生物醫藥潔淨管道系統設計：

1。設計標準：

①GMP ：符合GMP規範；②FDA：美國醫藥食品管理局的標準。

2、設計的基本步驟：

①由醫藥設計院、醫藥工程公司、廠家自己確定工藝用水的平均流量和峰值流量；

②由平均流量和峰值流量計算出管道的基本尺寸，並確定管道的標準（如BS、ASME、DIN、ISO、SMS等等）；

③根據使用者工藝的需要適當選擇材料（管道、閥門、水泵等）；

④確定施工方案（包括二次設計、切割方案、焊接方案等）；

⑤施工方案直接牽涉工程質量，它要比管道的光潔度還要影響工程質量，所以應以足夠重視；同時，這也與投資預算有直接關係，一般來講，採用自動環形氬氣保護軌跡焊+卡盤連線會比全卡箍連線節省 30%左右；

⑥安排具體施工及工程質量檢查（包括外觀檢查、壓力試驗、X光探傷等）；

⑦工藝檔案準備（施工設計圖、材質單、資質認證書等）。

生物醫藥潔淨管道系統材料選擇：

1、管道的選擇

（1）瞭解管道的標準及制式：

ISO—International Organizationfor Standardization，國際標準化組織；

SMS—Switzerland manufacturingsystem，瑞典工業標準；

DIN—Deutsche Industry-Norm，德國工業標準；

BS—British standard，英國標準；

ASME BSP1997—AmericanSociety of Mechanical Engineers，美國機械工程師協會；

JIs—日本工業協會標準。

（2）材質選擇

為了使工藝用水管道具有生產和加熱殺菌過程所必須的耐高溫、抗腐蝕結構效能，製藥裝置和管道系統絕大部分均採用不鏽鋼材料。

最常用的一般為：AISI 316L、AISI 316與AISI 304。

①一般 AISI316L是目前醫藥工業常用的材料，因為；

②焊接特性—非常適合手工和自動焊接（軌道焊接）；

③容易成型和處理；

④抗腐蝕效能好；

⑤易於用蒸汽和過熱水滅菌。

注：316L與316只是含碳量不一樣，316L為低於0。03%，316為低於0。07%。這也是注射用水為什麼必須選擇316L材質的原因。

（3）管徑的確定：取決於流量要求。

流量一般為生產任務所決定，所以關鍵在於選擇合適的流速。若流速選得太大，管徑雖然可以減小，但流體流過管道的阻力增大，消耗的動力就大，操作費隨之增加；反之，流速選得太小，操作費可以相應減小，但管徑增大，管路的基建費隨之增加。所以當流體以大流量在長距離的管路中輸送時，需根據具體情況在操作費與基建費之間透過經濟權衡來確定適宜的流速。一般來講，當液體流速在1。5-2。5m/s 時，流量見下表：

（4）內表面粗糙度的要求：

不鏽鋼管道或管件的內表面粗糙度是指材料表面高度偏差的平均數，用Ra表示，單位是μm 。Ra值越大，材料表面的粗糙度就越大。

注：

①在製藥用水系統中，從減少微生物和雜質的滯留，控制生物膜的生成     等方面考慮，與工藝用水相接觸的部分材料表面粗糙度應在0。25-0。65 μm為宜。但應以具體的工藝要求，適當選取。

