1 引言
在生產(chǎn)藥品的潔凈廠房,要滿足一定的潔凈度要求。保證藥品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)是生產(chǎn)方法,其優(yōu)劣是由生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)環(huán)境所決定的,藥廠生產(chǎn)環(huán)境控制的主要目的是防止因污染或交叉污染等危及產(chǎn)品質(zhì)量的情況發(fā)生[1]。因此對一些關(guān)鍵的生產(chǎn)工藝操作間,在減少房間內(nèi)污染的同時,保證其相對于相鄰房間的壓差,就成為保證潔凈度從而保證藥品質(zhì)量的重要因素。潔凈產(chǎn)房設(shè)計中,生產(chǎn)過程采用壓力梯度的目的是阻止可能出現(xiàn)的不同生產(chǎn)工藝之間的交叉污染。生產(chǎn)車間壓力高于走廊,即房間保持正壓。有污染物的車間保持低壓阻止污染物擴散。阻止污染物進入生產(chǎn)車間,即保持房間負壓。某些設(shè)有工藝排風(fēng)的房間出于工藝的需求,房間排風(fēng)量是依據(jù)不同產(chǎn)品特點而變化的。在這種風(fēng)量變化情況下,保證這些房間的壓差對整個潔凈廠房的壓差平衡就顯得尤為重要。本文將重點討論變風(fēng)量情況下的壓差控制方法。
2 變風(fēng)量房間壓差控制
針對某藥廠制劑車間的壓差平衡問題改造設(shè)計。該制劑車間共有三層,潔凈度為十萬級。根據(jù)GMP的相關(guān)條款,該制劑車間的空調(diào)系統(tǒng)需保證生產(chǎn)中整體風(fēng)量平衡、壓差穩(wěn)定、氣流走向符合工藝流線要求。經(jīng)過對該制劑車間摸底調(diào)查和初步調(diào)試,發(fā)現(xiàn)存在以下問題:
(1)空調(diào)系統(tǒng)出力不足。實際送風(fēng)量小于設(shè)計值。
(2)工藝排風(fēng)所引起的不平衡。部分房間由于工藝要求,房間排風(fēng)量是變化的。原設(shè)計未考慮排風(fēng)量變化造成的房間壓差的變化,所以有工藝排風(fēng)
的房間都不能滿足壓差的設(shè)計要求。
對于整個制劑車間來說,個別房間壓差的少許變化必將影響車間壓差的整體平衡。所以這些排風(fēng)量變化房間的壓差混亂是造成該制劑車間壓差混亂的主要原因。
2.1 房間漏風(fēng)量計算
當潔凈室與相鄰的空間之間有門窗和任何形式的孔口存在時,在這些門窗、孔口處于關(guān)閉情況下,潔凈室與相鄰空間應(yīng)維持一個相對壓差,這個壓差就是以一定風(fēng)量通過這些關(guān)閉的門窗、孔口的縫隙時的阻力,所以靜壓差反映的是縫隙的阻力特性。
從靜壓差的物理特性可見房間的壓差與房間的漏風(fēng)量有很大關(guān)系。針對制劑車間具體情況,在實地對不同房門類型在不同壓差條件下的門縫單位長度漏風(fēng)量進行測試,實驗結(jié)果如表1所示。
根據(jù)實際情況:自動門在房間壓差不同的情況下表現(xiàn)出來的漏風(fēng)量是不同的,因此針對具體情況區(qū)分為正壓和負壓情況分別考慮。正壓情況表現(xiàn)為非密閉門形式,而負壓情況密閉效果較好,表現(xiàn)為密閉門形式。測試值與5潔凈廠房設(shè)計規(guī)范6推薦值相差不大。對開門密閉效果不好,測試值大于5潔凈廠房設(shè)計規(guī)范6中關(guān)于非密閉門的推薦值。對于單開門密閉效果較好,測試值與5潔凈廠房設(shè)計規(guī)范6密閉門推薦值十分接近。具體情況如表2所示。
美國標準研究所(ANSI)與美國工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會(AIHA)支持采用漏風(fēng)量方法解決房間壓差控制問題。ANSI的標準Z9.5認為/規(guī)定定量壓差是不好的設(shè)計依據(jù)[4],真正需要的是漏風(fēng)量。通過實際檢測發(fā)現(xiàn)該制劑車間門的密閉效果較差,漏風(fēng)量較大。所以本次設(shè)計門的設(shè)計漏風(fēng)量如下:單開門200m3/h,對開門400m3/h,電動門600m3/h。
2.2 房間壓差控制
