特殊藥品生產區空氣凈化系統的壓差控制

黃愷*

（上海信誼藥廠有限公司，上海 201206）

特殊藥品生產區空氣凈化系統的壓差控制

黃愷*

（上海信誼藥廠有限公司，上海 201206）

通過工程實例證明設置“負壓氣閘”和“泄壓風口”兩種方法能有效實現特殊藥物生產區域壓差要求。

局部排風設備 負壓氣閘 泄壓風口 氣密性

*黃愷（1980-11），男，工程師，主要從事暖通凈化空調專業項目實施及管理工作。聯系地址：上海市浦東新區長島路

588弄金橋花苑46號202室，郵編：200129。手機：13817582995，電子郵箱：stevenhkai@hotmail.com

1 引言

根據新頒布的（GB50457-2008）《醫藥工業潔凈廠房設計規范》[1]的要求，“生產過程中散發粉塵的醫藥潔凈室（區）應設置除塵設施。間歇使用的除塵系統，應有防止醫藥潔凈室（區）壓差變化的措施”（9.6.2條）；“特殊藥品的生產區，應采用防止空氣擴散至其他相鄰區域的措施”（9.6.3條）。其中特殊藥品包括青霉素等高致敏性藥品、避孕藥品、激素類藥品、抗腫瘤類藥品等。也就是說，對于生產這些特殊藥品的潔凈廠房，既要保證各潔凈室相對室外為正壓，防止外界微粒通過樓板及壁面縫隙污染室內環境，又要確保生產區域與室外直接相鄰的房間為絕對負壓，以防生產區域內可能存在的活性微粒被帶到室外，而且設計上還要考慮降低其工藝設備配套的局部排風設備對壓差的影響。

要真正做到上述兩項條款，在設計階段就應對其壓差控制進行專題討論，尤其是對“特殊藥品區域與室外環境相鄰房間的氣流方向”和“設有間歇性局部除塵設備的除塵房間的壓差控制”應進行充分的論證。本文將分別從這兩方面結合工程實際就如何控制特殊藥品生產區的壓差這一問題進行探討。

2 特殊藥品區域與室外環境相鄰房間的氣流方向

相對于一般固體制劑生產區，特殊藥品生產區的壓差控制在走廊及工藝房間區域基本相同，都是各產塵工藝房間相對于走廊保持5Pa以上的負壓，但對于人流及物流通道與室外及相鄰的房間的壓差與一般固體制劑生產區有較大差異。對于一般固體制劑生產區來說，以人流為例，壓差按氣閘＞二更＞一更＞換鞋＞人流入口的順序逐級降低，以保證室外未經凈化的空氣不會污染潔凈室的環境為主要目的。但對于特殊藥品生產區，不僅要保證室外空氣不污染室內環境，同時也要保證潔凈室內可能存在的特殊產品的微粒不會污染室外環境。為實現這種效果，除了常規設計中在二更及脫包后設置正壓氣閘外，在設計階段就將人流及物流最靠近室外環境的非潔凈房間設置成一個負壓氣閘，在圖1“人流區域壓差分布圖”中，“人員入口”相對室外為5Pa的負壓，相對換鞋為10Pa的負壓；同樣，在圖2“物流區域差壓分布圖”中設計“拆包”相對室外為5Pa的負壓，相對緩沖為30Pa的負壓。這兩間負壓氣閘相對于相鄰房間和區域均為負壓，防止 了室內外空氣和微粒發生交叉污染的可能性。

圖2 物流區域壓差分布圖

圖1 人流區域壓差分布圖

3 設有間歇性局部除塵設備的除塵房間的壓差控制

3.1 各類傳統做法的缺點

根據衛生部令第79號《藥品生產質量管理規范（2010年修訂）》[2]第五十三條規定：“產塵操作間（如干燥物料或產品的取樣、稱量、混合、包裝等操作間）應保持相對負壓，應采取專門的措施防止塵埃擴散、避免交叉污染并便于清潔”。制藥企業一般采用局部除塵設備來形成局部負壓除塵，各企業也紛紛采用不同方式來減小間歇性局部除塵設備對壓差的影響。

（1） 不少企業將除塵器直接放在除塵房間或相鄰潔凈區域內，但將除塵器直接放在生產區域這種做法缺點很多[3]：

1）噪聲大，超過潔凈室允許的60dB（A）上限；2）進入除塵器的空氣在室內循環時，一旦濾袋有了泄漏，上一批物料可能隨空氣回到室內而造成混藥；3）除塵器清灰、更換中效濾筒及高效過濾器的過程中有污染房間地面及環境的潛在風險。

（2） 由于上述方式存在明顯缺陷，現在已很少采用這種方式。設計中往往將單機除塵器單獨設置在與除塵房間相鄰的非潔凈的機械間內，從除塵房間內吸風，經過濾器的處理后排放至機械間內。

