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制藥潔凈車間如何對壓差進行控制

發表時間:2018-06-24 08:05


本文分析介紹了制藥工廠潔凈車間壓差控制的目的和作用以及制藥工廠相關規范標準中壓差控制的目標要求;結合中國新版 GMP 中壓差控制的要求,對制藥工廠潔凈車間壓差控制的方法與措施進行了探討。



0 引言

制藥工廠潔凈車間是指無生命的懸浮粒子濃度和有生命的細菌微生物微粒數量均受控的房間,其中有生命的細菌微生物微粒為主要控制對象。相對于電子工廠,制藥工廠更多地強調控制污染產生和防止交叉污染。

壓差控制是維持潔凈車間潔凈度等級、減少外部污染、防止交叉污染的最重要、最有效的手段。

潔凈車間壓差具有如下作用[1-2:]

1)潔凈車間門窗關閉時,防止周圍環境的污染由門窗縫隙滲入潔凈車間內;

2)潔凈車間門窗開啟時,保證足夠的氣流速度,盡量減少門窗開啟和人員進入瞬時進入潔凈車間的氣保證氣流方向,以便把進入的污染減小到最低程度。

潔凈車間內工藝生產或活動使得室內空氣內含高危險性的物質,如青霉素等高致敏性藥物、高傳染性高危險的病毒、細菌等,潔凈車間壓差需保持相對負壓。

國內外標準、規范[3-8],對于潔凈車間的對外壓差做了規定,或者給出了壓差控制的要求和指南。

本文將討論制藥工廠潔凈車間壓差控制的要求,并對潔凈車間壓差控制的方法進行探討。

1 潔凈車間壓差控制要求

1.1 概述

由于各個行業潔凈車間內污染控制的需求不同,各個行業之間對于潔凈車間壓差控制的要求也不盡相同。電子、醫院、醫藥工業、動物實驗等行業的潔凈車間,因為其污染物種類、性質及產品的特點不同,對潔凈車間壓差的控制要求也有所不同。對于制藥工廠,國內外標準、規范對潔凈車間壓差控制的推薦值不盡相同。我國新版 GMP(藥品生產質量管理規范(2010年修訂)第四十八條明確要求“潔凈區與非潔凈區之間、不同級別潔凈區之間的壓差應當不低于 10 帕斯卡。必要時,相同潔凈度級別的不同功能區域(操作間)之間也應當保持適當的壓差梯度”。

1.2 國際上醫藥工業潔凈廠房壓差控制要求歐盟GMP[6]推薦醫藥工業潔凈車間不同級別的

相鄰房間之間需保持 10 Pa ~15 Pa 的壓差;WHO的指南[5]里指出,相鄰區域之間通常采用 15 Pa 的壓差,一般可接受的壓差為 5 Pa ~20 Pa。WHO 的指南[5]中指出,設計壓差太低而壓差控制精度較低時,會發生氣流逆轉。比如兩相鄰潔凈車間之間的設計壓差為5 Pa,而壓差控制精度為±3Pa 時,極端情況下會發生氣流逆轉。

從藥品生產安全和防止交叉污染的角度考慮,醫藥工業潔凈車間的壓差控制要求更高,因此,在醫藥工業潔凈車間的設計過程中,10~15 Pa的設計壓差正被廣泛采用。

1.3 潔凈車間壓差數值的設置,應當綜合考慮藥品物化特性、工藝和預定用途等因素,確定藥品是否是高致敏性藥品或生物制品,藥品生產過程中是否能產生有毒有害及易燃易爆等物質。根據以上因素,確定潔凈車間的相鄰房間是保持相對負壓,還是保持相對正壓。需要對相鄰房間保持相對負壓的影響因素有:

有大量熱濕或粉塵產生的房間;

有有毒物質、易燃易爆物質產生的房間;

有病原體操作的房間;

有高致敏性、高風險性物質產生的房間;反射性物質操作區。

相對負壓可以防止污染物、有毒物質等的散發。

這些房間包括清洗間、固體制劑車間、有機溶媒暴露的房間、陽性對照室、青霉素類等特殊藥品的生產車間、放射性藥品生產車間、動物房、生物安全實驗室等。

相反,如果制藥工廠潔凈車間不存在上訴任何不利影響,生產過程中是潔凈安全的,并且潔凈等級高于相鄰房間,那么該房間就應當對相鄰房間保持相對正壓。如注射制劑生產車間就屬于此類房間。

2 潔凈車間壓差控制方法

2.1 風量控制原理

空調系統通過對系統內各區域的送風﹑回風及排風風量的合理設計和調節來達到各個不同潔凈級別之間以及室內外壓差要求。對于需維持一定壓差的潔凈車間,進入房間的

風量和排出房間的風量是平衡的。

SA=RA+EA+LA (1)

其中,SA 為送風量,RA 為回風量,EA 為排風量,LA 為漏風量。當房間對外漏風時,漏風量為正,反之則為負值。漏風量是和房間的對外壓差以及房間之間的壓差相關的。

通過合理的設計以及調試,可以達到設計要求的壓差值。

2.2 滲透風量的計算

相對正壓潔凈車間的滲透風量,通常也成為正壓風量,是維持室內正壓所需的風量,即公式 1中 LA。對于相對負壓的潔凈車間,其滲透風量值為負,即空氣自周圍房間滲透進入負壓潔凈車間。滲透風量的設計計算通常有兩種,其一是換氣次數法,其二是縫隙法。換氣次數法,就是根據潔凈車間相對正壓的值確定正壓換氣次數,依次計算正壓滲透風量。對于房間正壓與換氣次數之間的關系,相關設計手冊 / 規范給出了推薦數值(見表 1)。