②表面粗糙度與系統的線上清洗和消毒的質量與時間有著密切的關係。Ra越小，系統清洗或消毒所費的時間也就越短。反之，則就越長。

一般情況下，製藥行業潔淨廠房內工藝用水管路選材如下（僅供參考）：

注射用水管路—內表面機械拋光 Ra=0。45μm，外表面機械拋光 Ra=0。8μm ；

純化水管路—內表面機械拋光 Ra=0。45μm，外表面機械拋光 Ra=0。8μm；

藥液管路—內表面機械拋光 Ra=0。45μm，外表面機械拋光 Ra=0。8μm；

純蒸汽管路—內表面機械拋光 Ra=0。45μm，外表面機械拋光 Ra=0。8μm；

潔淨壓縮空氣管路—內表面酸洗鈍化，外表面機械拋光Ra=0。8μm；

自來水管路—內表面酸洗鈍化，外表面機械拋光 Ra=0。8μm。

2、管件的選擇：

根據系統的設計方案，管件的選擇一般分為以下幾種：

①根據焊接方式分：

加長式管件（管件帶直段≥40cm）—自動焊接管件；

普通管件（零直段）—手工焊接管件；

②根據產地分：進口與國產；

③根據材質分：316L與304。

3、閥門的選擇：

根據工藝用水的不同型別，閥門的種類繁多，用途各異。通常用的有：隔膜閥、球閥、蝶閥、截止閥等

製藥用水對閥門的基本要求是：在系統執行中，使用的閥門對工藝用水無汙染、無脫落物、閥門材料具有良好的化學惰性、閥門的結構形式應不利於微生物和雜質的滯留、不會支援微生物的生長。

（1）隔膜閥

由於隔膜法結構簡單、零死角、密封效能好、便於維修、流體阻力小，因此被廣泛用於製藥行業的工藝用水系統中。

（2）球閥

優點：潔淨球閥用於高純淨度和無菌處理過程，操作簡潔，旋轉靈活，其低維修保養費用和潔淨設計適用於使用蒸汽、液體和氣體的裝置，其適用範圍從真空到高溫高壓，耐溫高達450℃。

對於結構為三片式的潔淨球閥其孔徑與管徑大小一致以致不產生沉澱物，保持流體暢通無阻，產生的擾流量最小進而可以使流體得到最大的流量，並且潔淨球閥的最大優點就是可以安裝在管路上任何方便的位置。

衛生級進口球閥材質一般為AISI316。

缺點：不過球閥的調節能力較差，不宜用作流量調節。結構上存在缺陷，在使用過程中存在液體滯流的現象。故球閥不宜使用在物料系統中。

（3）其他閥門

a、止回閥—大多使用在止迴路上，阻止用水點的水迴流到迴圈系統中；

b、閘閥；c、截止閥；d、蝶閥；f、疏水閥；e、罐底閥。

一般情況下，製藥行業潔淨廠房內工藝用水管路閥門選用如下（僅供參考）：

注射用水管路——衛生級隔膜閥；

純化水管路——衛生級隔膜閥或衛生級球閥；

藥液管路——衛生級隔膜閥；

純蒸汽管路——衛生級球閥；

潔淨壓縮空氣管路——衛生級球閥；

自來水管路——普通球閥。

4、水泵：

製藥用水系統中水的輸送主要是靠 離心泵。

按離心泵的葉輪級數來分可分為：單級離心泵和多級離心泵。在用途上，嚴格的來說：

多級離心泵—一般用在系統的迴圈供水上；

單級離心泵— 一般是作為衛生級水泵而使用在注射用水和藥液的輸送上。

水泵在使用過程中應注意以下幾個方面：

a、介質溫度：多級離心泵：臥式—— -15℃～+110℃；

立式離心泵：15℃～+120℃（根據軸封的形式而定）；

單級離心泵：-15℃～+140℃。

b、安裝方式：泵在安裝時必須使電機主軸保持水平方向，以使電動機的冷卻風扇有足夠的空氣供給。並且，泵應有一個牢固的基座，如需要可用螺釘固定。水泵的進出口必須裝配有閥門，並且應儘量減小進出口的阻力。

