联影uMR560超导MRI冷却系统的故障维修及日常维护保养

刘海博，柳随义，张煜，吕琪

解放军第九四四医院医学工程科 (甘肃酒泉 735000)

MRI设备是一种高精尖的设备，可利用生物体内磁性核(氢核)在强磁场中所表现出的磁共振特性进行成像。超导MRI设备中的磁体线圈需要在超导态下运行，为维持良好的运行状态，必须有一个持续、稳定的冷却系统使磁体线圈获得所需的低温环境。冷却系统异常可导致氦压缩机蓄积的热量无法排出而停机，甚至导致超导线圈温度过高而引起液氦快速汽化蒸发，出现失超现象[1]。本研究旨在探讨联影uMR560超导MRI冷却系统的故障维修及日常维护保养策略。

1 冷却系统的工作原理

目前，超导MRI设备的磁体冷却系统一般采用三级联冷设计，即水冷机组提供一定温度的冷水使氦压缩机的高压氦气得以冷却；氦压缩机作为冷源，通过膨胀氦气使冷头温度骤降；冷头的低温在冷屏上传播使磁体达到预期的冷却效果[2-3]。冷头是制冷部件，主要将低温高压氦气传输到磁共振的两级冷屏，为低温容器中的液氦降温，保持液氦中超导线圈的低温环境，以隔绝结构导热、降低液氦消耗。氦压缩机主要为冷头提供低温高压氦气，在工作时，由冷头循环来的高温氦气，经过压缩提升压力，在热交换器中与压缩机油交换热量，使温度迅速下降，转变为低温高压氦气，经油水分离器滤油，再经吸附器进一步过滤，而后气体被送至冷头发挥制冷作用。水冷机组类似于一个空调系统，经过热交换给氦压缩机提供冷却水，由氦压缩机产生的热量最终由循环水带走。通过水冷机组、氦压缩机和冷头的循环工作，即可以持续地为磁体线圈提供冷量，并减少液氦的蒸发。

2 冷却系统的维修案例

2.1 故障一

2.1.1故障现象

水冷机组不制冷，高压报警。

2.1.2故障分析与处理

经现场检查，维修人员发现水冷机组2号系统板式换热器(起蒸发器的作用)泄漏，导致系统进水，出现高压报警。由于该故障发生时间在设备安装不久后，不存在板式换热器腐蚀、脏堵及自身质量等问题，又考虑板式换热器的流通截面很窄，一旦结冰很容易胀裂，故分析板式换热器泄漏是结冰胀裂所致。板式换热器在作为蒸发器使用时，板上的四孔分别为水侧和制冷剂侧冷热两种流体的进出口，在流动过程中通过板壁进行热交换。常见的板式换热器结冰原因是水侧水流量过低、进出口水温过低、水垢堵塞、制冷剂侧蒸发压力过低及制冷剂流量不足等。水冷机组内装有水温加热装置，且水中加有防冻液，无水垢堵塞情况，排除水侧结冰的可能。制冷剂侧引起的板式换热器结冰主要是由于蒸发压力过低，制冷剂流量不足，排除氟利昂不足的可能性后，判定该故障是由于膨胀阀开启度过小所致[4]，在更换压缩机、板式热交换器、膨胀阀及干燥过滤器后，故障排除。

2.1.3小结

膨胀阀是空调制冷系统中的四大部件之一，负责将制冷剂从冷凝压力降至蒸发压力，并按比例控制制冷剂的流量[5]。当膨胀阀开启度过大时，会造成制冷剂偏多，无法在蒸发器中完全蒸发，同气态制冷剂进入压缩机造成液击现象，损坏压缩机；当膨胀阀开启度过小时，会造成制冷剂偏少，导致蒸发器内部结冰、制冷效果变差，还会损坏压缩机。因此，在水冷机组工作前，必须耐心反复调节膨胀阀，使其工作在最佳匹配点[6]。

2.2 故障二

2.2.1故障现象

水冷机外机过热，主、副机频繁切换，发生高温报警，导致外机停机。

2.2.2故障分析与处理

经检查，维修人员发现一次水(指第1次冷水降温的水)流量、供水及回水温度均无异常，继续观察一次水冷机外机周围环境时发现，外机位于房内墙角，房顶距外机上方约0.95 m，通风条件较差；由于夏季室外温度过高，导致机房内温度散发不畅，引起外机高温保护而停机，经过对机房进行整修，拆除水泥顶棚，盖网格棚，且高度距外机调整为2.5 m，机房内通风效果变好，温度降低，故障排除。

2.2.3小结

一次水冷机外机周围环境设计时应考虑防尘、防雨、避光、通风等情况，一般应避免安装在阳光直射的地方，同时为保证良好的通风、散热效果，机柜与墙体间至少保持20 cm的距离，外机距房顶至少保持2 m的距离，以便于安装、维护及维修。

3 冷却系统的日常维护保养

冷却系统在超导MRI设备正常运行中起着至关重要的作用，准确的参数设置和定期维护保养可保证设备的正常使用，达到提高使用效率、节约使用成本、减少故障次数、避免医疗事故发生的目的。为避免冷却系统发生故障，设备使用人员应注意以下问题。(1)定期观察液氦容量：设备在正常运行时液氦容量应大于60%，最低极限值为50%，若液氦量过低，则会导致磁体失超或其他事故；在正常情况下，每季度消耗液氦0.2%左右，若发现液氦挥发加剧，应及时查找水冷机组、氦压缩机和冷头是否异常[7]。(2)及时补充氦压缩机中的液氦：氦压缩机中的氦气压力静压为1.60～1.65 MPa，动压为1.90～2.20 MPa，若压力值偏低，则应及时补充氦气，否则会影响制冷效果；在补充氦气前，应检查氦压缩机管道是否连接紧密及有无细微漏氦现象。(3)定期检查冷却水的循环情况：水循环系统运行时间过长会受水质、腐蚀等因素影响而产生杂质，使水流不畅，影响热交换效率，故应定期检查冷却水的循环情况。(4)周期性更换冷头：冷头更换周期一般为3年左右，由于冷头中的活塞、旋转阀均是运动部件，且冷头带有磁性，若长时间工作在强磁场下，势必会造成机械结构的磨损，引起气密不严、制冷效果下降等问题；尤其是冷头工作超过3年时应密切关注，若发现制冷效果下降，则应及时更换冷头，避免事故的发生[8-9]。(5)保证冷却系统的运行环境：冷却系统需在电压、温度、湿度相对稳定，通风、避光、防雨效果良好的机房环境中工作；同时，需注意运行环境的卫生，定期清理灰尘，避免周围堆放杂物。

总之，为减少联影uMR560超导MRI冷却系统的故障次数，相关人员应做好设备的日常维护保养工作，定期检查、清理，保证设备的正常运行。