牙膏生产用压缩空气的确认与验证

贾绍强 曲跃尊 杨 哲

(云南白药集团股份有限公司 中国 云南 昆明650200)

引言

压缩空气在半导体、液晶、食品、药品、化妆品、医疗、分析仪器等制造行业领域中属于不可或缺的工作介质，压缩空气是仅次于电力的第二大动力能源，具有可存储性高、不易污染、便于输送、使用快捷方便等特点，广泛应用于药品制造的各个工序：液体制剂的灌装、固体制剂的胶囊填充机、提取罐、物料输送、吹料、气动仪表元器件用气、气动阀门用气等。在牙膏生产过程中， 除了大量的气动阀门和气动仪表元器件用气外，牙膏生产用真空均质乳化机中通入压缩空气用于排膏用，牙膏灌装机的灌装头、灌装前盛装牙膏膏体的压力缸，以及CIP自动清洗后用于管道吹扫等均用到了压缩空气，以上工序使用的压缩空气均和牙膏膏体直接接触，这就可能通过压缩空气把污染物带进产品。实际运行时，压缩空气系统会遭遇到性能和稳定性的问题，因此必需对牙膏生产用压缩空气系统进行确认与验证，保证该压缩空气系统持续、稳定地生产出质量合格的、符合工艺需求和质量要求的压缩空气。

1 用户需求标准(URS)

1.1 定义

压缩空气，即被外力压缩的空气，空气具有可压缩性，经过空压机做机械功使空气本身体积缩小、压力提高。

1.2 设备整体需求

空压系统流程：螺杆空压机→初级过滤器→冷干机→高效过滤器→微热再生吸干机→高效除尘过滤器→活性炭过滤器→储气罐→用气点。

系统工艺要求：压力露点≤-40℃，固体颗粒粒径≤0.01μm，含油量≤0.01mg/m3，微生物≤10cfu/ml或≤10cfu/皿。

系统压缩空气供气量≥84.0m3/min，0.8MPa压缩空气经净化处理后露点达到≤-40℃，质量达到中国2010版GMP药品洁净空压气用气标准。该系统设备包含：螺杆变频式空压机1台，螺杆空压机5台，冷冻式干燥机(6台)，微热再生式干燥机(6台)，初级过滤器(6支)，高效过滤器(6支)，高效除尘过滤器(6支)，活性炭过滤器(6支)，储气罐(要求不锈钢304材质)6m3(4个)、1m3(1个)，集中控制系统(1套)。

1.3 螺杆变频式空压机技术要求

双螺杆空压机必须符合国家标准和行业标准JB/T6430-2014，排气流量范围：3～14.0m3/min，电机功率：90KW，变频技术恒压供气，排气压力：≥1.0MPa ，冷却方式：水冷，整机运行噪音：≤75dB，电源电压：380V/50Hz，防护等级：≥IP55，含油量：必须控制在2.0ppm以下。空压机平衡良好，排气温度: 环境温度+10℃；压缩空气出口配气水分离装置。电机要求：防护等级：IP55，绝缘等级：F级，温升等级：B级，空气压缩机箱体结构：集气、油、电、冷却及仪表控制为一体，无需作专门的基础来安装机组，也无需用地角螺栓来固定。

1.4 螺杆空压机技术要求

双螺杆空压机必须符合国家标准和行业标准JB/T6430-2014，单台排气流量：>14.0m3/min，单台电机功率：90KW，排气压力：≥1.0MPa，冷却方式：水冷，整机运行噪音：≤75dB，电源电压：380V/50Hz，防护等级：≥IP55，含油量：必须控制在2.0ppm以下。比功率：≤6.9KW/(m3/min)，按国标GB19153-2009，达到二级及以上能效等级，空压机平衡良好，排气温度: 环境温度+10℃；压缩空气出口配气水分离装置。空气压缩机箱体结构：集气、油、电、冷却及仪表控制为一体，无需作专门的基础来安装机组，也无需用地角螺栓来固定。

1.5 冷冻式干燥机技术要求

单台处理气量：>15m3/min，工作压力：≤1.0MPa，压力露点：+3；压力损失：≤0.025Mpa，电器防护等级：IP54，噪音：≤75dB(A)；使用R134a或者R410a环保制冷剂；冷却方式：风冷，排水方式：自动排水；安装方式：空压机内置或者外置均可；冷冻式干燥机内应设制冷装置、气水分离装置、自动排水装置、热空气旁通阀、自动保护装置及温度测量装置等。

1.6 微热再生式干燥机技术要求

单台处理气量：>15m3/min，工作压力：≤1.0MPa，压力露点：-40℃，压力损失：≤0.025MPa，电器防护等级：IP54，噪音：≤75dB(A)，冷却方式：风冷，排水方式：自动排水。具有自动冲压功能，确保干燥剂寿命；以及可靠的阀门部件，确保整机使用寿命。配置：a.不锈钢进/出滤网；b.塔体压力表；c.塔体温度数字显示；d.再生压力表；e.安全阀；f.消音器；g.加热温度数字显示与控制；h.液晶显示，PLC控制；i.干燥及再生加热状况显示；j.露点控制功能与高露点报警，k.误动作报警。

