蒸汽发生装置的侧视结构示意图

发生罐为耐压圆柱形罐身，上下端固接耐压球缺帽和底，罐身中部前面配置传感型双色水位计，罐身下部左侧通过耐压管座和法兰盘配装电热管。横向配置的长方形底座在发生罐右侧配置水箱，水箱的下部出水口通过水泵和串接有单向阀的压力供水管联通罐身的下部右侧，发生罐上部后侧配置压力控制器。

发生罐底的3根支腿呈等腰三角形分布，其中顶角部的1根位于发生罐右侧，底角部的另2根位于发生罐前后侧，且下端联线与长方形底座的横轴垂直。耐压管座和法兰盘及电热管在罐身左侧下部前方，呈正四套方形分布。

传感型双色水位计上端通过弯头和截止阀及法兰盘与罐身中部前面通固，下端通过三通和法兰盘与罐身中部前面通固，三通向下通过截止阀向下连接排水嘴。

发生罐顶部左侧向上通过存水弯和汽水分离器连接向外提供压力蒸汽的截止阀，探针深入发生罐内水面下的电子式液位控制器配置在发生罐顶部右侧，发生罐顶部前侧通过回旋式存水弯向上连接压力表，顶部后侧向上连接安全阀。

1.2 电路控制

全自动电热低压蒸汽发生装置的电路原理图如图3所示。

图3 全自动电热低压蒸汽发生装置的电路原理图

各组电热管（RL1～4）分别通过各自配置的加热交流接触器（CJ1～4）连接入三相电源的三相空气断路器（QL0），串联电源指示灯（L1）的总电源开关（K1）通过两相空气断路器（QL1）接入两相电源。

总电源开关后连接有分别与电源指示灯并联的传感型双色水位计的高中水位控制模块（S1）、电子式液位控制器的低水位控制模块（S2）和极低水位控制模块（S3）。高中水位控制模块的高中水位控制开关（KS1）与加水按钮开关（KL）并联后串联与加水指示灯（L2）并联的控制加水泵继电器（J1），再与电源指示灯并联方式接入总电源开关后端。控制加水泵继电器的开关端与加水泵（M1）串联后再与电源指示灯并联方式接入总电源开关后端。低水位控制模块的低水位控制开关（KS2）与低水位报警指示灯（L4）串联后再与电源指示灯并联方式接入总电源开关后端。低水位控制模块的低水位控制开关还与极低水位控制模块的极低水位控制开关（KS3）、压力控制器的压力控制开关（KP）和温控器的温控开关（KTL）及多组并联的交流接触器串联后再与电源指示灯并联方式接入总电源开关后端。多组并联的交流接触器还并联有加热指示灯（L3）。

电热管为4组或者4组以上的多组，与它们分别配置的多个并列交流接触器中至少一个串接有手动选择开关（K2）。传感型双色水位计的高中水位控制模块配置有位于发生罐内中部的高中水位传感器，电子式液位控制器的低水位控制模块和极低水位控制模块分别配置有向下伸入发生罐内电热管上部附近的低水位控制探针和极低水位控制探针。

2 原理

电热低压蒸汽发生装置主要由供水系统、自控系统、筒体与加热系统及安全保护系统等组成。它的基本工作原理是：通过一套自动控制装置，确保运行过程中通过传感型双色水位计的高、中水位传感器的反馈信号控制水泵的开启、闭合，由压力控制器控制电热管的启动、关闭。通过液位控制器控制的低、极低水位电极探针的反馈信号控制电热管的缺水保护，由温控器控制电热管的超温保护。由压力控制器调定最高蒸汽压力，随着蒸汽的不断输出，筒体内水位不断下降，当水位低于中水位时，水泵自动补水；到达高水位时，水泵停止补水。与此同时，筒体内电热管继续加热，经顶部汽水分离器源源不断地产生蒸汽，顶端上部的指针式压力表即刻显示蒸汽压力数值，整个过程均可通过指示灯自动显示。

产热方式的原理是：电流通过多组外面包着绝缘不锈钢管的高电阻导线的电阻式加热元件产生热量来加热元件周围的水，蒸发产生低压饱和蒸汽。饱和蒸汽是进行有效灭菌的重要保障[4]。

