貢 欣 宣永梅 程 瑞

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某生物制藥廠潔凈空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試分析

貢 欣 宣永梅 程 瑞

（西安工程大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程 西安 710048）

以制藥車間凈化空調(diào)系統(tǒng)為研究對象，給出了系統(tǒng)風(fēng)量、壓差的調(diào)試方法以及潔凈度的測定方法。分析其調(diào)試與測定過程中出現(xiàn)的問題，結(jié)合生產(chǎn)工藝特殊性提出相應(yīng)的解決方案和建議，以期為相關(guān)生物制藥廠凈化空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計、施工、調(diào)試等提供借鑒和參考。

凈化空調(diào)；風(fēng)量；壓差；潔凈度；施工調(diào)試

0 引言

藥品是用于預(yù)防、治療疾病的商品，其質(zhì)量直接關(guān)系到人體健康。一些藥品在生產(chǎn)過程中如果受到微生物、塵粒的污染或交叉污染，會引起很大的危害。1965～1966年間瑞典曾發(fā)生甲狀腺藥片沙門桿菌污染事故，突發(fā)性沙門桿菌患者多達206 人[1]。而SARS病毒的氣溶膠傳播特性讓人們真正意識到空氣潔凈技術(shù)的重要性[2]，2002年11月6日首例嚴(yán)重急性呼吸綜合癥患者在廣東省中山市被發(fā)現(xiàn)，到2003年8月7日，疫情已經(jīng)擴展到34個國家和地區(qū)，累計疑似病例8437例，916人死亡，給許多國家和地區(qū)造成了巨大的經(jīng)濟損失[3]，也將國家生物安全領(lǐng)域研究和實驗裝備領(lǐng)域研究提升到戰(zhàn)略高度（我國空調(diào)潔凈行業(yè)起步晚）[4]。生物制藥行業(yè)對生產(chǎn)環(huán)境中的潔凈度、風(fēng)速、各房間之間的壓差和溫濕度等均有嚴(yán)格的要求，凈化空調(diào)能否調(diào)節(jié)出達到生產(chǎn)要求的空氣參數(shù)是決定藥品質(zhì)量最關(guān)鍵的因素之一。本文就西安某生物制藥有限公司新建制藥廠房潔凈空調(diào)調(diào)試中遇到的一些問題做出分析，并給出相應(yīng)的解決方法和建議，以期為制藥廠和其他凈化空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計、施工、調(diào)試等提供依據(jù)。

1 項目背景與凈化空調(diào)系統(tǒng)概況

1.1 項目背景

該生物制藥廠是高純化口蹄疫滅活疫苗的定點生產(chǎn)企業(yè)，生物安全水平將嚴(yán)格按照國內(nèi)動物生物安全三級實驗室的規(guī)范設(shè)計和建設(shè)（根據(jù)感染性生物因子對個體和群體的危害程度和采取的防護措施，世界衛(wèi)生組織將其分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級[5]）。該制藥公司藥品生產(chǎn)車間主要包括口蹄疫生產(chǎn)車間、動力中心、污水處理站以及周邊輔助用房。車間長約150m，寬約62m，建筑面積約9000ｍ2，地上一層為綜合生產(chǎn)車間，二層為鋼制平臺，用來放置空調(diào)機組，凈化空調(diào)面積約為6000ｍ2。整個生產(chǎn)車間的安裝材料均按照國家《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》[6]的要求選取，地面采用環(huán)氧樹脂自流坪，墻角均是圓弧角，墻體和吊頂均采用雙面玻鎂巖棉彩鋼板，正壓區(qū)門采用普通鋼制門，負(fù)壓區(qū)門采用不銹鋼氣密門，傳遞窗采用電子互鎖裝置。車間生產(chǎn)區(qū)內(nèi)緩沖、更衣、實驗區(qū)走廊、滅菌后室、氣鎖、無菌間、微生物檢驗、細胞制備間設(shè)計潔凈度等級為B級，氣鎖、前室、更潔凈衣、走廊、配液、配液預(yù)留房間設(shè)計潔凈度等級為C級，其余輔助用房潔凈度等級均設(shè)計為D級。內(nèi)外設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 室內(nèi)外設(shè)計參數(shù)

