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MRI基础操作知识-- 超导MR临时开冷头操作

MR技术博大精深。上一篇文章老王给大家介绍了MR次级水冷回路机组置换加水的操作。由于水冷本身采用去离子水的特性,以及水路循环正常运行过程中始终使用哪些水,因此随时间增长循环水本身一定会被污染,因此换水就是常规保养操作,值得好好研究。既然我们已经讲到水冷循环的一些操作知识,那么本篇文章我们在学习一个比较少见但是关键时刻却非常有用的操作—超导MR临时开冷头操作。

 提到冷头,老王之前已经多次进行了详细介绍,相信大家对冷头的工作原理都有了比较明确的认识。首先回顾一下冷头的基本知识,我们都知道一个完整的冷头制冷循环需要包含下图所示的设备:

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1.  初级水冷机组,提供给氦气压缩机提供水冷。

2.  氦气压缩机,接收由冷头来的高温低压氦气,经过离心式压缩机进行增压,同时通过热交换对氦气降温,供给冷头低温高压的氦气。

3.  冷头,利用4冲程膨胀吸热的热泵原理,将压缩机提供的低温高压氦气使磁体内的高温氦气(虽然是高温,但也是相对于液氦来说温度较高一点)降温变成液态。

4.  MEU,磁体状态控制模块,对于冷头循环来说作用是监控磁体内部压力情况,对于4K冷头来说,冷头可以把氦气液化,但是如果不加以控制随着磁体内部氦气越来越少内部压力必然随之减少最终成为负压。为了解决这个问题就需要进行压力动态控制,主要有两级控制:

a.在压力低于第一阈值(30mbar)的时候加热Bath heater对液氦加热从而动态保持压力稳定。

b.当磁体压力进一步下降到第二阈值(10mbar)时为了保证磁体内部正压状态停止压缩机工作强制提升磁体压力。

5.  SFB滤波板,连接磁体间和设备间电缆和信号线。

6.  LCC机柜,氦气压缩机位于LCC机柜内部,由LCC电控箱供电,并提供冷却水。

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    可以看到以上部件对于超导MR冷头系统正常运行来说缺一不可,正常情况MR设备安装完毕后各项分系统当然都是准备完毕的,因此冷头正常打开就好了。但是如果有特殊情况导致全系统不完整,还需要尽快打开冷头保证液氦不损失该怎么做呢?

实际上至少有以下几种情况会发生冷头系统不完整导致无法正常打开冷头:

1.  第三方水冷机组故障或无法运行。这种情况比较常见,毕竟第三方水冷机组一般来说能够确定无故障运行的时间是不如MR设备本身的。

2.  由于第三方设备水冷升级导致机组移机情况。这类问题一般分为室内机组移机,室外机组移机以及全系统移机,根据不同的操作停机时间不一样,从几天到几周不等,而移机过程中水冷机组肯定是不能工作的。

3.  货物运输的特殊情况。目前很多情况下进口MR设备的运输会采用分批运输的方式,机柜等大部分货物采用海运的方式运输,磁体部分由于液氦持续消耗对运输时间时效要求很高因此一般采用空运。由于两票货物分别运输,有可能会有磁体到场了但是机柜还没有到场的情况发生,此时一般需要采取措施而不会被动的消耗液氦。

4.  安装场地不具备条件。有一些特殊情况在场地没有准备好的条件下设备已经运抵医院,为了不持续消耗液氦会采取临时打开冷头的方式减少大家的液氦焦虑。

 

面对这些特殊情况,我们需要考虑怎样利用仅有的条件临时快速打开冷头停止液氦消耗。这里还是分成两种情况分别进行讲解。

第一种情况就是MR设备完整仅仅是初级水冷系统无法使用。

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    由于初级水冷系统停止工作,冷头工作所需要的制冷无法保障,那么我们要解决的问题仅仅是给LCC重新找到冷却水就可以了。这时可以利用设备间自来水循环。

之前老王在场地准备中讲过MR机房的设备需要需要提供上下水条件,其实在这里就有了非常明确的作用。通过持续打开自来水管将较低温的自来水进入LCC冷却循环,然后通过热交换后高温的水直接通过下水道排出,这样同样形成了一个冷却水循环。

一般来说初级水冷循环都已经准备了配水盘:

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    通过配水盘可以将水冷回路直接切换到自来水循环,这样可以很方便的满足要求,所需要的操作只是关闭主回路,打开应急回路的供水和回水。

但是这这里老王需要强调,利用自来水循环至少有三个值得注意的地方:

