藥廠純化水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計與實施驗證

  在藥廠中，純化水（不含任何附加劑，且電阻率大于0.1×106Ω·cm的水）是很重要的基礎(chǔ)設(shè)施，在產(chǎn)品制備和設(shè)備清洗中具有至關(guān)重要的作用。本文主要針對藥廠純化水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計和驗證，以此保證純化水可以穩(wěn)定高效的提供給每個車間，滿足生產(chǎn)需要。

一、純化水循環(huán)控制系統(tǒng)的組成

藥廠內(nèi)的純化水循環(huán)控制系統(tǒng)運行效果直接決定了藥品得到質(zhì)量和安全性，因此必須要得到重視。在實際應(yīng)用中，通過循環(huán)泵和循環(huán)管路將合格的純化水輸送到不同的車間使用點上。而循環(huán)泵、臭氧發(fā)生器，板式換熱器則負(fù)責(zé)實現(xiàn)在線消毒滅菌功能并保證純化水的正常使用溫度（15-25℃）滿足生產(chǎn)需求，以此保證循環(huán)系統(tǒng)的潔凈性和衛(wèi)生清潔程度和可用性?？偟膩砜?，藥廠內(nèi)的純化水循環(huán)控制系統(tǒng)分為兩個工作狀態(tài)，一種為循環(huán)輸送狀態(tài)（用水點可用水），另一種為在線消毒殺菌狀態(tài)（用水點禁止用水）?；谧詣踊\行理念，借助PLC控制器和觸摸屏完成對控制系統(tǒng)的設(shè)計，將循環(huán)泵打造為控制對象，借助變頻器、傳感器和驅(qū)動裝置完成系統(tǒng)循環(huán)工作[1]。

二、純化水循環(huán)管路及循環(huán)泵設(shè)計應(yīng)用

（一）循環(huán)泵及管路現(xiàn)狀

目前循環(huán)管路系統(tǒng)中包括少部分DN50管路及大部分DN40管路，現(xiàn)場管路大部分鋪設(shè)在建筑夾層中，測量及核算較為困難。根據(jù)現(xiàn)場實際情況及圖紙等信息在進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計前核算如下：

DN40管道大概300米長，假定彎頭是70個，現(xiàn)場流量讀數(shù)5.23M3/H;DN50管路大概長度120米，彎頭也假定70個，流量假定7m?/h（回水管路流量包括用水點的流量）。通過軟件計算的阻力損失如下：

DN40管路總阻力是207259+81101=288360Pa，約2.88 Bar;DN50管路總阻力是31578+42341=73919Pa，約0.74Bar，兩項之和是3.6 Bar。實際阻力損失是 4.8-1.8=3 Bar。計算結(jié)果比實際測量值高了0.6 Bar， 一方面是因為可能假定的彎頭數(shù)量多了，另一方面是因為計算結(jié)果同實際值本身存在一定的差異。此差異可以作為未來延長管路后對于更換循環(huán)泵的選用計算參考。

（二）循環(huán)管路設(shè)計

按照現(xiàn)有布局對于備份原有純水系統(tǒng)的部分用水點和新增的車間用水點進(jìn)行合理的布局設(shè)計，保證循環(huán)管路無死點的前提下共計增加DN40管路60米，彎頭10個;增加DN50管路300m，彎頭60個，共增加阻力計算如下：

DN40管路增加的阻力損失45859+12961=58820Pa， 約0.59 Bar;DN50 管路增加的阻力損失92104+36292=128396Pa，約1.28 Bar。增加的總阻力是 0.59+1.28=1.87 Bar。

（三）循環(huán)泵的選擇

由于原純水系統(tǒng)循環(huán)泵的能力不能滿足增加管路長度后揚程，壓力和流量的要求，綜合考慮新增管路的壓力損失和采用現(xiàn)有泵同系列的變頻循環(huán)泵以便方便進(jìn)行安裝，通過泵的揚程曲線確認(rèn)最終選擇了15m?/h，揚程65m，進(jìn)口DN50，出口DN40，功率7.5KW，轉(zhuǎn)速2900，運行頻率55Hz的變頻離心泵對循環(huán)管路提供動力。

三、純化水循環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用

硬件設(shè)備選型工作極為關(guān)鍵，要根據(jù)藥廠的具體情況以及日常生產(chǎn)計劃，進(jìn)行針對性的選擇設(shè)計。

在實際設(shè)計過程中，中央處理模塊選擇可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的系統(tǒng)。在數(shù)字量、模擬量的輸入輸出模塊等方面也進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計，確保輸入輸出量符合藥廠的實際生產(chǎn)需要，并且對純化水進(jìn)行有效控制，避免出現(xiàn)浪費現(xiàn)象。同時，安裝了觸摸屏和變頻器這兩個設(shè)備，為工作人員的監(jiān)控操作提供保障。觸摸屏的設(shè)計是這個環(huán)節(jié)中的重點內(nèi)容，包括數(shù)據(jù)庫等軟件系統(tǒng)在內(nèi)，都要在這一階段完成，以此保證各項監(jiān)控功能得到完成，為后續(xù)的詳細(xì)程序設(shè)計奠定基礎(chǔ)。本文設(shè)計的藥廠內(nèi)的純化水循環(huán)控制系統(tǒng)除了基本操作功能之外，還具有運行狀態(tài)監(jiān)控、工藝參數(shù)分析處理、故障報警、故障自檢以及故障診斷記錄。工作人員借助這個系統(tǒng)可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的操控，保證藥廠內(nèi)的純化水循環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行[2]。