如圖1所示:對于排風(fēng)量隨時變化而同時設(shè)置了回風(fēng)的房間,增設(shè)一個排風(fēng)口,通過管道接入新增設(shè)的排風(fēng)系統(tǒng),并在新增排風(fēng)管道上安裝文丘里流量控制閥門。新設(shè)排風(fēng)口風(fēng)量隨原有排風(fēng)口風(fēng)量變化而變化。原有排風(fēng)口排風(fēng)量減少,則新設(shè)排風(fēng)口閥門開大,新設(shè)排風(fēng)管道排風(fēng)量增加;原有排風(fēng)口排風(fēng)量增加,則新設(shè)排風(fēng)口閥門關(guān)小,新設(shè)排風(fēng)管道排風(fēng)量減少。總之,通過文丘里流量控制閥控制房間總排風(fēng)量恒定,為房間更大排風(fēng)量。房間送風(fēng)量根據(jù)房間潔凈度要求的換氣次數(shù)確定。回風(fēng)量根據(jù)送風(fēng)量、房間漏風(fēng)量及房間更大排風(fēng)量確定,由送回排風(fēng)量保證房間的壓差。對于排風(fēng)量隨時變化而沒有設(shè)置回風(fēng)的房間,增設(shè)一個排風(fēng)風(fēng)口,通過管道接入新增設(shè)的排風(fēng)系統(tǒng),并在新增排風(fēng)管道上安裝文丘里流量控制閥,保證房間總排風(fēng)量恒定。房間壓差控制原理同上。房間送風(fēng)量根據(jù)房間潔凈度要求的換氣次數(shù)確定。房間總排風(fēng)量根據(jù)房間送風(fēng)量和漏風(fēng)量計算確定。
2.3 新增排風(fēng)靜壓系統(tǒng)
新增排風(fēng)靜壓系統(tǒng)如圖2所示:
(1)在排風(fēng)總管上安裝壓力變送器,將測量信號反饋給控制器,控制排風(fēng)分機變頻器輸出頻率,保持風(fēng)壓恒定。
(2)在新增的排風(fēng)支管道上安裝EXV系列文丘里控制閥,根據(jù)各房間的壓差分別控制文丘里控制閥的開啟度,確保每時刻房間的總排風(fēng)量(新增排風(fēng)口與原有排風(fēng)口排風(fēng)風(fēng)量的和)恒定為房間更大排風(fēng)量。
(3)房間靜壓信號通過信號分配器,一路給文丘里控制閥進行自動控制,一路進MEC控制器在中控室自動顯示房間靜壓。
3 變風(fēng)量控制器的選擇
3.1 氣流控制閥特性
好的氣流控制閥應(yīng)具備:良好的可調(diào)率;高精度;快速響應(yīng)。
(1)可調(diào)率
當需要房間漏風(fēng)量為常量200m3/h,排風(fēng)量在300~1500m3/h變化,則需要送風(fēng)要有超過10B1的調(diào)節(jié)比。
(2)高精度
當房間處于最不利情況下,即送風(fēng)量是945m3/h,排風(fēng)量是950m3/h時,高精度的控制閥能夠保證房間的負壓。
(3)快速響應(yīng)
房間送風(fēng)和排風(fēng)控制系統(tǒng)必須快速響應(yīng)維持房間的正確壓力。圖5顯示房間壓力如何因為送風(fēng)流量響應(yīng)緩慢而變成正壓的。圖中陰影部分為
送風(fēng)緩慢引起的正壓期間。
3.2 變風(fēng)量閥工作原理
典型的節(jié)流式調(diào)節(jié)風(fēng)閥內(nèi)部有一個彈簧的錐體構(gòu)件,即風(fēng)量調(diào)節(jié)機構(gòu)。它具有兩個獨立的動作部分:一是隨室內(nèi)壓差變化由房間靜壓信號來動作的部分,由執(zhí)行機構(gòu)控制錐體中心的閥桿,使錐體在文氏管內(nèi)移動,即調(diào)節(jié)錐體與管道間的開口面積,來調(diào)節(jié)風(fēng)量;另一個是定風(fēng)量機構(gòu),即不會因為調(diào)節(jié)其它風(fēng)口而引起風(fēng)量的再分配。定風(fēng)量機構(gòu)依靠錐體構(gòu)件內(nèi)彈簧的補償作用來實現(xiàn)。在上游靜壓的作用下彈簧伸縮使錐體構(gòu)件沿閥桿位移,以平衡管內(nèi)壓力的變化,維持要求的風(fēng)量[5]。
3.3 文丘里閥與VAV蝶閥對比
在工程中常用的兩種變風(fēng)量蝶閥文丘里閥與VAV蝶閥作簡單的對比。
在可調(diào)率、高精度、入/出口的條件要求以及快速響應(yīng)等方面文丘里閥在性能上要優(yōu)于VAV蝶閥。
4 結(jié)論
通過對不同房門類型在不同壓差條件下的門縫單位長度漏風(fēng)量進行測試分析變風(fēng)量情況下房間壓差變化的原因,討論了變風(fēng)量情況下房間壓差控制方法,并且介紹了常用變風(fēng)量末端裝置的基本工作原理,對工程中常用的兩種變風(fēng)量裝置文丘里閥及VAV蝶閥的性能進行了對比,文丘里閥在性能上要優(yōu)于VAV蝶閥,在價格上要遠高于VAV閥,對氣流控制要求不是很高的工程中采用VAV蝶閥,對氣流控制有獨特要求的實驗室則文丘里閥可以達到所需的技術(shù)標準。因此,在選用變風(fēng)量閥時,根據(jù)工程的具體情況和使用要求選擇適合工程需要的,性能價格比高的產(chǎn)品。