田亞斌，吳 忠，姚 勇，楊漢林，胡安杰

(1.西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川綿陽 621010;2.中國五冶集團(tuán)有限公司，四川成都 610063)

在醫(yī)藥、電子、食品、輕紡、冶金、化工等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，由于生產(chǎn)工藝的要求，常用潔凈管道輸送各種介質(zhì)來保證產(chǎn)品質(zhì)量[1]。到目前為止，國內(nèi)外所使用的潔凈管道的材質(zhì)主要為SS304和SS316L內(nèi)、外壁拋光不銹鋼管及管件，由于這些管道在生產(chǎn)和安裝過程中，不可避免地會受到污染。為滿足工藝和各行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品質(zhì)量要求，在管道安裝試壓完成后，必須對管道內(nèi)壁進(jìn)行徹底清洗[2-3]。由于工藝管道使用的材質(zhì)不同，清洗時對清洗方式及清洗劑的選擇尤為重要[4-5]。在潔凈管道系統(tǒng)中，大多采用奧氏體不銹鋼作為潔凈系統(tǒng)管道，在制藥工程中所用的物料管道、注射水管道、純化水管道、純蒸汽管道等更是如此。研究制藥工程中潔凈管道的循環(huán)酸洗鈍化方法，形成了一套成熟且能滿足各種生產(chǎn)工藝要求的施工技術(shù)，即潔凈不銹鋼管道內(nèi)壁循環(huán)酸洗技術(shù)，對實(shí)際工程非常必要。

1 酸洗及鈍化原理

不銹鋼管道內(nèi)壁油脂的主要成分為油酸，根據(jù)油酸與堿起皂化反應(yīng)生成可溶性皂而將油脂除去。皂化反應(yīng)終點(diǎn)判定主要根據(jù)清洗液中的OH-離子濃度來確定。主要反應(yīng)式為：

不銹鋼在稀硝酸的作用下會形成一層致密保護(hù)膜。潔凈不銹鋼管內(nèi)壁堿洗脫脂后，當(dāng)不銹鋼管內(nèi)壁材質(zhì)處于活性狀態(tài)時，用8 %稀硝酸溶液進(jìn)行循環(huán)酸洗使不銹鋼管內(nèi)壁形成一種致密且光滑的保護(hù)膜即鈍化。這樣既可以保護(hù)潔凈不銹鋼管內(nèi)壁被腐蝕又可以減少微生物在管壁上的附著，滿足規(guī)范及GMP要求。

2 施工工藝流程

潔凈管道內(nèi)壁循環(huán)酸洗工作量較小，但清洗劑腐蝕性強(qiáng)工序繁多，時間要求嚴(yán)格，一環(huán)緊扣一環(huán)，因此在施工過程中，必須建立一套嚴(yán)密的施工程序見圖1。

圖1 酸洗鈍化施工工藝流程

3 準(zhǔn)備工作

3.1 清洗方式的選擇

工業(yè)清洗方式很多，有的采用相似相溶原理進(jìn)行清洗、有的采用機(jī)械原理進(jìn)行清洗、有的采用化學(xué)反應(yīng)原理進(jìn)行清洗，有的采用以上兩種或兩種以上原理進(jìn)行聯(lián)合清洗，這些清洗方式的選擇應(yīng)根據(jù)具體情況而定。潔凈廠房內(nèi)潔凈管道種類多，管路復(fù)雜，管線較長且主要為供回組合的閉合回路，因此，潔凈管道內(nèi)壁清洗宜采用循環(huán)化學(xué)清洗。循環(huán)化學(xué)清洗的清洗液具有一定的流速和壓力，使清洗液混合均勻一致，被清洗物表面能被充分浸潤，反應(yīng)更充分，清洗更徹底，能較好地保證清洗質(zhì)量。

潔凈管道系統(tǒng)中往往安裝有貴重的儀器、儀表，這些部件在化學(xué)清洗前必須拆除，以免在化學(xué)清洗時被清洗劑腐蝕，對于這些部件應(yīng)采用四氯化碳浸泡清洗(相似相溶原理)。

