藥廠純化水循環(huán)系統(tǒng)設計與實施驗證

  在藥廠中，純化水（不含任何附加劑，且電阻率大于0.1×106Ω·cm的水）是很重要的基礎設施，在產品制備和設備清洗中具有至關重要的作用。本文主要針對藥廠純化水循環(huán)系統(tǒng)進行設計和驗證，以此保證純化水可以穩(wěn)定高效的提供給每個車間，滿足生產需要。

一、純化水循環(huán)控制系統(tǒng)的組成

藥廠內的純化水循環(huán)控制系統(tǒng)運行效果直接決定了藥品得到質量和安全性，因此必須要得到重視。在實際應用中，通過循環(huán)泵和循環(huán)管路將合格的純化水輸送到不同的車間使用點上。而循環(huán)泵、臭氧發(fā)生器，板式換熱器則負責實現在線消毒滅菌功能并保證純化水的正常使用溫度（15-25℃）滿足生產需求，以此保證循環(huán)系統(tǒng)的潔凈性和衛(wèi)生清潔程度和可用性?？偟膩砜?，藥廠內的純化水循環(huán)控制系統(tǒng)分為兩個工作狀態(tài)，一種為循環(huán)輸送狀態(tài)（用水點可用水），另一種為在線消毒殺菌狀態(tài)（用水點禁止用水）?；谧詣踊\行理念，借助PLC控制器和觸摸屏完成對控制系統(tǒng)的設計，將循環(huán)泵打造為控制對象，借助變頻器、傳感器和驅動裝置完成系統(tǒng)循環(huán)工作[1]。

二、純化水循環(huán)管路及循環(huán)泵設計應用

（一）循環(huán)泵及管路現狀

目前循環(huán)管路系統(tǒng)中包括少部分DN50管路及大部分DN40管路，現場管路大部分鋪設在建筑夾層中，測量及核算較為困難。根據現場實際情況及圖紙等信息在進行改進設計前核算如下：

DN40管道大概300米長，假定彎頭是70個，現場流量讀數5.23M3/H;DN50管路大概長度120米，彎頭也假定70個，流量假定7m?/h（回水管路流量包括用水點的流量）。通過軟件計算的阻力損失如下：

DN40管路總阻力是207259+81101=288360Pa，約2.88 Bar;DN50管路總阻力是31578+42341=73919Pa，約0.74Bar，兩項之和是3.6 Bar。實際阻力損失是 4.8-1.8=3 Bar。計算結果比實際測量值高了0.6 Bar， 一方面是因為可能假定的彎頭數量多了，另一方面是因為計算結果同實際值本身存在一定的差異。此差異可以作為未來延長管路后對于更換循環(huán)泵的選用計算參考。

（二）循環(huán)管路設計

按照現有布局對于備份原有純水系統(tǒng)的部分用水點和新增的車間用水點進行合理的布局設計，保證循環(huán)管路無死點的前提下共計增加DN40管路60米，彎頭10個;增加DN50管路300m，彎頭60個，共增加阻力計算如下：

DN40管路增加的阻力損失45859+12961=58820Pa， 約0.59 Bar;DN50 管路增加的阻力損失92104+36292=128396Pa，約1.28 Bar。增加的總阻力是 0.59+1.28=1.87 Bar。

（三）循環(huán)泵的選擇

由于原純水系統(tǒng)循環(huán)泵的能力不能滿足增加管路長度后揚程，壓力和流量的要求，綜合考慮新增管路的壓力損失和采用現有泵同系列的變頻循環(huán)泵以便方便進行安裝，通過泵的揚程曲線確認最終選擇了15m?/h，揚程65m，進口DN50，出口DN40，功率7.5KW，轉速2900，運行頻率55Hz的變頻離心泵對循環(huán)管路提供動力。

三、純化水循環(huán)控制系統(tǒng)的設計應用

硬件設備選型工作極為關鍵，要根據藥廠的具體情況以及日常生產計劃，進行針對性的選擇設計。

在實際設計過程中，中央處理模塊選擇可以進行遠程監(jiān)控的系統(tǒng)。在數字量、模擬量的輸入輸出模塊等方面也進行詳細的設計，確保輸入輸出量符合藥廠的實際生產需要，并且對純化水進行有效控制，避免出現浪費現象。同時，安裝了觸摸屏和變頻器這兩個設備，為工作人員的監(jiān)控操作提供保障。觸摸屏的設計是這個環(huán)節(jié)中的重點內容，包括數據庫等軟件系統(tǒng)在內，都要在這一階段完成，以此保證各項監(jiān)控功能得到完成，為后續(xù)的詳細程序設計奠定基礎。本文設計的藥廠內的純化水循環(huán)控制系統(tǒng)除了基本操作功能之外，還具有運行狀態(tài)監(jiān)控、工藝參數分析處理、故障報警、故障自檢以及故障診斷記錄。工作人員借助這個系統(tǒng)可以實現對系統(tǒng)的操控，保證藥廠內的純化水循環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行[2]。

