淺析制藥行業潔凈管道系統是如何設計的

 

　　法規要求

 

　　醫藥制劑領域相對于原料藥領域，所要輸送的介質相對比較常見，主要集中在軟化水、純化水、注射用水、純蒸汽、工藝壓縮空氣等，但其中有些需要高溫循環或低溫循環，有些有較高壓力，這些需要特別注意。

 

　　醫藥制劑行業中的管道要把“潔凈質量”的概念放在重要的位置進行考慮，特別是對微生物的防止及控制。一定要嚴格遵守中國GMP(Good Manufacturing Practice)中對管道要求的相關規定。如果產品涉及出口產品，也要遵守美國(FDA)和歐盟GMP中的相關要求。下面是中國GMP對此的一些要求及描述：

 

　　生產設備不得對藥品有任何危害，與藥品直接接觸的生產設備表面應光潔、平整、易清洗或消毒、耐腐蝕，不得與藥品發生化學反應或吸附藥品，或向藥品中釋放物質而影響產品質量并造成危害。

 

　　各種管道、照明設施、風口和其它公用設施的設計和安裝應避免出現不易清潔的部位，應盡可能在潔凈區外部對其進行維護。

 

　　水處理設備及其輸送系統的設計、安裝和維護應能確保制藥用水達到設定的質量標準。水處理設備的運行不得超出其設計能力。

 

　　純化水、注射用水儲罐和輸送管道所用材料應無毒、耐腐蝕;儲罐的通氣口應安裝不脫落纖維的疏水性除菌濾器;管道的設計和安裝應避免死角、盲管。

 

　　純化水、注射用水的制備、儲存和分配應能防止微生物的滋生，如注射用水可采用70℃以上保溫循環。

 

　　上面的要求和描述，是對潔凈管道要求的一個總原則，在設計之初一定要遵循這些原則，才能將制藥系統潔凈公用工程系統的生產處于可控范圍中。下文將逐步簡單介紹潔凈管道的一些特點。

 

　　潔凈管道、管件、閥門、墊片的材質選擇

 

　　對應中國GMP要求：“生產設備不得對藥品有任何危害，不得與藥品發生化學反應或吸附藥品，或向藥品中釋放物質而影響產品質量并造成危害。”在潔凈管道材質選擇上主要做如下考慮：

 

　　潔凈管道管件、閥門的材質選擇

 

　　一般來講，潔凈管道管件、閥門材質選擇的空間不是很大，大多數情況下奧氏體不銹鋼是用途最廣泛的一種材質，可以用于各種制藥行業。

 

　　在這些不銹鋼組成當中，不同元素扮演著不同的角色。較低的含碳量可以更加利于氬弧焊接的進行，較高的鎳鉻含量可以更好預防腐蝕，較高的鎳含量還可以提高不銹鋼管道的延展性，一定含量的鉬元素還可以進一步抵抗氯元素對管道的腐蝕。綜合以上因素和成本的考慮，316L這種材質是最適合制藥潔凈管道的一種材質。此外，其他材料也是可以使用的，比如316、904L、316Ti等，但是都存在一定的局限性。

 

　　材質選擇最主要的考慮因素是在防銹上，要盡量減少管道中銹出現的可能性。如果管道中將輸送不能確定的流體，腐蝕測試是一種好辦法，可幫助設計人員選擇合適的材質。

 

　　在管道系統中還有管件、閥門、墊片等其他組成部分，其中管件及閥門因與管道選擇一樣的材質。一來可以擁有較好的抗腐蝕性，二來也可防止電化學腐蝕的產生。

 

　　連接密封部件選擇

 

　　墊片作為潔凈管道的重要連接密封部件，有EPDM、PTFE、FPM和硅膠等材質作為選擇。選擇的原則大多取決于溫度、壓力、和流體腐蝕度等。比如EPDM這種材質就很難長時間耐受100℃以上的工作環境，因此被更多地用于溫度較低的系統，而在高溫系統，尤其是蒸汽系統中則更傾向于與選用PTFE或硅膠墊片等耐熱材質。

 

　　在實際生產過程中確實目睹了有的地方在潔凈蒸汽管道系統中使用了不耐高溫的EPDM材質墊片，而造成墊片老化破損從而污染管道的實例。因此在選擇應用于高溫系統的墊片時，尤其要注意這個問題。如果別無選擇的話，一定要特別注意使用時間。根據經驗，EPDM墊片用于藥廠潔凈蒸汽系統一般不超過1年是可以接受的。

 

　　潔凈管道的連接方式

 

　　在潔凈管道中，管道的連接方式十分重要，如果管道的連接會導致有死水的產生，這將在很大程度上違背GMP對潔凈管道的要求。

 

　　焊接

 

　　潔凈管道最好的連接方式是焊接，在設計施工過程中要盡量使用焊接的方式連接管道。潔凈管道的焊接必須使用氬弧焊的方式，焊接過程要嚴格使用氬氣保護起來，并在測試過程中檢測氧氣的含量，得以確保在焊接過程中不會被氧氣在高溫狀態下氧化成鐵的氧化物。

