制藥行業(yè)的空氣斷面上

1空氣隔離的概念和重要性1.1空氣斷的結(jié)構(gòu)制藥行業(yè)提到的空氣碎片是防止設(shè)備與污水管道之間的連接防止廢水流入設(shè)備內(nèi)部的裝置和結(jié)構(gòu)。圖1的空氣隔斷原理圖揭示了空氣隔斷的結(jié)構(gòu),也是ASMEBPE對(duì)于排污管路上應(yīng)用空氣隔斷的要求:通常H=2d,如d<13mm時(shí),H取25mm。制藥行業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的排污管道主要涉及到清洗污水和滅菌蒸汽凝結(jié)水2種,簡(jiǎn)稱冷排管道和熱排管道。由于熱排管道內(nèi)有閃蒸汽余壓且溫度很高(個(gè)別情況下最高溫度能夠超過(guò)100℃),因此通常冷排、熱排應(yīng)該分開(kāi)連接和設(shè)置,不能混接。本文只涉及設(shè)備清洗污水(即冷排管道)的空氣隔斷情況,蒸汽凝結(jié)水(熱排管道)的空氣隔斷情況不在本文的討論范圍內(nèi)。1.2排水設(shè)施應(yīng)采用空氣阻隔水封包括美國(guó)FDA在內(nèi),歐盟和WTO對(duì)于藥品生產(chǎn)廠房設(shè)施、設(shè)備上設(shè)置相應(yīng)的空氣隔斷都有明確的要求。我國(guó)的新版GMP對(duì)此也有相應(yīng)的規(guī)定。美國(guó)FDA藥品cGMP規(guī)定:“排水管應(yīng)大小適宜,與污水管直接連接處應(yīng)安裝空氣隔斷或其他防止倒灌的機(jī)械裝置?！睔W盟無(wú)菌藥品指南—2008中明確規(guī)定:“無(wú)菌生產(chǎn)的A/B級(jí)區(qū)內(nèi)禁止設(shè)置水池和地漏。在其他潔凈區(qū)內(nèi),生產(chǎn)設(shè)備或水池與地漏不應(yīng)直接相連。在潔凈要求較低級(jí)別區(qū),地面排水設(shè)施應(yīng)設(shè)隔離裝置或水封,防止倒灌?！蔽覈?guó)的新版GMP附錄1第29條中的表述和歐盟的幾乎完全一致。我國(guó)新版GMP第54條中又表述道:“排水設(shè)施應(yīng)大小適宜,安裝防止倒灌的裝置。應(yīng)盡可能避免明溝排水;不可避免時(shí),明溝宜淺,以方便清潔和消毒?！盬TO無(wú)菌藥品指南—2010中也明確規(guī)定:“排水管路或地漏應(yīng)有適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)、布局和維護(hù),以降低微生物污染,并裝有易于清潔的水封,有空氣阻斷裝置,可防止倒灌?！笨諝飧魯嗟膽?yīng)用在制藥生產(chǎn)中具有很重要的實(shí)際意義,防止交叉污染是GMP的重要理念之一,空氣隔斷的功能就是防止液體互竄所造成的污染發(fā)生。在實(shí)際的藥品生產(chǎn)環(huán)節(jié)中,可能會(huì)碰到很多由于設(shè)計(jì)或操作不當(dāng)而造成污染發(fā)生的情況。圖2為罐體排液示意圖,幾個(gè)罐體是陸續(xù)打開(kāi)罐底閥門再排液清洗的,且排液瞬時(shí)流量很大,能夠充滿整個(gè)排污總橫管,假設(shè)當(dāng)A罐已經(jīng)清洗完畢排空,但罐底閥沒(méi)有關(guān)閉時(shí),B罐和C罐開(kāi)始清洗排污,在位壓的作用下,污水就會(huì)順著A罐的排污管道倒灌進(jìn)A罐內(nèi),造成交叉污染。這時(shí)如果在罐底閥與排污管道之間設(shè)置空氣隔斷,則可避免或降低造成交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率。2有排水排污功能的地區(qū)在制藥廠房的設(shè)備、設(shè)施中,特別是液體制劑廠房中,有很多需要有排水(排污)功能的地方,歸納起來(lái),主要有地漏、水池和設(shè)備排污3類。這些很多都是需要設(shè)置空氣隔斷的,有些可能常見(jiàn),有些可能特殊,但其目的只有一個(gè),就是把交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。