3.2 清洗站的建立

根據(jù)酸洗鈍化施工工藝流程建立清洗站如圖2所示。

圖2 酸洗鈍化清洗站

清洗站與耐酸泵連接時用衛(wèi)生級耐酸耐壓管，耐酸泵與管路及管路與清洗箱連接用衛(wèi)生級耐酸耐壓膠管。純化水或注射用水、無油自來水等與清洗箱連接用衛(wèi)生級塑料軟管，中和箱排污管用普通耐酸塑料軟管。閥門及管件選用SS316L衛(wèi)生級不銹鋼球閥及管件，采用卡盤卡箍式連接。

3.3 0.1 NHCL溶液和1.0 NNaOH溶液的配制：

施工過程中需要判定酸洗、堿洗的終點(diǎn)，分別用0.1NHCL和1.0NNaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液來滴定清洗時的堿洗溶液的OH-變化情況、酸洗溶液的H+變化情況來判定終點(diǎn)。

0.1 NHCL溶液的配制，通過N1V1=N2V2(式中N1=0.1N，N2=12N，V1=1000ml，V2為所需濃鹽酸的體積數(shù))計算求出配制1 000 mL 0.1 NHCL溶液所需濃鹽酸(相對體積質(zhì)量1.19，約12 N)的毫升數(shù)。然后用小量筒量取此毫升數(shù)的濃鹽酸，加入純化水中，并稀釋成1 000 mL，貯于玻塞細(xì)口瓶中，充分搖勻，并貼上標(biāo)簽，注明試劑名稱，配制日期，待用。

1.0 N NaOH溶液的配制：通過NV=W/M×1000(式中N=1.0N，V=1000ml，M=40g(NaOH的摩爾質(zhì)量)，W為配制1000 ml 10 N的NaOH溶液所需的NaOH克數(shù))，計算求出配制1000 ml 1.0 NNaOH溶液所需的NaOH的克數(shù)，在天平秤上迅速稱出所需的粒狀NaOH，置于燒杯中，立即用1000 ml純化水溶解，配制成溶液，貯于具有橡皮塞的細(xì)口瓶中，充分搖勻，并貼上標(biāo)簽，注明試劑名稱，配制日期，待用。

3.4 管路連接

根據(jù)管路中儀表、儀器、重要設(shè)備與管道連接的方式，分別制作替換管或堵頭(材質(zhì)為SS304或SS316L)，然后將管路中所有的儀表、儀器、重要設(shè)備拆除并用替換管或堵頭連接上。一般來說，潔凈管道都是閉合回路，只需將管路中的入口處用衛(wèi)生級耐酸管連接，并接到耐酸泵的出口上，管路回液管接到清洗箱即可。根據(jù)生產(chǎn)時潔凈管道內(nèi)輸送的介質(zhì)來選擇凈化水(純化水或注射水)的類別，并用衛(wèi)生級膠管接到清洗箱。由于酸洗循環(huán)過程需要水沖洗工序，故需將無油自來水接到清洗站。

4 循環(huán)酸洗

4.1 無油自來水沖洗

首先用無油自來水將整個管路充滿，檢查整個系統(tǒng)是否有滴漏現(xiàn)象，若有應(yīng)立即處理。同時檢查各用戶點(diǎn)是否充滿水，若無應(yīng)立即查明原因，并使其與管路系統(tǒng)形成通路。當(dāng)管路系統(tǒng)積滿水后，將無油自來水轉(zhuǎn)換到清洗箱內(nèi)，并向清洗箱內(nèi)加水，當(dāng)水加至箱體的2/3時，關(guān)閉自來水閥門，啟動耐酸泵，使自來水在管路中循環(huán)，再檢查管路系統(tǒng)是否有滴漏現(xiàn)象，若有便立即停泵處理，處理完畢再向管路系統(tǒng)補(bǔ)水，補(bǔ)水完成后再進(jìn)行循環(huán)沖洗，沖洗時間為30 min。

