药厂净化空调系统几个问题的分析

Analysis on Typical Problems in HVAC System of Pharmaceutical Cleanrooms

华东交通大学土木建筑学院 周向阳

摘要

    对药厂净化空调系统中的空气处理流程、气流组织形式、除尘系统及室内压力控制等几个方面的问题，从理论和实践两个方面做了比较详细的论述分析，并提出了推荐方案。

关键词

空气处理流程 气流组织 空气净化 除尘 压力控制

1 引言
2 空气处理流程
3 气流组织
4 除尘问题
参考文献
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1 引言

    随着GMP认证的进一步深入，越来越多的净化空调系统正在建设或已正式投入运行，由此而产生的这样或那样的问题也在不断的出现。反映出我们在进行系统设计时考虑不周，而这将直接影响到企业的认证与正常生产。如何将空气净化技术与GMP的实施紧密结合起来，从理论和实践两个方面给GMP的实施以有力的保证和促进，也将成为当今净化行业的一个重要课题。

2 空气处理流程

    我们现在常见的夏季净化空调处理流程一般如下：

    这个空气处理过程存在两方面的不合理性。

2.1过滤器的设置选择

    我们现在选择的回风口一般都是带初效或中效的过滤网回风口，也就是说回风在进入机组前已经经过了一道初效或中效过滤。而且回风的浓度相比于新风来讲要低的多。尽管回风在管道的行进中会有或多或少的二次污染，但这样产生的污染完全可由后两级过滤来承担。因而笔者认为可以将初效过滤段设置在新风后、回风前。这样做的好处是降低了初效过滤器的迎面风速，从而有助于提高该过滤器的过滤效率并降低其阻力。例如新风比为20%的系统， 采取后种设置方法，通过初效过滤器的初阻力可由原来的≤60pa降低至≤12pa。由于回风不经过初效过滤，减少了系统阻力，这对于降低系统的运行费用是有益处的。

    对于第二级过滤器，我们一般都是选择中效过滤器。若取初效过滤器计数效率0.1（≥0.1μm）中效过滤器计数效率0.1（≥0.4μm），末端所配高效过滤器计数效率99.95%，则其串联的总过滤效率 η=1-（1-0.1）（1-0.4）（1-0.995）=09997=99.97%(≥0.5μm)。由此看来，前二级过滤器的加入并未使总效率的提高有什么质的变化，即对总效率的提高作用是微乎其微的，由此看来，前两级过滤器的主要作用是对未级高效过滤器起一个保护作用，延长过滤器的使用寿命。实践证明上述配置只要配以足够的风量，对于一般的乱流洁净系统来讲，是能够满足其洁净度要求的。但由于第二级过滤器的低效率，从而使未级高效过滤器的使用寿命大为降低。例如南昌某医疗器械厂，在不到一年半的时间内高效过滤器就更换了两次。如果我们能将第二级过滤器改为高中效过滤器（比色法效率为F8~F9），则在相同风量下初阻力会由原来的11pa上升到150pa，但由于它的较高效率，可以使未端高效过滤器寿命延长到3~5年，这笔经济帐不用算就很清楚了，所以笔者建议第二级过滤器选用高中效过滤器。

2.2表冷器的设置

    表冷器设置在负压段虽然能很好的避免被处理空气的外泄，但同时也给冷凝水的排放带来了一定的难度，也会使系统二次蒸发水量增加，不利于系统的除湿。尤其是胶囊及片剂车间，相对湿度的偏高将严重影响生产的正常进行。虽然在理论上，只要保证了足够的水封高度就可以解决上述问题，但在实践过程中却并非如此，由于这样或那样的原因，冷凝水不能顺利排出。从而导致二次蒸发水量增大，严重地影响了系统的正常运行。因此对于空气净化系统，建议将表冷器设置在风机与第二级过滤器之后，这样既可以保证冷凝水的正常排放又可以使表冷器表面少积灰结垢，这对提高表冷器的换热效果是大有好处的。

