Особенности и принципы проектирования чистых трубопроводов в фармацевтической промышленности

Thread Content

Система трубопроводов как крайне распространенный элемент системы широко используется во всех отраслях химической промышленности. Однако в каждой отрасли существуют свои особенности и специфика, и даже в фармацевтической отрасли её можно кратко разделить на два типа: цепочку производства сырья для лекарств и цепочку производства готовых препаратов. Согласно нормативным требованиям, в области фармацевтических препаратов среда, которая используется для их производства, в отличие от области сырьевых веществ, является более распространенной. К такой среде относятся омывочная вода, очищенная вода, вода для инъекций, чистый пар, компрессионный воздух и т. д. Однако некоторые из этих сред требуют использования в условиях высокой или низкой температуры, а другие — высокого давления. Поэтому к этим аспектам необходимо уделять особое внимание. В отрасли фармацевтических препаратов концепция «чистоты качества» должна рассматриваться в качестве важного фактора, особенно в контексте предотвращения и контроля микроорганизмов. Необходимо строго соблюдать соответствующие требования к трубопроводам, установленные в китайских стандартах GMP (Good Manufacturing Practice). Если продукт предназначен для экспорта, необходимо также соблюдать соответствующие требования FDA США и GMP ЕС. Ниже приведены некоторые требования и описания, установленные китайскими стандартами GMP в этой области: производственное оборудование не должно наносить никакого вреда лекарственным средствам. Поверхности оборудования, находящегося в прямом контакте с лекарствами, должны быть гладкими, ровными, легко чистимыми или дезинфицируемыми, а также устойчивыми к коррозии. Оно не должно вступать в химическую реакцию с лекарствами, адсорбировать их или выделять какие-либо вещества, которые могли бы повлиять на качество лекарственных средств и причинить им вред. При проектировании и монтаже различных трубопроводов, осветительных устройств, вентиляционных отверстий и прочих коммуникаций необходимо избегать наличия участков, которые сложно очистить. Техническое обслуживание таких элементов следует проводить как можно дальше от зоны чистоты. Проектирование, монтаж и обслуживание оборудования для обработки воды и систем её транспортировки должны обеспечивать соответствие воды, используемой в фармацевтической промышленности, установленным стандартам качества. Эксплуатация оборудования для обработки воды не должна превышать его проектную мощность. Материалы, используемые для резервуаров с очищенной водой и водой для инъекций, а также для трубопроводов, должны быть нетоксичными и устойчивыми к коррозии. В вентиляционных отверстиях резервуаров должны устанавливаться гидрофобные фильтры, предотвращающие попадание волокон. При проектировании и монтаже трубопроводов необходимо избегать наличия «мертвых зон» и бесполезных участков трубопровода. При подготовке, хранении и распределении очищенной воды и воды для инъекций необходимо предотвращать размножение микроорганизмов; например, для воды для инъекций можно использовать систему циркуляции при температуре выше 70°C. Указанные выше требования и описания представляют собой общие принципы, касающиеся требований к чистым трубопроводам. На этапе проектирования необходимо строго соблюдать эти принципы, чтобы процесс производства в системах инфраструктуры, обеспечивающих чистоту в фармацевтических производствах, находился под контролем. Ниже будет пошагово и кратко рассказано о некоторых особенностях чистых трубопроводов. Выбор материалов для чистых трубопроводов, фитингов, клапанов и прокладок должен соответствовать требованиям китайского стандарта GMP: «Производственное оборудование не должно наносить вреда лекарственным средствам, не должно вступать с ними в химическую реакцию или адсорбировать их, а также не должно выделять какие-либо вещества, которые могли бы повлиять на качество лекарственных средств и причинить им вред». ”При выборе материала для чистых труб учитываются следующие факторы: при выборе материала для фитингов и клапанов чистых труб, как правило, имеется не так много вариантов. В большинстве случаев наиболее широко используется аустенитная нержавеющая сталь, которая может применяться в различных отраслях фармацевтики. В составе этих нержавеющих сталей разные элементы выполняют разные функции. Более низкий уровень содержания углерода способствует более эффективному проведению сварки аргоновым дуговым методом. Более высокое содержание никеля и хрома помогает лучше предотвращать коррозию. Высокое содержание никеля также повышает пластичность труб из нержавеющей стали. Определенное количество молибдена также способствует сопротивлению коррозии, вызванной хлором, в трубах. Учитывая все вышеуказанные факторы и затраты, материал 316L является наиболее подходящим для изготовления чистых труб в фармацевтической промышленности. Кроме того, можно использовать и другие материалы, такие как 316, 904L, 316Ti и т. д., но у