2.1h的高度衛(wèi)生型地漏是制藥廠房潔凈室內(nèi)的常用排水設(shè)施,其結(jié)構(gòu)如圖3所示。由于內(nèi)蓋的存在,使地漏內(nèi)部使用有一個(gè)高度為h的水封存在,保證排水管道內(nèi)的臟空氣不會(huì)進(jìn)入凈化室內(nèi),1mm高的水壓強(qiáng)約等于10Pa,一般來(lái)說(shuō),h的高度應(yīng)該大于50mm才較為安全。地漏的設(shè)置雖然看似簡(jiǎn)單常見(jiàn),但恰恰就是空氣隔斷的應(yīng)用,所有通過(guò)地漏的設(shè)備排污都是安全的,污水不可能通過(guò)地漏倒灌進(jìn)設(shè)備內(nèi)部,最多只能污染地面而已,從結(jié)構(gòu)原理上就杜絕了污水交叉污染設(shè)備的可能性。2.2洗滌劑池的空氣刷洗池也是凈化室內(nèi)最常見(jiàn)的排水設(shè)施。純化水或者注射用水使用點(diǎn)閥門位于刷洗池上,而不可能安裝在池子底部,因此與刷洗池的排污管并不接觸,且有足夠的距離,所以說(shuō)用水點(diǎn)和刷洗池的組合是最典型的空氣隔斷。無(wú)論是用水刷洗,還是取樣檢驗(yàn),排污管道都不會(huì)對(duì)水點(diǎn)閥門造成污染。2.3清洗設(shè)備的要求高,造成設(shè)備不相關(guān)新版GMP第2節(jié)第205條規(guī)定:“生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)盡可能采取措施,防止污染和交叉污染。采用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證或已知有效的清潔和去污染操作規(guī)程進(jìn)行設(shè)備清潔?！边@就要求制藥生產(chǎn)過(guò)程環(huán)節(jié)中,對(duì)所有直接或者間接接觸藥品成品或半成品的設(shè)備,都要進(jìn)行徹底的清洗(有的設(shè)備不一定要滅菌)。因此需要清洗的設(shè)備非常多,當(dāng)然清洗就要排污,造成設(shè)備排污的種類和數(shù)量也很多。當(dāng)然,不是每個(gè)設(shè)備都要考慮設(shè)置空氣隔斷的,否則建造成本會(huì)增加太多,而且某些設(shè)備對(duì)潔凈的要求并不高,比如洗衣機(jī)。只有那些位于D級(jí)區(qū)(或更高)的關(guān)鍵的設(shè)備排水,才應(yīng)考慮空氣隔斷的設(shè)置,一般來(lái)說(shuō),主要有以下幾種設(shè)備需要設(shè)計(jì)考慮:(1)配液系統(tǒng)的各種物料罐的清洗排污,內(nèi)部轉(zhuǎn)換板的接水盤。(2)已經(jīng)完成滅菌的過(guò)濾器,在針劑灌裝生產(chǎn)前需要完整性測(cè)試,需要在濾器下游排污口設(shè)置氣阻罐,以避免過(guò)濾器被污染的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生。(3)洗瓶機(jī)的設(shè)備排水設(shè)計(jì)。(4)器具清洗機(jī)的設(shè)備排水設(shè)計(jì)。(5)各種單體反應(yīng)釜的清洗排污設(shè)計(jì)。3空氣過(guò)載工程的實(shí)例3.1操作不需要盤繞通過(guò)罐底閥門、軟管將污水排入地漏的方式,是最常見(jiàn)的空氣隔斷方式。該方式需要手動(dòng)操作,軟管不用時(shí)還需要盤繞,以保證現(xiàn)場(chǎng)的整潔,因此操作麻煩。但是,從防止污染風(fēng)險(xiǎn)的角度來(lái)看,該方式無(wú)交叉污染的風(fēng)險(xiǎn),對(duì)于單罐體且排污量又不大的設(shè)備,是很好的選擇。3.2硬管道污水緩沖罐的設(shè)計(jì)3.2.1硬管排污連接設(shè)計(jì)方案當(dāng)罐體排污選用硬管道時(shí),空氣隔斷的做法是一個(gè)難點(diǎn)。如何實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì),還要結(jié)合車間設(shè)備的實(shí)際情況深入設(shè)計(jì),圖4是硬管排污連接設(shè)計(jì)方案圖。