四、純化水循環(huán)系統(tǒng)的驗證應用

所謂驗證，就是將設計的功能和預期的設計目標經過檢驗得到證實的過程，為了保證系統(tǒng)的可靠性在藥廠中的驗證工作尤為重要。同樣，經過改造的純化水循環(huán)系統(tǒng)也必須經過驗證才可投入正常的使用。通常驗證需要經過SIA（系統(tǒng)影響評估），DQ（設計驗證），IQ（安裝驗證），OQ（操作驗證）以及PQ（運行驗證）多階段才可以完成，純水系統(tǒng)較之其它系統(tǒng)的驗證時間長，內容復雜。

（一）功能驗證

完成改造的循環(huán)系統(tǒng)，需要保證設計的各功能能夠正常執(zhí)行，例如：循環(huán)泵能夠正常啟動并實現變頻調節(jié)來保證流量;可以正常執(zhí)行熱消毒（巴氏消毒）和臭氧消毒。

（二）關鍵質量控制參數的驗證

1.保證循環(huán)水的水溫在生產循環(huán)時，回水溫度不能夠超過25℃，如果超過25℃則要打開冷凍水。如果低于15℃，則要停止進冷凍水保持自動循環(huán)。

2. 從電導率的這個關鍵的質量控制參數角度來看，要保證系統(tǒng)15-25℃范圍內電導率<3.6us/cm，警戒限設為1.0us/cm。超出警戒限報警通知系統(tǒng)運行管理部門，達到3.6us/cm則直接停止系統(tǒng)循環(huán)泵工作，保證生產車間不會使用不合格的純化水。

3.在線進行巴氏消毒殺菌狀態(tài)下，回水溫度要控制>80℃，時間維持>60min。在控制系統(tǒng)下，溫度超出指標時，會自動控制連鎖閥，實現自動化控制，并通知工作人員進行報警。以線消毒殺菌狀態(tài)為例，當回水溫度大于上線設定90℃時，系統(tǒng)會自動關閉氣動閥，停止蒸汽進入，當小于80℃時，系統(tǒng)會打開氣動閥，增加蒸汽進入渠道。在達到了工作人員設定的在線消毒殺菌時間后，系統(tǒng)會自動停止，關閉蒸汽調節(jié)閥，打開冷水閥，對系統(tǒng)設備進行降溫處理，直到溫度恢復到設定值后，就會恢復到循環(huán)輸送狀態(tài)。

4. 臭氧消毒時臭氧濃度要提升至50ppb以上保持30min以上，電控原理與巴士消毒類似，來控制臭氧發(fā)生器和UV紫外燈的合理邏輯性工作。

5. 從回水流量的角度來看，依據藥典要求，保證正常情況下末端流速不能夠低于1m/s，并通過流量計的測量數據進行驗證。在設計系統(tǒng)過程中，根據純化水循環(huán)系統(tǒng)管道的管徑、長度，計算流量數據，科學設計回水流量的設定值，利用變頻器，實現閉環(huán)調節(jié)，確保末端回水流量的穩(wěn)定性。由此可知，純化水循環(huán)控制系統(tǒng)落實后，不僅制藥效率得到提高，藥廠的經濟效益、藥品質量也得到了保障。

6. 純化水使用點化學及微生物的化驗數據監(jiān)控

作為藥廠中的純水系統(tǒng)較其它系統(tǒng)最大的驗證區(qū)別就是會對整個循環(huán)系統(tǒng)各水點進行多輪驗證來確認水質滿足藥典要求，最長監(jiān)控周期長達一年?；瀮热莅ɑ瘜W檢驗，微生物檢驗及TOC含量。在驗證期間，結果全部合格或偏差Y原因調查清晰并被解決方可結束驗證。

總結：綜上所述，作為制藥工藝中的核心用水，純化水必須要滿足藥典要求，相應的運行系統(tǒng)也要實現自動化、規(guī)范化運行。因此，在設計純化水循環(huán)系統(tǒng)的過程中，要對各組成部分進行充分考慮并在改進完成后通過驗證方可投入正常使用。