制劑廠房蒸汽凝結水排放所存問題及其工程處理

翁念慈

（江蘇吳中醫藥集團有限公司蘇州制藥廠，江蘇蘇州215101）

1 問題的提出

在制藥生產的過程中，大多數制藥企業會使用工業蒸汽對物料進行加熱或滅菌（包括使用純蒸汽滅菌），如何排放蒸汽使用后產生的凝結水就成為了需要解決的問題。雖然看似簡單，但是由于各種原因，如凝結水排放管道的工程設計及安裝若處理不好，會產生諸如蒸汽滅菌器溫度不均勻、配料罐加熱溫度控制不穩定等不良后果，究其原因便是凝結水在管道中存在氣堵問題，使凝結水排放不暢。

理想的凝結水排放設計是蒸汽使用點與排放出口終點鄰近，且是1個使用點配1路凝結水管道，但實際工程中往往有以下幾種情況比較特殊：

（1）由于廠房比較寬敞，蒸汽使用點距離排放出口終點較遠，一般達10m或20m。

（2）多個蒸汽使用點合用1路凝結水管道。

（3）凝結水管道的安裝較難處理。如果是單層廠房，凝結水管往往采用埋地方式，若埋地深度較淺，凝結水管道保溫不好，很容易造成地面開裂；若埋地太深，凝結水管道會因終端低于廠區總排水管而排不出水；還有建筑結構中的地梁使管道難以穿越等。如果是多層廠房，會有豎向的凝結水管道，情況更為復雜。

（4）有些工藝設備（如配料罐、膠塞清洗機、鋁蓋清洗機、蒸汽滅菌器等）既配有蒸汽，又配有冷卻水，排凝結水與排清洗水是同一個出口，有時排凝結水，有時排清洗水。

以上情況極容易造成凝結水管道中產生氣堵，進而影響生產或產品質量。

2 氣堵產生的原因

2.1 氣堵概念

氣堵是指在流通液體的管道中的某個部位因積聚一定量的空氣而產生氣囊，當液體壓力難以克服氣囊時，氣囊產生阻力，使液體流通不暢或不流通。

2.2 產生原因

圖1為凝結水管道產生氣堵原理示意圖。一般情況下，蒸汽使用后由氣態轉為液態，經疏水器排放出凝結水，然而由于疏水器的截汽效率不能達到100%，往往會連汽帶水排出，熱的水汽進一步自然降溫使體積變小，而空氣始終存在。因此，在凝結水管道中很難達到連續滿管是水而沒有空氣，如果排放管坡度不足以使水汽及時排出，極易造成氣堵。

圖1-a是一段凝結水排放管，其左側為進口，壓力p1＞0，存在位能h1，進口的水中帶汽；其右側為出口，出口端壓力p2為0，因出口端管道坡度逆向，所以存在位能h2。雖然h2＜p1+h1，但h2不存在空氣，而p1+h1存在空氣。在管道較低處，細小而密集的氣體開始積聚成較大的氣囊，由于空氣可以被壓縮、液體幾乎不被壓縮的原理，在h2、p1+h1的作用下，使得氣囊被壓縮而變小，而出口處仍有液體不流出或流出不暢，如圖1-b所示。

圖1 凝結水管道產生氣堵原理示意圖

3 如何解決凝結水管道中的氣堵問題

3.1 簡單方法

如何解決凝結水管道中的氣堵問題，在工程實施中是一個不可小視的問題，簡單方法有：

（1）盡量采用1個蒸汽使用點安裝1路凝結水管；（2）凝結水管道的安裝坡度要嚴格遵循設計要求；（3）選擇優良的疏水器。

3.2 多個蒸汽使用點共用1路凝結水管道的解決方法

事實上，1個蒸汽使用點安裝1路凝結水管對于大多數制劑廠房來說是很難做到的，對多層廠房來說則更難實施。多個蒸汽使用點共用1路凝結水管道，要注意以下幾個問題：

（1）凝結水管道的管徑要足夠大。

（2）除了保持凝結水管道一定的坡度外，在凝結水管道的最高端安裝1根豎管通向室外作為透氣管，管徑不必太大。透氣管的作用很大，一方面能將凝結水管內的空氣透逸出去，另一方面能加速凝結水管道中的水流動，但是凝結水管道的管徑要大。

（3）可以在每個設備的疏水器出口處安裝1個水汽分離器，如圖2所示。

圖2 疏水器出口處安裝水汽分離器示意圖

圖2中a—b為排水汽管，a端連接設備排水汽口，b端接入水汽分離器中；c—d為透氣管，d端伸出室外；e—f為溢流管，f端接入凝結水排放總管（j—k）；g—h為當需要將水汽分離器內的積水排盡時所用的管，該管上的閥門平時常閉。圖2中的水汽分離器適用于如配料罐的夾套、蒸汽滅菌器等設備的間歇性排冷卻水和排蒸汽凝結水。

