關于制藥行業的潔凈管道設計

對于制藥行業，GMP（Good Manufacturing Practice）是藥品生產企業加強管理，保證產品質量的一種科學、先進的方法，是世界各國普遍采用的有效管理方式和國際上評價藥品質量的一項重要內容。美國的21 CFR 210, 211部分、歐洲的EU GMP都有相關章節對制藥機械設備、管道的材料、表面粗糙度、設備管道的布置提出了要求。比如中國的GMP對于管道設計安裝要求有第32條：“與藥品直接接觸的設備表面應光潔、平整、易清洗或消毒、耐腐蝕，不與藥品發生化學變化或吸附藥品”第34條“純化水、注射用水的制備、儲存和分配應能防止微生物的滋生和污染、儲罐和輸送管道所用材料應無毒、耐腐蝕。管道的設計和安裝應避免死角、盲管”。GMP的相關章節對不銹鋼衛生級管道（制藥設備）的選材和設計方法提出了一些原則要求。但就具體工程設計方法我們需要遵循其它一些標準及指導原則。

一、管道材料的選擇

（一）管道材料的選擇

 GMP對管材選擇有較嚴格的要求，最重要的是不能與所接觸的藥品發生化學反應。

奧氏體不銹鋼無磁性、通過熱處理不會硬化、具有良好的焊接性能。

AISI 304/1.4301的碳含量小于0.07%，鉻含量為17%～19%，鎳含量為8.5%～10.5%，壁厚小于6mm的管道焊接不需焊后熱處理；但對于壁厚大于6mm的管道，需要較長的焊接時間，AISI 304/1.4301由于焊接容易產生分子間腐蝕，所以需要使用AISI 304L/1.4306，它的碳含量小于0.03%，相比AISI 304/1.4301而言，具有更好的焊接性能以及無碳化物熔析（分子間腐蝕的原因）。

介質中如含有鹵化物，會對管材造成孔狀腐蝕，含鉬的材料會比鉻鎳不銹鋼有更好的抵抗力。AISI 316/1.4401-1.4436，AISI 316L/1.4401-1.4435中由于鉬的成分的增加，耐腐蝕性能相比AISI 304/1.4301，AISI 304L/1.4306得到了明顯的提高。而AISI 316L/1.4401-1.4435比AISI 316/1.4401-1.4436含有更低的碳，其焊接性能又優于后者。

因此無論從耐腐蝕性能還是焊接性能來看，AISI 316L/1.4401-1.4435奧氏體不銹鋼薄壁管無疑是輸送含氯離子無菌潔凈介質的上佳選擇，也是FDA極力推薦使用的管材。

（二）衛生管道管件尺寸標準的選擇

世界上衛生管道有眾多標準：ISO/SMS（國際標準），ASME BPE/3A（美國標準衛生級規格），DIN 11850（德國規格協會標準），IDF（國際酪農聯盟標準），JIS G 3447-1994（日本不銹鋼衛生級管標準）。選用什么樣的標準要符合建設單位（業主）的要求，一般歐洲的企業使用DIN標準，美國企業使用ASME BPE標準。有的標準尺寸規格不全，可能會出現不同標準混用的情況。    

這就需要在項目初期完成管道等級表（Piping Class），其中規定各個公稱直徑下，所選用的管道、管件、閥門、管接頭、卡箍的標準、等級、材料等。

ASME BPE標準尺寸比較完全，目前制藥工程上應用得較為廣泛，做配套產品的供應商也較多。目前ASME BPE在行業中的接受度和使用率在逐步穩定地增長。因為遵守該標準是非強制性的，目前大多數設備廠商把該標準作為一個提升產品聲譽的舉措——證明它們的產品和/或服務是符合標準的。ASME BPE闡述了與設計要求相關的問題：無菌系統、元件尺寸、材料接合、產品接觸表面光潔度、設備密封件、聚合物基礎材料和基礎驗收標準等。因此工程公司常常借助于ASME BPE這樣的標準來保證設計采購施工階段的行為符合GMP規范的要求，以便保證健康及個人護理產品的生產商所使用的設備能夠安全地運行，以確保通過政府機構(例如FDA、SFDA)的監管。

二、設計原則

（一）表面光潔度

    與介質接觸的管道表面必須平整，能夠有效地清潔，降低細菌的生長及其它污染物的風險。管道、管件、儀表等與介質接觸的表面的粗糙度需Ra≤1.0μm 。

（二）死角、液袋

    必須消除管道中的死角以降低細菌滋生污染產品的風險。管道設計時盡可能的避免液袋，當無法避免時液袋應盡量小。

    可以接受的準則1：從主管的外表面量起的支管長度必須小于等于3倍的支管外徑。

L≤3d：

    可以接受的準則2：支管長度加主管半徑必須小于等于6倍的支管外徑。

L+D/2≤6d：

    可以接受的準則3：對于≤DN10的隔膜閥，支管越短越好（不必考慮準則1，2）。

（三）管道可放凈

    管道系統的安裝必須允許在清洗、維修時能夠完全放凈。管道必須有坡度，組件、儀表必須可以自放凈（self-draining），在系統最低點需要考慮放凈，比如放凈閥、可拆卸的卡箍等。短管適宜設置2%的坡度，而較長的管道設置1%的坡度。只有在特殊情況下5‰的坡度才能被接受。管道坡向排放點必須有不少于5‰的坡度。罐和其它工藝設備、儀表和組件的設計與安裝也必須滿足可以放凈的要求。

（四）管道清洗的要求

    在制藥行業中，接觸產品的設備和管道必須定時進行清洗。CIP（Clean-in-place）是指在線清洗，整個過程在不拆卸生產設備的條件下，用清洗液對設備進行清洗和消毒，而清洗液形成一個循環的過程。這種過程通常是自動的，并且被一特定的程序所控制。實現CIP過程一般需要以下幾個方面：較復雜的控制系統，并且與生產控制系統相分離；利用閥門控制清洗液；在設計工廠時需要考慮到所有接觸過產品的設備都需要同時經常被清洗，而且必須保證清洗液有一定的流速從而確保清洗的可靠性；所有需要接觸產品和清洗液的設備和管道需要采用抗腐蝕的材料；CIP清洗的過程通常需要形成循環。

    用來清洗設備的溶液通常使用強酸強堿，如NaOH，H3PO4，HNO3等，腐蝕性較強，而清洗液的溫度也較高，通常會在80℃以上。

（五）隔膜閥排空角度

    當隔膜閥安裝在水平管道上時，不同制造廠生產的不同標準和不同公稱直徑的隔膜閥，其排空角度是不同的。設計的時候，應該考慮這個角度對空間的影響。

六）排放距離（Air Break）

    根據FDA 21 CFR，211部分211.48.b的要求：“連接至地溝的放凈管道需要有足夠大的尺寸，離地面需要有足夠的距離或者安裝一個機械裝置，以防止廢水的反虹吸?！?/span>

三、結語

    正確選取管道材料，嚴格按照潔凈設備、管道的標準設計，能夠有效減少后續的安裝、驗證、生產中產生的不必要的麻煩，有效降低生產中有害微生物及污染物的生產的風險，保證生產過程更加健康、安全。