制劑廠房蒸汽凝結(jié)水排放所存問題及其工程處理

翁念慈

（江蘇吳中醫(yī)藥集團有限公司蘇州制藥廠，江蘇蘇州215101）

1 問題的提出

在制藥生產(chǎn)的過程中，大多數(shù)制藥企業(yè)會使用工業(yè)蒸汽對物料進行加熱或滅菌（包括使用純蒸汽滅菌），如何排放蒸汽使用后產(chǎn)生的凝結(jié)水就成為了需要解決的問題。雖然看似簡單，但是由于各種原因，如凝結(jié)水排放管道的工程設(shè)計及安裝若處理不好，會產(chǎn)生諸如蒸汽滅菌器溫度不均勻、配料罐加熱溫度控制不穩(wěn)定等不良后果，究其原因便是凝結(jié)水在管道中存在氣堵問題，使凝結(jié)水排放不暢。

理想的凝結(jié)水排放設(shè)計是蒸汽使用點與排放出口終點鄰近，且是1個使用點配1路凝結(jié)水管道，但實際工程中往往有以下幾種情況比較特殊：

（1）由于廠房比較寬敞，蒸汽使用點距離排放出口終點較遠，一般達10m或20m。

（2）多個蒸汽使用點合用1路凝結(jié)水管道。

（3）凝結(jié)水管道的安裝較難處理。如果是單層廠房，凝結(jié)水管往往采用埋地方式，若埋地深度較淺，凝結(jié)水管道保溫不好，很容易造成地面開裂；若埋地太深，凝結(jié)水管道會因終端低于廠區(qū)總排水管而排不出水；還有建筑結(jié)構(gòu)中的地梁使管道難以穿越等。如果是多層廠房，會有豎向的凝結(jié)水管道，情況更為復雜。

（4）有些工藝設(shè)備（如配料罐、膠塞清洗機、鋁蓋清洗機、蒸汽滅菌器等）既配有蒸汽，又配有冷卻水，排凝結(jié)水與排清洗水是同一個出口，有時排凝結(jié)水，有時排清洗水。

以上情況極容易造成凝結(jié)水管道中產(chǎn)生氣堵，進而影響生產(chǎn)或產(chǎn)品質(zhì)量。

2 氣堵產(chǎn)生的原因

2.1 氣堵概念

氣堵是指在流通液體的管道中的某個部位因積聚一定量的空氣而產(chǎn)生氣囊，當液體壓力難以克服氣囊時，氣囊產(chǎn)生阻力，使液體流通不暢或不流通。

2.2 產(chǎn)生原因

圖1為凝結(jié)水管道產(chǎn)生氣堵原理示意圖。一般情況下，蒸汽使用后由氣態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài)，經(jīng)疏水器排放出凝結(jié)水，然而由于疏水器的截汽效率不能達到100%，往往會連汽帶水排出，熱的水汽進一步自然降溫使體積變小，而空氣始終存在。因此，在凝結(jié)水管道中很難達到連續(xù)滿管是水而沒有空氣，如果排放管坡度不足以使水汽及時排出，極易造成氣堵。

圖1-a是一段凝結(jié)水排放管，其左側(cè)為進口，壓力p1＞0，存在位能h1，進口的水中帶汽；其右側(cè)為出口，出口端壓力p2為0，因出口端管道坡度逆向，所以存在位能h2。雖然h2＜p1+h1，但h2不存在空氣，而p1+h1存在空氣。在管道較低處，細小而密集的氣體開始積聚成較大的氣囊，由于空氣可以被壓縮、液體幾乎不被壓縮的原理，在h2、p1+h1的作用下，使得氣囊被壓縮而變小，而出口處仍有液體不流出或流出不暢，如圖1-b所示。

圖1 凝結(jié)水管道產(chǎn)生氣堵原理示意圖

3 如何解決凝結(jié)水管道中的氣堵問題

3.1 簡單方法

如何解決凝結(jié)水管道中的氣堵問題，在工程實施中是一個不可小視的問題，簡單方法有：

（1）盡量采用1個蒸汽使用點安裝1路凝結(jié)水管；（2）凝結(jié)水管道的安裝坡度要嚴格遵循設(shè)計要求；（3）選擇優(yōu)良的疏水器。

3.2 多個蒸汽使用點共用1路凝結(jié)水管道的解決方法

事實上，1個蒸汽使用點安裝1路凝結(jié)水管對于大多數(shù)制劑廠房來說是很難做到的，對多層廠房來說則更難實施。多個蒸汽使用點共用1路凝結(jié)水管道，要注意以下幾個問題：

（1）凝結(jié)水管道的管徑要足夠大。

（2）除了保持凝結(jié)水管道一定的坡度外，在凝結(jié)水管道的最高端安裝1根豎管通向室外作為透氣管，管徑不必太大。透氣管的作用很大，一方面能將凝結(jié)水管內(nèi)的空氣透逸出去，另一方面能加速凝結(jié)水管道中的水流動，但是凝結(jié)水管道的管徑要大。

（3）可以在每個設(shè)備的疏水器出口處安裝1個水汽分離器，如圖2所示。

圖2 疏水器出口處安裝水汽分離器示意圖

圖2中a—b為排水汽管，a端連接設(shè)備排水汽口，b端接入水汽分離器中；c—d為透氣管，d端伸出室外；e—f為溢流管，f端接入凝結(jié)水排放總管（j—k）；g—h為當需要將水汽分離器內(nèi)的積水排盡時所用的管，該管上的閥門平時常閉。圖2中的水汽分離器適用于如配料罐的夾套、蒸汽滅菌器等設(shè)備的間歇性排冷卻水和排蒸汽凝結(jié)水。

