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1、制药工业洁净工艺系统管道设计与安装主要内容一、系统设计二、材料选择三、施工安装四、文件材料一、系统设计1、设计标准：符合 GMP 要求n n GMP(Good Manufacturing Program)(Good Manufacturing Program)-中国制药认证标准 n n FDA(Food and Drug Administration)(Food and Drug Administration)-美国医药食品管理局的标准 n n 可能的其他部门n n 用户的内部标准一、系统设计22、设计的基本步骤：、设计的基本步骤：n n 由医药设计院、医药工程公司、厂家自己确定工艺用水的平
2、由医药设计院、医药工程公司、厂家自己确定工艺用水的平均流量和峰值流量；均流量和峰值流量；n n 由平均流量和峰值流量计算出管道的基本尺寸，并确定管道 由平均流量和峰值流量计算出管道的基本尺寸，并确定管道的标准 的标准(如 如BS BS、ASME ASME、DIN DIN、ISO ISO、SMS SMS 等等 等等)；n n 根据用户工艺的需要适当选择材料（管道、阀门、水泵等）根据用户工艺的需要适当选择材料（管道、阀门、水泵等）n n 确定施工方案 确定施工方案(包括二次设计、切割方案、焊接方案等 包括二次设计、切割方案、焊接方案等)；施工方案直接牵涉工程质量，它要比管道的光洁度还要影响工程质量
3、，所以应以足够重 施工方案直接牵涉工程质量，它要比管道的光洁度还要影响工程质量，所以应以足够重视；同时，这也与投资预算有直接关系，一般来讲，采用自动环形氩气保护轨迹焊 视；同时，这也与投资预算有直接关系，一般来讲，采用自动环形氩气保护轨迹焊+卡盘连 卡盘连接会比全卡箍连接节省 接会比全卡箍连接节省 30%30%左右；左右；n n 安排具体施工及工程质量检查 安排具体施工及工程质量检查(包括外观检查、压力试验、包括外观检查、压力试验、X X光探伤等 光探伤等)n n 工艺文件准备 工艺文件准备(施工设计图、材质单、资质认证书等 施工设计图、材质单、资质认证书等)二、材料选择11、管道、管道 22
4、、管件、管件-三通、弯头等三通、弯头等33、阀门、阀门-隔膜阀、球阀等隔膜阀、球阀等44、水泵、水泵-多级离心泵、单级离心泵（卫生泵）等多级离心泵、单级离心泵（卫生泵）等55、其它附件、其它附件-卡环、压力表、温度计等卡环、压力表、温度计等二、材料选择11、管道的选择、管道的选择、了解管道的标准及制式：、了解管道的标准及制式：n nISOISO-International Organization for Standardization International Organization for Standardization,国际国际标准化组织标准化组织n nSMSSMS-Switzerl
5、and manufacturing system Switzerland manufacturing system 瑞典工业标准瑞典工业标准n nDINDIN-Deutsche Industry-Norm Deutsche Industry-Norm,德国工业标准德国工业标准n nBS-BS-British standard British standard 英国标准英国标准n nASME BSP1997ASME BSP1997-American Society of American Society of Mechanical Engineers Mechanical Engineers 美