3 设计特点

3.1 材料选择

不锈钢套电热丝采用优质进口材料，耐用程度比普通的铜管套电热丝好几倍。整体电路控制全部使用高质量进口电控元件控制主要心脏电热管总成，且所用控制部分皆可独立维修。低水位停电及水位控制装置采用日本欧姆龙电器公司61F-G液位控制器，可多重保护加热管。

3.2 功能设计

排污阀在蒸汽发生装置排污时排除筒体内的水。控制加水的水位探针故障时可以使用手动加水功能，该功能也可用于停机后清洗蒸汽发生装置。立式设计使锅炉在很短时间内迅速、高效达到所设定的工作温度和压力，即使在补水过程中，也不会出现明显的压力和温度波动。汽水分离效果好，独特的内置式汽水分离装置解决了一般同类产品蒸汽带水的难题，这也是区别国内其他同类产品最显著的特点。

3.3 水位控制

“0”水位在1/2观察孔处，高水位在“0”水位+60 mm处，中水位在“0”水位+40 mm处，低水位在“0”水位-30 mm处，极低水位在“0”水位-60 mm处。

电器控制系统通过探测水位信号来控制水泵的运行，保证蒸汽发生装置内水位在正常水位20 mm范围内，即当蒸汽发生装置液面处于“0”水位+60 mm高水位位置时停止给水，随着蒸汽的不断蒸发排放，蒸汽发生装置内液面随之降低；当降至“0”水位+40 mm中水位位置时，给水泵启动运行，使水位一直升至“0”水位+60 mm才停止。就这样周而复始地维持水位在“0”水位+40～+60 mm范围内，保持其正常运行。

缺水保护装置控制灵敏度，当在“0”水位控制和运行系统失灵时，以致水位失控至“0”水位下-30 mm低水位位置时，第一级缺水控制马上动作，发出缺水信号，加热停止。当第一级保护失灵时，水位再下降至“0”水位下-60 mm极低水位位置时，第二级缺水保护系统会发出相应指令，自动控制显示缺水报警和停止电热管的运行。待切断总电源直到故障排除，水位恢复正常，方能正常使用。

当给水功能选择开关用手按住手动加水按钮时，电路自动控制加水泵运转，直至手动开关离开“手动”位置或关断电源才停止。当松开手动加水按钮时，则给水泵完全由自动控制系统控制。

3.4 压力控制

压力自动控制系统是根据压力控制器提供的开关信号来控制电热管的运行以达到控制压力的目的。在蒸汽发生装置出厂时压力控制器已被调至0.5～0.6 MPa。当压力低于0.5 MPa时，电热管通电运行；当压力高于0.6 MPa时，电热管电源关闭；随着蒸汽不断排放，当压力降至0.5 MPa时，电热管又被自动重新启动运行，使压力维持在正常范围内。

3.5 电源

设备的电源分为控制电源和动力电源2种。控制电源为单相交流220 V/50 Hz/700 W，动力电源为三相交流380 V/50 Hz。根据产汽量需要，可采用不同的多组电热管连接方式来灵活选择和设置电加热管的电源功率以提高产汽量。

4 使用操作

如果蒸汽发生装置在无水或低于“0”水位+40 mm的情况下被启动时，自动控制系统会首先指令给水泵向蒸汽发生装置内给水，直至液面升至正常水位+60 mm为止；当水位处于“0”水位-30 mm缺水水位以下时，蒸汽发生装置因无水或水位未超过缺水水位，自动控制系统在启动给水泵时会发出缺水报警，这种情况属正常现象，表示自动控制系统正常启动；而当水位升至“0”水位-30 mm缺水水位以上时，电热管开始在程序控制下按规定的程序启动和加热，加热指示灯亮；当水位升至“0”水位+60 mm时，加水指示灯熄灭。

启动蒸汽发生装置，如果此时水位不高，则蒸汽发生器内的水位随着水温的升高而上升，当升到接近超高水位时，可开启排污阀，使水位降到“0”水位+60 mm处。

当蒸汽发生器内汽压接近工作压力时，可准备向外供汽。先将主汽阀微微开启一点让少量蒸汽进行暖管，同时让管路上的疏水阀放出冷凝水，然后将主汽阀缓缓打开向外供汽。打开后将手轮回转半圈，以免热膨胀后阀杆咬出不能转动。将电源开关旋钮转至关闭位置，则蒸汽发生装置停止运行。

