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(duì)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(shí),保證其相對(duì)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(jì)中,生產(chǎn)過(guò)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(kuò)散。阻止污染物進(jìn)入生產(chǎn)車間,即保持房間負(fù)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(diǎn)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(duì)整個(gè)潔凈廠房的壓差平衡就顯得尤為重要。本文將重點(diǎn)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(duì)某藥廠制劑車間的壓差平衡問(wèn)題改造設(shè)計(jì)。該制劑車間共有三層,潔凈度為十萬(wàn)級(jí)。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(guò)對(duì)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(wèn)題:
(1)空調(diào)系統(tǒng)出力不足。實(shí)際送風(fēng)量小于設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)要求。
對(duì)于整個(gè)制劑車間來(lái)說(shuō),個(gè)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(jì)算
當(dāng)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(shí),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(gè)相對(duì)壓差,這個(gè)壓差就是以一定風(fēng)量通過(guò)這些關(guān)閉的門窗、孔口的縫隙時(shí)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(jiàn)房間的壓差與房間的漏風(fēng)量有很大關(guān)系。針對(duì)制劑車間具體情況,在實(shí)地對(duì)不同房門類型在不同壓差條件下的門縫單位長(zhǎng)度漏風(fēng)量進(jìn)行測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。
根據(jù)實(shí)際情況:自動(dòng)門在房間壓差不同的情況下表現(xiàn)出來(lái)的漏風(fēng)量是不同的,因此針對(duì)具體情況區(qū)分為正壓和負(fù)壓情況分別考慮。正壓情況表現(xiàn)為非密閉門形式,而負(fù)壓情況密閉效果較好,表現(xiàn)為密閉門形式。測(cè)試值與5潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范6推薦值相差不大。對(duì)開(kāi)門密閉效果不好,測(cè)試值大于5潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范6中關(guān)于非密閉門的推薦值。對(duì)于單開(kāi)門密閉效果較好,測(cè)試值與5潔凈廠房設(shè)計(jì)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)研究所(ANSI)與美國(guó)工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會(huì)(AIHA)支持采用漏風(fēng)量方法解決房間壓差控制問(wèn)題。ANSI的標(biāo)準(zhǔn)Z9.5認(rèn)為/規(guī)定定量壓差是不好的設(shè)計(jì)依據(jù)[4],真正需要的是漏風(fēng)量。通過(guò)實(shí)際檢測(cè)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(jì)門的設(shè)計(jì)漏風(fēng)量如下:單開(kāi)門200m3/h,對(duì)開(kāi)門400m3/h,電動(dòng)門600m3/h。
2.2 房間壓差控制
如圖1所示:對(duì)于排風(fēng)量隨時(shí)變化而同時(shí)設(shè)置了回風(fēng)的房間,增設(shè)一個(gè)排風(fēng)口,通過(guò)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(kāi)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(guò)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(duì)于排風(fēng)量隨時(shí)變化而沒(méi)有設(shè)置回風(fēng)的房間,增設(shè)一個(gè)排風(fēng)風(fēng)口,通過(guò)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(jì)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(cè)量信號(hào)反饋給控制器,控制排風(fēng)分機(jī)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(kāi)啟度,確保每時(shí)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(hào)通過(guò)信號(hào)分配器,一路給文丘里控制閥進(jìn)行自動(dòng)控制,一路進(jìn)MEC控制器在中控室自動(dòng)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(dāng)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(guò)10B1的調(diào)節(jié)比。
(2)高精度
當(dāng)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(shí),高精度的控制閥能夠保證房間的負(fù)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?yàn)樗惋L(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(gè)彈簧的錐體構(gòu)件,即風(fēng)量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。它具有兩個(gè)獨(dú)立的動(dòng)作部分:一是隨室內(nèi)壓差變化由房間靜壓信號(hào)來(lái)動(dòng)作的部分,由執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制錐體中心的閥桿,使錐體在文氏管內(nèi)移動(dòng),即調(diào)節(jié)錐體與管道間的開(kāi)口面積,來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量;另一個(gè)是定風(fēng)量機(jī)構(gòu),即不會(huì)因?yàn)檎{(diào)節(jié)其它風(fēng)口而引起風(fēng)量的再分配。定風(fēng)量機(jī)構(gòu)依靠錐體構(gòu)件內(nèi)彈簧的補(bǔ)償作用來(lái)實(shí)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(duì)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(jiǎn)單的對(duì)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(guò)對(duì)不同房門類型在不同壓差條件下的門縫單位長(zhǎng)度漏風(fēng)量進(jìn)行測(cè)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(duì)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(jìn)行了對(duì)比,文丘里閥在性能上要優(yōu)于VAV蝶閥,在價(jià)格上要遠(yuǎn)高于VAV閥,對(duì)氣流控制要求不是很高的工程中采用VAV蝶閥,對(duì)氣流控制有獨(dú)特要求的實(shí)驗(yàn)室則文丘里閥可以達(dá)到所需的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。因此,在選用變風(fēng)量閥時(shí),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(jià)格比高的產(chǎn)品。