（4）對于只有1個出口且既要排清洗水又要排凝結水（或蒸汽尾氣）的設備，同樣可在設備的水汽出口處安裝1個水汽分離器，如圖3所示。

圖3 既要排水又要排凝結水設備的水汽出口處安裝水汽分離器示意圖

圖3與圖2基本相同，只不過是在a端的管道上并聯加了a11—b11、a12—b12管道及相應的球閥、疏水器，a12—b12管道位于水汽分離器的液位下。當需要排汽時，可以關閉a12—b12上的球閥，凝結水通過疏水器排入水汽分離器；當需要排水時，打開a12—b12上的球閥即可。圖3的水汽分離器適用于如配料罐、凍干機等容器的在線清洗（CIP）時的排水和在線滅菌（SIP）時的排凝結水、蒸汽滅菌器的排蒸汽凝結水、排冷卻水等。

在GMP要求中，往往要求防止排放管道后側的空氣倒灌，因此有的廠家只在排“清洗水/純蒸汽凝結水”的管道上安裝1個止回閥或安裝1個P彎，形式上看是解決了防止排放管道后側的空氣倒灌，但效果并不理想。因為CIP排水時，幾乎沒有水壓，不能克服止回閥的阻力，所以會因打不開止回閥而排不出水；SIP排凝結水時，P彎是個非常容易存在氣堵的地方，從而影響排凝結水效果。為此，在圖3中，除了采用水汽分離器，還在a—b管道上并聯加了a11—a12管道、球閥、止回閥進行切換，最好是將圖3中需要切換的閥門安裝為電動控制閥，實行自動控制。

（5）多個蒸汽使用點共用1路凝結水管道，凝結水總管的管徑大小是一個不可忽視的問題，應重點考慮：1）凝結水量的統計，包括單點排量、總排量、高峰時的排量；2）總管中的壓能、動能幾乎等于0，位能就變得極為重要，所以凝結水管要保持足夠的坡度；3）總管中還有可能存在空氣。綜上所述，可先根據伯努利方程計算得到理論管徑，再考慮可能存在空氣的因素，將理論管徑放大。

（6）雖然不能做到1個蒸汽使用點安裝1路凝結水管，但也不必將所有蒸汽使用點集中在1路凝結水管上，可以分成若干個小系統，盡量按如下原則來考慮：1）重要性——如用于小容量注射劑產品的滅菌柜等；2）區域性——就近處理；3）同類性——相同的安排在一起。

4 凝結水的室外排放處理

由于現代的工業廠房都注重廠房的整潔和廠區的美觀，因而最終排放到室外的凝結水如何處理也很重要，通常有直接排放在室外地面、排放到廠區總排水管內、回收利用等幾種方法，下面對此作一簡析。

（1）在保證足夠的凝結水管道坡度的情況下，直接排放在室外地面，雖然做法簡便，但廠房邊上冒汽（熱水效應）不雅觀，且會造成室外地面或草坪的損壞。

（2）通過室外的窨井排放到廠區總排水管內，排水總管必須低于凝結水管出口，而且窨井內的最高水位應低于凝結水管出口，否則將不利于凝結水排放。另外，當凝結水排放到廠區總排水管時，要考慮凝結水的水溫和總排水管的材質，如水溫較高而排水管材質為PVC，那么會造成PVC管的龜縮和損壞；有的在窨井內設有溢流堰，使凝結水泛過溢流堰流入排水管中而使水溫降低，如果窨井過小其降溫效果并不理想。

（3）回收利用是最好的方案，可是回收方案不是很方便，大多由于凝結水出口分散、出口位置太低等原因造成不便。

綜上所述，可以嘗試將若干個蒸汽使用點的凝結水排水組成1個或2個系統，其出口連接W型水噴射真空泵，水噴射真空泵連續運行，可以解決如下問題：1）由于水噴射真空泵的真空作用，能有效地消除凝結水管內的氣堵，對凝結水管的安裝坡度要求不高；2）由于水噴射真空泵的水噴射作用，凝結水被有效地降溫，這樣有利于排入總排水管，或可回收利用；3）改善了廠房、廠區的環境。但是，這個方法需要消耗電能。

5 結語

綜上所述，在制劑廠房中如何處理凝結水的排放問題，需要綜合考慮，否則會給工程后期帶來麻煩，或者在生產使用中產生不良后果。