6、国机械工程师协会美国机械工程师协会n nJIs-JIs-日本工业协会标准日本工业协会标准二、材料选择、材质选择 为了使工艺用水管道具有生产和加热杀菌过程所必须的耐高温、抗 为了使工艺用水管道具有生产和加热杀菌过程所必须的耐高温、抗腐蚀结构性能，制药设备和管道系统绝大部分均采用 腐蚀结构性能，制药设备和管道系统绝大部分均采用 不锈钢 不锈钢 材料。材料。最常用的一般为：最常用的一般为：AISI 316L AISI 316L、AISI 316 AISI 316 与 与AISI 304 AISI 304。一般 一般 AISI316L AISI316L 是目前医药工业常用的材料 是目前医药工业常用的材
7、料,因为 因为:n n 焊接特性 焊接特性 非常适合手工和自动焊接（轨道焊接）非常适合手工和自动焊接（轨道焊接）n n 容易成型和处理 容易成型和处理n n 抗腐蚀性能好 抗腐蚀性能好n n 易于用蒸汽和过热水灭菌 易于用蒸汽和过热水灭菌注：注：316L 316L 与 与316 316 只是含碳量不一样，只是含碳量不一样，316L 316L 为低于 为低于0.03%0.03%，316 316 为低于 为低于 0.07%0.07%。这也是注射用水为什么必须选择。这也是注射用水为什么必须选择316L 316L 材质的原因。材质的原因。二、材料选择一般情况下，制药行业工艺用水管路选材如下（仅供参考）
8、：一般情况下，制药行业工艺用水管路选材如下（仅供参考）：n n 注射用水管路 注射用水管路 AISI 316L AISI 316L n n 纯化水管路 纯化水管路 AISI 316L AISI 316L 或 或AISI 304 AISI 304 n n 药液管路 药液管路 AISI 316L AISI 316L n n 纯蒸汽管路 纯蒸汽管路 AISI 316L AISI 316L 或 或AISI 304 AISI 304 n n 洁净压缩空气管路 洁净压缩空气管路 AISI 304 AISI 304n n 自来水管路 自来水管路 AISI 304 AISI 304二、材料选择、管径的确定：取
9、决于流量要求。、管径的确定：取决于流量要求。流量一般为生产任务所决定，所以关键在于选择合适的流速。若流速选得 流量一般为生产任务所决定，所以关键在于选择合适的流速。若流速选得太大，管径虽然可以减小，但流体流过管道的阻力增大，消耗的动力就大，太大，管径虽然可以减小，但流体流过管道的阻力增大，消耗的动力就大，操作费随之增加；反之，流速选得太小，操作费可以相应减小，但管径增大，操作费随之增加；反之，流速选得太小，操作费可以相应减小，但管径增大，管路的基建费随之增加。所以当流体以大流量在长距离的管路中输送时，需 管路的基建费随之增加。所以当流体以大流量在长距离的管路中输送时，需根据具体情况在操作费与基
10、建费之间通过经济权衡来确定适宜的流速。一般 根据具体情况在操作费与基建费之间通过经济权衡来确定适宜的流速。一般来讲 来讲,当液体流速在 当液体流速在1.5-2.5m/s 1.5-2.5m/s 时 时,流量见下表 流量见下表:管径 管径流量 流量(t/h)(t/h)正常 正常 最大 最大 最小 最小25.41.5 25.41.53.6 3.6 6 6 1.8 1.838.11.5 38.11.58 8 12.3 12.3 4.1 4.150.81.5 50.81.514.6 14.6 21.9 21.9 7.3 7.3二、材料选择、内表面粗糙度的要求：、内表面粗糙度的要求：不锈钢管道或管件的 不
