الحماية من الحرارة الزائدة والضغط الزائد في تصميم جهاز التعقيم

لماذا تعتبر أنظمة الحماية من الحرارة الزائدة والضغط الزائد مهمة في كل تصميم لجهاز التعقيم

تعمل أجهزة التعقيم على حافة الحدود الحرارية والميكانيكية لضمان قتل الميكروبات، مما يجعل التحكم في الحرارة الزائدة والضغط الزائد أكثر من مجرد "أشياء لطيفة يمكن الحصول عليها" - فهي ميزات أساسية للسلامة والأداء. عندما تتجاوز درجة الحرارة أو الضغط النقاط المحددة، فإنك تخاطر بتمزق الغرفة، واحتراق البخار، وتلف المنتج، وفشل الدورة، والانتهاكات التنظيمية. فيما يلي نظرة عملية تركز على الهندسة حول ما يجب تنفيذه ولماذا يغير النتائج.

المخاطر الأساسية: ماذا يحدث بدون الحماية المناسبة

الهروب الحراري وتدهور المواد

يؤدي التسخين غير المنضبط إلى الهروب الحراري - حيث تستمر السخانات في توصيل الطاقة بشكل أسرع مما يستطيع النظام تبديدها. يمكن أن يؤدي ذلك إلى احتراق مؤشرات التحميل الحيوي، أو تشوه الصواني أو العبوات، والإضرار بطول عمر الأداة. في أنظمة بلازما أكسيد الإيثيلين (EtO) وبيروكسيد الهيدروجين، تعمل درجة الحرارة الزائدة على تسريع تحلل الكاشف ويمكن أن تنتج منتجات ثانوية متفجرة.

رحلات الضغط والفشل الهيكلي

الضغط الزائد يجهد الوعاء بما يتجاوز كود التصميم الخاص به (ASME القسم الثامن لأوعية الضغط). تنفجر الأختام، وتنبثق حشوات الأبواب، ويمكن أن يفشل زجاج الرؤية. وحتى الأحداث شبه الكارثية تؤدي إلى حدوث مسارات تسرب وفقدان ضمان العقم، في حين أن حالات الفشل الكبرى تؤدي إلى خطر إصابة الأفراد بسبب البخار أو الغاز المنبعث.

• إبطال الدورة: يؤدي تجاوز الحدود المصادق عليها إلى إبطال مطالبة التعقيم.
• الأضرار الخفية: الشقوق الصغيرة في اللحامات أو التعب في مزالج الأبواب تقلل من العمر الافتراضي.
• التوقف التشغيلي: تأخيرات غير مخطط لها في أعمال الصيانة وإعادة التأهيل.

أساسيات التصميم: بنية الحماية ذات الطبقات

استشعار التكرار والتنسيب

استخدم ما لا يقل عن اثنين من أجهزة استشعار درجة الحرارة (PT100/RTD أو المزدوجات الحرارية) واثنين من محولات الضغط لتجنب فشل نقطة واحدة. ضع مجموعة واحدة بالقرب من منطقة التحميل وأخرى بالقرب من مدخل البخار أو منفذ الكاشف لالتقاط التدرجات. دمج مقياس ميكانيكي للتحقق من الصيانة.

• مسارات إشارة مستقلة وADCs لمنع أخطاء الوضع الشائع.
• الفحص الدوري: يقوم PLC بمقارنة أجهزة الاستشعار؛ إذا تجاوز الاختلاف التسامح، قم بتشغيل الحالة الآمنة.

منطق التحكم: القنوات العادية مقابل القنوات الآمنة

فصل التحكم الروتيني PID عن أقفال الأمان. يقوم التحكم العادي بضبط السخانات والصمامات لنقاط الضبط؛ يتم تجاوز قنوات الأمان فورًا عند انتهاك الحدود. قم بتنفيذ مرحلات سلكية للسخانات وصمامات الملف اللولبي التي تتعطل عند فقدان الطاقة أو الإشارات الزائدة عن الحد.

الضمانات الميكانيكية: الإغاثة والاحتواء

قم بتركيب صمام تخفيف الضغط المحمل بنابض بحجم مناسب لتوليد البخار أو الغاز في أسوأ الحالات، مع توجيه التفريغ إلى جهاز استقبال أو جهاز غسل المكثفات. قم بتضمين قرص متتابع كجهاز ثانوي آمن من الفشل. يجب أن تمنع أقفال الأبواب من الفتح فوق مستوى الضغط ودرجة الحرارة الآمنين.

نقاط الضبط الرئيسية والتشابكات التي تمنع وقوع الحوادث

العتبات النموذجية (الضبط لكل عملية تحقق)

تقوم الحدود الناعمة بإصدار إنذارات ومحاولة الاسترداد التلقائي؛ تفرض الحدود الصارمة إجراءات فورية للحالة الآمنة (إيقاف تشغيل المدفأة، وإغلاق/فتح الصمام، وتسلسلات التطهير) وقفل الدورة حتى يكتمل إجراء إعادة الضبط.

