160713-制药工厂压缩空气系统设计

制药工厂压缩空气系统设计制药工厂压缩空气系统设计 1 引言 新建或改建一个制药工厂 设计是一项重要工作 其中包括制药工艺 设 备 土建 空调 给排水 动力等方面 是多种专业配合的整体工作 制药工 厂设计与机械工厂设计比较 有许多特殊之处 本文仅就制药工厂压缩空气系 统设计方面的问题 结合近年来的一些设计实践做一简述 2 制药工厂压缩空气的用途及品质要求 2 1 压缩空气主要用途 在制药工厂中 压缩空气主要用于液体制剂中的灌装机 固体制剂中的制 粒机 加浆机 填充机 包装机 印字机 提取工艺中的提取罐 此外 还有 化验中试用气 物料输送 干燥 吹扫 气动仪表 自动控制用气等等 上述 所述的压缩空气用途中 很多情况下 压缩空气与药品直接接触 所以 在制药 工厂设计中对压缩空气的品质有着严格的要求 2 2 压缩空气品质控制的必要性 制药工厂压缩空气的品质主要是控制其含水量 含油量 含尘粒量和含生 物粒子量 同时还要求压缩空气无气味 含有油份的压缩空气直接与药物接触会污染药物 含有液态水滴的压缩空 气会使管道阀门和设备产生锈蚀 水滴锈渍同样也会污染药物 影响药品质量 空 气中含有大量尘粒和微生物粒子 对医药工业来说 微粒特别是尘粒会 直接影响药品质量 进而危及人们生命安全 微生物 生物粒子 对人体的危 害更强 微生物 多指细菌和真菌 污染药品后不但会使药品本身燃菌 变质 一旦误用 无论从肠道或非肠道进入人体 都会直接影响人体健康 其后果更 为严重 所以制药工厂所 用压缩空气必须以微粒和微生物为主要控制对象 这 一点就是制药工厂与只控制微粒的其他工厂 如电子 机械工厂等 的主要区 别之一 2 3 压缩空气品质控制指标 a 仪表 自动控制等用气的质量标准可由 GB T13277 91 一般用压缩空 气质量等级 等效采用 ISO8573 1 中查出 这个标准根据固体粒子尺寸和 含量 水蒸气含量及含油量 4 项控制指标划分质量等级 见表 1 表 1 压缩空气中颗粒 油 水质量等级 等级 名称 123456 颗粒尺寸 m 0 11540 颗粒含量 mg m3 0 11510 水含量 压力露点 70 40 203710 油含量 mg m3 0 010 11525 对于仪表 自动控制用压缩空气的质量等级要求 推荐 4 项指标为 2 3 3 级 具体指标为 颗粒尺寸最大 1 m 颗粒含量 1mg m3 水含量 压力露点 最 高 20 油含量最大值 1mg m3 b 制药用压缩空气质量指标 目前 对于制药用压缩空气还没有相关的质量标准 等效菜用的国际标准 ISO8573 1 的 GB T13277 97 明确医用压缩空气不包括在本标准之内 多数资料 文献中仅有定性的一般要求 缺少具体的控制指标 根据近年来的实践 我们在工程设计中对制药工厂压缩空气质量指标是这 样确定的 对于固体粒子 目前医药工业生物洁净室最高等级为 0 5 m 100 级 故 与之相适应 压缩空气的洁净等级应定为小于 0 5 m 100 级 我们在设计中 一般采用 GB T13277 97 中的 1 级 即颗粒尺寸为 0 1 m 颗粒含量为 0 1mg m3 对于压缩空气中的水汽含量 通常以压力露点或常压露点表示 为了防止 系统中有凝结水存在 露点温度一般取干燥后的压缩空气管线和用气设备 可 能遇到的最低温度再加 5 10 所以 在天津地区压力露点值可取 5 20 对于含油量主要是控制压缩空气中的油滴 悬浮油雾和油蒸气 我们在设 计中 参考国家标准中食品饮料加工对压缩空气品质的要求 即控制最大含油 量为 0 01mg m3 对于生物粒子 根据固体粒子指标确定为 0 5 m 100 级时 比照采用生 物 100 级洁净室微生物的控制指标 达到小于等于 1CFU m3 培养法 菌落数 即可 此时检出活菌的可能甚微 3 制药工厂压缩空气站设计 3 1 压缩空气站工艺流程的确定 制药工厂压缩空气站的工艺流程的确定 制药工厂压缩空气站的工艺流程简烈如下 吸气过滤器 空压机 后 冷却器 储气罐 前置过滤器 精密过滤器 干燥装置 后置过滤 器 除味过滤器 灭菌过滤器 