1.2 凈化空調(diào)系統(tǒng)概況

根據(jù)GMP（Good Manufacturing Practice）以及口蹄疫滅活疫苗生產(chǎn)車間內(nèi)各房間生產(chǎn)工藝的要求，為避免污染和交叉污染，藥品生產(chǎn)車間共設(shè)計了18個凈化空調(diào)系統(tǒng)。對于濃縮間、種毒間、離心間等負(fù)壓核心區(qū)域采用直流處理方案，即全新風(fēng)處理方案。對于灌裝間、乳化間、更衣間等正壓區(qū)域采用一次回風(fēng)處理方案。車間內(nèi)除清潔走廊和污物走廊外，生產(chǎn)車間的各功能房間均采用頂送下側(cè)回（排）風(fēng)的方式，回（排）風(fēng)口安裝在回風(fēng)夾墻上，氣流以不均勻的速度呈不平行流動，不斷稀釋室內(nèi)空氣將污染物逐漸排出。本文選取種毒間、離心間、毒種制備間以及相關(guān)輔助房間中設(shè)置的AHU103系統(tǒng)（系統(tǒng)流程示意圖如圖1所示）為例，分析討論其調(diào)試與測定過程中出現(xiàn)的問題與解決方法。需要注意的是凈化空調(diào)過濾器位置一定要按照規(guī)范要求放置，不可貪圖方便隨意放置，延安某藥廠的片劑車間空調(diào)系統(tǒng)的高效段沒有按規(guī)范設(shè)置在系統(tǒng)末端，而是設(shè)置在空調(diào)機組送風(fēng)機的正壓出風(fēng)段，導(dǎo)致片劑車間的高效過濾器更換頻繁[7]。

1-自動卷簾式過濾器；2-電動密閉閥；3-手動對開多葉調(diào)節(jié)閥；4-G4粗效過濾器；5-F9中效過濾器；6-F9中效過濾器；7-電動生物密閉閥；8-袋進袋出高效過濾單元；9-文丘里變風(fēng)量閥；10-高效送風(fēng)口；11-高效回風(fēng)口；12-文丘里式定風(fēng)量閥；13-手動生物密閉閥；14-錐形風(fēng)帽

2 凈化空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)試與分析

2.1 風(fēng)量調(diào)試

2.1.1 系統(tǒng)風(fēng)量調(diào)試

開機調(diào)試前要檢查環(huán)路中閥門的開度以及安裝是否正確，保證手動對開多葉調(diào)節(jié)閥、電動對開多葉調(diào)節(jié)閥、手動生物密閉閥、電動生物密閉閥、文丘里變/定風(fēng)量閥處于全開狀態(tài)。開機后空調(diào)機組先以低頻運行，AHU103系統(tǒng)送風(fēng)機頻率設(shè)為35Hz，排風(fēng)機設(shè)為30Hz，目的是為了防止環(huán)路不通順，導(dǎo)致風(fēng)管變形，如止回閥安裝方向相反，導(dǎo)致空調(diào)機組受壓變形或者風(fēng)管變形。檢查環(huán)路通暢方法為：采用手持壓力表測量關(guān)鍵部位的壓力，如風(fēng)機出口段壓力或者風(fēng)量測定孔壓力或袋進袋出送排風(fēng)壓力；然后升高風(fēng)機頻率滿足設(shè)計風(fēng)量，工程中在風(fēng)管（新、送、排）設(shè)有風(fēng)量測定孔，利用手持風(fēng)速儀測量新、送、排主風(fēng)道的風(fēng)量確定相應(yīng)的風(fēng)機頻率。

2.1.2 房間風(fēng)量調(diào)試

利用TSI風(fēng)量罩測量房間風(fēng)量，若發(fā)現(xiàn)所有房間風(fēng)量整體偏小或者偏大，可升頻或降頻來滿足風(fēng)量要求。每個房間的風(fēng)量主要依靠送風(fēng)支管上的手動閥進行調(diào)節(jié)，而在靠近干管前端部分的房間，如果上述方法滿足不了，可利用文丘里式定風(fēng)量閥進行調(diào)節(jié)，如房間設(shè)計風(fēng)量為200m3/h，若實際送風(fēng)量達到500m3/h，此時只使用手動閥調(diào)節(jié)會產(chǎn)生很大的噪聲，應(yīng)與文丘里式定風(fēng)量調(diào)節(jié)閥相結(jié)合，提高支管阻力，既滿足風(fēng)量要求又不會產(chǎn)生噪音。個別房間面積較大分口布置較多，其風(fēng)口布置如圖 2（a）所示，在調(diào)試過程中會出現(xiàn)風(fēng)口1和2呈負(fù)壓氣流倒灌，而風(fēng)口3和4風(fēng)量很大，房間氣流組織不均勻，解決方法為：在風(fēng)管四通處加入導(dǎo)流片，并調(diào)節(jié)風(fēng)口閥門開度，如圖2（b）所示。