蒸汽发生装置如果在使用过程中出现故障应当立即停止使用，待查找出故障原因并排除后才能重新投入运行。

安装使用时需要注意设备电源接线必须可靠、紧固，接地线牢靠，设备管路连接不能有泄露。压力表、安全阀需定期送使用单位当地技术监督部门校验。蒸汽管路需增加保温措施，防止烫伤。

5 应用效果

5.1 供水系统自动化程度高

供水系统是电加热蒸汽发生装置控制系统的咽喉，需源源不断地供给用户干燥蒸汽。当水源经浮球阀进入水箱后，达到水箱设定水位后浮球阀关闭，水箱停止进水。当水箱水位低于设定水位后，浮球阀打开，软化水经浮球阀进入水箱。打开电源开关，经自控信号的驱动，水泵工作，通过单向阀注入筒体。

供水系统中最主要的部件是水泵，采用较高压力和较大流量的多级旋涡泵。

5.2 液位控制直观、灵敏

液位控制器是自控系统的中枢神经，此装置采用技术领先的锅炉用传感型双色水位计。传感型水位计把水位显示和水位传感系统合二为一，实现水位现场显示、水位运转报警及自动控制，保证仪表传感系统与蒸汽发生装置连接的安全可靠性，确保蒸汽发生装置安全运行。电子式液位控制器通过水位计高低不一的电极探棒控制液面即水位的高低差，从而控制水泵的供水量和筒体电热系统的缺水保护，保证工作稳定。

5.3 筒体及附件安全、耐用

筒体均采用压力容器，用钢板或无缝钢管制成，呈直立式。电加热系统采用的电热管由一根或多根不锈钢电热管弯曲组合而成，其额定电压为交流380V，其多组的方式使其表面负荷在20 W/cm2左右，大大地减小了热负荷堆积，从而明显延长电热管的使用寿命。在日常使用中，因电热管损坏造成的故障是影响高压蒸汽灭菌柜开机率和使用率的最重要因素，这种独特的多组设计方式有效解决了电热管易损坏的现象。此外，蒸汽发生器正常工作时有较高的压力和温度，其安全保护系统可使蒸汽发生装置在长期运行中安全、可靠、高效。筒体配有安全阀、压力表等安全附件，并设置单向阀、截止阀、排污阀等实施三级保护。同时，本装置采用的锅炉专用传感型水位计增加了使用的安全性，其内置式汽水分离装置也解决了一般同类产品蒸汽带水的难题。

5.4 模块化控制集成度高，故障率低

此蒸汽发生器的压力、水位、温度等控制系统多采用模块化设计，集成度较高，减少了电器元件的使用，并缩小了体积空间，而且相比独立元件，模块组件不易损坏，故障率低，维修更换也极为方便。

5.5 一体式结构设计，机动灵活

固定式压力容器机身、电路控制、压力控制、温度控制装置等采用一体化设计，结构紧凑，安装使用时只需接入电源、进排水和蒸汽接口连接即可，移动、安装方便，在战时野战医院或特殊情况下需紧急提供蒸汽汽源时，可充分发挥其机动性特点，因此可用于方舱医院设备的模块化设计。