输气管网 以上工艺流程根据制药工厂的不同规模 空压机的不同类型及对压缩空气 品质的不同要求等而有不同的取舍 设计时应仔细研究和分析用户的用气指标 要求及用气特点 然后制定出合理的压缩空气站工艺系统 3 2 空压机类型的确定 通常使用的空压机有活塞式 螺杆式和离心式三种 离心式空压机单台容 量大 调节范围在 70 100 在 小气量时易发生喘振 故该机型对制药工厂不 适应 活塞式空压机虽然价格较低 但机组结构尺寸大 需牢固的混凝土基础 易损件多 维修工作量大 噪声和震动 也较大且自动化水平较低 故近年来制 药工厂已较少采用 螺杆式空压机结构尺寸小 仅需轻型基础 无脉冲气流 震动噪声低 维修量小自控水平高 故我们在制 药工厂设计中多采用螺杆式空 压机 3 3 干燥装置的选择 制药工厂对于压缩空气水分的要求各有不同 如小型自动化水平较低的中 药制药厂 要求压缩空气的压力露点 5 10 即可 而自动化水平较高 气动 控制仪表和装置较多的大 中型制药厂 要求压缩空气的压力露点达到 20 40 压缩空气的干燥方式 一般可分为冷冻式和吸附式二种 在压缩空气的压 力露点要求大于等于 3 时 则采用吸附式干燥机或冷冻式 吸附式组合干燥装 置 此外还应注意 在选择干燥装置时不能只根据铭牌数据选用设备 而应考 虑设备入口压缩空气温度 压力及环境温度对干燥器出力的影响 3 4 过滤器的选择 常用过滤器的分类 工作原理 结构和在净化系统中的作用见表 2 表 2 压缩空气过滤器分类 原理 结构和作用 分类基本原理与结构作用 前置过滤器惯性碰撞为主 中效纤维 烧结材料滤除 1 m 以上颗粒 精密过滤器扩散拦截效应为主 超细纤维组合 滤除 0 01 1 m 以上微 粒 超精密过滤 器 扩散效应为主 超细纤维组合滤除 0 01 m 以上微粒 活性炭过滤 器 两级活性炭吸附 超细纤维过滤滤除油蒸气 臭味 灭菌过滤器扩散效应为主 超高效 耐湿热材料滤除细菌 噬菌类 选用过滤器应根据其不同的作用 性能和精度进行组合 同时还应根据压 缩空气的温度 压力对其处理气量进行修正 3 5 空压站系统及站房设计 在空压站的工艺系统设计和站房布置上 应考虑以下几个问题 A 采用冷冻式干燥机时 前置过滤器应布置在冷干机的上游 从而 避免压缩空气中含有大量液态水 粒径不等的固体粉尘及油污 油蒸气等杂 质直接进入冷干机 将使冷干机工作状态恶化 B 如果采用吸附式干燥机时 其上游应设除油过滤器 滤除压缩空气 中的油污 防止干燥剂 中毒 失效 下游应布置后置过滤器 用于消除干 燥剂粉尘等污染 C 采用冷冻式干燥机时 还应注意空压机的排气温度 如果空压 机的排气温度超过冷干机允许进气温度时 应选用高温型冷干机 D 站房的通风设计 在制药工厂空压站设计中 我们通常采用风冷式螺杆压缩机室内吸气 此 时站房的通风措施至关重要 因为通风不足 会使空压机的流量下降 达不到 额定出力 室温过高会使空压机启动困难 而且还会导致空压机护罩内的热量 积聚 引起电机过热甚至烧坏 从而诱发火灾危险 对于空压站的通风 我们的设计中通常的做法是 在空压机间的外墙下方 设置进风口 百叶窗 百叶窗的数量和面积根据站房容量计算确定 百叶窗 与室外地面的距离一般大于等于 300mm 以防溅雨 百叶窗设置朝向尽可能在 阴凉面 同时避免和排风口设在同一侧 以防冷热风短路 在风冷式空压机的 冷却风排风出口上安排排风管 将冷却风引至室 外 同时在空压机间的外墙上 设置机械排风扇进行全室通风 通过以上措施 有效地降低了空压机间的温度 从而保证了空压机及其辅助设备的正常运行 4 车间及厂区压缩空气管网的设计 制药工厂车间压缩空气管道一般采用架空敷设 且其主要干管和支管均敷 设在技术夹层内 在无菌洁净区明管 立管和阀门应尽可能减少 厂区管道可 采用架空或直埋敷设 直埋敷设应根据土壤的腐蚀性采取防腐措施 管道及其阀门附件均采用不锈钢材料 以 00Cr17Ni14Mo2 316L 不锈钢材 质为最佳 必要时可对管道进行内外抛光处理 采用不锈钢管材时 不锈钢管不得与碳钢制的管架直接接触 以免因电位 差而造成腐蚀核心 因此管架应涂以良好的绝缘漆 