這種設計方案雖然解決了噪音、交叉污染等問題，卻會給維持潔凈室穩定壓差帶來難度[4]。原因在于：這些單機除塵器為間歇式開啟，空調系統運行確認時所作的壓差調試是在靜態條件下進行的。但實際生產過程中，這些局部排風設備并非一直處于關閉狀態。當它們啟動時，整個房間的總排風量會大比例上升，導致除塵房間靜壓下降，嚴重時甚至低于室外環境壓力，破壞相鄰同系統房間之間的壓差。以圖3壓片區域的壓片稱量為例，該區域為10萬級潔凈區。房間體積11.5 m3，設計送風量196m3/h，但壓片稱量所用的除塵器的設計風量卻為800m3/h，即使實際調試后關小閥門來降低除塵器風量，但除塵器的開啟和關閉對房間壓差的影響仍無法忽略。

（3） 近幾年來，越來越多的采用變排風系統，筆者也曾專題研究過這種方式的具體解決方案[5]。即首先保證潔凈室送風量相對恒定，通過排風管閥門開度調節潔凈室排風量，使局部排風與房間排風總量恒定，從而維持潔凈室的壓差值。這種方式可以有效解決間歇性局部除塵器對壓差的影響，但對于特殊藥品生產區來說其適用性仍存在問題。因為除塵器考慮到機械間位置及單機除塵器風機壓頭等因素，其出風口一般不單獨連接管路至屋頂或室外，排風直接排放在機械間內，導致機械間相對室外為正壓。這種情形對于一般固體制劑尚可接受，但對于特殊產品，其機械間可能會存在產品粉塵，如相對室外為正壓，則存在對外污染的風險。

3.2 將除塵房間與對應的機械間作為一個整體考慮的設計

為解決機械間間歇性對外正壓造成污染風險的問題，本設計將除塵房間與對應的機械間作為一個整體考慮，兩者之間設置帶中效過濾器的壁面泄壓風口（W1-4及W1-5），在機械間內設置大風量排風（E1-9），通過風量平衡計算，確保除塵器開啟和關閉狀態下，機械間相對室外大氣始終為負壓，同時通過設計和調試確保通過除塵器從除塵房間抽取的排風量永遠小于機械間的排風量，不足的風量通過壁面泄壓風口從相鄰的除塵房間獲得，最終有效保證了氣流方向，使機械間相對于室外和相鄰除塵房間始終為負壓狀態。（見圖3）

圖3 壓片區域壓差分布圖

3.2.1 風量平衡計算

為保證竣工后的實際效果，本設計對除塵器開啟和關閉狀態下的風量平衡均進行了計算。計算過程分三步，首先計算滿足GMP要求房間換氣次數所需的送風量，然后根據維持房間之間壓差所需的風量及已知的局部排風量來推導出滿足壓差所需的送風量，最后比較兩種送風風量，選取較大的作為最終的設計送風量。

3.2.1.1 滿足換氣次數所需送風量的計算

各房間標高2.4m，壓片間局部吊頂升高為3.2m，計算得到壓片間體積52.4m3，壓片稱量體積11.5 m3，機械間體積10.6 m3，走廊體積110 m3。根據《藥品生產驗證指南》（2003）[6]的要求，10萬級區域換氣次數應≥15次/h，本設計考慮17次/h。壓片間送風量至少為890m3/h，壓片稱量送風量至少為196m3/h。

3.2.1.2 滿足壓差所需送風量的計算

（1） 維持壓差所需的風量

根據《實用供熱空調設計手冊》[7]中的推薦值，要維持正壓或負壓，每小時送風量與排風量之間的風量差值與房間的體積之間存在一個經驗的倍數關系，醫藥行業潔凈室一般認為是有外窗（門）的氣密性較好的潔凈室。查表1得到這個倍數關系為：壓差5Pa時，0.7倍房間體積；壓差10Pa時，1.2倍房間體積；壓差20Pa時，2.5倍房間體積；壓差25Pa時，3.0倍房間體積

表1 維持潔凈室相對壓差值所需風量與房間體積間的關系 （次/h）

根據這一理論進行潔凈室風量平衡的計算如下，房間布局參見圖3。

1）走廊要維持對壓片間5Pa的正壓值，至少需要額外送風量V1=110×0.7=77m3/h的風量，設計上考慮余量取整為100m3/h；2）機械間要維持相對室外-5Pa的負壓值時，應考慮室外向機械間的風量V2=10.6×0.7=7.4m3/h，設計上考慮余量取整為50m3/h；3）壓片間要維持對機械間的15Pa正壓值，至少需要額外送風量V3=52.4×1.8=94.32m3/h的風量，考慮余量取整為150m3/h；4）壓片稱量要維持對機械間的20Pa正壓值，至少需要額外送風量V4=11.5×2.5=28.8m3/h的風量，考慮余量取整為50m3/h；5）壓片稱量要維持對壓片間的5Pa正壓值，至少需要額外送風量V5=11.5×0.7=8m3/h的風量，考慮余量取整為50m3/h；

（2） 滿足壓差所需最小送風量的計算

1）假設壓片間排風量初始值為800 m3/h，則壓片間的最小送風量Q1=排風量+壓片機除塵器局部排風E1+相對機械間的正壓風量V3-相對走廊的負壓風量V1-相對壓片稱量的負壓風量V5；

