特殊药品生产区空气净化系统的压差控制

黄恺*

（上海信谊药厂有限公司，上海 201206）

特殊药品生产区空气净化系统的压差控制

黄恺*

（上海信谊药厂有限公司，上海 201206）

通过工程实例证明设置“负压气闸”和“泄压风口”两种方法能有效实现特殊药物生产区域压差要求。

局部排风设备 负压气闸 泄压风口 气密性

*黄恺（1980-11），男，工程师，主要从事暖通净化空调专业项目实施及管理工作。联系地址：上海市浦东新区长岛路

588弄金桥花苑46号202室，邮编：200129。手机：13817582995，电子邮箱：stevenhkai@hotmail.com

1 引言

根据新颁布的（GB50457-2008）《医药工业洁净厂房设计规范》[1]的要求，“生产过程中散发粉尘的医药洁净室（区）应设置除尘设施。间歇使用的除尘系统，应有防止医药洁净室（区）压差变化的措施”（9.6.2条）；“特殊药品的生产区，应采用防止空气扩散至其他相邻区域的措施”（9.6.3条）。其中特殊药品包括青霉素等高致敏性药品、避孕药品、激素类药品、抗肿瘤类药品等。也就是说，对于生产这些特殊药品的洁净厂房，既要保证各洁净室相对室外为正压，防止外界微粒通过楼板及壁面缝隙污染室内环境，又要确保生产区域与室外直接相邻的房间为绝对负压，以防生产区域内可能存在的活性微粒被带到室外，而且设计上还要考虑降低其工艺设备配套的局部排风设备对压差的影响。

要真正做到上述两项条款，在设计阶段就应对其压差控制进行专题讨论，尤其是对“特殊药品区域与室外环境相邻房间的气流方向”和“设有间歇性局部除尘设备的除尘房间的压差控制”应进行充分的论证。本文将分别从这两方面结合工程实际就如何控制特殊药品生产区的压差这一问题进行探讨。

2 特殊药品区域与室外环境相邻房间的气流方向

相对于一般固体制剂生产区，特殊药品生产区的压差控制在走廊及工艺房间区域基本相同，都是各产尘工艺房间相对于走廊保持5Pa以上的负压，但对于人流及物流通道与室外及相邻的房间的压差与一般固体制剂生产区有较大差异。对于一般固体制剂生产区来说，以人流为例，压差按气闸＞二更＞一更＞换鞋＞人流入口的顺序逐级降低，以保证室外未经净化的空气不会污染洁净室的环境为主要目的。但对于特殊药品生产区，不仅要保证室外空气不污染室内环境，同时也要保证洁净室内可能存在的特殊产品的微粒不会污染室外环境。为实现这种效果，除了常规设计中在二更及脱包后设置正压气闸外，在设计阶段就将人流及物流最靠近室外环境的非洁净房间设置成一个负压气闸，在图1“人流区域压差分布图”中，“人员入口”相对室外为5Pa的负压，相对换鞋为10Pa的负压；同样，在图2“物流区域差压分布图”中设计“拆包”相对室外为5Pa的负压，相对缓冲为30Pa的负压。这两间负压气闸相对于相邻房间和区域均为负压，防止 了室内外空气和微粒发生交叉污染的可能性。

图2 物流区域压差分布图

图1 人流区域压差分布图

3 设有间歇性局部除尘设备的除尘房间的压差控制

3.1 各类传统做法的缺点

根据卫生部令第79号《药品生产质量管理规范（2010年修订）》[2]第五十三条规定：“产尘操作间（如干燥物料或产品的取样、称量、混合、包装等操作间）应保持相对负压，应采取专门的措施防止尘埃扩散、避免交叉污染并便于清洁”。制药企业一般采用局部除尘设备来形成局部负压除尘，各企业也纷纷采用不同方式来减小间歇性局部除尘设备对压差的影响。

（1） 不少企业将除尘器直接放在除尘房间或相邻洁净区域内，但将除尘器直接放在生产区域这种做法缺点很多[3]：

1）噪声大，超过洁净室允许的60dB（A）上限；2）进入除尘器的空气在室内循环时，一旦滤袋有了泄漏，上一批物料可能随空气回到室内而造成混药；3）除尘器清灰、更换中效滤筒及高效过滤器的过程中有污染房间地面及环境的潜在风险。

（2） 由于上述方式存在明显缺陷，现在已很少采用这种方式。设计中往往将单机除尘器单独设置在与除尘房间相邻的非洁净的机械间内，从除尘房间内吸风，经过滤器的处理后排放至机械间内。

