特殊藥品生產(chǎn)區(qū)空氣凈化系統(tǒng)的壓差控制

黃愷*

（上海信誼藥廠有限公司，上海 201206）

特殊藥品生產(chǎn)區(qū)空氣凈化系統(tǒng)的壓差控制

黃愷*

（上海信誼藥廠有限公司，上海 201206）

通過(guò)工程實(shí)例證明設(shè)置“負(fù)壓氣閘”和“泄壓風(fēng)口”兩種方法能有效實(shí)現(xiàn)特殊藥物生產(chǎn)區(qū)域壓差要求。

局部排風(fēng)設(shè)備 負(fù)壓氣閘 泄壓風(fēng)口 氣密性

*黃愷（1980-11），男，工程師，主要從事暖通凈化空調(diào)專業(yè)項(xiàng)目實(shí)施及管理工作。聯(lián)系地址：上海市浦東新區(qū)長(zhǎng)島路

588弄金橋花苑46號(hào)202室，郵編：200129。手機(jī)：13817582995，電子郵箱：stevenhkai@hotmail.com

1 引言

根據(jù)新頒布的（GB50457-2008）《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]的要求，“生產(chǎn)過(guò)程中散發(fā)粉塵的醫(yī)藥潔凈室（區(qū)）應(yīng)設(shè)置除塵設(shè)施。間歇使用的除塵系統(tǒng)，應(yīng)有防止醫(yī)藥潔凈室（區(qū)）壓差變化的措施”（9.6.2條）；“特殊藥品的生產(chǎn)區(qū)，應(yīng)采用防止空氣擴(kuò)散至其他相鄰區(qū)域的措施”（9.6.3條）。其中特殊藥品包括青霉素等高致敏性藥品、避孕藥品、激素類藥品、抗腫瘤類藥品等。也就是說(shuō)，對(duì)于生產(chǎn)這些特殊藥品的潔凈廠房，既要保證各潔凈室相對(duì)室外為正壓，防止外界微粒通過(guò)樓板及壁面縫隙污染室內(nèi)環(huán)境，又要確保生產(chǎn)區(qū)域與室外直接相鄰的房間為絕對(duì)負(fù)壓，以防生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)可能存在的活性微粒被帶到室外，而且設(shè)計(jì)上還要考慮降低其工藝設(shè)備配套的局部排風(fēng)設(shè)備對(duì)壓差的影響。

要真正做到上述兩項(xiàng)條款，在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)對(duì)其壓差控制進(jìn)行專題討論，尤其是對(duì)“特殊藥品區(qū)域與室外環(huán)境相鄰房間的氣流方向”和“設(shè)有間歇性局部除塵設(shè)備的除塵房間的壓差控制”應(yīng)進(jìn)行充分的論證。本文將分別從這兩方面結(jié)合工程實(shí)際就如何控制特殊藥品生產(chǎn)區(qū)的壓差這一問(wèn)題進(jìn)行探討。

2 特殊藥品區(qū)域與室外環(huán)境相鄰房間的氣流方向

相對(duì)于一般固體制劑生產(chǎn)區(qū)，特殊藥品生產(chǎn)區(qū)的壓差控制在走廊及工藝房間區(qū)域基本相同，都是各產(chǎn)塵工藝房間相對(duì)于走廊保持5Pa以上的負(fù)壓，但對(duì)于人流及物流通道與室外及相鄰的房間的壓差與一般固體制劑生產(chǎn)區(qū)有較大差異。對(duì)于一般固體制劑生產(chǎn)區(qū)來(lái)說(shuō)，以人流為例，壓差按氣閘＞二更＞一更＞換鞋＞人流入口的順序逐級(jí)降低，以保證室外未經(jīng)凈化的空氣不會(huì)污染潔凈室的環(huán)境為主要目的。但對(duì)于特殊藥品生產(chǎn)區(qū)，不僅要保證室外空氣不污染室內(nèi)環(huán)境，同時(shí)也要保證潔凈室內(nèi)可能存在的特殊產(chǎn)品的微粒不會(huì)污染室外環(huán)境。為實(shí)現(xiàn)這種效果，除了常規(guī)設(shè)計(jì)中在二更及脫包后設(shè)置正壓氣閘外，在設(shè)計(jì)階段就將人流及物流最靠近室外環(huán)境的非潔凈房間設(shè)置成一個(gè)負(fù)壓氣閘，在圖1“人流區(qū)域壓差分布圖”中，“人員入口”相對(duì)室外為5Pa的負(fù)壓，相對(duì)換鞋為10Pa的負(fù)壓；同樣，在圖2“物流區(qū)域差壓分布圖”中設(shè)計(jì)“拆包”相對(duì)室外為5Pa的負(fù)壓，相對(duì)緩沖為30Pa的負(fù)壓。這兩間負(fù)壓氣閘相對(duì)于相鄰房間和區(qū)域均為負(fù)壓，防止 了室內(nèi)外空氣和微粒發(fā)生交叉污染的可能性。