由于潔凈車間的結構不同、密封程度不同、門窗數量不同都會對滲透風量產生影響,也就是說不

同的潔凈車間維持同樣的壓差實際所需的正壓換氣次數可能是不同的。因此,換氣次數法只能作為估算采用,不能用作詳細設計使用。縫隙法即根據潔凈車間縫隙的漏風量統計計算房

間的漏風量。可將潔凈車間的縫隙分為兩類,一類是維護結構的縫隙,一類是門窗等的縫隙。

LA=LAW+LAM

其中,LAW 為通過維護結構縫隙的滲透風量, LAM 通過門窗縫隙的滲透風量。

通過圍護結構縫隙的滲透風量與圍護結構的表面積相關,可通過如下公式進行簡化計算:

LAW= α× A ×Δ Pβ

其中,α為經驗系數,通常取 0.15~0.5;A 為潔凈車間面積;Δ P 為房間對外壓差,Pa;β為指數,0 . 5 。

關,可通過如下公式進行計算:

LAM=S × 1.29 × Pβ

其中:S 為縫隙總面積。也可通過其他經驗公式進行計算。

通過縫隙法計算的滲透風量數值比通過換氣次數法計算得到的滲透風量數值準確,可用于潔凈車間的詳細設計。通過已建成潔凈車間的測試,可對公式中的經驗系數不斷進行修正。

2.3 緩沖室及緩沖室的壓差

為了更好的控制潔凈車間的潔凈度,并減少潔凈車間內部與外部環境的相互影響,緩沖室被廣泛用于潔凈車間布局設計中。緩沖室可以設計成多個,且可以利用更衣室等房間作為緩沖室。

緩沖室的壓差設置通常有 3 種(見圖 1 ~ 圖3):其一是從高凈化級別房間到低凈化級別房間或非凈化區壓差依次降低,這可以有效防止低級別或無級別房間對高級別房間的影響;其二是緩沖室對兩邊的房間均為正壓,這樣可以有效防止兩邊房間的相互干擾;其三是緩沖室對兩邊的房間均為負壓,這樣也可以有效防止兩邊的相互干擾。正壓緩沖室通常被稱為“正壓井”,國外稱為“Bubble AL”。

對于大空間的潔凈車間,保持較高的正壓值有一定的困難,通常也會設置一個對兩邊都是正壓的緩沖室,從而降低大空間潔凈車間的正壓值。

2.4 獨立壓差控制送回風系統

一般潔凈車間只設置一套空調系統,以實現溫濕度和壓差的控制。由于進行壓差控制需對系統內送、回、排風量進行調節,系統的穩定性因此下降。對于系統內壓差影響因素變化較多且壓差控制要求較高的潔凈車間,可采用兩套空調系統。其中一套空調系統恒定風量,對室內的溫濕度進行控制;另外一套系統主要用于控制潔凈車間的壓差。由于壓差控制由獨立的系統提供,調節方便且不會影響到房間的溫濕度控制。詳見圖 4~ 圖 5。

2.5 變風量回排風控制壓差

一般對于潔凈車間的壓差控制是在潔凈車間的送、回、排風支管上安裝手動風量調節閥,在系統調試時調節手動風量調節閥的開度,將潔凈車間壓差調整至設定值。由于潔凈車間運行過程中,潔凈車間的壓差可能會發生變化,甚至超出可接受的范圍,此時再有人工進行調整。這種控制方法負責,且可能存在人為誤差。對于壓差控制要求很高的潔凈車間,一般采用一定的自控手段,以簡化操作,消除不必要的誤差。

通常在房間的送風支管上設置定風量閥,維持房間送風量恒定;在房間的回排風支管上設置變風量閥,在房間內設置壓差傳感器。根據壓差傳感器的反饋信號,控制變風量閥的開度,從而維持房間壓差恒定(見圖 6 )。

變風量閥中,文丘里閥的調節性能好、反應速度快,但造價較高。用于控制要求很高的潔凈車間

2.6 余壓閥

余壓閥是一種用于房間壓差控制的簡單方法。余壓閥工作的基本原理(見圖 7)是當潔凈車間內壓差超過設定壓差時,減壓閥門自動打開,當低于設定壓差時,閥門恢復關閉狀態,從而起到維持房間壓差的作用。由于余壓閥控制壓差存在交叉污染的風險,現在的藥廠潔凈車間壓差控制已經很少采用余壓閥了。

2.7 正負壓切換控制

對于部分潔凈車間,由于其生產活動的變化,房間對外壓差可能有正負壓切換的需求,如正負壓切換手術室。對于需要正負壓切換控制的潔凈車間,通常通過調整潔凈車間的排風量來實現正負壓切換。房間維持正壓時,排風量較小,房間維持負壓時,排風量較大。具體的風量通過計算確定。變風量壓差控制系統見圖 8。通常根據計算結果選用兩臺排風機,正壓運行時只開啟一臺排風機,負壓運行時同時開啟兩臺排風機。


3 總結

本文總結了制藥工廠潔凈車間壓差控制的要求和控制方法。潔凈車間壓差控制是確保潔凈車間潔凈度、防止污染和交叉污染的必要手段。本文提及的壓差控制要求及控制方法可用作制藥工廠潔凈車間設計、安裝和運行的參考

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