这种设计方案虽然解决了噪音、交叉污染等问题，却会给维持洁净室稳定压差带来难度[4]。原因在于：这些单机除尘器为间歇式开启，空调系统运行确认时所作的压差调试是在静态条件下进行的。但实际生产过程中，这些局部排风设备并非一直处于关闭状态。当它们启动时，整个房间的总排风量会大比例上升，导致除尘房间静压下降，严重时甚至低于室外环境压力，破坏相邻同系统房间之间的压差。以图3压片区域的压片称量为例，该区域为10万级洁净区。房间体积11.5 m3，设计送风量196m3/h，但压片称量所用的除尘器的设计风量却为800m3/h，即使实际调试后关小阀门来降低除尘器风量，但除尘器的开启和关闭对房间压差的影响仍无法忽略。

（3） 近几年来，越来越多的采用变排风系统，笔者也曾专题研究过这种方式的具体解决方案[5]。即首先保证洁净室送风量相对恒定，通过排风管阀门开度调节洁净室排风量，使局部排风与房间排风总量恒定，从而维持洁净室的压差值。这种方式可以有效解决间歇性局部除尘器对压差的影响，但对于特殊药品生产区来说其适用性仍存在问题。因为除尘器考虑到机械间位置及单机除尘器风机压头等因素，其出风口一般不单独连接管路至屋顶或室外，排风直接排放在机械间内，导致机械间相对室外为正压。这种情形对于一般固体制剂尚可接受，但对于特殊产品，其机械间可能会存在产品粉尘，如相对室外为正压，则存在对外污染的风险。

3.2 将除尘房间与对应的机械间作为一个整体考虑的设计

为解决机械间间歇性对外正压造成污染风险的问题，本设计将除尘房间与对应的机械间作为一个整体考虑，两者之间设置带中效过滤器的壁面泄压风口（W1-4及W1-5），在机械间内设置大风量排风（E1-9），通过风量平衡计算，确保除尘器开启和关闭状态下，机械间相对室外大气始终为负压，同时通过设计和调试确保通过除尘器从除尘房间抽取的排风量永远小于机械间的排风量，不足的风量通过壁面泄压风口从相邻的除尘房间获得，最终有效保证了气流方向，使机械间相对于室外和相邻除尘房间始终为负压状态。（见图3）

图3 压片区域压差分布图

3.2.1 风量平衡计算

为保证竣工后的实际效果，本设计对除尘器开启和关闭状态下的风量平衡均进行了计算。计算过程分三步，首先计算满足GMP要求房间换气次数所需的送风量，然后根据维持房间之间压差所需的风量及已知的局部排风量来推导出满足压差所需的送风量，最后比较两种送风风量，选取较大的作为最终的设计送风量。

3.2.1.1 满足换气次数所需送风量的计算

各房间标高2.4m，压片间局部吊顶升高为3.2m，计算得到压片间体积52.4m3，压片称量体积11.5 m3，机械间体积10.6 m3，走廊体积110 m3。根据《药品生产验证指南》（2003）[6]的要求，10万级区域换气次数应≥15次/h，本设计考虑17次/h。压片间送风量至少为890m3/h，压片称量送风量至少为196m3/h。

3.2.1.2 满足压差所需送风量的计算

（1） 维持压差所需的风量

根据《实用供热空调设计手册》[7]中的推荐值，要维持正压或负压，每小时送风量与排风量之间的风量差值与房间的体积之间存在一个经验的倍数关系，医药行业洁净室一般认为是有外窗（门）的气密性较好的洁净室。查表1得到这个倍数关系为：压差5Pa时，0.7倍房间体积；压差10Pa时，1.2倍房间体积；压差20Pa时，2.5倍房间体积；压差25Pa时，3.0倍房间体积

表1 维持洁净室相对压差值所需风量与房间体积间的关系 （次/h）

根据这一理论进行洁净室风量平衡的计算如下，房间布局参见图3。

1）走廊要维持对压片间5Pa的正压值，至少需要额外送风量V1=110×0.7=77m3/h的风量，设计上考虑余量取整为100m3/h；2）机械间要维持相对室外-5Pa的负压值时，应考虑室外向机械间的风量V2=10.6×0.7=7.4m3/h，设计上考虑余量取整为50m3/h；3）压片间要维持对机械间的15Pa正压值，至少需要额外送风量V3=52.4×1.8=94.32m3/h的风量，考虑余量取整为150m3/h；4）压片称量要维持对机械间的20Pa正压值，至少需要额外送风量V4=11.5×2.5=28.8m3/h的风量，考虑余量取整为50m3/h；5）压片称量要维持对压片间的5Pa正压值，至少需要额外送风量V5=11.5×0.7=8m3/h的风量，考虑余量取整为50m3/h；