всех них есть определенные ограничения. Основным критерием при выборе материала является защита от ржавчины — необходимо максимально снизить вероятность её появления в трубах. Если по трубопроводу будет транспортироваться жидкость с неизвестными характеристиками, тест на коррозию является хорошим способом, который помогает проектировщикам выбрать подходящий материал. В трубопроводной системе также имеются другие компоненты, такие как фитинги, клапаны и прокладки, причем фитинги и клапаны изготавливаются из того же материала, что и трубы. Во-первых, это обеспечивает лучшую стойкость к коррозии, а во-вторых — предотвращает возникновение электрохимической коррозии. Выбор уплотнительных элементов для соединений: прокладки являются важными уплотнительными элементами для соединения чистых труб; в качестве материалов для их изготовления могут использоваться EPDM, PTFE, FPM и силикон. Принципы выбора в основном зависят от температуры, давления и коррозионной активности жидкости. Например, материал вроде EPDM с трудом может долго выдерживать рабочую температуру выше 100°C, поэтому его чаще используют в системах с более низкими температурами. В же высокотемпературных системах, особенно в паровых системах, предпочтение отдаётся термостойким материалам, таким как PTFE или силиконовые прокладки. В процессе реального производства действительно наблюдались случаи, когда в системах чистого пара использовались прокладки из материала EPDM, неустойчивого к высоким температурам; это приводило к их старению и повреждению, а в результате — к загрязнению трубопроводов. Поэтому при выборе прокладок для высокотемпературных систем особое внимание следует уделять этой проблеме. Если нет другого выбора, необходимо обязательно уделять особое внимание времени использования. Согласно опыту, для чистых паровых систем фармацевтических заводов приемлемо использовать прокладки из EPDM в течение не более 1 года. Способы соединения чистых трубопроводов. В чистых трубопроводах способ их соединения имеет огромное значение. Если соединение трубопроводов приводит к образованию зон стоячей воды, это в значительной степени нарушает требования GMP к чистым трубопроводам. Сварка — лучший способ соединения чистых труб; в процессе проектирования и строительства следует по возможности использовать сварку для соединения труб. Для сварки чистых труб необходимо использовать метод дуговой сварки под аргоном. В процессе сварки обязательно должен соблюдаться защитный слой аргонового газа, а также проверяется уровень содержания кислорода, чтобы исключить возможность окисления металла до оксидов железа при высоких температурах. Стандарты, применяемые для сварных фитингов, должны быть едиными, например ASME BPE или DIN, чтобы предотвратить наличие уступов внутри фитингов. Если это возможно, следует использовать автоматические сварочные аппараты для выполнения сварочных работ — это позволяет обеспечить единообразие процесса сварки, например, в отношении скорости движения электрода, силы тока сварки, импульсов и т. д. Обычные требования к проверке автоматически сваренных швов — это осмотр 20% из них с помощью эндоскопа. В некоторых случаях, когда автоматические сварочные аппараты не могут выполнять работу, приходится использовать ручной способ сварки. Обычно после ручной сварки проводится 100%-ная эндоскопическая проверка. Соединение с помощью зажимных кольцев — этот способ соединения широко используется в промышленности по производству фармацевтических препаратов. Благодаря уплотнению с помощью прокладок значительно снижается вероятность образования зоны статической воды. Кроме того, нагрузка распределяется равномерно, срок службы таких соединений велик, а их демонтаж происходит легко. Это способ соединения, который наиболее часто используется там, где требуется частая демонтажная работа, а также учитываются потребности в техническом обслуживании. Фланцы для санитарных устройств иногда также используются для соединения чистых трубопроводов; обычно они применяются для труб диаметром 4˝ и более, но их использование встречается редко. Резьбовые соединения же не используются в системах чистых трубопроводов. Проектирование ответвлений в системах чистых трубопроводов для фармацевтической промышленности. В процессе проектирования трубопроводов неизбежно возникает необходимость в создании ответвлений. Если клапаны на этих ответвлениях закрыты, между ответвлением и основным трубопроводом образуется зона стоячей воды. В процессе проектирования необходимо по возможности сократить это расстояние, чтобы клапаны на ветвях находились как можно ближе к основному потоку. Несмотря на то, что существуют различные правила, рекомендации и даже методы измерения, касающиеся проектирования вспомогательных трубопроводов, в настоящее время ни одно из этих положений не является обязательным требованием по закону; это лишь рекомендации и стандарты в области инженерии. В настоящее время существуют следующие более формальные рекомендации: в руководстве ISPE по воде и чистому пару 2001 года указано, что