潔凈管道的設(shè)計要素與安裝管理要點探討

楊敏皓

1 潔凈管道定義與分類

潔凈管道是指工藝設(shè)備前后及設(shè)備之間輸送有潔凈要求的工藝所用介質(zhì)的管道。

在制藥生產(chǎn)實踐中，潔凈管道主要有：（1）制藥用水系統(tǒng)（純化水管道、純蒸汽管道、注射用水管道）；（2）制藥配液系統(tǒng)（配液管道、清毒液管路等）；（3）制藥用氣系統(tǒng)（壓縮空氣管道、真空管道、氮氣管道等）；（3）清洗/滅菌系統(tǒng)（CIP/SIP管道、潔凈區(qū)給排水管道）；（4）凈化空調(diào)系統(tǒng)（凈化風(fēng)管）。

2 潔凈管道設(shè)計的要素

2.1 潔凈管道設(shè)計的目的

潔凈管道設(shè)計的目的：控制微生物、內(nèi)毒素、可見異物。其中，控制微生物是控制中的關(guān)鍵要素。

在探討控制微生物之前，首先要了解生物膜的概念。（1）生物膜就是微生物相互粘結(jié)并附著在設(shè)備或管道表面形成黏性的物質(zhì)。超過90%的微生物的生成發(fā)生在生物膜上，生物膜能提供微生物生長的營養(yǎng)源，利于微生物的聚集與生長。（2）生物膜的表面會形成多糖層，這層外膜將保護細菌免受殺菌劑的破壞，使其更加耐化學(xué)或物理的消毒，普通的淋洗不能將其去除，對消毒也不一定能夠從其附著表面清除。（3）對潔凈管道液體的抽樣常用來檢測游離的細菌，而生物膜很難通過抽樣檢測出來。一旦生物膜形成，微生物的控制程度及頻率均會增加。因此，管路設(shè)計滅菌策略時必須全方面考慮到這一點設(shè)計，需綜合有效地清洗與滅菌。

2.2 潔凈管道設(shè)計的原則

潔凈管道設(shè)計的主要原則：（1）降低附著與積存風(fēng)險；（2）合適的材料與表面處理；（3）合適的衛(wèi)生級設(shè)備與部件；（4）合適的連接方式；（5）避免產(chǎn)生“虹吸”現(xiàn)象；（6）循環(huán)溫度控制和惰性氣體保護；（7）適宜的消毒滅菌方式；（8）降低運行成本。以下將對其中降低附著與積存風(fēng)險、合適的材料與表面處理、合適的連接方式3個原則作一探討。

2.2.1 降低附著與積存風(fēng)險

降低附著與積存風(fēng)險主要靠以下幾方面來達到：表面可靠高剪切力的湍流設(shè)計、避免產(chǎn)生死角的設(shè)計以及自排凈性設(shè)計。

2.2.1.1 表面可靠高剪切力的湍流

湍流時，雖然宏觀上流體沿管道向一個方向流動，但從微觀上看各質(zhì)點的運動速度在大小和方向上都會隨時發(fā)生變化。總有部分質(zhì)點的運動方向相對垂直于管軸或管壁，在管壁表面形成一定的剪切力。這樣殘留物表面再也不會形成穩(wěn)定的飽和層，溶解的速度就大大提高了，清潔效果也隨之提高。因此，在清洗過程中，必須保證清潔液以湍流形式流動。

湍流狀態(tài)對抑制微生物在管壁表面的附著有比較好的效果，通常認為雷諾數(shù)Re≥4 000時，流動類型屬湍流。

2.2.1.2 避免產(chǎn)生死角

避免產(chǎn)生死角的設(shè)計原則便是3-6D法。盡管各種規(guī)定和提法（甚至測量方法）不盡相同，但目前所有提法都不是法規(guī)，而只是工程指南、建議或相應(yīng)標準。

目前，較正式的原則有以下4個：（1）2001年ISPE水和純蒸汽基準指南認為：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；（2）2009年ASMEBEP認為：由主管內(nèi)壁到支管盲端或閥門密封點的長度L≤2倍的支管直徑D；（3）1993年美國高純水檢查指南認為：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；（4）WHO認為：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。

2.2.1.3 自排凈性

自排凈性設(shè)計需考慮以下幾點：

（1）水平管路要有坡度。比如，為保證排盡，水平管路應(yīng)有不小于0.5%的安裝傾斜度。又如，需要疏水的管道為了排水的需要斜度不小于2%，所有排水管必須聚集成一條排水總管。

