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制藥用水存儲及分配系統設計方案(二)

RENQI:1049   FABIAOSHIJIAN:2014-12-11 01:02:00

    本文主要介紹制藥用水設備的特點及相關理論基礎知識,并結合GMP 要求提出具體解決辦法;制藥用水儲存及分配系統的質量控制設計要點;提出了制藥用水系統中的主要組成部分:儲罐、儲罐附件、輸送泵、換熱器、輸送循環管路、 使用點以及監控和控制系統的設計要求和做法。最后簡要介紹了制藥用水系統、純化水設備的消毒、滅菌和糾偏。

4.2 貯罐附件

    常見的工藝用水貯罐附件有人孔,呼吸過濾器, 噴淋球,安全閥,溫度傳感器接頭,高低液位傳感 器接頭,壓力傳感器接頭,進水管,進氣管等,罐 頂件安裝時接頭應盡可能短,靠近清洗球,并減少盲區,使內表面易于被充分淋洗, 減少死角。

    貯罐進水管的管徑按照制水系統供水的最大流 量計算。在純化水或注射用水入貯罐的進水管道上 應安裝適當的閥門,以便必要時隔離進水管路,并設置放盡閥。進水管部分應當作為蒸餾水機的附件, 納入蒸餾水機的管理程序,不合格注射用水排放與 滅菌程序等與蒸餾水機一起考慮(進水管也可根據 需要從罐底管路進)。出水管的安裝應當考慮到必要時將貯罐內的水全部排空的要求,因此,設置在貯罐的底部。罐底出水管的管徑按照輸送泵進水要求計算, 出水管路 少設彎頭, 減少泵吸入管路損失,罐底出水口上可加設錐形檔板以擴大采水面,防止渦流。 制藥用水貯罐目前玻璃管水位計由于存在污染 不能使用,另一類為電信號水位控制裝置,純化水 罐可用液位開關、電容式液位計、隔膜壓力式、稱 重式、雷達液位計等, 注射用水罐多采用隔膜壓力 式、稱重式等, 傳感器的選型應考慮是否符合衛生要求和對貯罐內極端溫度壓力的耐受情況。為確保 系統安全運行, 罐內還可加設高低液位報警開關或與輸送泵聯鎖的流量開關。

    制藥用水分配過程中,為避免因貯罐內部水位 變化而造成的水體污染。在貯罐的頂部需安裝孔徑 為 0.22μm 的除菌級疏水性過濾器 (PTFE 或 PVDF)。 筒體為 316L 不銹鋼,內壁拋光精度為 0.63μm,具有衛生級接口;呼吸過濾器呼氣通量要考慮最大的 泵流量或蒸汽消毒后迅速冷凝時的最大氣流速度 ( 無 正壓保護系統時 );對臭氧滅菌系統要抗臭氧,對純蒸汽滅菌系統要耐高溫;川蘭注射用水貯罐為了避免呼吸過濾器的疏水性濾膜被二次蒸汽凝結水堵塞,及貯罐頂部通氣區域存在低溫點而造成水系統污染, 應選用帶電加熱或蒸汽加熱的呼吸過濾器;貯罐的 氮氣保護系統注入時也應有升溫措施。呼吸過濾器需定期拆卸、清洗、滅菌、烘干, 進行完整性測試, 再裝于罐上進行 SIP,故過濾器的出氣口應裝有切斷 閥,便于 SIP; 呼吸過濾器安裝的位置應考慮可以 方便的拆換,故注射用水貯罐應設置人員登高設施。

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SHIYONGWUYOUYASUOKONGQIDEHAOCHU:

    ①DIANZHUANGCHENGBEN; 

    ②DICAOZUOCHENGBEN;

    ③WUZHIXIWEIXIAN;

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SHI YONGDANQIDEHAOCHU:

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    ②YIZHILE HAOYANGXINGXIJUNDEZISHENG;

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    貯罐頂部需設置噴淋裝置,噴淋裝置的選型及 安裝位置的確定與罐頂設計應結合考慮, 以確保貯 罐頂部及罐頂件所有的內表面隨時處于濕潤更新狀 態,并維持罐體內的溫度 >80℃,用以控制水系統中的微生物。回水的壓力與流量應確保噴淋裝置能 有效的工作:靜止噴淋裝置工作壓力通常為 0.1~0.3 MPa,回水流速 >1.5 m/s;旋轉噴射裝置的正常操 作壓力約 0.3~1.3 MPa,清洗流量要求更小,也有通 過外置電氣或空氣驅動器驅動形式。通常考慮經濟 因素,制藥用水貯罐采用上半球開孔的固定噴淋球, 以在回水較小流量壓力情況下,確保對罐頂的充分淋洗,管壁則通過流體的重力自流淋洗,但此流量 應符合相關規范(如: ASME-BPE2005)要求;噴淋裝置需定期拆下檢查,故噴淋裝置的設計要考慮易于拆裝;噴淋裝置與管道的連接方式有螺紋、快開夾頭、銷釘等,推薦的連接方式是后兩種。