длина L от внешней поверхности основного трубопровода до конца ветви трубопровода или точки уплотнения клапана должна быть не более 3 раз диаметра D ветви трубопровода (3D); в стандарте ASME BPE 2009 года указано, что длина L от внутренней поверхности основного трубопровода до конца ветви трубопровода или точки уплотнения клапана должна быть не более 2 раз диаметра D ветви трубопровода; в руководстве по контролю качества высокочистой воды в США 1993 года указано, что длина L от центра основного трубопровода до конца ветви трубопровода или точки уплотнения клапана должна быть не более 6 раз диаметра D ветви трубопровода (6D); согласно рекомендациям ВОЗ, длина L от внешней поверхности основного трубопровода до конца ветви трубопровода или точки уплотнения клапана должна быть не более 1,5 раза диаметра D ветви трубопровода. В процессе повседневного проектирования и строительства в стране широко применяются принципы ISPE 3D; принципы 6D также используются в фармацевтической отрасли. Но даже если условие nD не выполняется, в принципе это может быть приемлемо, если экспериментально подтверждено, что воздействие на качество воды не превышает допустимых значений. Требования к самостоятельной очистке чистых трубопроводов. Для предотвращения риска размножения микроорганизмов при проектировании систем чистых трубопроводов в фармацевтической промышленности необходимо обеспечить полное выведение из системы воды или других жидкостей в случае её опустошения. Поэтому соблюдение определенного уклона в системах чистых трубопроводов является необходимым техническим требованием. В процессе фактической установки применяется множество различных способов установки, для каждого из которых используются отдельные методы обработки. Тип уклона трубопровода. В процессе проектирования необходимо учитывать возможность полного опорожнения системы, особенно горизонтальных трубопроводов. В обычных случаях уклон горизонтальных труб до точки сброса стоков должен составлять не менее 0,5%. Для различных направлений труб применяются разные способы установки с учетом угла наклона, что необходимо для обеспечения эффективной самовыпускной функции. Аналогично, при монтаже приборов также необходимо учитывать функцию самоочистки системы, а также выбор клапанов для чистых трубопроводов и угол их установки. В системах чистых трубопроводов к клапанам также предъявляются особые требования — необходимо избегать образования стоячей воды. Среди множества клапанов наиболее часто используется диафрагменный клапан. Благодаря своей специальной конструкции, среда, находящаяся в трубопроводе, на 100% не контактирует с другими элементами трубопровода, расположенными снаружи прокладки. Это обеспечивает высокий уровень чистоты, поэтому такие решения наиболее широко используются в фармацевтической промышленности. При монтаже диафрагмового клапана также необходимо учитывать его функцию самоочистки, то есть обеспечить определенный угол установки клапана. Степень шероховатости чистых труб. Шероховатость внутренней поверхности труб также играет очень важную роль в стальных трубах, используемых в фармацевтической промышленности. Во-первых, если шероховатость внутренней поверхности трубы очень высока, в выпуклостях и впадинах трубы с большой вероятностью может образовываться стоячая вода. Эти неровности также могут стать средой обитания бактерий; в серьезных случаях может образоваться биопленка, что приведет к загрязнению продукции или воды, используемой в фармацевтической промышленности. Во-вторых, неровная внутренняя поверхность труб из нержавеющей стали также может способствовать их коррозии. Поскольку в стоячей воде на неровностях внутренней поверхности труб может присутствовать определённая концентрация хлорид-ионов, эти ионы могут вступать в реакцию с хромом, содержащимся в нержавеющей стали. И эта реакция будет **ускорять коррозию нержавеющей стали, снижая её потенциал коррозии. В процессе проектирования необходимо определить соответствующие технологии для обеспечения степени шероховатости внутренней поверхности трубы. Поверхности трубопроводов, с которыми в контакте находится вода или продукты фармацевтического производства, должны обрабатываться методами холодной прокатки, пассивации, механической или электрошлифовки, чтобы степень шероховатости внутренней поверхности трубопроводов была менее 1 μм. Выводы. Выше были кратко описаны некоторые особенности чистых трубопроводов в фармацевтической промышленности. Среди них контроль и проверка стоячих слоев воды в трубопроводах, а также строгие требования к шероховатости внутренней поверхности труб — всё это направлено на контроль микроорганизмов в трубопроводах. Можно сказать, что контроль и предотвращение деятельности микроорганизмов должны получать особое внимание на этапе проектирования и строительства чистых трубопроводов. Это является особенностью, отличающей эту отрасль от других. Любые упущения или недосмотры могут привести к повреждению готовых лекарственных препаратов, поэтому необходимо предотвращать любые риски заранее.