1 引言
在生產藥品的潔凈廠房,要滿足一定的潔凈度要求。保證藥品質量的重要環節是生產方法,其優劣是由生產技術和生產環境所決定的,藥廠生產環境控制的主要目的是防止因污染或交叉污染等危及產品質量的情況發生[1]。因此對一些關鍵的生產工藝操作間,在減少房間內污染的同時,保證其相對于相鄰房間的壓差,就成為保證潔凈度從而保證藥品質量的重要因素。潔凈產房設計中,生產過程采用壓力梯度的目的是阻止可能出現的不同生產工藝之間的交叉污染。生產車間壓力高于走廊,即房間保持正壓。有污染物的車間保持低壓阻止污染物擴散。阻止污染物進入生產車間,即保持房間負壓。某些設有工藝排風的房間出于工藝的需求,房間排風量是依據不同產品特點而變化的。在這種風量變化情況下,保證這些房間的壓差對整個潔凈廠房的壓差平衡就顯得尤為重要。本文將重點討論變風量情況下的壓差控制方法。
2 變風量房間壓差控制
針對某藥廠制劑車間的壓差平衡問題改造設計。該制劑車間共有三層,潔凈度為十萬級。根據GMP的相關條款,該制劑車間的空調系統需保證生產中整體風量平衡、壓差穩定、氣流走向符合工藝流線要求。經過對該制劑車間摸底調查和初步調試,發現存在以下問題:
(1)空調系統出力不足。實際送風量小于設計值。
(2)工藝排風所引起的不平衡。部分房間由于工藝要求,房間排風量是變化的。原設計未考慮排風量變化造成的房間壓差的變化,所以有工藝排風
的房間都不能滿足壓差的設計要求。
對于整個制劑車間來說,個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 房間漏風量計算
當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,在這些門窗、孔口處于關閉情況下,潔凈室與相鄰空間應維持一個相對壓差,這個壓差就是以一定風量通過這些關閉的門窗、孔口的縫隙時的阻力,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房間的壓差與房間的漏風量有很大關系。針對制劑車間具體情況,在實地對不同房門類型在不同壓差條件下的門縫單位長度漏風量進行測試,實驗結果如表1所示。
根據實際情況:自動門在房間壓差不同的情況下表現出來的漏風量是不同的,因此針對具體情況區分為正壓和負壓情況分別考慮。正壓情況表現為非密閉門形式,而負壓情況密閉效果較好,表現為密閉門形式。測試值與5潔凈廠房設計規范6推薦值相差不大。對開門密閉效果不好,測試值大于5潔凈廠房設計規范6中關于非密閉門的推薦值。對于單開門密閉效果較好,測試值與5潔凈廠房設計規范6密閉門推薦值十分接近。具體情況如表2所示。
美國標準研究所(ANSI)與美國工業衛生協會(AIHA)支持采用漏風量方法解決房間壓差控制問題。ANSI的標準Z9.5認為/規定定量壓差是不好的設計依據[4],真正需要的是漏風量。通過實際檢測發現該制劑車間門的密閉效果較差,漏風量較大。所以本次設計門的設計漏風量如下:單開門200m3/h,對開門400m3/h,電動門600m3/h。
2.2 房間壓差控制
如圖1所示:對于排風量隨時變化而同時設置了回風的房間,增設一個排風口,通過管道接入新增設的排風系統,并在新增排風管道上安裝文丘里流量控制閥門。新設排風口風量隨原有排風口風量變化而變化。原有排風口排風量減少,則新設排風口閥門開大,新設排風管道排風量增加;原有排風口排風量增加,則新設排風口閥門關小,新設排風管道排風量減少。總之,通過文丘里流量控制閥控制房間總排風量恒定,為房間更大排風量。房間送風量根據房間潔凈度要求的換氣次數確定。回風量根據送風量、房間漏風量及房間更大排風量確定,由送回排風量保證房間的壓差。對于排風量隨時變化而沒有設置回風的房間,增設一個排風風口,通過管道接入新增設的排風系統,并在新增排風管道上安裝文丘里流量控制閥,保證房間總排風量恒定。房間壓差控制原理同上。房間送風量根據房間潔凈度要求的換氣次數確定。房間總排風量根據房間送風量和漏風量計算確定。
2.3 新增排風靜壓系統
新增排風靜壓系統如圖2所示:
(1)在排風總管上安裝壓力變送器,將測量信號反饋給控制器,控制排風分機變頻器輸出頻率,保持風壓恒定。
(2)在新增的排風支管道上安裝EXV系列文丘里控制閥,根據各房間的壓差分別控制文丘里控制閥的開啟度,確保每時刻房間的總排風量(新增排風口與原有排風口排風風量的和)恒定為房間更大排風量。
(3)房間靜壓信號通過信號分配器,一路給文丘里控制閥進行自動控制,一路進MEC控制器在中控室自動顯示房間靜壓。
3 變風量控制器的選擇
3.1 氣流控制閥特性
好的氣流控制閥應具備:良好的可調率;高精度;快速響應。
(1)可調率
當需要房間漏風量為常量200m3/h,排風量在300~1500m3/h變化,則需要送風要有超過10B1的調節比。
(2)高精度
當房間處于最不利情況下,即送風量是945m3/h,排風量是950m3/h時,高精度的控制閥能夠保證房間的負壓。
(3)快速響應
房間送風和排風控制系統必須快速響應維持房間的正確壓力。圖5顯示房間壓力如何因為送風流量響應緩慢而變成正壓的。圖中陰影部分為
送風緩慢引起的正壓期間。
3.2 變風量閥工作原理
典型的節流式調節風閥內部有一個彈簧的錐體構件,即風量調節機構。它具有兩個獨立的動作部分:一是隨室內壓差變化由房間靜壓信號來動作的部分,由執行機構控制錐體中心的閥桿,使錐體在文氏管內移動,即調節錐體與管道間的開口面積,來調節風量;另一個是定風量機構,即不會因為調節其它風口而引起風量的再分配。定風量機構依靠錐體構件內彈簧的補償作用來實現。在上游靜壓的作用下彈簧伸縮使錐體構件沿閥桿位移,以平衡管內壓力的變化,維持要求的風量[5]。
3.3 文丘里閥與VAV蝶閥對比
在工程中常用的兩種變風量蝶閥文丘里閥與VAV蝶閥作簡單的對比。
在可調率、高精度、入/出口的條件要求以及快速響應等方面文丘里閥在性能上要優于VAV蝶閥。
4 結論
通過對不同房門類型在不同壓差條件下的門縫單位長度漏風量進行測試分析變風量情況下房間壓差變化的原因,討論了變風量情況下房間壓差控制方法,并且介紹了常用變風量末端裝置的基本工作原理,對工程中常用的兩種變風量裝置文丘里閥及VAV蝶閥的性能進行了對比,文丘里閥在性能上要優于VAV蝶閥,在價格上要遠高于VAV閥,對氣流控制要求不是很高的工程中采用VAV蝶閥,對氣流控制有獨特要求的實驗室則文丘里閥可以達到所需的技術標準。因此,在選用變風量閥時,根據工程的具體情況和使用要求選擇適合工程需要的,性能價格比高的產品。