التنفيذ العملي: أجهزة الاستشعار والصمامات والمنطق التي ستحتاج إليها

استشعار درجة الحرارة والضغط

• RTDs (PT100، الفئة A) للحصول على دقة عالية؛ المزدوجات الحرارية حيث يلزم سرعة الاستجابة ونطاقات أعلى.
• محولات الضغط مع حماية overrange؛ حدد أنواع الحجاب الحاجز الصحي للبخار.
• المعايرة المنتظمة مع إمكانية التتبع للمعايير الوطنية؛ تشمل الكشف عن الانجراف في البرامج الثابتة.

التشغيل والإغاثة

• صمامات لولبية مقاومة للفشل (مغلقة عادة) لمداخل البخار/الغاز؛ صمامات تنفيس ذات حجم مناسب لتخفيض الضغط السريع.
• موصلات السخان مع مرحلات السلامة؛ تشمل القطع الحراري مباشرة على كتل السخان.
• صمام تنفيس مصنف حسب ASME بالإضافة إلى قرص انفجاري، ويتم توصيل أنابيب التفريغ إلى مكان آمن باستخدام مصائد المكثفات.

ممارسات نظام التحكم

• نظام PLC للسلامة ثنائي القناة أو لوحة تعشيق منفصلة للأجهزة مستقلة عن وحدة التحكم الرئيسية.
• مؤقتات المراقبة واكتشاف انقطاع التيار الكهربائي إلى الحالة الآمنة عند حدوث حالات شاذة في الطاقة.
• تسجيل الأحداث باستخدام الإنذارات ذات الطابع الزمني؛ تتطلب تجاوز المشرف لإعادة التشغيل بعد الرحلات الصعبة.

التحقق من الصحة والامتثال والصيانة

معايير تصميم المرساة

متطلبات حماية المرساة وفقًا للمعايير المعمول بها: رموز أوعية الضغط ASME، ISO 17665 للتعقيم الحراري الرطب، ISO 11135 لـ EtO، وEN 61010 لسلامة معدات المختبرات. وهي تحدد النطاقات المقبولة وطرق الاختبار وتوقعات التوثيق التي تقلل من مخاطر التدقيق.

الاختبار الروتيني والإثبات

قم بتضمين اختبارات قبول المصنع (FAT) واختبارات قبول الموقع (SAT) مع محاكاة سيناريوهات تجاوز الحد. تحقق من ضغط تكسير صمام التنفيس وأوقات استجابة التعشيق ورؤية الإنذار. الحفاظ على جداول المعايرة واستبدال أجهزة التنفيس لكل دورات الشركة المصنعة.

كتاب الصيانة الوقائية

• شهريًا: فحص المستشعر وفحص الحشية واختبارات وظيفة التصريف/التهوية.
• ربع سنوي: اختبار منضدة صمام التنفيس، والتحقق من قناة الأمان PLC، ومراجعة مجموعة الإنذارات.
• سنويًا: يتم التحقق الكامل من الصحة عند نقاط ضبط الحافة مع نتائج موثقة.

تصميم المقايضات والخيارات الذكية

موازنة الحساسية ورحلات الإزعاج

تعمل الحدود الصارمة على تقليل المخاطر ولكنها قد تسبب عمليات إيقاف تشغيل مزعجة. استخدم عتبات معدل التغيير (dT/dt، dP/dt) للقبض على الهروب الحقيقي مع السماح بتذبذبات طفيفة. استخدم التباطؤ في أجهزة الإنذار لتجنب "الرفرفة".

التكلفة مقابل الموثوقية

تعمل أجهزة الاستشعار المتكررة والأجهزة المتداخلة على زيادة تكاليف قائمة مكونات الصنف (BOM) ولكنها تقلل من نفقات الخدمة مدى الحياة ووقت التوقف عن العمل. بالنسبة لمعقمات الطاولة الصغيرة، قم بإعطاء الأولوية لقطع حراري مستقل واحد على الأقل وصمام تنفيس معتمد؛ بالنسبة للمستشفيات أو الوحدات الصناعية الكبيرة، قم بإضافة PLCs ثنائية القناة ومشعبات التطهير/التهوية الشاملة.

الوجبات السريعة: اجعل الحماية جزءًا من استراتيجية الأداء

أنظمة الحماية من الحرارة الزائدة والضغط الزائد ليست مجرد شبكات أمان؛ فهي تعمل على تثبيت الدورات، والحفاظ على المعدات، والدفاع عن ضمان العقم. من خلال الجمع بين أجهزة الاستشعار الزائدة، والتشابكات السلكية الصلبة، ومسارات التنفيس ذات الحجم الصحيح، والتحقق الصارم من الصحة، يمكن لكل معقم - البخار، أو EtO، أو البلازما - أن يقترب من نقاط الضبط المثالية دون مغازلة الفشل. تصميم الحماية في البنية منذ اليوم الأول، وتوثيقها بوضوح، والتحقق منها بشكل روتيني للحفاظ على أمان المستخدمين والأصول والنتائج.