四、純化水循環(huán)系統(tǒng)的驗證應(yīng)用

所謂驗證，就是將設(shè)計的功能和預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)經(jīng)過檢驗得到證實的過程，為了保證系統(tǒng)的可靠性在藥廠中的驗證工作尤為重要。同樣，經(jīng)過改造的純化水循環(huán)系統(tǒng)也必須經(jīng)過驗證才可投入正常的使用。通常驗證需要經(jīng)過SIA（系統(tǒng)影響評估），DQ（設(shè)計驗證），IQ（安裝驗證），OQ（操作驗證）以及PQ（運行驗證）多階段才可以完成，純水系統(tǒng)較之其它系統(tǒng)的驗證時間長，內(nèi)容復(fù)雜。

（一）功能驗證

完成改造的循環(huán)系統(tǒng)，需要保證設(shè)計的各功能能夠正常執(zhí)行，例如：循環(huán)泵能夠正常啟動并實現(xiàn)變頻調(diào)節(jié)來保證流量;可以正常執(zhí)行熱消毒（巴氏消毒）和臭氧消毒。

（二）關(guān)鍵質(zhì)量控制參數(shù)的驗證

1.保證循環(huán)水的水溫在生產(chǎn)循環(huán)時，回水溫度不能夠超過25℃，如果超過25℃則要打開冷凍水。如果低于15℃，則要停止進(jìn)冷凍水保持自動循環(huán)。

2. 從電導(dǎo)率的這個關(guān)鍵的質(zhì)量控制參數(shù)角度來看，要保證系統(tǒng)15-25℃范圍內(nèi)電導(dǎo)率<3.6us/cm，警戒限設(shè)為1.0us/cm。超出警戒限報警通知系統(tǒng)運行管理部門，達(dá)到3.6us/cm則直接停止系統(tǒng)循環(huán)泵工作，保證生產(chǎn)車間不會使用不合格的純化水。

3.在線進(jìn)行巴氏消毒殺菌狀態(tài)下，回水溫度要控制>80℃，時間維持>60min。在控制系統(tǒng)下，溫度超出指標(biāo)時，會自動控制連鎖閥，實現(xiàn)自動化控制，并通知工作人員進(jìn)行報警。以線消毒殺菌狀態(tài)為例，當(dāng)回水溫度大于上線設(shè)定90℃時，系統(tǒng)會自動關(guān)閉氣動閥，停止蒸汽進(jìn)入，當(dāng)小于80℃時，系統(tǒng)會打開氣動閥，增加蒸汽進(jìn)入渠道。在達(dá)到了工作人員設(shè)定的在線消毒殺菌時間后，系統(tǒng)會自動停止，關(guān)閉蒸汽調(diào)節(jié)閥，打開冷水閥，對系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行降溫處理，直到溫度恢復(fù)到設(shè)定值后，就會恢復(fù)到循環(huán)輸送狀態(tài)。

4. 臭氧消毒時臭氧濃度要提升至50ppb以上保持30min以上，電控原理與巴士消毒類似，來控制臭氧發(fā)生器和UV紫外燈的合理邏輯性工作。

5. 從回水流量的角度來看，依據(jù)藥典要求，保證正常情況下末端流速不能夠低于1m/s，并通過流量計的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證。在設(shè)計系統(tǒng)過程中，根據(jù)純化水循環(huán)系統(tǒng)管道的管徑、長度，計算流量數(shù)據(jù)，科學(xué)設(shè)計回水流量的設(shè)定值，利用變頻器，實現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié)，確保末端回水流量的穩(wěn)定性。由此可知，純化水循環(huán)控制系統(tǒng)落實后，不僅制藥效率得到提高，藥廠的經(jīng)濟效益、藥品質(zhì)量也得到了保障。

6. 純化水使用點化學(xué)及微生物的化驗數(shù)據(jù)監(jiān)控

作為藥廠中的純水系統(tǒng)較其它系統(tǒng)最大的驗證區(qū)別就是會對整個循環(huán)系統(tǒng)各水點進(jìn)行多輪驗證來確認(rèn)水質(zhì)滿足藥典要求，最長監(jiān)控周期長達(dá)一年?；瀮?nèi)容包括化學(xué)檢驗，微生物檢驗及TOC含量。在驗證期間，結(jié)果全部合格或偏差Y原因調(diào)查清晰并被解決方可結(jié)束驗證。

總結(jié)：綜上所述，作為制藥工藝中的核心用水，純化水必須要滿足藥典要求，相應(yīng)的運行系統(tǒng)也要實現(xiàn)自動化、規(guī)范化運行。因此，在設(shè)計純化水循環(huán)系統(tǒng)的過程中，要對各組成部分進(jìn)行充分考慮并在改進(jìn)完成后通過驗證方可投入正常使用。