或在管路与管架间垫以其 他绝缘材料 如石棉板 橡胶板 塑料板等 无油空气压缩机在制药行业的应无油空气压缩机在制药行业的应 制药厂对压缩空气的要求制药厂对压缩空气的要求 制药企业的压缩空气主要用于液体制剂中的灌装机 固体制剂中的制粒机 加 浆机 填充机 包装机 印字机 提取工艺中的提取罐 此外 还有化验中试 用气 粉体物料输送 干燥 吹料吹扫 气动仪表元件 自动控制用气等 因为制剂用的压缩空气与药品直 接接触 所以压缩空气必须经过净化处理 必须经过验证 以证明系统符合生产要求 还须通过 GMP 的认证检查 制剂用 气如干燥 压料等用气 必须要控制压缩 空气中的油 水和固体粒子以及生物 粒子等的含量 同时还地要求无气味 仪表用气 主要是气动仪表和精密 压 力 流量 调节器等用气 除了不控制生物粒子 不要求无气味外 其它控制 项目和制剂用气相同 仪表用气的质量标准 可由 GB T13277 一般用压缩空 气质量等级 中查得 这个标准根据固体粒子尽寸 和含量 水蒸汽含量和含油 量 4 项控制指标划分质量等级 见表 1 气动仪表对用气质量等级要求 推荐 4 项指标均为 3 级 具体指标为 颗粒尺寸最大 5 m 颗 粒含量 5mg m3 水 含量 压力露点 最高 20 油含量最大值为 1mg m3 现在气动执行机构 对气源含尘粒径的要求 一般为 1 m 表 1 压缩空气中颗粒 油 水质量等级 名称等级 123456 颗粒尺寸 m 0 11540 颗粒含量 mg m3 0 11510 水含量 压力露点 70 40 203710 油含量 mg m3 0 010 11525 制剂用气质量指标一般要求为 制造和工艺操作包括灭菌工艺所采用的压 缩空气应是 1 由无油空压机供应 无油及无油气的 在非控制的环境区域里排放的 除外 2 为防止在管道里出现冷凝水 空气要经过除湿处理 涡旋式空气压缩机的特点与工作原理 涡旋式空气压缩机是近二十年来开发出来的最新型的空气压缩机 它与传 统空气压缩机相比 具有结构新颖 体积小 重量轻 噪音低 寿 命长 输气 平稳连续 操作简便 维护费用少等一系列优异的技术性能 被行业内誉为 无需维修空气压缩机 和 新革命空气压缩机 是 50HP 以下空气压缩 机 理想机型 涡旋空气压缩机是由两个双函数方程型线的动 静涡盘相互啮合而成 在 吸气 压缩 排气工作过程中 静盘固定在机架上 动盘由偏心轴 驱动并由防 自转机构制约 围绕静盘基圆中心 作很小半径的平面转动 气体通过空气滤 芯吸入静盘的外围 随着偏心轴旋转 气体在动静盘噬合所组合的若干个月 牙 形压缩腔内被逐步压缩 然后由静盘中心部件的轴向孔连续排出 涡旋空气压缩机的特点 一 可靠性高 1 涡旋式割据压缩机的主机零件少 是活塞机数量的 1 8 零件的大幅减 少是可靠性提高的关键要素 2 回转半径小 线速度仅为 2m s 因而磨损小 机械效率高 振动小 3 科学控制的整机系统更确保稳定性的提高 二 噪音最低 1 因无吸 排气阀和复杂的运动机构而消除了阀片的敲击声和气流的爆破 声 使噪音急剧降低 2 吸 排气连续稳定 每分钟 6000 次以上 使气流脉动极微小 3 1 台 20HP 15KW 的涡旋式空气压缩机只有 62dBA 的噪音 使其能在任 何地方安装使用 节省大量安装费用 更符合环保要求 三 能耗最低 1 因为吸气增压效应和没有余隙容积 故涡旋式空气压缩机的容积效率高 达 98 以上 2 因为若干个工作腔逐渐压缩 故相邻工作腔的压差非常小 因此泄露自 然极少 一个压缩过程分几次压缩 热效率高 3 无吸 排气阀 故进 排气的阻力损失几乎为零 无运动机构的磨擦磨 损 机械效率高 这是涡旋式压缩机比其它空气压缩机大大节能的主要原因 例如 1 台 20HP15KW 的涡旋式空压机一年工作 6000 小时 节省电费可达 18000 元 四 维护费用最低 主机零件少 易损件更少 大幅度减少了零件更换可 能性 同时更换零配件周期长 使用方便 维护工作量少 维护费用低 五 压缩空气 100 无油 只有无油空气压缩机才能产生无油的压缩空 气 无论生产活动是发生在制药 食品 精密电子 还是类似的工业场合 避 免危