c、注水啟動：泵腔內裝滿液體後才能起動。

d、啟動前檢查：檢查轉動方向從電動機風扇方向看，泵應逆時針方向轉動。風扇蓋上的箭頭表明了正確的轉動方向。

5、其他附件：

在製藥工藝管路系統中，管路附件一般包括：衛生級隔膜壓力錶，溫度計、旋轉清洗球、不鏽鋼過濾器等。

a、衛生級隔膜壓力錶：在供水系統中，壓力錶的作用是透過壓力為系統執行管理指示引數。一般使用在：

①水泵的出口-可以觀察水泵的出口壓力；

②系統的供水管路上—可以觀察系統的供水壓力；

③系統的回水管路上—可以觀察系統的回水壓力，同時可以知道系統的水阻；

④過濾器的進出口—可以監測過濾器濾芯是否被堵；

⑤承壓裝置介面—可以監測裝置內部的實時壓力同時，透過系統中的壓力錶，在管路消毒時，可以監測系統的實時壓力。

注意事項：錶殼頂部設有充液塞，透過向表內充液可有效的降低錶針在工作中的振顫。同時，還可延長表內機件的使用壽命。在車間管理的過程中切勿將錶殼頂部的充液塞拔掉。

b、溫度計：在生物製藥行業中，對液體或蒸汽的中低溫度進行直接測量的裝置通常我們選用溫度計，其結構形式有軸向型、徑向型和多角型。一般使用在：

①注射用水供水管路—可以觀察出水溫度；

②注射用水回水管路—可以觀察回水溫度；

③換熱裝置的進出口—可以觀察換熱裝置的換熱效果。

c、旋轉清洗球：在製藥用水系統的貯罐和工藝裝置中，為了保持罐內清潔度的均一性，有效的避免微生物的汙染，需要設定線上清洗裝置或裝置。通常使用的是旋轉式清洗球。

旋轉清洗球的工作原理：主要是依靠液體流動時產生的反作用力來推動其旋轉，使液體噴淋在罐的周壁，因此不需要外部動力。所以，在安裝完畢之後，一般不需要使用者自己去做調整。通常選用的LKSB45型的旋轉清洗球可以進行高溫消毒。

生物醫藥潔淨管道系統施工與安裝：

在製藥用水系統中，管道與管道之間的連線、管道與彎頭、三通等管件之間的連線，以及管道與各種閥門的連線，是系統安裝過程中的一個及其重要的環節。這些連線的方式與連線質量的好壞，直接影響到工藝用水系統的執行和將來生產出來藥品的質量。

1、連線方式

⑴ 焊接：首選的連線方式，特別是不鏽鋼材料的焊接。焊接方式多采用惰性氣體保護焊接TIG，如氬氣保護焊，氮氣保護焊。一般可分為：手工焊接和自動軌跡焊接。

⑵ 快裝卡箍衛生連線：一些與裝置連線的介面處，為了方便以後的維修拆卸和安裝。適用於經常需要拆卸的地方。

注：因為快裝連線存在著一個明晰的縫隙（墊片），可能造成雜質和微生物的滯留，因此，原則上應該儘量採用以焊接為主，快裝卡箍連線為輔。

⑶ 螺紋連線：一種傳統的管道連線方式，由於螺紋本身結構死角，現在不用於工藝用水管路系統中。在飲用水和純化水的前處理工序中勉強可以用。

惰性氣體保護焊接：

惰性氣體保護極其重要。在焊接過程中，焊縫附近的氧含量越低，焊接的質量越好。這種焊縫管道內壁的氧化鉻保護層受破壞的程度最小。

另外，由於TIG焊接在焊接過程中不使用焊條，完全利用不鏽鋼自身材料熔接而成，這就最大限度地保持了焊接件的材料組分，有利於滿足製藥用水的防腐要求。

（1）人工TIG焊接：

主要使用在系統位置狹窄，不能夠採用自動軌跡TIG焊接的地方，以及自動軌跡TIG焊接前的管件與管件之間的定位點的焊接。

缺點：這種焊接方式的質量波動較大，表面的光滑程度較差，不鏽鋼管道的連線處由於加熱的不均勻性以及焊接時間可能較長，造成的材料燒損區域較大，管道系統中金屬的晶相組織變化的部分較大，不利於管道鈍化處理後氧化鉻層的生成。故這種焊接方式只是作為一種輔助的焊接方式來配合自動焊接的工作。

（2）自動軌跡TIG焊接

這種焊接方法是製藥用水系統中最為合適的管道連線方法。他的優點有以下幾點：

①全封閉焊頭同時保護管道內外兩側；

②無需填充材料；

③人為損失減至最小；

④自動焊接的各種條件引數具有複製性，不依賴與工人的焊接技術，並且方便整個焊接過程控制引數的記錄存檔，特別是透過計算機列印存檔備查，滿足藥政管理部門需要資料記載的要求。