（2）儀表安裝形式也要自排凈。

（3）水平管路變徑時，偏心大小頭（底平）用在管線上，應(yīng)考慮完全排盡。同心大小頭只能用在垂直管線上。

（4）隔膜閥安裝角度。當需要在水平管道中使用隔膜閥時，必須保證按照隔膜閥生產(chǎn)廠家規(guī)定的角度在水平管道中安裝隔膜閥，否則在流程設(shè)備運行中，隔膜閥的清空會遇到一些問題，不能完全排出閥體中的介質(zhì)。但是，不同的隔膜閥類型、不同廠家生產(chǎn)的隔膜閥、不同公稱流量的隔膜閥的安裝傾斜角度是不同的，這往往給無菌流程設(shè)備的設(shè)計制造帶來很大的麻煩。

（5）選用泵時，應(yīng)帶下排口。

2.2.2 合適的材料與表面處理

合適的材料與表面處理應(yīng)考慮如下幾點：標識、材質(zhì)、厚度、尺寸、測試、熱處理、表面狀況、包裝、偏差、最低檢測要求、壓力等級等。

2.2.3 合適的連接方式

管道連接首選是焊接（自動氬弧軌跡焊），其次快卡連接，再次衛(wèi)生結(jié)構(gòu)的法蘭連接（4″以上），不使用螺紋連接。

焊接的方法比快卡連接的明顯優(yōu)點在于焊接形成連續(xù)焊縫，不必考慮快卡連接的密封墊錯位、縫隙及其老化更換問題。

3 潔凈管道安裝的管理

潔凈管道安裝管理的流程如圖1所示。以下對幾個管理過程作一探討性陳述。

3.1 施工環(huán)境

潔凈管道安裝時對施工環(huán)境有如下要求：

（1）預(yù)制場材料和預(yù)制品存放場地應(yīng)徹底清掃干凈，并鋪設(shè)無塵的橡膠板或紙板；

（2）安裝區(qū)域內(nèi)，在進行衛(wèi)生級配管作業(yè)時不得進行非不銹鋼作業(yè)；

（3）安裝區(qū)域內(nèi)，在作業(yè)期間每日應(yīng)清理廢舊料和用吸塵機或濕凈拖畚清潔1～2次；

（4）嚴禁將碳鋼材料和附有油脂類的工具帶入預(yù)制場所和現(xiàn)場清潔室；

（5）進入現(xiàn)場清潔室，必須穿戴清潔工作服、膠鞋和軟質(zhì)帽子。

3.2 施工工藝程序、施工現(xiàn)場圖紙、焊接方式規(guī)范

根據(jù)設(shè)計圖就現(xiàn)場情況繪制現(xiàn)場施工工藝圖，確認管網(wǎng)平面的統(tǒng)一傾斜方向，確認管網(wǎng)系統(tǒng)中每一個焊接點有足夠的操作空間。制定每條焊縫的充氬方式，確保焊接焊縫時有足夠的氬氣保護。

3.2.1 焊接條件

管口對焊時必須保證干凈、平直，正圓及配合良好。在切斷管道時一般不采用潤滑劑（必要時可用清水），注意保證切口平整，使用專用工具處理毛刺不得損傷管口或修成梯口，焊口對接時不得錯邊。

3.2.2 焊接規(guī)范

（1）充氣。用卡盤或卡箍固定好所需焊口，用端蓋將管道封起并用充氣器檢測管中含氧量小于1%即可。充氬保護是高等級衛(wèi)生管道焊接過程中非常重要的步驟，無氬或缺氬保護，會造成管道內(nèi)壁焊縫發(fā)黑呈不規(guī)則層疊熔巖狀。

（2）點焊。無論自動焊或手動焊，都需手動方式對焊口進行點焊，沿外圓均勻分布，以對焊縫完整熔接不產(chǎn)生影響為準。

（3）焊接。管道焊接最重要的一環(huán)，焊縫熔接的質(zhì)量除受上述有關(guān)因素的影響，還與環(huán)境、人及其他因素有關(guān)。例如：供電網(wǎng)電壓波動、焊機電流波動導(dǎo)致焊針拉弧溫度變化。手焊時，焊針的研磨及拉弧的距離和可能忽略的環(huán)境溫度、風(fēng)的影響，都可能影響到焊縫質(zhì)量。