4.2 堿洗

循環(huán)堿洗開始時，應(yīng)將所有用戶點(diǎn)的自來水排放一次，在清洗過程中再排放一次。循環(huán)堿洗過程中，每隔5 min用0.1 N HCL標(biāo)準(zhǔn)溶液(從取樣點(diǎn)取樣)進(jìn)行測定一次。當(dāng)連續(xù)3次0.1 N HCL用量無變化時，則表明堿洗達(dá)到終點(diǎn)。當(dāng)堿洗達(dá)到終點(diǎn)時，將管路回液管移至中和箱內(nèi)，并向清洗箱內(nèi)注入純化水或注射水。當(dāng)中和箱內(nèi)堿液液位降至1/3時，開始緩慢地向中和箱內(nèi)加入少量濃鹽酸，并用pH試紙檢測，取樣溶液呈中性時，打開排污閥進(jìn)行排放。當(dāng)管路中液體呈中性后，再把所有用戶點(diǎn)的閥門打開，將用戶點(diǎn)盲管中所有的堿液排盡，然后將閥門關(guān)閉。

4.3 酸洗、鈍化

將所需用量的濃硝酸準(zhǔn)備好，在管路循環(huán)過程中向清洗箱內(nèi)緩慢加入濃硝酸，直至硝酸溶液濃度為8 %時，開始計時，進(jìn)行循環(huán)酸洗。循環(huán)清洗過程中，應(yīng)將管路中所有用戶點(diǎn)閥門打開把用戶點(diǎn)盲管內(nèi)的純化水或注射用水排放掉，使盲管內(nèi)充滿酸洗液。循環(huán)酸洗過程中，每隔5 min打開所有用戶點(diǎn)的閥門一次，讓管路中所有點(diǎn)基本保持動態(tài)清洗。當(dāng)酸洗、鈍化進(jìn)行30 min后，每隔5 min需測定管路中的酸濃度，當(dāng)最后三次酸濃度基本保持一致時，循環(huán)酸洗即達(dá)到終點(diǎn)。當(dāng)酸洗、鈍化達(dá)到終點(diǎn)后，便向清洗箱內(nèi)注入純化水或注射水，并將管路中回液管轉(zhuǎn)換到中和箱內(nèi)，同時向中和箱內(nèi)緩慢加入NaOH顆粒中和清洗液，并用pH試紙測定中和箱內(nèi)的pH值，當(dāng)達(dá)到中性時即可排放。用pH試紙測定清洗箱內(nèi)液體pH值，當(dāng)達(dá)到中性，便可停止排放清洗液，同時讓管內(nèi)液體繼續(xù)循環(huán)0.5 h以上，然后將管內(nèi)液體排放完畢。

4.4 儀表、儀器、設(shè)備清洗

當(dāng)管路中的儀表、儀器等部件拆除后，用四氯化碳進(jìn)行浸泡式清洗，清洗后用密封膠封存所有管口，待用。

4.5 后續(xù)工作

管路循環(huán)清洗完畢且管內(nèi)液體排盡后，將純蒸汽(將普通蒸汽經(jīng)過純蒸汽發(fā)生器處理后的蒸汽)換到管路系統(tǒng)中進(jìn)行消毒處理。消毒結(jié)束后，將管路系統(tǒng)中的替換管、堵頭拆除，并立即恢復(fù)管路系統(tǒng)。當(dāng)管路恢復(fù)后，根據(jù)管路系統(tǒng)輸送介質(zhì)的類別，選擇經(jīng)水處理后的純化水或注射用水注入管路系統(tǒng)，并模擬生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行循環(huán)沖洗，每隔1 h進(jìn)行取樣，測其電導(dǎo)率并與工藝及GMP要求進(jìn)行對比，看其是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。若未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，則重復(fù)上述清洗過程進(jìn)行重復(fù)清洗，直至達(dá)到要求為止。

5 結(jié)束語

該技術(shù)屬于化學(xué)清洗范疇，利用化學(xué)反應(yīng)能力除去污物。酸洗鈍化液體流動性好，滲透力強(qiáng)，易均勻分布到所有清洗物表面，使被清洗物表面不易產(chǎn)生“死角”。酸洗鈍化時采用封閉循環(huán)流動管路方式，不需將管路中的設(shè)備解體清洗，只需通過檢測流體化學(xué)成分即可了解和控制酸洗鈍化過程。該技術(shù)操作方便，酸洗鈍化時間安排緊湊。在作業(yè)時，每道工序都必須徹底，以保證最終質(zhì)量。鈍化后，酸洗鈍化廢液必須進(jìn)行處理，避免造成環(huán)境污染。