圖2 物流區(qū)域壓差分布圖

圖1 人流區(qū)域壓差分布圖

3 設(shè)有間歇性局部除塵設(shè)備的除塵房間的壓差控制

3.1 各類傳統(tǒng)做法的缺點(diǎn)

根據(jù)衛(wèi)生部令第79號(hào)《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（2010年修訂）》[2]第五十三條規(guī)定：“產(chǎn)塵操作間（如干燥物料或產(chǎn)品的取樣、稱量、混合、包裝等操作間）應(yīng)保持相對(duì)負(fù)壓，應(yīng)采取專門的措施防止塵埃擴(kuò)散、避免交叉污染并便于清潔”。制藥企業(yè)一般采用局部除塵設(shè)備來(lái)形成局部負(fù)壓除塵，各企業(yè)也紛紛采用不同方式來(lái)減小間歇性局部除塵設(shè)備對(duì)壓差的影響。

（1） 不少企業(yè)將除塵器直接放在除塵房間或相鄰潔凈區(qū)域內(nèi)，但將除塵器直接放在生產(chǎn)區(qū)域這種做法缺點(diǎn)很多[3]：

1）噪聲大，超過(guò)潔凈室允許的60dB（A）上限；2）進(jìn)入除塵器的空氣在室內(nèi)循環(huán)時(shí)，一旦濾袋有了泄漏，上一批物料可能隨空氣回到室內(nèi)而造成混藥；3）除塵器清灰、更換中效濾筒及高效過(guò)濾器的過(guò)程中有污染房間地面及環(huán)境的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

（2） 由于上述方式存在明顯缺陷，現(xiàn)在已很少采用這種方式。設(shè)計(jì)中往往將單機(jī)除塵器單獨(dú)設(shè)置在與除塵房間相鄰的非潔凈的機(jī)械間內(nèi)，從除塵房間內(nèi)吸風(fēng)，經(jīng)過(guò)濾器的處理后排放至機(jī)械間內(nèi)。

這種設(shè)計(jì)方案雖然解決了噪音、交叉污染等問(wèn)題，卻會(huì)給維持潔凈室穩(wěn)定壓差帶來(lái)難度[4]。原因在于：這些單機(jī)除塵器為間歇式開啟，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行確認(rèn)時(shí)所作的壓差調(diào)試是在靜態(tài)條件下進(jìn)行的。但實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，這些局部排風(fēng)設(shè)備并非一直處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)它們啟動(dòng)時(shí)，整個(gè)房間的總排風(fēng)量會(huì)大比例上升，導(dǎo)致除塵房間靜壓下降，嚴(yán)重時(shí)甚至低于室外環(huán)境壓力，破壞相鄰?fù)到y(tǒng)房間之間的壓差。以圖3壓片區(qū)域的壓片稱量為例，該區(qū)域?yàn)?0萬(wàn)級(jí)潔凈區(qū)。房間體積11.5 m3，設(shè)計(jì)送風(fēng)量196m3/h，但壓片稱量所用的除塵器的設(shè)計(jì)風(fēng)量卻為800m3/h，即使實(shí)際調(diào)試后關(guān)小閥門來(lái)降低除塵器風(fēng)量，但除塵器的開啟和關(guān)閉對(duì)房間壓差的影響仍無(wú)法忽略。