同時，他對焊材的要求如下：

①對不鏽鋼的端面精度要求較高：要求管道的端面在焊接時必須保持清潔；

②管件之間沒有間隙，要求管道的整個斷面垂直度好；

③對管材的公差的要求較高 ；

④對管道的端面圓度要求較高；

⑤要求管道的壁厚必須均勻；

⑥對參與焊接的管件直段有要求。

自動軌道焊接示意圖：

合格的焊口驗收標準如下：

①整個介面的焊縫應很平整、光滑、不得有縫隙或砂眼；

②焊接在一起的兩個元件，其內表面應平整，光滑，有對介面處應具有良好的同心度，錯邊量大於百分之十壁厚（≥10%S），為不合格。

③焊接完成後，焊縫處應幾乎沒有顏色的變化，可允許有黃色或稻草色，但不允許有藍色和黑色，任何情況下，都不允許出現氣泡或碳化（出渣）現象。

④焊介面處不允許出現氣體保護壓力過高所導致的凹凸面。內外表面焊縫高於或低於百分之十壁厚（≥10%S），為不合格 。自動焊接時，不允許補焊。

⑤縫區內不應有異物或夾雜存在。

自動焊接注意事項：

①焊口外表面特別黑，有一點發紫，應調整氬氣量或氬氣純度，切開後，重新焊接。正常顏色為橘黃色或微微有一點黑色，用擦布可以擦除掉。

②焊口寬度低於1mm，則必須切開重新焊接。

③同一焊口由於焊接質量問題，切開2次以上後，焊口兩側管應各去除20mm後，再進行焊接。

2、切割方式

⑴管道切割機：

a。轉速低（300rpm），切片圍繞管中心切割並旋轉，沒有溫度升高，沒有灰塵及切割瘤。

b。切口與管道中心線垂直，可以實現自動焊接。

c。工作效率很高，是最常用的一種方法。

⑵傳統砂輪片（角磨機）：

a。高速切割，產生高溫，使316L中的鉻（Cr）嚴重燒損，材質發生變化；

b。有大量的塵土顆粒進入潔淨管內部。造成清洗困難，費用增高；同時在自動焊接過程中，會嚴重影響焊縫的質量。

c。會有許多切割瘤，飛濺在管道內部，與管道內壁焊在一起，用各種方式，都清洗不掉，為以後生產埋下許多隱患。

d。由於切口與管道中心線不垂直，使自動焊接很難完成。

e。切口處很難清理，工作效率極其低下。使工期得不到保證。

⑶ 傳統手鋸

a。不用電力供應，設施簡單。

b。工作效率及其低下，切口不平。

⑷切割示意圖

3、管道安裝

管道安裝過程中應注意以下幾個問題：

⑴ 管路死角：

現行規範：從主管外壁開始3支管直徑；老的規範：從主管中心開始6倍於支管直徑。

⑵ 管路坡度：

管道安裝必須保證所有管內的水都能排淨坡度一般為1% or1cm/m，此規範對WFI和PS均適用如有積水點，必須設定排水點或閥門排水點數量必須做到最少。

⑶ 管路的清洗：

由於管道在安裝施工的過程中，在管道的內外表面肯定會附著或進入灰塵及雜物。因此管道在連線安裝完畢後，第一部應該做的就是：管路的清洗。管路的清洗一般分為以下幾步：

①首先用乾燥的經無菌過濾的壓縮空氣吹洗數遍，將存留在管路系統中的塵埃雜物吹出系統中；

②用清洗液（可用去離子水或更高純度的水）泵入管路系統中，迴圈20分鐘左右。在此期間，工藝用水系統中所有的閥門及排放口都應在關閉的情況下開啟至少 3 次；

③最終將系統內部殘留的清洗液完全排放乾淨。

⑷ 管路的鈍化

由於在焊接不鏽鋼管道的過程中進行的加熱和冷卻，會引起焊接處材料的微結構和表面狀況發生變化，導致其比未焊接處的金屬更容易受到腐蝕。

未經過鈍化處理的不鏽鋼材料，通常在注射用水系統中使用1年左右後就產生鐵鏽。透過鈍化處理，可以在管道表面形成一層鈍化層。這個鈍化層的作用是使不鏽鋼具有高度抗氧化和抗腐蝕的能力。