11、锈钢管道或管件的 内表面粗糙度 内表面粗糙度 是指材料表面高度偏差的平均数，用 是指材料表面高度偏差的平均数，用Ra Ra 表示，单位是 表示，单位是m m。Ra Ra 值越大，材料表面的粗糙度就越大。值越大，材料表面的粗糙度就越大。抛光前 抛光前 抛光后 抛光后 注 注:1:1、在制药用水系统中，从减少微生物和杂质的滞留，控制生物膜的生成 在制药用水系统中，从减少微生物和杂质的滞留，控制生物膜的生成 等方面考虑，与工艺用水相接触的部分材料表面粗糙度应在 等方面考虑，与工艺用水相接触的部分材料表面粗糙度应在0.25-0.65 0.25-0.65 m m 为 为宜。但应以具体的工艺要求，适当选取
12、。宜。但应以具体的工艺要求，适当选取。2 2、表面粗糙度与系统的在线清洗和消毒的质量与时间有着密切的关系。、表面粗糙度与系统的在线清洗和消毒的质量与时间有着密切的关系。Ra Ra 越小，系统清洗或消毒所费的时间也就越短。反之，则就越长。越小，系统清洗或消毒所费的时间也就越短。反之，则就越长。二、材料选择 二、材料选择、内表面粗糙度的要求：、内表面粗糙度的要求：一般情况下，制药行业洁净厂房内工艺用水管路选材如下（仅供参考）：一般情况下，制药行业洁净厂房内工艺用水管路选材如下（仅供参考）：n n 注射用水管路 注射用水管路-内表面机械抛光 内表面机械抛光 Ra=0.45 Ra=0.45 m m，外
13、表面机械抛光 外表面机械抛光 Ra=0.8 Ra=0.8 m m n n 纯化水管路 纯化水管路-内表面机械抛光 内表面机械抛光 Ra=0.45 Ra=0.45 m m，外表面机械抛光 外表面机械抛光 Ra=0.8 Ra=0.8 m m n n 药液管路 药液管路-内表面机械抛光 内表面机械抛光 Ra=0.45 Ra=0.45 m m，外表面机械抛光 外表面机械抛光 Ra=0.8 Ra=0.8 m m n n 纯蒸汽管路 纯蒸汽管路-内表面机械抛光 内表面机械抛光 Ra=0.45 Ra=0.45 m m，外表面机械抛光 外表面机械抛光 Ra=0.8 Ra=0.8 m m n n 洁净压缩空气管
14、路 洁净压缩空气管路-内表面酸洗钝化 内表面酸洗钝化，外表面机械抛光 外表面机械抛光 Ra=0.8 Ra=0.8 m m n n 自来水管路 自来水管路-内表面酸洗钝化 内表面酸洗钝化，外表面机械抛光 外表面机械抛光 Ra=0.8 Ra=0.8 m m 二、材料选择2、管件的选择 根据系统的设计方案，管件的选择一般分为以下几种：根据系统的设计方案，管件的选择一般分为以下几种：、根据焊接方式分：加长式管件（管件带直段、根据焊接方式分：加长式管件（管件带直段40cm)40cm)-自动焊接管件自动焊接管件 普通管件普通管件（零直段）（零直段）-手工焊接管件手工焊接管件、根据产地分：进口与国产、根据产
15、地分：进口与国产、根据材质分：、根据材质分：316L316L与与304304二、材料选择3、阀门的选择 根据工艺用水的不同类型，阀门的种类繁多，用途根据工艺用水的不同类型，阀门的种类繁多，用途各异。通常用的有：隔膜阀、球阀、蝶阀、截止阀等各异。通常用的有：隔膜阀、球阀、蝶阀、截止阀等 制药用水对阀门的制药用水对阀门的基本要求基本要求是：是：在系统运行中，使用的阀门对工艺用水无污染、无脱落物、阀门材料具有良好的化学惰性、阀门的结构形式应不利于微生物和杂质的滞留、不会支持微生物的生长。二、材料选择、隔膜阀 由于隔膜法结构简单、零死角、密封性能好、便于维修、流体阻力小，因 由于隔膜法结构简单、零死角