（3） 近幾年來(lái)，越來(lái)越多的采用變排風(fēng)系統(tǒng)，筆者也曾專題研究過(guò)這種方式的具體解決方案[5]。即首先保證潔凈室送風(fēng)量相對(duì)恒定，通過(guò)排風(fēng)管閥門開度調(diào)節(jié)潔凈室排風(fēng)量，使局部排風(fēng)與房間排風(fēng)總量恒定，從而維持潔凈室的壓差值。這種方式可以有效解決間歇性局部除塵器對(duì)壓差的影響，但對(duì)于特殊藥品生產(chǎn)區(qū)來(lái)說(shuō)其適用性仍存在問(wèn)題。因?yàn)槌龎m器考慮到機(jī)械間位置及單機(jī)除塵器風(fēng)機(jī)壓頭等因素，其出風(fēng)口一般不單獨(dú)連接管路至屋頂或室外，排風(fēng)直接排放在機(jī)械間內(nèi)，導(dǎo)致機(jī)械間相對(duì)室外為正壓。這種情形對(duì)于一般固體制劑尚可接受，但對(duì)于特殊產(chǎn)品，其機(jī)械間可能會(huì)存在產(chǎn)品粉塵，如相對(duì)室外為正壓，則存在對(duì)外污染的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 將除塵房間與對(duì)應(yīng)的機(jī)械間作為一個(gè)整體考慮的設(shè)計(jì)

為解決機(jī)械間間歇性對(duì)外正壓造成污染風(fēng)險(xiǎn)的問(wèn)題，本設(shè)計(jì)將除塵房間與對(duì)應(yīng)的機(jī)械間作為一個(gè)整體考慮，兩者之間設(shè)置帶中效過(guò)濾器的壁面泄壓風(fēng)口（W1-4及W1-5），在機(jī)械間內(nèi)設(shè)置大風(fēng)量排風(fēng)（E1-9），通過(guò)風(fēng)量平衡計(jì)算，確保除塵器開啟和關(guān)閉狀態(tài)下，機(jī)械間相對(duì)室外大氣始終為負(fù)壓，同時(shí)通過(guò)設(shè)計(jì)和調(diào)試確保通過(guò)除塵器從除塵房間抽取的排風(fēng)量永遠(yuǎn)小于機(jī)械間的排風(fēng)量，不足的風(fēng)量通過(guò)壁面泄壓風(fēng)口從相鄰的除塵房間獲得，最終有效保證了氣流方向，使機(jī)械間相對(duì)于室外和相鄰除塵房間始終為負(fù)壓狀態(tài)。（見圖3）

圖3 壓片區(qū)域壓差分布圖

3.2.1 風(fēng)量平衡計(jì)算

為保證竣工后的實(shí)際效果，本設(shè)計(jì)對(duì)除塵器開啟和關(guān)閉狀態(tài)下的風(fēng)量平衡均進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算過(guò)程分三步，首先計(jì)算滿足GMP要求房間換氣次數(shù)所需的送風(fēng)量，然后根據(jù)維持房間之間壓差所需的風(fēng)量及已知的局部排風(fēng)量來(lái)推導(dǎo)出滿足壓差所需的送風(fēng)量，最后比較兩種送風(fēng)風(fēng)量，選取較大的作為最終的設(shè)計(jì)送風(fēng)量。

3.2.1.1 滿足換氣次數(shù)所需送風(fēng)量的計(jì)算

各房間標(biāo)高2.4m，壓片間局部吊頂升高為3.2m，計(jì)算得到壓片間體積52.4m3，壓片稱量體積11.5 m3，機(jī)械間體積10.6 m3，走廊體積110 m3。根據(jù)《藥品生產(chǎn)驗(yàn)證指南》（2003）[6]的要求，10萬(wàn)級(jí)區(qū)域換氣次數(shù)應(yīng)≥15次/h，本設(shè)計(jì)考慮17次/h。壓片間送風(fēng)量至少為890m3/h，壓片稱量送風(fēng)量至少為196m3/h。

3.2.1.2 滿足壓差所需送風(fēng)量的計(jì)算

（1） 維持壓差所需的風(fēng)量

根據(jù)《實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》[7]中的推薦值，要維持正壓或負(fù)壓，每小時(shí)送風(fēng)量與排風(fēng)量之間的風(fēng)量差值與房間的體積之間存在一個(gè)經(jīng)驗(yàn)的倍數(shù)關(guān)系，醫(yī)藥行業(yè)潔凈室一般認(rèn)為是有外窗（門）的氣密性較好的潔凈室。查表1得到這個(gè)倍數(shù)關(guān)系為：壓差5Pa時(shí)，0.7倍房間體積；壓差10Pa時(shí)，1.2倍房間體積；壓差20Pa時(shí)，2.5倍房間體積；壓差25Pa時(shí)，3.0倍房間體積