圖2 風(fēng)管布置圖

2.2 壓差調(diào)試

2.2.1 壓差調(diào)試原則

潔凈室應(yīng)根據(jù)功能需求保持一定的壓力。相鄰不同級別潔凈室靜壓差不少于5Pa；潔凈室（區(qū)）與非潔凈室（區(qū)）靜壓差不少于10Pa；潔凈室（區(qū)）與室外靜壓差不少于15Pa[2]。在本工程中采用人工手持壓力表與數(shù)顯式壓力傳感器終端遠程控制相結(jié)合的方式進行壓差調(diào)試，在調(diào)試過程中按照大區(qū)域、大房間、小區(qū)域、小房間的順序進行，調(diào)節(jié)房間壓力時主要靠調(diào)節(jié)房間的回、排風(fēng)的風(fēng)量，送風(fēng)量基本不再改變。

2.2.2 壓差調(diào)試問題與解決方法

AHU103系統(tǒng)每個房間的送風(fēng)管上安裝文丘里式變風(fēng)量閥（反應(yīng)時間<1s），在房間的排風(fēng)管上安裝文丘里式定風(fēng)量閥，這兩種閥門的安裝，一方面可以在房間門窗開啟時以最快的速度調(diào)節(jié)文丘里式變風(fēng)量閥，保證壓差在設(shè)定時的狀態(tài)；另一方面，隨著空調(diào)系統(tǒng)的運行，空調(diào)機組以及風(fēng)管系統(tǒng)中的過濾器等局部構(gòu)件的阻力增加導(dǎo)致風(fēng)量減小，文丘里式變風(fēng)量閥能自動控制閥門來調(diào)節(jié)風(fēng)量，確保房間壓差的穩(wěn)定性。但是這樣的安裝給調(diào)試增加了難度，因為送風(fēng)管上的變風(fēng)量閥總會隨著排風(fēng)管上的定風(fēng)量閥的開度變化而變化，改變房間的送風(fēng)量。解決方法為：把變風(fēng)量閥設(shè)置成手動模式，保持其閥門開度不變，送風(fēng)量恒定，逐漸調(diào)節(jié)房間的排風(fēng)定風(fēng)量閥，當(dāng)房間壓力接近房間設(shè)計值的±5Pa時，再把送風(fēng)變風(fēng)量閥設(shè)回自動模式。文丘里閥正常工作壓差范圍是150Pa～750Pa，在此狀態(tài)下其反映調(diào)整時間小于3s，若超出此壓差范圍，則文丘里閥形同虛設(shè)。解決方法為：利用手持壓力表測量文丘里閥兩端壓頭，若過大，可調(diào)小支路手動對開多葉調(diào)節(jié)閥開度，增加支路阻力；若過大，可調(diào)大支路手動對開多葉調(diào)節(jié)閥開度，減小支路阻力。

在壓差調(diào)試中還出現(xiàn)了排風(fēng)管內(nèi)負(fù)壓過大而導(dǎo)致排風(fēng)管變形的情況，該段排風(fēng)管位置如圖3所示。國外閥門開度方向是順時針為開，逆時針為關(guān)，國內(nèi)閥門開度方向與之相反。本工程生物密閉閥均為進口產(chǎn)品，在自控接線時與閥門安裝方向相反，閥門開度與自控界面開度相反，在調(diào)試時閥門開度方向錯誤導(dǎo)致風(fēng)機端負(fù)壓過大，風(fēng)管被壓扁或排風(fēng)機無力甚至房間呈現(xiàn)正壓（設(shè)定值為負(fù)壓）污染外部環(huán)境（這也是在風(fēng)量調(diào)節(jié)過程中，風(fēng)機首先要低頻運行的原因）。解決辦法為：用手持壓力表測出袋進袋出兩端壓差，若為正值且壓力很大則閥門1實際處于關(guān)閉的狀態(tài)，此時調(diào)整閥門1；若測定排風(fēng)主管壓力接近零，則閥門2或3實際處于關(guān)閉狀態(tài)，此時打開袋進袋出調(diào)整閥門2或3的方向。

圖3 排風(fēng)管布置圖

2.2.3 壓差調(diào)試建議

在反復(fù)的壓差調(diào)試過程中總結(jié)出一條經(jīng)驗：排風(fēng)管上的文丘里定風(fēng)量閥是螺桿式，每次都需要配套的扳手進行旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，而與之相鄰的手動生物安全密閉閥是手柄式，直接用手旋轉(zhuǎn)手柄即可調(diào)節(jié)閥門開度，十分方便，故在調(diào)節(jié)房間壓差過程中用手動生物安全密閉閥代替文丘里定風(fēng)量閥（方法與文丘里相同），當(dāng)房間壓力接近房間設(shè)計值時再調(diào)節(jié)丘里定風(fēng)量閥直到接近房間設(shè)計值的±5Pa，當(dāng)系統(tǒng)房間壓力調(diào)節(jié)完成后，再將手動生物安全密閉閥調(diào)至全開狀態(tài)。