（4）對于只有1個出口且既要排清洗水又要排凝結(jié)水（或蒸汽尾氣）的設(shè)備，同樣可在設(shè)備的水汽出口處安裝1個水汽分離器，如圖3所示。

圖3 既要排水又要排凝結(jié)水設(shè)備的水汽出口處安裝水汽分離器示意圖

圖3與圖2基本相同，只不過是在a端的管道上并聯(lián)加了a11—b11、a12—b12管道及相應的球閥、疏水器，a12—b12管道位于水汽分離器的液位下。當需要排汽時，可以關(guān)閉a12—b12上的球閥，凝結(jié)水通過疏水器排入水汽分離器；當需要排水時，打開a12—b12上的球閥即可。圖3的水汽分離器適用于如配料罐、凍干機等容器的在線清洗（CIP）時的排水和在線滅菌（SIP）時的排凝結(jié)水、蒸汽滅菌器的排蒸汽凝結(jié)水、排冷卻水等。

在GMP要求中，往往要求防止排放管道后側(cè)的空氣倒灌，因此有的廠家只在排“清洗水/純蒸汽凝結(jié)水”的管道上安裝1個止回閥或安裝1個P彎，形式上看是解決了防止排放管道后側(cè)的空氣倒灌，但效果并不理想。因為CIP排水時，幾乎沒有水壓，不能克服止回閥的阻力，所以會因打不開止回閥而排不出水；SIP排凝結(jié)水時，P彎是個非常容易存在氣堵的地方，從而影響排凝結(jié)水效果。為此，在圖3中，除了采用水汽分離器，還在a—b管道上并聯(lián)加了a11—a12管道、球閥、止回閥進行切換，最好是將圖3中需要切換的閥門安裝為電動控制閥，實行自動控制。

（5）多個蒸汽使用點共用1路凝結(jié)水管道，凝結(jié)水總管的管徑大小是一個不可忽視的問題，應重點考慮：1）凝結(jié)水量的統(tǒng)計，包括單點排量、總排量、高峰時的排量；2）總管中的壓能、動能幾乎等于0，位能就變得極為重要，所以凝結(jié)水管要保持足夠的坡度；3）總管中還有可能存在空氣。綜上所述，可先根據(jù)伯努利方程計算得到理論管徑，再考慮可能存在空氣的因素，將理論管徑放大。

（6）雖然不能做到1個蒸汽使用點安裝1路凝結(jié)水管，但也不必將所有蒸汽使用點集中在1路凝結(jié)水管上，可以分成若干個小系統(tǒng)，盡量按如下原則來考慮：1）重要性——如用于小容量注射劑產(chǎn)品的滅菌柜等；2）區(qū)域性——就近處理；3）同類性——相同的安排在一起。

4 凝結(jié)水的室外排放處理

由于現(xiàn)代的工業(yè)廠房都注重廠房的整潔和廠區(qū)的美觀，因而最終排放到室外的凝結(jié)水如何處理也很重要，通常有直接排放在室外地面、排放到廠區(qū)總排水管內(nèi)、回收利用等幾種方法，下面對此作一簡析。

（1）在保證足夠的凝結(jié)水管道坡度的情況下，直接排放在室外地面，雖然做法簡便，但廠房邊上冒汽（熱水效應）不雅觀，且會造成室外地面或草坪的損壞。

（2）通過室外的窨井排放到廠區(qū)總排水管內(nèi)，排水總管必須低于凝結(jié)水管出口，而且窨井內(nèi)的最高水位應低于凝結(jié)水管出口，否則將不利于凝結(jié)水排放。另外，當凝結(jié)水排放到廠區(qū)總排水管時，要考慮凝結(jié)水的水溫和總排水管的材質(zhì)，如水溫較高而排水管材質(zhì)為PVC，那么會造成PVC管的龜縮和損壞；有的在窨井內(nèi)設(shè)有溢流堰，使凝結(jié)水泛過溢流堰流入排水管中而使水溫降低，如果窨井過小其降溫效果并不理想。

（3）回收利用是最好的方案，可是回收方案不是很方便，大多由于凝結(jié)水出口分散、出口位置太低等原因造成不便。

綜上所述，可以嘗試將若干個蒸汽使用點的凝結(jié)水排水組成1個或2個系統(tǒng)，其出口連接W型水噴射真空泵，水噴射真空泵連續(xù)運行，可以解決如下問題：1）由于水噴射真空泵的真空作用，能有效地消除凝結(jié)水管內(nèi)的氣堵，對凝結(jié)水管的安裝坡度要求不高；2）由于水噴射真空泵的水噴射作用，凝結(jié)水被有效地降溫，這樣有利于排入總排水管，或可回收利用；3）改善了廠房、廠區(qū)的環(huán)境。但是，這個方法需要消耗電能。

5 結(jié)語

綜上所述，在制劑廠房中如何處理凝結(jié)水的排放問題，需要綜合考慮，否則會給工程后期帶來麻煩，或者在生產(chǎn)使用中產(chǎn)生不良后果。