表1 維持潔凈室相對(duì)壓差值所需風(fēng)量與房間體積間的關(guān)系 （次/h）

根據(jù)這一理論進(jìn)行潔凈室風(fēng)量平衡的計(jì)算如下，房間布局參見圖3。

1）走廊要維持對(duì)壓片間5Pa的正壓值，至少需要額外送風(fēng)量V1=110×0.7=77m3/h的風(fēng)量，設(shè)計(jì)上考慮余量取整為100m3/h；2）機(jī)械間要維持相對(duì)室外-5Pa的負(fù)壓值時(shí)，應(yīng)考慮室外向機(jī)械間的風(fēng)量V2=10.6×0.7=7.4m3/h，設(shè)計(jì)上考慮余量取整為50m3/h；3）壓片間要維持對(duì)機(jī)械間的15Pa正壓值，至少需要額外送風(fēng)量V3=52.4×1.8=94.32m3/h的風(fēng)量，考慮余量取整為150m3/h；4）壓片稱量要維持對(duì)機(jī)械間的20Pa正壓值，至少需要額外送風(fēng)量V4=11.5×2.5=28.8m3/h的風(fēng)量，考慮余量取整為50m3/h；5）壓片稱量要維持對(duì)壓片間的5Pa正壓值，至少需要額外送風(fēng)量V5=11.5×0.7=8m3/h的風(fēng)量，考慮余量取整為50m3/h；

（2） 滿足壓差所需最小送風(fēng)量的計(jì)算

1）假設(shè)壓片間排風(fēng)量初始值為800 m3/h，則壓片間的最小送風(fēng)量Q1=排風(fēng)量+壓片機(jī)除塵器局部排風(fēng)E1+相對(duì)機(jī)械間的正壓風(fēng)量V3-相對(duì)走廊的負(fù)壓風(fēng)量V1-相對(duì)壓片稱量的負(fù)壓風(fēng)量V5；

圖4 開啟單機(jī)除塵器時(shí)的氣流組織圖

即Q1=800+800+150-100-50=1600m3/h＞890m3/h

2）壓片稱量的最小送風(fēng)量Q2=稱量罩局部排風(fēng)量E2+相對(duì)機(jī)械間的正壓風(fēng)量V4+相對(duì)壓片間的正壓風(fēng)量V5；

即Q2=800+50+50=900m3/h＞196m3/h

3.2.1.3 比較兩種風(fēng)量，確定最終的設(shè)計(jì)送風(fēng)量及機(jī)械間總排風(fēng)量

壓片間滿足壓差要求所需最小送風(fēng)量1600m3/h大于滿足換氣次數(shù)所需的送風(fēng)量890m3/h，所以確定壓片間送風(fēng)量為1600m3/h；同樣，確定壓片稱量送風(fēng)量為900m3/h；機(jī)械間的最小排風(fēng)量Q3=兩臺(tái)除塵器的排風(fēng)量（E1、E2）+相鄰房間通過(guò)兩個(gè)壁面泄壓風(fēng)口傳遞的風(fēng)量（V3、V4）+負(fù)壓狀態(tài)下室外通過(guò)門縫向機(jī)械間傳遞的風(fēng)量V2+機(jī)械間本身的送風(fēng)量；

即Q3＝800+800+150+50+50+送風(fēng)量，假設(shè)初次調(diào)節(jié)時(shí)送風(fēng)量為100m3/h，則Q3=1950m3/h；

該區(qū)域除塵器開啟和關(guān)閉狀態(tài)下的風(fēng)量平衡見圖4、圖5；

圖5 未開啟單機(jī)除塵器時(shí)的氣流組織圖

從圖4、圖5中可以觀察到，由于機(jī)械間的排風(fēng)量是固定的，所以無(wú)論除塵器的局部排風(fēng)是否開啟，改變的只是通過(guò)粉塵房間與機(jī)械間之間泄壓風(fēng)口的風(fēng)量。

3.2.2 實(shí)施中應(yīng)注意的細(xì)節(jié)