目前，常用的自動焊機是焊針圍繞管材旋轉(zhuǎn)焊接，焊針在上升或下降焊接過程中，材料上下溫度不同，有可能使管道內(nèi)壁焊縫產(chǎn)生層狀堆積，因此要注意焊機的速度及電流調(diào)整。

3.2.3 焊縫檢驗

在衛(wèi)生管道焊接工程中，每道外焊縫都需仔細檢查，內(nèi)縫可通過內(nèi)窺鏡或抽樣檢查。

焊縫缺陷大致分為：（1）可補救型。電流過小、速度過快、收弧太早造成的未焊透；管內(nèi)不清潔、濕氣太重、充氣量過大產(chǎn)生的內(nèi)縫氣孔；速度不均、收弧太早引起的內(nèi)縫針眼都可充氣后重新焊接。（2）割除型。電流大、速度快產(chǎn)生的裂縫、裂紋；電流大、速度慢造成的燒傷、燒穿；保護氣體異常引起的結(jié)晶；含氧量過高引起的碳化均需割除焊縫熱影響段重新焊接。

3.3 材質(zhì)、材料管理

（1）首先要求供應(yīng)商提供加工工藝的全過程處理文件，確認可行后，甲方要求乙方提供每一過程處理結(jié)果的質(zhì)檢報告，并提供處理樣品確認后，再進行下一步驟。關(guān)鍵工藝的處理過程甲方盡可能現(xiàn)場監(jiān)督，重點對不銹鋼管材內(nèi)壁的機械拋光及電化拋光進行監(jiān)測。鈍化、清洗后，乙方整理出一套完整的工藝過程質(zhì)檢報告，隨材料文件一并供給甲方。

（2）外包裝檢查有無破損、污染、水漬等情況。

（3）管道外表標識（材質(zhì)標號、管徑及壁厚、潔凈度級別、粗糙度等級、標準號、生產(chǎn)廠標等）是否符合設(shè)計要求。

（4）外觀檢查：主要對不銹鋼管材、管件的拋光、鈍化、粗糙度、銹跡劃痕、條斑、管口的毛刺處理及衛(wèi)生保護情況進行檢查。重點檢測：管材的直線度、管口平面與管壁垂直以及垂直彎頭、凹凸法蘭、三通的檢測。

（5）安裝前對管材及管件進行抽樣加壓測試。

（6）包裝、運輸、存放：管口處要求包有硬質(zhì)PVC蓋，整體用軟質(zhì)PVC袋進行包裝，緊密排放，封箱運輸，入庫或出庫搬運時要求工人戴白手套進行搬運，不使用時不得拆掉PVC外包裝。

（7）預(yù)制堆放區(qū)域清潔衛(wèi)生，無塵且遠離腐蝕性物體，并避免與碳鋼材料接觸。堆放一般不超過4層，層與層之間用等尺寸木墊均勻墊置，距離視管徑而定，一般為D≤1.5m。

3.4 保護材質(zhì)管理

保護材質(zhì)管理需做到以下幾點：

（1）以出廠時的標識，區(qū)分品種、材質(zhì)、規(guī)格保管；

（2）管子、閥門、管件、特殊部件置于木制貨架上，若置于地面上，地面應(yīng)鋪設(shè)無塵的橡膠板或紙板；

（3）保管期間，材料保持出廠包裝完好，不得拆封；

（4）材料以當天的工作量領(lǐng)用，不得超量領(lǐng)用；

（5）作業(yè)時，不得赤手觸摸管子、管件、閥門內(nèi)表；

（6）材料保管范圍內(nèi)，不得帶入碳鋼材料，并應(yīng)保持清潔，每日用吸塵機或濕凈拖畚清潔1～2次；

（7）材料在入庫前應(yīng)進行對材質(zhì)證明書、規(guī)格、型號、堵封和包裝等檢驗，不合格品不得入庫。

3.5 安裝準備檢查

安裝準備檢查工作主要有以下幾方面：

（1）具有資質(zhì)的作業(yè)人員已接受施工交底，了解工程情況、施工技術(shù)要求和相關(guān)施工規(guī)范，特別是衛(wèi)生級配管方面的清潔和GMP相關(guān)要求和規(guī)定；