3 凈化空調(diào)系統(tǒng)的測定

3.1 高效過濾器檢漏

《潔凈室施工及驗收規(guī)范》[8]規(guī)定高效過濾器檢漏需在風(fēng)量調(diào)試完成后進行?？刹捎萌蕶z漏法或掃描檢漏法對高效過濾器進行檢漏，全效率檢漏法可檢測高效過濾器的漏與不漏，要判斷是安裝邊框漏或過濾器本身漏，還需進一步采取技術(shù)措施；掃描檢漏法不但可檢測出高效過濾器漏與不漏，還可檢測出泄漏點的基本位置，故掃描檢漏法更為科學(xué)。但由于具有掃描檢漏功能的高效過濾單元價格較為昂貴，限制了其在高級別生物安全實驗室高效過濾器檢漏的應(yīng)用[9]。在高效過濾器的檢測和驗收階段，采取了全效率檢漏法并參照歐盟和美國的在位檢測技術(shù)，在高效過濾器旁安裝一套設(shè)施，通過DOP發(fā)塵手段，檢測高效過濾器性能和完整性。測試時使用一臺PAO氣溶膠發(fā)生器，使過濾器上游的氣流中有均勻的PAO氣溶膠分布，連接光度計的取樣管至過濾器的上游，位置一般靠近過濾器，啟動氣溶膠發(fā)生器和光度計，調(diào)整氣溶膠發(fā)生器，使上游濃度達到10-30μg/L，設(shè)置過濾器上游的氣溶膠濃度為100%，用光度計的取樣口掃描過濾器的表面和周邊密封，離過濾器約2.5cm，以2～5cm/s的移動速度進行掃描，確保過濾器表面和密封處的泄漏率小于0.01%。目前國內(nèi)對DOP檢測技術(shù)在過濾器檢測方面的應(yīng)用還沒有強制要求[10]。檢測過程中通常會遇到兩種情況即濾芯泄漏或者邊框泄漏，解決方法為：更換濾芯或者在邊框四周打膠。在此建議高效過濾器應(yīng)盡量少采用干式密封安裝，可采用刀口非牛頓液體（俗稱果凍膠）液槽密封的高效過濾器或者高效過濾器與箱體之間采用凝膠液槽密封和壓緊的密封方式。

3.2 潔凈度檢測

在檢測潔凈度之前，要先檢查圍護結(jié)構(gòu)的氣密性。通常檢測穿墻洞、氣密門框、傳遞窗框、插座、網(wǎng)口、設(shè)備帶、頂板接縫、地軌、壁板拼縫等易泄漏的位置。檢測方法為房間發(fā)煙法：先調(diào)節(jié)房間的壓力整體對外界呈負(fù)壓并關(guān)閉房間燈光，然后利用手持噴霧機（檸檬酸噴霧）在易泄漏位置發(fā)煙，人員在房間里利用手電，對各個接縫、洞口進行檢查。若發(fā)現(xiàn)位置泄漏解決方法為：一般材質(zhì)地方采用打膠處理（道康寧密封硅膠），金屬材質(zhì)則采取滿焊處理。目的在于滿足負(fù)壓區(qū)潔凈度要求。另外房間也要反復(fù)清掃，減少大顆粒物濃度。

潔凈度測試是在靜態(tài)的環(huán)境下進行，即設(shè)備不運行，無工作人員。檢查所有空調(diào)設(shè)備均正常運行，并且至少運行0.5小時以上，關(guān)閉可能影響空氣潔凈度的設(shè)備（層流氣流模塊、生物安全柜等），并且在整個測試執(zhí)行過程中保持關(guān)閉狀態(tài)，潔凈室采樣高度位于離地面0.8m左右的高度或位于工作面高度，采樣管的長度不得大于1.5m。最少布點數(shù)量按照式（1）計算：

N=0.5（1）

式中：N為最少采樣點（取整）；為潔凈室面積，m2。

注：在水平單向流時，面積可以看作是與氣流方向垂直流動的空氣的截面積。采樣量按照式（2）計算：

式中：V為每個采樣點每次最少采樣量，L；為相關(guān)等級規(guī)定的最大被考慮粒徑之等級限值，PC/m3·空氣；20為當(dāng)粒子濃度處于該等級限制時，可被檢測到的粒子數(shù)。

