文/李万宏

主要依据医用同步加速器恒温水系统调试过程中的数据分析及现场设备管理经验，充分利用监控软件中记录的数据，对系统出现的温度异常进行分类的分析和故障原因的界定，并总结这些分析和处理的方法，作为后期进行故障处理的参考。

【关键词】同步加速器 恒温水系统 温度异常 

医用同步加速器是应用磁场能量变化实现质子或重离子加速的肿瘤治疗装置。粒子注入后，根据肿瘤治疗的剂量进行多圈选择加速，最大加速能量可以达到 430Mev 以上。因肿瘤病人的肿瘤形状及深度不同，所需的粒子能量也不同，这使同步加速器内部磁场强度不断变化，加速器发热量随之产生不规则变化。为使系统稳定运行，需用循环冷却水进行加速器内部磁铁冷却。保证加速器的进水温度控制在27±1�的范围内。如果超出该值，则视为温度异常。

1 恒温水系统结构简介

医用同步加速器恒温水系统需应对加速器4000KW 左右负载的不规则变化，所以，在设计阶段已综合考虑各种负载状态，将系统设计成 3 层循环结构。一次循环为流过加速器的内循环，二次循环使用冷却塔的自然冷却能力，提供在加速器待机和低负载状态的冷量，三次循环采用大型冷冻机组，提供在大负载状态下的系统冷量，三层循环结构之间采用板式换热器实现热交换。使用高精度电动执行机构调整各层间循环水对流流量实现温度精确控制。因本文主要探讨的内容为温度异常分析与处理方法，故此处不再详细介绍系统构成。

2 温度异常的原因界定方法

因医用同步加速器恒温水系统的结构复杂，可能造成超温的原因较多，以下将这些原因分为软件、硬件、操作或维护不当三个方面进行说明。

2.1 软件问题的分析及界定方法

医用加速器恒温水系统的软件采用集成的开发平台进行二次开发，使用的软件如霍尼韦尔的 Hybrid Control Designer 通用开发平台是比较成熟的工业控制软件，只要获取正版授权并注册，后期一般不存在问题，所以，软件问题主要在于控制程序的不完善，这类问题主要集中在调试期间或系统运行的前期。加速器运行时的射线强度由物理剂量师根据病人肿瘤情况制定，而加速器磁铁的发热量由射线强度决定，恒温水系统的运行状态由磁铁的发热量决定。然而，病人不同其剂量不同，而且，当前的肿瘤笔形束分层扫描技术使得在治疗一例肿瘤患者时也需要采用不断变化的剂量，所以，在病人治疗时加速器磁铁的发热量呈现无规律可循的变化。软件开发工程师在调试期间，需要摸索这些变化规律，综合运用PID控制、串级控制、模糊控制等先进控制方法进行软件程序的编写和调试。

如何进行软件问题的界定呢？在分析时，首先需要调取运行过程中的数据曲线，包括内循环水温度控制曲线、负载变化曲线、执行机构开度命令曲线等。将这些数据曲线整合，分析执行机构的开度命令是否能够对负载的变化做出快速响应。如果在负载上升时，执行机构无开度命令或开度命令滞后，则可以界定为控制程序问题。如果出现控制程序问题，需要集中软件开发团队进行数据分析和讨论，并制定程序修改方案。

2.2 硬件问题的分析和界定方法

因硬件问题造成的系统故障较多，以下主要针对几个主要硬件的故障进行分析和界定。2.2.1 高精度电动执行机构故障温度控制的主要手段是采用高精度电动执行机构调整各层间循环水对流流量，当高精度电动执行机构故障时，系统将直接丧失控制能力。在故障分析时，调取对应执行机构的开度命令与反馈曲线，如果开度命令和反馈出现明显的不同步，即可界定为执行机构故障。需按照相应的故障代码进行故障处理或进行机构的拆卸维修保养以达到命令与反馈的同步。

2.2.2 二次水硬件故障导致温度失控

二次水系统的温度需要保持在相对稳定的范围内，当出现冷却塔或二次水旁通执行机构故障时，会出现明显的二次水温度波动。界定方法是调取二次水温度控制曲线，一般该曲线需要稳定在 24±1�范围内，如果越出了范围，则可以界定为二次水问题。当然，在进行问题处理时，需要检查二次水系统的水泵、执行机构、冷却塔的运行状态，根据具体的情况制定处理方案。

2.2.3 冷冻机组故障导致大负载响应失效

三次循环系统提供在大负载状态下的冷量，当大型冷冻机组故障时，大负载状态时将失去控制效果。界定方法时调取冷冻水温度控制曲线，如果其控制曲线偏离了13±1�范围，则将从冷冻机组入手，进行故障的分析和处理。 

 2.3 操作或维护不当的分析及界定方法  操作人员进行的日常设备操作及维护保养不当，可能引起系统超温，以下分析几项典型的例子。

2.3.1 水处理不当造成换热器内部结垢

如果水处理不当，可能造成换热器内部结垢，影响换热能力，导致超温。界定方法是记录换热器两端的压力差，如果压力差出现明显的增加，可界定为热器内部结垢。处理该问题时，除了进行换热器清洗外，需要进行水质的取样分析，如果水质出现异常，通过增加化学药剂的用量来改变水质，严重时需要采取更换循环水的方法。

2.3.2 设备缺少必要的维护导致运行效能降低

设备需要进行必要的保养，如滤网的清洗、滤芯更换等。如果未能及时保养，很有可能造成流量控制不佳引起超温。所以，需要制定保养计划，并按照计划执行，同时，根据维护经验的积累，逐步完善保养计划。

2.3.3 误操作造成控制失效

  操作人员在操作过程中，可能存在误操作的情况。如进行执行机构的操作后未将其切换到远程控制模式导致温度控制失效，这类问题需要从人员操作培训着手，通过提升人员素质来改善。

3 总结

以上从软件、硬件、操作和维护几个方面分析了可能造成医用同步加速器恒温水系统超温的原因，基本界定了故障处理的大方向。因医用同步加速器恒温水系统结构较复杂，可能引起温度异常的原因还很多，需要我们在后期的系统运行管理中不断摸索和总结，最终达到系统最佳的运行状态。

参考文献

[1] 顾本广.医用加速器.科学出版社.2003.

[2] 刘新国等.IMP重离子治癌中的剂量计算方法 . 原子核物理评论 .2009,(1):69-70.

作者单位

上海市质子重离子医院　上海　201321