圖4 開啟單機除塵器時的氣流組織圖

即Q1=800+800+150-100-50=1600m3/h＞890m3/h

2）壓片稱量的最小送風量Q2=稱量罩局部排風量E2+相對機械間的正壓風量V4+相對壓片間的正壓風量V5；

即Q2=800+50+50=900m3/h＞196m3/h

3.2.1.3 比較兩種風量，確定最終的設計送風量及機械間總排風量

壓片間滿足壓差要求所需最小送風量1600m3/h大于滿足換氣次數所需的送風量890m3/h，所以確定壓片間送風量為1600m3/h；同樣，確定壓片稱量送風量為900m3/h；機械間的最小排風量Q3=兩臺除塵器的排風量（E1、E2）+相鄰房間通過兩個壁面泄壓風口傳遞的風量（V3、V4）+負壓狀態下室外通過門縫向機械間傳遞的風量V2+機械間本身的送風量；

即Q3＝800+800+150+50+50+送風量，假設初次調節時送風量為100m3/h，則Q3=1950m3/h；

該區域除塵器開啟和關閉狀態下的風量平衡見圖4、圖5；

圖5 未開啟單機除塵器時的氣流組織圖

從圖4、圖5中可以觀察到，由于機械間的排風量是固定的，所以無論除塵器的局部排風是否開啟，改變的只是通過粉塵房間與機械間之間泄壓風口的風量。

3.2.2 實施中應注意的細節

為保證該方案的可行性，應在施工過程及日常維護中注意以下細節：

（1）保證潔凈廠房的氣密性的措施：彩鋼板施工前應用2米靠尺檢驗原地坪水平度，誤差在4mm內為合格，不合格處必須采取打磨等修補措施，合格后才能進行放線工作。圍護結構階段性驗收時，夜間在技術夾層檢查潔凈室有無漏光。漏光處用型材封閉并涂布中性硅膠。門窗竣工驗收時，用塞尺檢查門扇與地面縫隙大小不超過2mm，門扇與門框之間加密封條，必要時門扇與地面的之間加掃地條以保證整個門的密封程度。

（2）保證除塵房間與相鄰機械間之間壓差的可控性：以本設計為例，在壓片間與機械間、壓片稱量與機械間、機械間與室外之間均應有壓差監控和記錄，確保壓差始終處于受控狀態。

（3）保證壓差狀態持續有效性的措施：送風及排風空調箱的風機在設計階段應考慮一定余量，并分別配備變頻器，當過濾器阻力上升導致風量減小，引起壓差變化時，能通過提高送風及排風風機工作頻率來恢復設計工況。

4 調試后的實測數據

安裝并調試完畢后，分別在壁面泄壓風口開啟和關閉的狀態下，記錄除塵器的不同組合狀態下的壓差值，來觀察采用壁面泄壓風口對于改善間歇性局部排風對房間壓差影響的作用，表格內刮弧中為可接受的標準。

從表中我們明顯可以觀察到，采用壁面泄壓風口時（奇數行），無論除塵器是否開啟，房間之間及房間對外界的壓差均能符合要求，而不使用壁面泄壓風口時（偶數行），則壓差大幅波動，甚至超出允許氛圍，造成潛在的污染風險。

5 結論

綜上，通過理論計算和工程實例的檢驗，可以得到如下結論：對于不允許粉塵外泄且又要保證潔凈環境的特殊藥品區域，將“與室外相鄰房間設計成絕對負壓狀態”以及在“設有間歇性局部除塵設備的除塵房間與相鄰機械間之間設置壁面泄壓風口來減小除塵設備對壓差的影響”是完全可行的。

[1]中華人民共和國國家標準GB50457-2008醫藥工業潔凈廠房設計規范[S]. 中國計劃出版社，2009

[2]衛生部令第79號《藥品生產質量管理規范（2010年修訂）》[S].

[3]譚岳堯,方傳志. 固體制劑車間GMP改造中空調凈化系統設計若干問題的探討[J]. 醫藥工程設計雜志, 2000（2）：69-73

[4]陳憲,關慧英.談醫藥工業空調設計中的某些特殊性[J].太原理工大學學報, Vol.29 No.5

[5]黃愷,周志剛.固體制劑車間間歇性局部排風設備對壓差影響的解決方法[J]. 能源研究與信息, 2004年第4期

[6]國家食品藥品監督管理局藥品認證管理中心.《藥品生產驗證指南》（2003）[S].

[7]陸耀慶 主編. 實用供熱空調設計手冊[M]. 北京：中國建筑工業出版社，2007

Pressure difference control in air-conditioning system of special pharmaceuticals manufacturing area

Huang Kai
（Shanghai Sine Pharmaceutical Laboratories Co., Ltd., Shanghai 201206）

A practical case is presented in this paper, which proves that the pressure differential requirement in special pharmaceutics manufacturing area can be effectively achieved by adopting negative pressure air-lock and pressure-relief diffusers.

local exhaust ventilation system；negative pressure air-lock；pressure relief diffuser；tightness