再計算所有點平均值的平均值，標(biāo)準(zhǔn)偏差和標(biāo)準(zhǔn)誤差和置信度。其中取樣點數(shù)量與置信度分布關(guān)系見表2。

表2 取樣點數(shù)量與置信度分布關(guān)系表

當(dāng)采樣點數(shù)量不只一個且不到10個時，按照備注給出規(guī)程，以各點的平均粒子濃度計算總平均值，標(biāo)準(zhǔn)差和95%置信上限，當(dāng)采樣點值有1個或多于9個時，無需計算95%置信上限。本次采用內(nèi)置打印機的粒子計數(shù)器記錄，見圖4，潔凈度等級判定見表3，由于篇幅限制，本次選取有代表性房間的潔凈度測試數(shù)據(jù)，見表4。

圖4 激光塵埃粒子計數(shù)器

表3 潔凈度等級判定表

表4 房間潔凈度測試數(shù)據(jù)

由表4可知潔具間、操作間、實驗室在設(shè)定的換氣次數(shù)下，其潔凈度完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，為求節(jié)能可考慮適當(dāng)減少換氣次數(shù)。英國兩家公司的工程總部曾經(jīng)一起做過關(guān)于GMP（good manufacture practice，藥企優(yōu)良生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)）廠房A，B，C，D級別區(qū)域的動靜態(tài)潔凈度測試實驗[11]，結(jié)果表明，針對靜態(tài)10000級別，動態(tài)100000級別的C級別區(qū)域，10h-1完全可以滿足要求（由于涉及到企業(yè)內(nèi)部文件控制，原始報告不能提供，但可以明確的是操作人員的潔凈服裝能夠嚴(yán)格按照不同級別區(qū)域的規(guī)定穿著時，10h-1和15h-1甚至20h-1對于潔凈度的測試結(jié)果沒有太大不同）。

3.3 其他項目的測定

凈化空調(diào)系統(tǒng)除了上述的測定項目外還包括：空調(diào)機組運行測試、空調(diào)機組運行模式功能確認(rèn)、潔凈室溫濕度測定、潔凈室噪音測定、潔凈室照度測定、空調(diào)機組停機粒子數(shù)測定等，在這里就不一一分析說明了。

4 結(jié)論

（1）當(dāng)工程中采用進口閥門時，在安裝和自控接線時要注意閥門的方向，防止接反。

（2）空調(diào)機組采用一用一備的形式，當(dāng)一個出現(xiàn)故障，啟動另外一個確保系統(tǒng)恢復(fù)正常仍然需要幾分鐘甚至更長時間，制藥車間在短時間內(nèi)很可能被污染或者有害物質(zhì)擴散，可采用熱備機組形式，即兩臺機組都低頻運行。

（3）負(fù)壓區(qū)采用全新風(fēng)系統(tǒng)形式，運行能耗很大，但考慮排風(fēng)中可能含有致病因子所以沒有設(shè)計熱回收裝置，建議可采用最適合高等生物安全實驗室的液體循環(huán)式熱回收器。

（4）調(diào)試與檢測過程中很多問題是因為設(shè)計或者施工不合理造成的，所以在設(shè)計施工與調(diào)試過程中應(yīng)該嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行。

[1] 陳霖新.潔凈廠房的設(shè)計與施工[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

[2] 許鐘麟.潔凈室及其受控環(huán)境設(shè)計(精)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.

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[4] 周興紅,劉亮.論潔凈空調(diào)空氣處理過程中的兩種節(jié)能措施[J].制冷與空調(diào),2009,23(6):42-44.

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Clean Air Conditioning System Commissioning for Biologic Pharmaceutical Factory

Gong Xin Xuan Yongmei Cheng Rui

( School of Environmental Chemical Engineering, Xi'an Polytechnic University, Xi'an, 710048 )

A clean air conditioning system for a biologic pharmaceutical workshop is studied. The commissioning methods for supply air volume and differential pressure, measurement methods for cleanliness are introduced as well. The problems discovered in this process are summarized and analyzed. The corresponding solutions and suggestions are provided combined with production process, expecting to give some reference to clean air conditioning system design for biologic pharmaceutical workshops.

clean air conditioning; supply air volume; differential pressure; cleanliness; construction and commissioning

1671-6612（2017）04-382-06

U834.8

B

陜西省教育廳科研計劃項目資助（項目編號：2013JK0875）；中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科技指導(dǎo)性項目（項目編號：2014047）

貢 欣（1987-），女，在讀研究生，E-mail：928707688@qq.com

宣永梅（1977-），女，博士，教授，E-mail：xymhb@sohu.com

2016-05-27