4.3 輸送泵

    制藥用水輸送泵為 316L 不銹鋼制造 ( 浸水部 分 ),電拋光并鈍化處理。Ra=0.8 μm 通常已可滿 足便于清潔的要求;就衛生和清潔而言,泵應該設 計成易拆卸的結構形式,采用易清潔的開式葉輪;泵及進出水管具有衛生級結構, 能 CIP 及SIP,并 能耐受較高的工作壓力 (~10 bar);能在含蒸汽的湍 流熱水下穩定的工作( WFI);泵的著最大流量能滿 足高峰用水量加回水流量要求;宜采用變頻泵,通過改變泵的轉速,使回水流速恒定在 >1.5 m/s;泵的出水口采用 45°角,使泵內結構上部空間無容積式 氣隙,減少氣蝕發生;由于是熱狀態下的注射用水輸送,故應充分重視泵的性能曲線和吸水壓頭關系, 避免產生汽蝕,影響泵的正常運轉;注射用水輸送泵的密封宜采用加注射用水潤滑沖洗的雙端面密封 方式,純化水輸送泵的密封采用加純化水潤滑沖洗的雙端面密封方式,硬質碳化硅單機械密封用于純化水輸送泵也能接受;在泵體的底部應裝有將泵殼的余水排盡的排水閥;不能采用備用泵設計,避免死水段帶來的生物污染;注意可供選擇的單級單吸 離心泵最大流量范圍 <125 m3,揚程范圍 <4 bar,考 慮到回水噴淋需約 1.5 bar 工作壓力(依噴淋球參數 不同),每個供水循環管道阻力損失應有所控制,避 免回水壓力過低。

 4.4 換熱器

    考慮到安全性及衛生級結構,用于制藥用水系 統的換熱器結構型式有:雙管端板管殼式換熱器 (U 型或直通 ),雙壁板板式換熱器(選型時注意是否有 低速區或無流速區,選擇湍流充分的),衛生級套管式換熱器,及貯水罐帶夾套等。

    換熱器的換熱面積可根據極端熱量需求,即按 最大泵流量從 65℃升至 85℃所需熱量來計算。雙 管端板式管殼式換熱器與雙壁板式換熱器都具有相 類似的設計原理,均以雙層換熱板代替單層換熱板, 當雙板之間穿孔,出現介質泄漏時,介質只能泄漏 到板與板之間,再從板與板之間流到外面,可確保 冷熱介質無法混淆。若為其它類型的換熱器,則應 安裝儀表,連續監測壓差,保證潔凈流這一側總是正壓,避免管壁滲漏污染。

    換熱器的設計應考慮易清潔性 (CIP) 和排盡性, 內表面達到 Ra =1.0 μm 的標準;換熱器接口為衛生 型接頭;管殼式換熱器的設計應注意根據所需的換 熱面積與循環干管的管徑選擇換熱列管的根數與長度,注意的是:管程的單程截面積不要超過循環干管的截面積, 使管程內的流體流速不低于循環干管, 同時為了確保充分湍流,即 Re > 10000, 須仔細設 計列管管徑及流速等參數,列管過長時應加裝膨脹節,或可設計為“ U”型換熱器。此外,由于管殼式 換熱器的入口段由于存在一個流體分配的放大區域, 應通過優化入口部分設計造成充分湍流,避免生物 膜的形成。

    某些熱交換器用于冷卻使用點的水溫,但不用 冷注射用水時,大部分冷卻水沒有經過熱交換器循 環,在冷卻水排水后,不使用熱交換器時,會在管 路中形成氣孔(在冷卻水一側)。 FDA 已經斷定:管路中殘留的少量水分與空氣結合之后,會使冷卻水 一端的不銹鋼管銹蝕。因此,建議熱交換器不工作時, 冷卻水不得排出。設計帶夾套注射用水貯罐形式時, 注意由于要保證進罐水溫 >80℃,加上預留的管路 熱量損失,系統運行溫度會在 85℃以上,系統運行 溫度會高于帶管路升溫換熱器系統。

4.5 輸送循環管路

    制藥行業的國際管道工業標準有: DIN11850, JIS-G3447(IDF),JIS-G3459SCH10S,SMS3008, BS-OD TUBING/BS4825/PART1,ASME BPE2005, ISO2037 等,國內制藥行業常選用的是 ISO2037 標準, 管道閥門選用時應采用同一個標準,以避免焊接困難。管道的連接盡量采用自動軌道焊接方式,少用 接頭。管道閥門安裝設計時應考慮可排盡性及坡度。 制藥用水系統管道的排水坡度一般取 1%。ASMEBPE 標準要求較短管坡度為 >2%,較長管道坡度1%~0.5%。水平管路上的隔膜閥必須旋轉一定角度 安裝才能保證沒有積液;配管系統中如有積水,還必須設置積水排泄點和閥門。但應注意,排水點數 量必須盡量少,減少倒灌風險。

    管路常出現的問題是“死角”。死角的定義是:從使用的管道軸線量起,未使用部分的長度與使用 管道直徑的比值。由于死角可能形成生物膜,應盡量減少,或采取特殊的消毒手段。通常衛生級管道系統遵循 6D 原則(《醫藥工業潔凈廠房設計規范》 (GB50457-2008)),ASME BPE 標 準 則 為 2D 原 則。 但是如果沒有專用組件很多支管尺寸很難達到“ 2D” 原則,而且閥門的組裝會花去很多時間,減小了靈 活性,如果可能對產品質量造成影響,任何死角都 是不允許的,如果不會對產品質量造成影響,稍長也是可以的。零死角閥門也是一個解決方案。對于 注射用水儲存及分配系統,應盡量用一切手段去消 除死角。管路系統設計時,注意流體流動的最佳流向,使死角處于流動方向上,減少“氣袋”及“水坑”。 見圖 1: 夾層中的制藥用水管路應優先于其他管路設計。
 
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