6 结语

高压蒸汽灭菌法利用高温使微生物的蛋白质及酶发生凝固或变性而死亡，是目前应用最广泛而有效的灭菌方法[5]。为适应现代医院的医疗发展需要，建设一个现代化消毒供应中心已经显得非常迫切[6-7]，而消毒供应中心工作头绪多，设备构成复杂[8]，只有保证医疗灭菌器的开机率和使用率，才能最大限度地发挥灭菌器的作用[9]。采用上述技术方案的设计，新型全自动电热低压蒸汽发生装置体积小、无污染、结构合理，而且热效率高、工作安全可靠、使用方便[9]，并具有自动加水、自动产生蒸汽压力、自动缺水保护、自动超压保护等功能，可广泛用于各种行业，如医院、制药厂、实验室、制衣厂、纺织蒸汽房等的生产、生活供汽，特别适用于无蒸汽源的单位、行业和地区，也是替代燃煤、燃油锅炉供汽的理想产品。在战时、卫勤处突或社会化应急事件大规模救治需要提供蒸汽热源消毒灭菌时，其一体化机身便于装载、运输、安装和使用。医疗器械临床试验作为医疗器械研发的一个重要组成环节，对提高医疗器械临床应用的研发水平、保证上市医疗器械的安全有效性具有非常重要的意义[10]，尤其是设备的使用完好率将直接影响灭菌物品的环节质量控制[11]，因此消毒供应中心的所有消毒设备以及消毒方法都必须符合国家基本要求。经过临床试验和实际使用，此方案设计的全自动低压蒸汽发生装置相比国内其他同类产品，运行稳定可靠、安全性高、故障率低，能够有效提供热源，值得推广使用。

[1]张珉，张俊钰.基于51单片机的压力蒸汽灭菌器控制器的研制[J].医疗卫生装备，2013，34（5）：3-5，40.

[2]余巧生，胡梅芬.樱花NSS-O系列高温灭菌器常见故障排除与维护[J].中国医疗设备，2009，24（12）：112，47.

（▶▶▶▶）（◀◀◀◀）

[3]余巧生，樊水平，方礼明.军队医院大型医疗设备管理的现实性问题探讨[J].医疗卫生装备，2011，32（3）：114-115.

[4]张克.预真空压力蒸汽灭菌器的温度验证[J].医疗卫生装备，2013，34（7）：111-112.

[5]韩艳华.ZFQ-T型电热蒸汽发生器维修两例[J].中国医疗设备，2012，27（10）：151-152.

[6]胡碧霞，钟杏梅.建设现代化医院消毒供应中心[J].中国消毒学杂志，2010，30（2）：227-229.

[7]魏静蓉，王义辉，唐伟，等.消毒供应中心建设中存在的缺陷与对策[J].中华医院感染学杂志，2010（6）：841-844.

[8]朱显武.洁定HS6617高温高压灭菌器故障维修与保养[J].北京生物医学工程，2009，28（2）：223-224.

[9]张珉，张俊钰，王芳，等.恒温微波灭菌器设计及在中药制剂生产中的应用[J].医疗卫生装备，2014，35（9）：5-8.

[10]张屹俊，施裕新.国内医疗器械临床试验现状分析及对策探讨[J].医疗卫生装备，2013，34（9）：93-95.

[11]李希兰，周刚.消毒供应中心清洗、消毒灭菌设备对环节质量控制的重要性[J].医疗卫生装备，2014，35（2）：99-100.

（收稿：2015-06-12 修回：2015-09-14）

Development of multipurpose electric heating low pressure steam generating device

YU Qiao-sheng1,ZHANG Bao-xian1,FAN Shui-ping1,MI Yan-jun1,MA Jing1,CHEN Min-chun2
（1.Department of Medical Engineering,Beijing Corps Second Hospital of PAP,Beijing 100037,China; 2.Wuhan Jianghan Medical Co.,Ltd.,Wuhan 430040,China）

Objective To develop a multipurpose electric heating low pressure steam generating device.Methods The device was composed of a steam generating tank,a water tank,a two-color water level gauze,an electric heater,a tempera ture controller,a pressure controller,a circuit auto-control system and etc.Results The device had high efficiency,low failure rate and high safety.Conclusion The device can be controlled and operated fully automatically,and is worthy pop ularizing in hospital,lab,pharmaceutical plant and etc.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（12）：31-34，57]

multipurpose;fully automatic;electric heating;low pressure steam generating device

R318.6；R197.39

A

1003-8868（2015）12-0031-05

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.12.031

专 利：国家实用新型专利（ZL 201520198087.8）

余巧生（1973—），男，主任，主管技师，主要从事医疗设备管理、维修及研发工作，E-mail：627672 707@qq.com。

100037北京，武警北京市总队第二医院医学工程科（余巧生，张葆现，樊水平，米彦军，马 静）；430040武汉，武汉市江汉医疗制药设备有限公司（陈敏春）