16、、密封性能好、便于维修、流体阻力小，因此被广泛用于制药行业的工艺用水系统中。此被广泛用于制药行业的工艺用水系统中。二、材料选择、隔膜阀 生产隔膜阀的厂家非常多，生产隔膜阀的厂家非常多，隔膜阀的种类也繁多，按材质可分为：不锈 隔膜阀的种类也繁多，按材质可分为：不锈钢、塑料、铸铁、铸铁 钢、塑料、铸铁、铸铁+衬胶。衬胶。根据不同的行业需要而选用相应的阀门。但是选择阀门必须考虑以下几个 根据不同的行业需要而选用相应的阀门。但是选择阀门必须考虑以下几个方面：方面：、隔膜片、隔膜片 最关键的部分 最关键的部分、阀体材料、阀体材料 与介质有关系 与介质有关系、是否带限位器装置、是否带限位器装置 保护隔膜片
17、 保护隔膜片、能否及时地发现隔膜阀内漏、能否及时地发现隔膜阀内漏、将来是否能够升级、将来是否能够升级 手动，气动 手动，气动 二、材料选择、球阀 优点：优点：洁净球阀用于高纯净度和无菌处理过程，操作简洁，旋转灵活，其低维修保 洁净球阀用于高纯净度和无菌处理过程，操作简洁，旋转灵活，其低维修保养费用和洁净设计适用于使用蒸汽、液体和气体的设备，其适用范围从真空到高 养费用和洁净设计适用于使用蒸汽、液体和气体的设备，其适用范围从真空到高温高压，耐温高达 温高压，耐温高达450 450。对于结构为三片式的洁净球阀其孔径与管径大小一致以致不产生沉淀物，保 对于结构为三片式的洁净球阀其孔径与管径大小一致以
18、致不产生沉淀物，保持流体畅通无阻，产生的扰流量最小进而可以使流体得到最大的流量，并且洁净 持流体畅通无阻，产生的扰流量最小进而可以使流体得到最大的流量，并且洁净球阀的最大优点就是可以安装在管路上任何方便的位置 球阀的最大优点就是可以安装在管路上任何方便的位置。卫生级进口球阀材质一般为 卫生级进口球阀材质一般为AISI316 AISI316。二、材料选择、球阀 缺点：缺点：不过球阀的调节能力较差，不宜用作流量调节。不过球阀的调节能力较差，不宜用作流量调节。结构上存在缺陷，在使用过程中存在液体滞流的现象。故球阀不宜使用在 结构上存在缺陷，在使用过程中存在液体滞流的现象。故球阀不宜使用在物料系统中。
19、物料系统中。二、材料选择、其他阀门 a a、止回阀、止回阀 大多使用在止回路上，阻止用水点的水回流到循环系统中。大多使用在止回路上，阻止用水点的水回流到循环系统中。b b、闸阀、闸阀 c c、截止阀、截止阀 d d、蝶阀、蝶阀 f f、疏水阀、疏水阀 e e、罐底阀、罐底阀二、材料选择 一般情况下，制药行业洁净厂房内工艺用水管路阀门选用如下（仅供参考）：一般情况下，制药行业洁净厂房内工艺用水管路阀门选用如下（仅供参考）：n n 注射用水管路 注射用水管路-卫生级隔膜阀 卫生级隔膜阀n n 纯化水管路 纯化水管路-卫生级隔膜阀或卫生级球阀 卫生级隔膜阀或卫生级球阀n n 药液管路 药液管路-卫生
20、级隔膜阀 卫生级隔膜阀n n 纯蒸汽管路 纯蒸汽管路-卫生级球阀 卫生级球阀n n 洁净压缩空气管路 洁净压缩空气管路-卫生级球阀 卫生级球阀n n 自来水管路 自来水管路-普通球阀 普通球阀二、材料选择44、水、水 泵泵 制药用水系统中水的输送主要是靠制药用水系统中水的输送主要是靠 离心泵。按离心泵的叶轮级数来分可分为：单级离心泵和多级按离心泵的叶轮级数来分可分为：单级离心泵和多级离心泵。离心泵。在用途上，严格的来说：在用途上，严格的来说：多级离心泵多级离心泵-一般用在系统的循环供水上；一般用在系统的循环供水上；单级离心泵单级离心泵-一般是作为卫生级水泵而使用在注射用一般是作为卫生级水泵而使