為保證該方案的可行性，應(yīng)在施工過(guò)程及日常維護(hù)中注意以下細(xì)節(jié)：

（1）保證潔凈廠房的氣密性的措施：彩鋼板施工前應(yīng)用2米靠尺檢驗(yàn)原地坪水平度，誤差在4mm內(nèi)為合格，不合格處必須采取打磨等修補(bǔ)措施，合格后才能進(jìn)行放線工作。圍護(hù)結(jié)構(gòu)階段性驗(yàn)收時(shí)，夜間在技術(shù)夾層檢查潔凈室有無(wú)漏光。漏光處用型材封閉并涂布中性硅膠。門窗竣工驗(yàn)收時(shí)，用塞尺檢查門扇與地面縫隙大小不超過(guò)2mm，門扇與門框之間加密封條，必要時(shí)門扇與地面的之間加掃地條以保證整個(gè)門的密封程度。

（2）保證除塵房間與相鄰機(jī)械間之間壓差的可控性：以本設(shè)計(jì)為例，在壓片間與機(jī)械間、壓片稱量與機(jī)械間、機(jī)械間與室外之間均應(yīng)有壓差監(jiān)控和記錄，確保壓差始終處于受控狀態(tài)。

（3）保證壓差狀態(tài)持續(xù)有效性的措施：送風(fēng)及排風(fēng)空調(diào)箱的風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)階段應(yīng)考慮一定余量，并分別配備變頻器，當(dāng)過(guò)濾器阻力上升導(dǎo)致風(fēng)量減小，引起壓差變化時(shí)，能通過(guò)提高送風(fēng)及排風(fēng)風(fēng)機(jī)工作頻率來(lái)恢復(fù)設(shè)計(jì)工況。

4 調(diào)試后的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

安裝并調(diào)試完畢后，分別在壁面泄壓風(fēng)口開啟和關(guān)閉的狀態(tài)下，記錄除塵器的不同組合狀態(tài)下的壓差值，來(lái)觀察采用壁面泄壓風(fēng)口對(duì)于改善間歇性局部排風(fēng)對(duì)房間壓差影響的作用，表格內(nèi)刮弧中為可接受的標(biāo)準(zhǔn)。

從表中我們明顯可以觀察到，采用壁面泄壓風(fēng)口時(shí)（奇數(shù)行），無(wú)論除塵器是否開啟，房間之間及房間對(duì)外界的壓差均能符合要求，而不使用壁面泄壓風(fēng)口時(shí)（偶數(shù)行），則壓差大幅波動(dòng)，甚至超出允許氛圍，造成潛在的污染風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)論

綜上，通過(guò)理論計(jì)算和工程實(shí)例的檢驗(yàn)，可以得到如下結(jié)論：對(duì)于不允許粉塵外泄且又要保證潔凈環(huán)境的特殊藥品區(qū)域，將“與室外相鄰房間設(shè)計(jì)成絕對(duì)負(fù)壓狀態(tài)”以及在“設(shè)有間歇性局部除塵設(shè)備的除塵房間與相鄰機(jī)械間之間設(shè)置壁面泄壓風(fēng)口來(lái)減小除塵設(shè)備對(duì)壓差的影響”是完全可行的。

[1]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50457-2008醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 中國(guó)計(jì)劃出版社，2009

[2]衛(wèi)生部令第79號(hào)《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（2010年修訂）》[S].

[3]譚岳堯,方傳志. 固體制劑車間GMP改造中空調(diào)凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)若干問(wèn)題的探討[J]. 醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)雜志, 2000（2）：69-73

[4]陳憲,關(guān)慧英.談醫(yī)藥工業(yè)空調(diào)設(shè)計(jì)中的某些特殊性[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào), Vol.29 No.5

[5]黃愷,周志剛.固體制劑車間間歇性局部排風(fēng)設(shè)備對(duì)壓差影響的解決方法[J]. 能源研究與信息, 2004年第4期

[6]國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局藥品認(rèn)證管理中心.《藥品生產(chǎn)驗(yàn)證指南》（2003）[S].

[7]陸耀慶 主編. 實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007

Pressure difference control in air-conditioning system of special pharmaceuticals manufacturing area

Huang Kai
（Shanghai Sine Pharmaceutical Laboratories Co., Ltd., Shanghai 201206）

A practical case is presented in this paper, which proves that the pressure differential requirement in special pharmaceutics manufacturing area can be effectively achieved by adopting negative pressure air-lock and pressure-relief diffusers.

local exhaust ventilation system；negative pressure air-lock；pressure relief diffuser；tightness