配液罐通過(guò)罐底閥門和管道d排污,污水進(jìn)入緩沖罐V,再通過(guò)緩沖罐底部的管道D,排入總管。緩沖罐V底部有存水彎,保證污水總管內(nèi)的濁氣不外溢,緩沖罐V頂部有排氣口,使罐內(nèi)始終保持常壓,實(shí)現(xiàn)了空氣隔斷的功能。3.2.2污水排氣口泄漏硬管排污緩沖罐設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn):(1)由于緩沖罐是吊裝在樓板下的,而不能埋在地坪以下,所以此種緩沖罐設(shè)計(jì)首要符合條件就是設(shè)備要安裝在廠房的二層以上的位置,如果設(shè)備安裝在一層,則廠房必須要有地下室。(2)由于H>h,則橫管d處的液體位壓要大于橫管D處,因此液體通過(guò)d的流速要大于通過(guò)D的流速。在設(shè)計(jì)時(shí),一定要仔細(xì)核算D和d之間的關(guān)系,以及過(guò)渡體積V的大小,如果設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的話,在使用時(shí)污水會(huì)通過(guò)排氣口噴出,對(duì)廠房造成重大損害。一般情況下,對(duì)于高度2.7m的凈化區(qū)內(nèi)的設(shè)備,D≥2d,基本是能夠保證排水速率的匹配,但是由于每一個(gè)廠房橫管D的長(zhǎng)度都不相同,因此還需要具體核算一下。考慮到今后長(zhǎng)期生產(chǎn)使用時(shí),由于管道部分阻塞而造成的下水不暢的情況有可能出現(xiàn),因此在設(shè)計(jì)時(shí)一定要保證必要的設(shè)計(jì)余量。(3)排氣口的作用十分重要,如果不能順暢排氣,則不能實(shí)現(xiàn)空氣隔斷的功能。因此排氣口不能太小,但也不需要做得太大,一般來(lái)說(shuō),管徑DN50比較合適。(4)存水彎的高度h′要保證至少50mm,否則污水管道內(nèi)的濁氣會(huì)倒灌上來(lái),污染空氣。(5)一個(gè)緩沖罐可以同時(shí)接入若干個(gè)不同的排污設(shè)備,且正確的設(shè)計(jì)能夠保證正常的空氣隔斷產(chǎn)生,這樣可以節(jié)省工程造價(jià),具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。但需要注意的是,一定要正確設(shè)計(jì),且如果接入的設(shè)備過(guò)多,緩沖罐V會(huì)變得很大,可能會(huì)受到安裝空間的限制,因此推薦每個(gè)緩沖罐上最多連接3臺(tái)排污設(shè)備。(6)緩沖罐可以不設(shè)計(jì)溢流口,只要保證排污速率即可。當(dāng)然,如果擔(dān)心萬(wàn)一緩沖罐排污管道被堵塞,造成污水溢出的風(fēng)險(xiǎn),也可以在緩沖罐側(cè)面超過(guò)污水進(jìn)口高度增加溢流口。溢流管道也應(yīng)該有存水彎,防止排污總管內(nèi)的濁氣倒灌,但是由于溢流管道內(nèi)可能常年都是干燥的(設(shè)計(jì)保證),所以存水彎不能起到閉氣的作用,這也是本文不推薦設(shè)置溢流口的原因。3.3設(shè)備排水的標(biāo)準(zhǔn)化3.3.1交叉污染風(fēng)險(xiǎn)的防范模塊化設(shè)計(jì)作為先進(jìn)的工業(yè)設(shè)計(jì)理念,正在被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域,制藥機(jī)械領(lǐng)域也不例外。目前,配液系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)很多制藥廠內(nèi)得到應(yīng)用。圖5是有3個(gè)罐體的配液系統(tǒng)模塊示意圖。由于配液罐A、B、C被集成在一起,公用一條系統(tǒng)CIP(在位清洗)排污管道,因此設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)就不可能再給配液罐A、B、C單獨(dú)安裝空氣隔斷的緩沖罐,只能通過(guò)排污閥a、b、c進(jìn)行物理隔斷。