21、用在注射用 水和药液的输送上。水和药液的输送上。二、材料选择44、水、水 泵泵 水泵在使用过程中应注意以下几个方面：水泵在使用过程中应注意以下几个方面：a a、介质温度：、介质温度：多级离心泵：卧式 多级离心泵：卧式-15-15 o o C C+110+110 o o C C 立式 立式-15-15 o o C C+120+120 o o C C（根据轴封的形式而定）（根据轴封的形式而定）单级离心泵：单级离心泵：-15-15 o o C C+140+140 o o C C b b、安装方式：泵在安装时必须使电机主轴保持水平方向，以使电动机的冷、安装方式：泵在安装时必须使电机主轴保持水平方向，以
22、使电动机的冷 却风扇有足够的空气供给。并且，泵应有一个牢固的基座，如需要可用 却风扇有足够的空气供给。并且，泵应有一个牢固的基座，如需要可用螺钉固定。水泵的进出口必须装配有阀门，并且应尽量减小进出口的阻 螺钉固定。水泵的进出口必须装配有阀门，并且应尽量减小进出口的阻力。力。c c、注水启动：泵腔内装满液体后才能起动。、注水启动：泵腔内装满液体后才能起动。d d、启动前检查：检查转动方向从电动机风扇方向看，泵应逆时针方向转、启动前检查：检查转动方向从电动机风扇方向看，泵应逆时针方向转动。风扇盖上的箭头表明了正确的转动方向。动。风扇盖上的箭头表明了正确的转动方向。二、材料选择55、其他附件、其他附
23、件 在制药工艺管路系统中，管路附件一般包括：在制药工艺管路系统中，管路附件一般包括：卫生级隔膜压力表，温度计、卫生级隔膜压力表，温度计、旋转清洗球、不锈钢过滤器等。旋转清洗球、不锈钢过滤器等。a a、卫生级隔膜压力表：在供水系统中，压力表的作用是通过压力为系统运行、卫生级隔膜压力表：在供水系统中，压力表的作用是通过压力为系统运行 管理指示参数。一般使用在：管理指示参数。一般使用在：水泵的出口 水泵的出口 可以观察水泵的出口压力 可以观察水泵的出口压力 系统的供水管路上 系统的供水管路上 可以观察系统的供水压力 可以观察系统的供水压力 系统的回水管路上 系统的回水管路上 可以观察系统的回水压力，
24、同时可以知道系统的水阻 可以观察系统的回水压力，同时可以知道系统的水阻 过滤器的进出口 过滤器的进出口 可以监测过滤器滤芯是否被堵 可以监测过滤器滤芯是否被堵 承压设备接口 承压设备接口 可以监测设备内部的实时压力 可以监测设备内部的实时压力 同时，通过系统中的压力表，在管路消毒时，可以监测系统的实时压力 同时，通过系统中的压力表，在管路消毒时，可以监测系统的实时压力 注意事项：表壳顶部设有充液塞，通过向表内充液可有效的降低表针在工作 注意事项：表壳顶部设有充液塞，通过向表内充液可有效的降低表针在工作中的振颤。同时，还可延长表内机件的使用寿命。在车间管理的过程中切勿将表 中的振颤。同时，还可延
25、长表内机件的使用寿命。在车间管理的过程中切勿将表壳顶部的充液塞拔掉。壳顶部的充液塞拔掉。二、材料选择55、其他附件、其他附件 b b、温度计、温度计:在生物制药行业中，对液体或蒸汽的中低温度进行直接测量的设 在生物制药行业中，对液体或蒸汽的中低温度进行直接测量的设 备通常我们选用温度计，其结构形式有轴向型、径向型和多角型。备通常我们选用温度计，其结构形式有轴向型、径向型和多角型。一般使用在：一般使用在：注射用水供水管路 注射用水供水管路 可以观察出水温度 可以观察出水温度 注射用水回水管路 注射用水回水管路 可以观察回水温度 可以观察回水温度 换热设备的进出口 换热设备的进出口 可以观察换热设备的换热效果 可以观察换热设备的换热效果 二、材料选择55、其他附件、其他附件 c c、旋转清洗球：在制药用水系统的贮罐和工艺设备中，为了保持罐内清洁、旋转清洗球：在制药用水系统的贮罐和工艺设备中，为了保持罐内清洁度的均一性，有效的避免微生物的污染，需要设置在线清洗装置或设备。通常使 度的均一性，有效的避免微生物的污染，需要设置在线清洗装置或设备。通常使用的是旋转式清洗球。用的是旋转式清洗球。