 

　　焊接管件采用的標準應統一，比如ASME BPE或DIN，以防止管件內部出現臺階。如果在有可能的情況下，盡可能使用自動焊機進行焊接作業，能夠確保焊接的一致性，比如電極移動速度、焊接電流、脈沖等。一般自動焊口的檢查要求為20%內窺鏡檢查。在有些情況下，自動焊機無法進行作業的時候，只能進行手工焊接，一般手工焊接之后要進行100%的內窺鏡檢查。

 

　　卡箍連接

 

　　這種連接形式廣泛的用于醫藥制劑行業，通過墊片的密封將很大程度上避免死水產生的可能性，而且受力較為均勻，使用時間長，拆卸方便。對應需要頻繁拆卸，及考慮檢修需要時最經常使用的連接方式。

 

　　衛生結構法蘭有時也會用于潔凈管道的連接，一般用于4?以上的管道，但使用頻率較低;螺紋連接則不用于潔凈管道系統。

 

　　制藥潔凈管道系統的支路設計

 

　　在管道設計過程中，無法避免地會需要支路的產生，如果支路的閥門在關閉的情況下，那么在支路和主路之間就會形成一定的死水。在設計過程中，一定要盡量縮小這段距離，要使支路的閥門盡可能接近主路。

 

　　盡管各種關于支管設計的規定和提法甚至測量的方法不盡相同，但是目前所有提法都不是“法規”要求，而只是工程的建議和標準。目前比較正式的有：

 

　　2001年ISPE水和純蒸汽基準指南的“從主管外壁開始測到支管盲端或閥門密封點的長度L≤3倍的支管直徑D(3D)”;

 

　　2009年ASME BPE的由主管內壁到支管盲端或閥門密封點的長度L≤2倍的支管直徑D;

 

　　1993年美國高純水檢查指南的由主管中心開始測到支管盲端或閥門密封點的長度L≤6倍的支管直徑D(6D);

 

　　WHO的由主管外壁到支管盲端或閥門密封點的長度L≤1.5倍的支管直徑D。

 

　　在日常的設計施工過程中，國內普遍采用ISPE的3D原則，6D原則也用于制藥行業。但即便是未滿足nD，只要是經驗證對水質的影響不超限原則上也是可以接受的。

 

　　潔凈管道的自排凈要求

 

　　為了防止微生物滋生的風險，在制藥潔凈管道系統設計中，一定要注意在系統放空的狀態下，保證系統里面的水或其他介質可以完全排放出系統。因此，在潔凈管道系統中保持一定坡度是必要的工程規范。

 

　　在實際安裝過程中涉及到多種不同的安裝形式，分別采用不同的方法處理。

 

　　管道坡度安裝型式

 

　　在設計過程中，一定要考慮系統尤其是水平管道的可排盡性。一般情況下，水平管道到設計排水點的坡度至少不小于0.5%。不同管道走向采用不同的坡度安裝方式，目的是為了保證良好的自排凈功能。儀表的安裝型式

 

　　同樣，儀表在安裝的過程中也應考慮系統的自排凈功能

 

　　潔凈管道的閥門選型及安裝角度

 

　　在潔凈管道系統中，閥門也有特殊的要求，要盡量避免死水產生。在眾多閥門中，最常用的的是隔膜閥。由于其特殊的設計，管道內介質100%不會與墊片外其他管件接觸，實現了良好的潔凈環境，因此在制藥行業中的應用最為廣泛。

 

　　在隔膜閥的安裝過程中同樣要考慮到閥門的自排功能，也就是要保證一定閥門安裝角度。潔凈管道的管道粗糙度

 

　　管道內部的粗糙度在制藥用不銹管道中也扮演著十分重要的地位。首先如果管道內壁粗糙度很高，很有可能會在管道的凸凹處出現死水的現象。此凸凹處也因此很有可能成為細菌的棲息地，嚴重的話，可能會有生物膜的產生以致污染到產品或者制藥用水。其次，不光滑的不銹鋼管道內壁也很有可能導致管道內壁的腐蝕。因為管道內壁凸凹處靜止的水中很有可能會有一定濃度的氯離子存在，氯離子的存在會跟不銹鋼的鉻元素發生反應。而這一反應會大大加速不銹鋼的腐蝕，降低此處的不銹鋼腐蝕電位。

 

　　在設計的過程中，需要確定相應的工藝以保證管道內壁的粗糙度。制藥用水或者產品的管道接觸表面必須采用冷軋、鈍化、機械拋光或者電拋光工藝以確保管道內壁的粗糙度小于1μm。

 

　　小結

 

　　以上簡要介紹了制藥行業潔凈管道的一些特點。其中關于死水盲管的控制與檢測、管道內壁粗糙度的嚴格要求等都是針對管道中微生物的控制。可以說微生物的控制和防止在潔凈管道的設計建設過程中應該得到特別的重視和注意，這點是和其他行業相比，比較特殊的一點，任何的遺漏和疏忽都有可能導致最終的藥品受到影響，因此要防微杜漸。