在這種設(shè)計(jì)下交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)還是存在的,如:(1)當(dāng)配液罐A、B、C一起進(jìn)行CIP時(shí),有可能出現(xiàn)清洗水互竄造成交叉污染。(2)由于排產(chǎn)問(wèn)題,3個(gè)配液罐不在同一時(shí)間進(jìn)行CIP和SIP(在位滅菌),當(dāng)配液罐A已經(jīng)完成CIP和SIP后待生產(chǎn)時(shí),配液罐B開(kāi)始CIP,而配液罐A的排污閥門a出現(xiàn)了膜片內(nèi)漏的情況,則罐A就會(huì)被污染,給后續(xù)生產(chǎn)造成嚴(yán)重后果。為了降低交叉污染的風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)采取以下2種解決措施:(1)在排污閥a、b、c(316L隔膜閥)下面,再分別安裝單向閥A、B、C。(2)在CIP排污總管安裝排污總閥E。3.3.2排污總閥的選用根據(jù)模塊模塊化的設(shè)備排水設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn):(1)單向閥:安裝單向閥后,可以防止液體反向流動(dòng),降低交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)。單向閥的選型需注意流量問(wèn)題,不能節(jié)流,影響排污速度。還要注意選用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,以避免產(chǎn)生機(jī)械故障。(2)排污總閥:設(shè)置排污總閥,當(dāng)模塊不排污時(shí),要求操作人員關(guān)閉閥門,可以有效降低模塊受到排污大系統(tǒng)污染的風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)榍蜷y的密封性好,使用壽命長(zhǎng),操作簡(jiǎn)單,所以應(yīng)該選用球閥。最重要的是,球閥的開(kāi)啟和關(guān)閉狀態(tài)十分直觀,可以一目了然,防止誤操作的發(fā)生。由于是排污管道,和物料無(wú)接觸,因此可以選用304材質(zhì)的不銹鋼球閥。3.4同多個(gè)設(shè)備的排污對(duì)于多層廠房來(lái)說(shuō),當(dāng)二層及以上的樓層內(nèi)有潔凈車間,車間內(nèi)有排污管道時(shí),需要在垂直的排污總管上設(shè)置排氣管,垂直向上引出屋面,并加裝排氣帽,圖6為廠房?jī)?nèi)排污總管示意圖。同一層的多個(gè)設(shè)備的排污,距離比較近的會(huì)接入到同一個(gè)排污總管上,該水平的總管比之各個(gè)排污支管,在管徑上應(yīng)該放大,但一般來(lái)說(shuō)管徑不用超過(guò)DN150。由于水平和垂直的排污總管的管徑相對(duì)于各支管管徑較大,排污流量足夠富余,且有排氣管道能夠順暢排氣,當(dāng)車間內(nèi)有設(shè)備排污時(shí),水平排污管道內(nèi)最多只會(huì)出現(xiàn)“半管水”的狀態(tài)(即一半水一半氣)。良好的工程設(shè)計(jì)能夠使所有的設(shè)備排污出口實(shí)現(xiàn)空氣隔斷的效果,降低交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)。3.5水封私家車井結(jié)構(gòu)廠房一層的埋地排污總管在出廠房外墻約1.5m左右,通常會(huì)設(shè)置一個(gè)排污窨井,主要用于建筑物內(nèi)、外2種污水管道的過(guò)渡連接。在有些情況下,設(shè)計(jì)院的圖紙會(huì)選擇水封井的做法,目的是防止后端排污總管內(nèi)的濁氣倒灌進(jìn)建筑物內(nèi)。水封窨井的結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示,但是這種設(shè)計(jì)會(huì)造成廠房?jī)?nèi)的埋地排污總管內(nèi)始終充滿液體,使排污總管內(nèi)不能產(chǎn)生圖6中空氣隔斷的效果,因此對(duì)于凈化區(qū)域內(nèi)的有污染風(fēng)險(xiǎn)的工藝排水,該路