3 气流组织

    洁净室的气流组织形式一般都是乱流与平行流，而且经过多年的实践，现行的气流组织均采用顶送侧下回的形式。基本已经抛弃了顶送顶回的形式，现在关键的问题是采用单侧回还是双侧回及送风口的位置个数。

3.1 回风口的设置

    空气自送风口进入房间后先形成射入气流，流向房间回风口的是回流气流，而在房间内局部空间内回旋的是涡流气流。一般的空调房间都是为了达到均匀的温湿度而采用紊流度大的气流方式，使射流同室内原有空气充分混合并把工作区置于空气得以充分混合的混流区内。而洁净空调为了使工作区获得低而均匀的含尘浓度，则要最大限度地减少涡流，使射入气流经过最短流程尽快覆盖工作区。希望气流方向能与尘埃的重力沉降方向一致，使回流气流能有效地将室内灰尘排至室外。实验证明上送下单侧回，会增加乱流洁净室涡流区；增加交叉污染机会；无回风口一侧，由于处于有回风口一侧生产区的上风向将成为后者的污染源。

图1 单侧回风的布置

    因此笔者认为在室宽超过3m的空间内宜采用双侧回风。而在＜3m的空间内生产线只能布置一条，采用单侧回风也是可行的。这时只要将回风口布置在操作人员一侧，就能有效地将操作人员发出的尘粒及时的从回风口排出室外（如图1）。

3.2 送风口的设置

    同样的道理，送风口的数目过少，也会导致涡流区加大。因此，适当增加送风口的数目，就相当于同样风量条件下增加了送风面积，可以获得最小的气流区污染度。我们取一个8㎡的净化空间（层高2.8m）取15次/h的换气次数，风量为336m³/h。常规可以布置一个GB-02的送风口，如果我们把风口的个数增加为两个，实验证明主流区污染度将明显下降。

    当然风口个数的增加势必会加大系统的复杂性及投资费用。因而笔者认为就一个人员相对停留少的某些房间诸如存放间,缓冲间,内走廊等没有必要增加送风口个数，只需按常规布置即可。而对那些人员流动较大，比较重要的洁净房间诸如干燥间，内包间等则可以适当增加风口个数。这样做对保证洁净度是大有好处的。

4 除尘问题

    除尘问题一直是困扰固体制剂车间的一个重要问题，它包括以下两方面的内容。

4.1 系统设计

    现在我们常用的如图2a示的系统形式，在距散尘设备的房屋一角排风，这种系统简单，布置方便，只适用于散尘量及尘料较小的散尘房间。它最大的缺点就是不能有效的捕集设备散出的粉尘。笔者曾在一个粉碎间，亲眼目睹生产时四处飞溅的粉尘，根本就达不到设计人员所预期的除尘效果。在这种情况下吸尘口的位置一定要接近散尘口，直接用吸尘罩捕集（如图2b）。吸尘罩的位置及大小一定要根据实际情况及吸尘理论认真计算，从而使系统只吸附飞溅出来的尘粒，而不将有用的物质吸入。这部分的计算可详细参照工业通风设计手册。吸尘罩与除尘管道的连接最好采用活接，以便于伸缩调节，不影响操作人员的工作。

4.2 压力控制

    如果需要除尘的净化房间处于内区，即此房间不与非洁净区相邻，我们就可将其压力控制在对于其他净化房间处于负压状态，让排风量大于送风量，负压值可控制在5~10pa，这样就以非常有效的防尘散尘间的尘粒飞扬到邻室。如果需除尘的房间位于外区，即与外界或非洁净区相邻，我们就必须把房间控制在一个相对负压的状态，即让排风量小于送风量。让此房间与非洁净区保证5-10pa的正压，又要与相邻洁净区保证5-10pa的负压，这样才能不让非洁净区空气侵入房间，又不让粉尘飞入邻室洁净房间。

    以上就是笔者在长期的设计工作与理论研究中得到的一些体会，提出来供大家讨论。

参考文献

1.许钟麟.药厂洁净室设计、运行与GMP认证.同济大学出版社.2002

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