（2） 满足压差所需最小送风量的计算

1）假设压片间排风量初始值为800 m3/h，则压片间的最小送风量Q1=排风量+压片机除尘器局部排风E1+相对机械间的正压风量V3-相对走廊的负压风量V1-相对压片称量的负压风量V5；

图4 开启单机除尘器时的气流组织图

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

2）压片称量的最小送风量Q2=称量罩局部排风量E2+相对机械间的正压风量V4+相对压片间的正压风量V5；

即Q2=800+50+50=900m3/h＞196m3/h

3.2.1.3 比较两种风量，确定最终的设计送风量及机械间总排风量

压片间满足压差要求所需最小送风量1600m3/h大于满足换气次数所需的送风量890m3/h，所以确定压片间送风量为1600m3/h；同样，确定压片称量送风量为900m3/h；机械间的最小排风量Q3=两台除尘器的排风量（E1、E2）+相邻房间通过两个壁面泄压风口传递的风量（V3、V4）+负压状态下室外通过门缝向机械间传递的风量V2+机械间本身的送风量；

即Q3＝800+800+150+50+50+送风量，假设初次调节时送风量为100m3/h，则Q3=1950m3/h；

该区域除尘器开启和关闭状态下的风量平衡见图4、图5；

图5 未开启单机除尘器时的气流组织图

从图4、图5中可以观察到，由于机械间的排风量是固定的，所以无论除尘器的局部排风是否开启，改变的只是通过粉尘房间与机械间之间泄压风口的风量。

3.2.2 实施中应注意的细节

为保证该方案的可行性，应在施工过程及日常维护中注意以下细节：

（1）保证洁净厂房的气密性的措施：彩钢板施工前应用2米靠尺检验原地坪水平度，误差在4mm内为合格，不合格处必须采取打磨等修补措施，合格后才能进行放线工作。围护结构阶段性验收时，夜间在技术夹层检查洁净室有无漏光。漏光处用型材封闭并涂布中性硅胶。门窗竣工验收时，用塞尺检查门扇与地面缝隙大小不超过2mm，门扇与门框之间加密封条，必要时门扇与地面的之间加扫地条以保证整个门的密封程度。

（2）保证除尘房间与相邻机械间之间压差的可控性：以本设计为例，在压片间与机械间、压片称量与机械间、机械间与室外之间均应有压差监控和记录，确保压差始终处于受控状态。

（3）保证压差状态持续有效性的措施：送风及排风空调箱的风机在设计阶段应考虑一定余量，并分别配备变频器，当过滤器阻力上升导致风量减小，引起压差变化时，能通过提高送风及排风风机工作频率来恢复设计工况。

4 调试后的实测数据

安装并调试完毕后，分别在壁面泄压风口开启和关闭的状态下，记录除尘器的不同组合状态下的压差值，来观察采用壁面泄压风口对于改善间歇性局部排风对房间压差影响的作用，表格内刮弧中为可接受的标准。

从表中我们明显可以观察到，采用壁面泄压风口时（奇数行），无论除尘器是否开启，房间之间及房间对外界的压差均能符合要求，而不使用壁面泄压风口时（偶数行），则压差大幅波动，甚至超出允许氛围，造成潜在的污染风险。

5 结论

综上，通过理论计算和工程实例的检验，可以得到如下结论：对于不允许粉尘外泄且又要保证洁净环境的特殊药品区域，将“与室外相邻房间设计成绝对负压状态”以及在“设有间歇性局部除尘设备的除尘房间与相邻机械间之间设置壁面泄压风口来减小除尘设备对压差的影响”是完全可行的。

[1]中华人民共和国国家标准GB50457-2008医药工业洁净厂房设计规范[S]. 中国计划出版社，2009

[2]卫生部令第79号《药品生产质量管理规范（2010年修订）》[S].

[3]谭岳尧,方传志. 固体制剂车间GMP改造中空调净化系统设计若干问题的探讨[J]. 医药工程设计杂志, 2000（2）：69-73

[4]陈宪,关慧英.谈医药工业空调设计中的某些特殊性[J].太原理工大学学报, Vol.29 No.5

[5]黄恺,周志刚.固体制剂车间间歇性局部排风设备对压差影响的解决方法[J]. 能源研究与信息, 2004年第4期

[6]国家食品药品监督管理局药品认证管理中心.《药品生产验证指南》（2003）[S].

[7]陆耀庆 主编. 实用供热空调设计手册[M]. 北京：中国建筑工业出版社，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