药厂纯化水循环系统设计与实施验证

  在药厂中，纯化水（不含任何附加剂，且电阻率大于0.1×106Ω·cm的水）是很重要的基础设施，在产品制备和设备清洗中具有至关重要的作用。本文主要针对药厂纯化水循环系统进行设计和验证，以此保证纯化水可以稳定高效的提供给每个车间，满足生产需要。

一、纯化水循环控制系统的组成

药厂内的纯化水循环控制系统运行效果直接决定了药品得到质量和安全性，因此必须要得到重视。在实际应用中，通过循环泵和循环管路将合格的纯化水输送到不同的车间使用点上。而循环泵、臭氧发生器，板式换热器则负责实现在线消毒灭菌功能并保证纯化水的正常使用温度（15-25℃）满足生产需求，以此保证循环系统的洁净性和卫生清洁程度和可用性。总的来看，药厂内的纯化水循环控制系统分为两个工作状态，一种为循环输送状态（用水点可用水），另一种为在线消毒杀菌状态（用水点禁止用水）。基于自动化运行理念，借助PLC控制器和触摸屏完成对控制系统的设计，将循环泵打造为控制对象，借助变频器、传感器和驱动装置完成系统循环工作[1]。

二、纯化水循环管路及循环泵设计应用

（一）循环泵及管路现状

目前循环管路系统中包括少部分DN50管路及大部分DN40管路，現场管路大部分铺设在建筑夹层中，测量及核算较为困难。根据现场实际情况及图纸等信息在进行改进设计前核算如下：

DN40管道大概300米长，假定弯头是70个，现场流量读数5.23M3/H;DN50管路大概长度120米，弯头也假定70个，流量假定7m?/h（回水管路流量包括用水点的流量）。通过软件计算的阻力损失如下：

DN40管路总阻力是207259+81101=288360Pa，约2.88 Bar;DN50管路总阻力是31578+42341=73919Pa，约0.74Bar，两项之和是3.6 Bar。实际阻力损失是 4.8-1.8=3 Bar。计算结果比实际测量值高了0.6 Bar， 一方面是因为可能假定的弯头数量多了，另一方面是因为计算结果同实际值本身存在一定的差异。此差异可以作为未来延长管路后对于更换循环泵的选用计算参考。

（二）循环管路设计

按照现有布局对于备份原有纯水系统的部分用水点和新增的车间用水点进行合理的布局设计，保证循环管路无死点的前提下共计增加DN40管路60米，弯头10个;增加DN50管路300m，弯头60个，共增加阻力计算如下：

DN40管路增加的阻力损失45859+12961=58820Pa， 约0.59 Bar;DN50 管路增加的阻力损失92104+36292=128396Pa，约1.28 Bar。增加的总阻力是 0.59+1.28=1.87 Bar。

（三）循环泵的选择

由于原纯水系统循环泵的能力不能满足增加管路长度后扬程，压力和流量的要求，综合考虑新增管路的压力损失和采用现有泵同系列的变频循环泵以便方便进行安装，通过泵的扬程曲线确认最终选择了15m?/h，扬程65m，进口DN50，出口DN40，功率7.5KW，转速2900，运行频率55Hz的变频离心泵对循环管路提供动力。

三、纯化水循环控制系统的设计应用

硬件设备选型工作极为关键，要根据药厂的具体情况以及日常生产计划，进行针对性的选择设计。

在实际设计过程中，中央处理模块选择可以进行远程监控的系统。在数字量、模拟量的输入输出模块等方面也进行详细的设计，确保输入输出量符合药厂的实际生产需要，并且对纯化水进行有效控制，避免出现浪费现象。同时，安装了触摸屏和变频器这两个设备，为工作人员的监控操作提供保障。触摸屏的设计是这个环节中的重点内容，包括数据库等软件系统在内，都要在这一阶段完成，以此保证各项监控功能得到完成，为后续的详细程序设计奠定基础。本文设计的药厂内的纯化水循环控制系统除了基本操作功能之外，还具有运行状态监控、工艺参数分析处理、故障报警、故障自检以及故障诊断记录。工作人员借助这个系统可以实现对系统的操控，保证药厂内的纯化水循环控制系统稳定运行[2]。

四、纯化水循环系统的验证应用

所谓验证，就是将设计的功能和预期的设计目标经过检验得到证实的过程，为了保证系统的可靠性在药厂中的验证工作尤为重要。同样，经过改造的纯化水循环系统也必须经过验证才可投入正常的使用。通常验证需要经过SIA（系统影响评估），DQ（设计验证），IQ（安装验证），OQ（操作验证）以及PQ（运行验证）多阶段才可以完成，纯水系统较之其它系统的验证时间长，内容复杂。

（一）功能验证

完成改造的循环系统，需要保证设计的各功能能够正常执行，例如：循环泵能够正常启动并实现变频调节来保证流量;可以正常执行热消毒（巴氏消毒）和臭氧消毒。

（二）关键质量控制参数的验证

1.保证循环水的水温在生产循环时，回水温度不能够超过25℃，如果超过25℃则要打开冷冻水。如果低于15℃，则要停止进冷冻水保持自动循环。

2. 从电导率的这个关键的质量控制参数角度来看，要保证系统15-25℃范围内电导率<3.6us/cm，警戒限设为1.0us/cm。超出警戒限报警通知系统运行管理部门，达到3.6us/cm则直接停止系统循环泵工作，保证生产车间不会使用不合格的纯化水。

3.在线进行巴氏消毒杀菌状态下，回水温度要控制>80℃，时间维持>60min。在控制系统下，温度超出指标时，会自动控制连锁阀，实现自动化控制，并通知工作人员进行报警。以线消毒杀菌状态为例，当回水温度大于上线设定90℃时，系统会自动关闭气动阀，停止蒸汽进入，当小于80℃时，系统会打开气动阀，增加蒸汽进入渠道。在达到了工作人员设定的在线消毒杀菌时间后，系统会自动停止，关闭蒸汽调节阀，打开冷水阀，对系统设备进行降温处理，直到温度恢复到设定值后，就会恢复到循环输送状态。

4. 臭氧消毒时臭氧浓度要提升至50ppb以上保持30min以上，电控原理与巴士消毒类似，来控制臭氧发生器和UV紫外灯的合理逻辑性工作。

5. 从回水流量的角度来看，依据药典要求，保证正常情况下末端流速不能够低于1m/s，并通过流量计的测量数据进行验证。在设计系统过程中，根据纯化水循环系统管道的管径、长度，计算流量数据，科学设计回水流量的设定值，利用变频器，实现闭环调节，确保末端回水流量的稳定性。由此可知，纯化水循环控制系统落实后，不仅制药效率得到提高，药厂的经济效益、药品质量也得到了保障。

6. 纯化水使用点化学及微生物的化验数据监控

作为药厂中的纯水系统较其它系统最大的验证区别就是会对整个循环系统各水点进行多轮验证来确认水质满足药典要求，最长监控周期长达一年。化验内容包括化学检验，微生物检验及TOC含量。在验证期间，结果全部合格或偏差Y原因调查清晰并被解决方可结束验证。

总结：综上所述，作为制药工艺中的核心用水，纯化水必须要满足药典要求，相应的运行系统也要实现自动化、规范化运行。因此，在设计纯化水循环系统的过程中，要对各组成部分进行充分考虑并在改进完成后通过验证方可投入正常使用。