管路鈍化的方法很多，下面就一種通用的方法介紹如下：

a、用去離子水及化學純硝酸配製8%的酸液，在49℃～52℃的溫度下迴圈60分鐘後排放；或者用3%氫氟酸，20%硝酸，77%去離子水配製溶液，溶液溫度在20℃～30℃，迴圈處理10～20分鐘，然後排放。

b、初始沖洗：用常溫去離子水沖洗，時間不少於5分鐘；

c、最後沖洗：再次沖洗，直到進出口去離子水的電阻率一致。

4、管道的吹掃

1、系統吹掃前的準備

a。不參加吹掃的孔板、法蘭連線的流量計、減壓閥等儀表等必須拆除。對於焊接的上述閥門和儀表，應採取流經旁路或卸掉閥頭及閥座加保護套等保護措施。

b。不參與系統吹掃的裝置及管道系統，應與吹掃系統隔離。

c。檢查管道支、吊架的牢固程度，必要時應予以加固。

d。清洗排放的髒液不得汙染環境，嚴禁隨地排放。

e。蒸汽吹掃時，管道上及附近不得放置易燃物。

f。管道吹洗合格並復位後，不得再進行影響管內清潔的其它作業。

g。管道復位時，應由施工單位和建設單位共同檢查，並填寫“管道系統吹掃及清洗記錄”。

2、系統吹掃採用蒸汽，吹掃壓力不得超過管道的設計壓力，流速不宜小於20m/s。管道系統吹掃時，宜按流程先主管後支管進行吹掃，吹掃過程中，當目測排氣無煙塵時，應在排氣口設定貼白布或塗白漆的木製靶板檢驗，5min內靶板上無鐵鏽，塵土、水分及其他雜物，應為合格。

3、當採用水沖洗時，宜採用大流量，流速不得低於1。5m/s。水沖洗應連續進行，以排出口的水色和透明度與入水口水目測一致為合格。排水時，不得形成負壓。

5、管道的系統試壓

a。 試驗介質的選用：由於本工程的管道全部為蒸汽管道，固可用潔淨水為試驗介質進行壓力試驗。

b。 管道設計壓力、試驗壓力、試驗介質一覽表

試驗應具備下列條件：

a。 試驗範圍內的管道安裝工程除塗漆、絕熱外已按設計圖紙全部完成， 安裝質量符合有關規定。

b。 試驗前應將不能參加試驗的系統、裝置、儀表及管道附件等加以隔離，加盲板的部分應有明顯的標誌。

c。 試驗壓力錶已經校驗合格，並在周檢期內，其精度不得低於1。5級，表的滿刻度值應為被測最大壓力的1。5~2倍，壓力錶不少於2塊。

d。 試驗方案已進行了技術交底。

試驗步驟：

a。將管線連成一個系統進行水壓試驗。

b。先用廠內的自來水往管道系統裡注水，注水過程中必須全部開啟各高點排氣閥進行排氣，以防止管內積聚有空氣。

c。系統注滿水後，關閉各高點排氣閥，開始用試壓泵升壓。

d。水壓試驗過程中應緩慢升壓，升至試驗壓力的50%時停壓檢查，如焊縫、法蘭等連線處無洩漏則升至試驗壓力的80%時停壓檢查各連線處，如有洩漏，應卸壓為零後進行返修，然後升至試驗壓力，穩壓10分鐘，以焊縫、法蘭等連線處無洩漏、管道外觀目測無變形，壓力錶未下降為合格；然後降至設計壓力，穩壓30分鐘，以各連線處無洩漏、壓力不降為合格。

e。 試驗結束後，應及時拆除盲板，膨脹節限位設施，排盡積液。排液時應防止形成負壓，並不得隨地排放。

f。 當試壓過程中發現洩漏時，不得帶壓處理。消除缺陷後，應重新進行試驗。

生物醫藥潔淨管道系統檔案資料：

工程竣工後，應為客戶準備出一套完整的竣工材料，以便客戶透過GMP認證和存檔使用。一般包括以下一些內容：

①標準操作規程-SOP（詳見操作規程一書）；

②材料證書；

③工藝用水系統的竣工圖紙；

④自動TIG焊接的焊接列印記錄及焊接試樣（必須保證每個工作日至少有四分焊接試樣：上下午開關機時各一次。

同時，各施工隊必須在施工週期中做好施工日誌及施工計劃進度表，以便存檔備用。

本文來源於網際網路，暖通南社整理編輯。