（2）衛(wèi)生配管材料已具備，有材料質(zhì)量合格證書，并有妥善保管場所；

（3）與衛(wèi)生配管相關(guān)的工藝設(shè)備已安裝就位，并確認合格，可以配管；

（4）施工用設(shè)備，如自動氬弧焊機、切管機等狀態(tài)良好，可用；

（5）施工用量具、儀表已經(jīng)鑒定，并在有效期內(nèi)；

（6）作業(yè)環(huán)境整潔，符合衛(wèi)生管道作業(yè)要求。

3.6 現(xiàn)場安裝

在現(xiàn)場安裝時需注意以下幾個方面：

（1）安裝區(qū)域內(nèi)，不得進行非不銹鋼工作，場地在使用前應(yīng)徹底清掃干凈和鋪設(shè)無塵的橡膠板或紙板。

（2）施工機械、工具在使用前需進行檢查，并徹底清洗，表面不得有油污和其他臟物。

（3）預(yù)制場地的待用材料，非到用時不得拆封和去除標識。

（4）衛(wèi)生管的切割和坡口加工：1）衛(wèi)生管切割需用專用的不銹鋼輪式切割機或使用專用的軌道切割機進行，切割機在使用前必須徹底清洗表面油污和灰塵，割刀專用；2）切割下料尺寸，嚴格根據(jù)圖紙的指示；3）切割時管內(nèi)填塞無毛白布，白布上栓白線繩，白線繩必須露出管外10 cm以上，防止切屑進入管內(nèi)，切割后取出白布；4）切割后管口毛刺用銼刀去除，銼刀專用；5）切割面用潔凈無毛白布蘸酒精擦拭；6）切割面應(yīng)平整，并與管中心線垂直，符合自動氬弧焊機進行Ⅰ型坡口和無間隙焊接的需要。

（5）嚴格依照圖紙指示的分段進行預(yù)制段的組裝，封閉段的制作，待各預(yù)制管段安裝并經(jīng)測量后再進行。

（6）預(yù)制段管端應(yīng)用塑料帽堵封嚴密，并用發(fā)泡塑料薄膜包裝。

同時，安裝時應(yīng)特別注意：（1）預(yù)制后的管道主件安裝時不得強力拉伸或擠壓，在熱脹冷縮過程中所有管線能伸展自如。（2）管線中的杯口及法蘭安裝平直無錯位，現(xiàn)場焊接時必須考慮收縮量。

3.7 安裝過程的巡檢

安裝過程的巡檢有以下幾個工作：

（1）潔凈管道的堆放環(huán)境：應(yīng)放于室內(nèi)避雨；

（2）潔凈管道的下料應(yīng)設(shè)于能避雨、無塵、封閉的房間；

（3）應(yīng)具備專用的下料器具：包括切管機、管口處理器等，下好料管口必須封堵后運至施焊現(xiàn)場；

（4）管道施焊前要求樣品試焊，試樣上注明時間、地點、操作者姓名及焊接參數(shù)，樣品定時送監(jiān)理檢驗；

（5）管道上每個焊縫旁要貼與樣品格式一樣的標簽，并編號；

（6）盡量避免手工焊，法蘭、卡箍要求帶有短管；

（7）焊縫要進行射線探傷、手工焊檢測率100%，自動焊檢測率10%；

（8）根據(jù)設(shè)計要求進行打壓試驗，打壓前要求施工單位報打壓方案及安全措施；

（9）要求施工單位做管道的清洗方案，修改、審批后執(zhí)行；

（10）潔凈室內(nèi)采用的閥門、管件除滿足工藝要求外，應(yīng)采用拆卸、清洗、檢修均方便的結(jié)構(gòu)形式。

4 結(jié)語

本文從潔凈管道定義與分類入手，對潔凈管道設(shè)計要素作了探討，并著重對潔凈管道的安裝管理進行了陳述。可以說，隨著新版GMP的實施，其對廠房設(shè)備與設(shè)施要求越來越嚴格，特別是潔凈設(shè)計與安裝也將越來越嚴格。

［1］國家食品藥品監(jiān)督管理局藥品認證管理中心.藥品GMP指南：廠房設(shè)施與備［M］.北京：中國醫(yī)藥科技出版社，2011

［2］何聽.制藥企業(yè)潔凈廠房的監(jiān)理要點［J］.機電信息，2011（10）