1.  开启自来水循环的前提条件是医院设备间的自来水压力正常,流量比较充沛。如果本身自来水水质不好或者压力流量也比较低,那么自来水提供的基础制冷量可能无法满足氦压机的最低要求。一般来说F-50压缩机的冷却要求是流量7L/min以上,考虑到自来水的温度一般会比较高(室温),所需流量还要再高一些。

2.  自来水循环只能供给临时打开冷头的操作,无法满足全系统正常运行的制冷量要求。原因很简单,我们初级水冷循环一般要求流量在80L/min左右,进水温度10℃左右,而自来水是无法达到这个要求的,如果强行运行全系统很可能会造成系统温度过高而报警,极端情况会导致压缩机过热冷头出现异响或损坏。因此一定注意自来水循环只是一个应急手段而已。

3.  使用自来水循环后需要全天24小时开启水龙头,每天需要消耗大量自来水,第一非常浪费(但比起液氦损耗来说便宜的多),第二也不符合目前国家节能减排的整体战略,需要认真研究考虑。

 

第二种临时开冷的情况是更加极端的机柜都没有的特殊场地,此时不要说初级水冷机组了,就是设备自身的LCC水冷机和SFB滤波板等都没有到位。

由于这种情况厂家一般来说都有所考虑,因此磁体单独的这一票空运货物都至少包含了以下部件:

1.磁体冷头本身

2.氦气压缩机

3.氦气管

4.基础MEU连接线

这种情况下设备基本上连接与第一种情况类似,只是有以下特别需要注意的地方:

1.  由于没有LCC机柜,因此氦气压缩机并没有电源,同时系统配电箱也没有到场,因此需要单独准备足够功率(参考压缩机标签上面备注的运行功率)的临时配电箱及电缆。

2.  同样由于没有LCC机柜,氦气压缩机也没有配套的水冷管路,因此一般由初级水冷机工程师配套提供直接能够连接压缩机的水管。

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3.  由于采用临时水管,一定需要注意水管是否匹配不能漏水,同时注意回水管路是否直接插入地漏,当瞬间打开水冷时插入回路的水管是有可能被冲出来的,这种情况下设备间必然水漫金山,严重的话会直接淹没磁体间屏蔽层,造成屏蔽失效(发生过类似案例,以后有机会详细介绍屏蔽效能的原理)。

4.  由于SFB滤波板没有到场,因此压缩机与磁体的线缆都是直接对接,这里就需要使用专用工具。

a.  MEU临时电源。由于没有SFB,因此需要临时给MEU供电。之所以需要供电前面讲了,MEU的一个重要作用是在磁体压力低于阈值的时候提供相应的操作保持磁体压力稳定。如果MEU没有供电,那么实际上第二级阈值是一个机械开关,不需要供电也会启动,但是这就意味着磁体压力下降到10mbar的时候压缩机和冷头都会停止工作,然后过了一会儿由于磁体压力升高压力高于10,mbar压缩机和冷头又重新启动,然后再停止,在启动。。。。如此往复会直接导致冷头和压缩机的受损,因此必须要尽快给MEU供电。

b.  冷头电源线对接接头。

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c.  MEU控制线对接接头。由于MEU供电后还会检测ERDU(失超开关)的状态,一旦系统检测到ERDU的线缆没有正常连接,MEU内的蜂鸣器会持续高频报警。因此需要采用临时开关通过内部短接的方法避免报警的出现。

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5.  由于是采用自来水循环临时循环,设备间还是有漏水的可能性,因此最好将配电箱和重要电器部分做好防水,比如垫高和塑料包裹。

6.  保证有人每天巡查磁体及冷头的工作情况。由于临时打开冷头的时间不定,多数情况工程师会撤场,因此需要准备现场有人每天巡检冷头运行情况,主要包括以下几个部分:

a.记录磁体压力

b.检测冷头工作状态,查看是否有异响

c.测量液氦液位

d.监控压缩机压力变化情况

e.监控自来水循环的工作,确保没有漏水的情况发生

MR技术博大精深,本篇文章老王给大家介绍了超导MR特殊情况下临时开冷头的操作方法,准备工具及注意事项。对于一台MR设备来说,在全寿命周期可能总会有水冷系统的维护或者更换新机的需求,另外新装机的特殊情况下确实无法满足理想条件下的水冷系统,因此掌握基本的临时开冷头操作就显得尤为重要,必要时刻可以帮大家节约非常可观的液氦损耗。

我们学习临时开冷头的方法实际上一方面是为了在特殊情况下给大家一个保底的候选方案,另一方面也是帮助大家理解超导MR磁体最小系统的组成部分以及开启所需要的基本条件,希望通过本篇文章的内容能够切实的帮助到有需要的同学。

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文章名称:《MRI基础操作知识-- 超导MR临时开冷头操作》
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