发酵罐压力异常故障树分析：8种常见问题及工程排查方法

 一个典型压力异常案例：为什么压力升高不一定是压力系统的问题？

在实验室发酵过程中，压力异常经常被认为是简单的设备故障。

例如：

某5L玻璃发酵罐进行微生物培养实验：

• 工作体积：3L
• 通气量：1 vvm
• 搅拌速度：600 rpm
• 初始罐压：约0.03 MPa

运行约16小时后进入菌体快速生长期，出现：

• 罐压逐渐升高，由0.03 MPa升至0.07 MPa；
• DO由40%左右下降至25%；
• 泡沫明显增加；
• 尾气排放声音减弱。

初步判断：

可能是：

• 通气不足；
• DO控制异常；
• 压力传感器故障。

但现场检查发现：

压力传感器显示正常。

进一步检查：

发现尾气过滤器内部存在冷凝液积聚，导致尾气排放阻力增加。

最终形成：

	
	

		
		

			
			

				
				

					
					

						
						

							
							

								
								

									
									

										
										

											
											

												
												

													
尾气阻力增加
↓
罐内气体排出受限
↓
压力升高
↓
氧传递状态变化
↓
DO下降
↓
搅拌提高
↓
泡沫增加
												
											
										
									
								
							
						
					
				
				

					

					
				
			
		
	

这个案例说明：发酵罐压力异常通常不是单个压力元件的问题，而是气路、尾气、控制和工艺状态共同作用的结果。

1.10.2 压力异常故障树分析

工程排查时，首先需要区分：

第一类：真实压力异常

设备内部压力确实发生变化。

主要原因：

• 排气受阻；
• 进气异常；
• 背压控制异常；
• 泡沫影响。

第二类：压力检测异常

设备压力正常。

但是：

显示值错误。

主要原因：

• 压力传感器漂移；
• 校准错误；
• 信号异常。

完整判断逻辑：

	
	

		
		

			
			

				
				

					
					

						
						

							
							

								
								

									
									

										
										

											
											

												
												

													
压力异常报警
                    |
          ---------------------
          |                   |
      实际压力异常        检测异常
          |                   |
    -------------        -------------
    |     |     |        |           |
 尾气  背压  泡沫    传感器     信号
 堵塞  异常  影响    漂移      异常
												
											
										
									
								
							
						
					
				
				

					

					
				
			
		
	

工程经验：现场排查时，不建议第一时间更换压力传感器。很多压力报警最终原因来自尾气系统阻力增加，而不是检测元件故障。

1.10.3 八种常见压力异常问题及排查方法

1.10.4 问题一：尾气过滤器堵塞导致压力升高

典型表现

通常表现为：

• 压力缓慢增加；
• DO逐渐下降；
• 泡沫增加；
• 尾气声音减弱。

工程原因

尾气过滤器长期运行后：

冷凝液积聚

水汽：

↓

冷凝

↓

过滤膜湿润

↓

气体阻力增加。

泡沫污染

培养液泡沫进入尾气：

↓

堵塞过滤结构

↓

排气能力下降。

工程判断

实际项目中：

尾气过滤器堵塞是压力升高最常见原因之一。

特别是在：

• 长周期培养；
• 高通气；
• 高泡沫体系；

中更容易发生。

1.10.5 问题二：背压阀异常导致压力波动

典型表现

• 压力上下震荡；
• 背压阀频繁动作；
• DO同步波动。

工程原因

背压阀控制的是：

尾气排放阻力。

如果：

响应速度慢；

或者：

控制参数过于敏感；

会导致：

压力不断调整。

排查重点

检查：

• 阀门动作是否连续；
• 实际压力曲线；
• PLC控制参数。

1.10.6 问题三：泡沫进入尾气系统造成压力异常

这是发酵过程中容易被忽略的问题。

特别是在：

• 蛋白表达；
• 高密度培养；
• 高通气培养；

过程中。

形成过程

	
	

		
		

			
			

				
				

					
					

						
						

							
							

								
								

									
									

										
										

											
											

												
												

													
泡沫增加
↓
进入尾气管
↓
降低排气能力
↓
压力升高
↓
气泡释放减慢
↓
泡沫进一步增加
												
											
										
									
								
							
						
					
				
				

					

					
				
			
		
	

形成恶性循环。

工程经验

泡沫控制不能只依靠消泡剂。

设备设计中通常需要综合考虑：

• 泡沫检测；
• 自动消泡；
• 尾气结构；
• 罐顶空间。

1.10.7 问题四：压力传感器漂移

典型表现

设备：

运行正常。

但是：

显示压力异常。

排查方法

工程上通常采用：

第一步：

机械压力表比对。

第二步：

检查传感器接口。

第三步：

重新校准。

不要直接判断：

“压力传感器坏了”。

1.10.8 问题五：气源压力波动

影响链：

	
	

		
		

			
			

				
				

					
					

						
						

							
							

								
								

									
									

										
										

											
											

												
												

													
空气压力变化
↓
通气量变化
↓
氧供应变化
↓
DO变化
↓
控制系统调整
												
											
										
									
								
							
						
					
				
				

					

					
				
			
		
	

因此：

压力问题有时来自：空气系统。

1.10.9 问题六：管路泄漏导致压力下降

常见位置

包括：

• 电极接口；
• 取样口；
• 法兰；
• 密封圈。

影响

压力下降不仅影响：

过程稳定性。

还可能增加：

外界污染风险。

1.10.10 问题七：PLC控制参数设置问题

硬件正常情况下：

压力仍波动。

需要检查：

• PID参数；
• 报警上下限；
• 控制周期。

工程经验：

很多压力波动并不是机械问题，而是控制策略没有匹配设备响应速度。

1.10.11 问题八：SIP灭菌后压力异常

常见原因

冷凝水残留

导致：

排气阻力增加。

冷却阶段负压

可能造成：

外界空气进入风险。

密封热循环老化

导致：

泄漏。

1.11 工程师现场压力排查顺序

推荐顺序：

第一步：确认压力真假

压力传感器

↓

机械压力表

第二步：检查尾气端

优先：

• 尾气过滤器；
• 背压阀；
• 排气管路。

第三步：检查进气端

包括：

• 气源；
• 流量；
• 过滤器。

第四步：检查控制系统

包括：

• PLC；
• PID；
• 报警逻辑。

1.12 本节总结

发酵罐压力异常，本质是：

设备状态 + 气路系统 + 自动控制 + 发酵过程

共同作用的结果。

工程排查不能简单认为：

压力报警 = 压力传感器故障。

更合理的方法是：

按照：

气源 → 进气 → 发酵罐 → 尾气 → 控制 → 检测

逐步分析。

对于实验室及中试发酵系统，一个可靠的压力控制方案，需要同时考虑：

• 压力检测准确性；
• 背压调节能力；
• 尾气处理能力；
• 安全保护设计；
• 与DO、pH、泡沫控制的协同性。

这也是评价一套发酵系统设计水平的重要指标。