1.7 初级过滤器技术要求

单支处理气量：>15m3/min，工作压力：≤1.0MPa，除尘≤3μm，除油≤5ppm，过滤器配有自动排污装置、压差指示表计。

1.8 高效过滤器技术要求

单支处理气量：>15m3/min，工作压力：≤1.0MPa，除尘≤1μm，除油≤0.01ppm，过滤器配有自动排污装置、压差指示表计。

1.9 高效除尘过滤器技术要求

单支处理气量：>15m3/min，工作压力：≤1.0MPa，含尘量≤0.01μm，含油≤0.01ppm，过滤器配有自动排污装置、压差指示表计。

1.10 活性炭过滤器技术要求

单支处理气量：>15m3/min，工作压力：≤1.0MPa，除尘精度≤0.01μm，含油≤0.003ppm，过滤器配有自动排污装置。

1.11 储气罐技术要求

容积6m3为4个，容积1m3为1个，压力1MPa，材质：304不锈钢。配压力表、安全阀、不锈钢球阀和自动排污阀、三通、接头等配件，有压力容器合格证书等相应文件。

1.12 集中控制系统技术要求

空压机系统采用一套西门子PLC 1500(CPU、输入输出模块、具有扩展功能)+HMI等控制元器件进行独立控制，能够与空压机进行通讯的Modbus模块等，系统需配备连入SCADA系统的以太网通讯端口TCP/IP，并且能够具备与上位SCADA进行通讯，将空压机、冷干机、吸干机及相关仪表阀门的运行状态数据进行上传，实现空压机系统的全自动操作控制和监控，以及查询实时记录、历史记录。

2 设计确认(DQ)

2.1 系统信息介绍

该系统设备包含：螺杆变频式空压机1台，螺杆空压机5台，冷冻式干燥机(6台)，微热再生式干燥机(6台)，初级过滤器(6支)，高效过滤器(6支)，高效除尘过滤器(6支)，活性炭过滤器(6支)，储气罐(要求不锈钢304材质)6m3(4个)、1m3(1个)，集中控制系统(1套)。

本系统产品严格按《一般用喷油螺杆空气压缩机(JB/T 6430-2014)》标准设计制造，具有气量足，压缩空气洁净，为全封闭结构，低噪音，振动小，重量轻，占地面积小，操作方便，易损件少，运行效率高，无需安装基础，卸载自动停机，需要时自动启动，变频调节，节约电力，实现24小时无人看守连续运转等特点。

表1 压缩空气系统构成信息表

2.2 系统流程介绍

空压系统流程：螺杆空压机→初级过滤器→冷干机→高效过滤器→微热再生吸干机→高效除尘过滤器→活性炭过滤器→储气罐→用气点。

2.3 设计文件确认

2.3.1 URS确认

URS中对设备的各项具体质量特性要求做了明确的规定，尤其直接影响产品质量的设备关键参数，设计确认主要目的对设备的关键参数项审查，对照招投标文件及用户需求说明(URS)中的条款查看该设备或系统选型是否满足工艺设计要求。

2.3.2 P&ID图确认

审核压缩空气系统涉及的所有P&ID图纸，确保图纸经过设计院审核和批准，是最终版本且处于受控状态。图纸设计合理满足工艺需求，系统具有充足的文件以能够进行适当的安装、运行和维修。

图1 压缩空气系统流程图

3 安装确认(DQ)

3.1 文件确认

证实系统具有充足的文件以能够进行适当的安装、操作和维修，审阅系统的所有文件(如 P&ID 图、配置清单等)，确认所有文件均是经过审核和批准的最终版，系统已具备充足的文件以能够进行适当的安装和维修，并在安装确认测试表中记录相关文件的细节。

技术资料包括：装箱单、产品质量证明文件、货物原产地证明文件(包括操作说明书、合格证等)、材质证明文件(材质证明应与材料使用部位相对应)、设备操作手册、维护使用说明书、控制软件、仪器仪表使用说明书、合格证等。图纸包括：P&ID图、设备装配图、安装平面布局图、电气图、外形尺寸图及质量合格证明等。

3.2 设备关键部件确认

审阅系统的设备相关信息，核实关键部件的标签、生产厂家、型号、主要技术参数，与配置清单一致，并在测试表中记录设备的细节，系统的设备相关信息应正确无误，关键部件完备，备品备件齐全。

3.3 安装环境确认

检测安装位置的环境温度、相对湿度，使用万用表测量地面和空压机间的电阻，检查地面电阻连接情况，复核空气压缩机电源频率和电动机功率，确定冷干机离墙距离和电源，安装环境温度2℃～45℃，相对湿度<90%，空气压缩机电源380V/50Hz，空气压缩机电动机功率90kW，空气压缩机(冷干机)离墙面最小距离1.5m，微热再生吸附式干燥机离墙面最小距离1.5m，微热再生吸附式干燥机电源230V 1Ph 50Hz。

表2 压缩空气系统关键部件信息表

3.4 设备结构和外观检查

设备安装完成后确认其安装完整性和外观，检查主要组件(空气压缩机、干燥机、过滤器、储气罐)和仪表的结构和安装情况，检查系统的管道与管道，管道与部件的连接方式。

3.5 P&ID符合性确认

比较图纸和现场安装，使用“Yellow Line”的方式进行确认，如果现场安装与图纸一致，用黄色荧光笔在图纸上标识；如果现场安装与图纸不一致，用红色荧光笔在图纸上标识，并用红色水笔纠正。确认系统安装与 P&ID 图是一致的，并反映了系统的竣工状态。设备和仪表的型号、位置和标识与P&ID图一致，所有组件和管道都是按照P&ID图进行安装的。图纸确认后，确认者与复核者在图纸上标明“确认人”“复核人”并签名及注明日期，所有确认的图纸作为附件形式放在确认文件中。

3.6 仪表校准确认

确认关键仪表是否具有校验证书，检查校验的有效性，在表格中记录仪表的相关信息，如仪表编号、校验日期、校验有效期等。附上关键仪表的校验证书，确认所有的关键仪表均已校准，且在有效期内。

3.7 材质确认

按照配置清单检查关键部件的材质证明文件，检查系统部件(如管件、平接头、密封圈等)所用材料的材质证明文件，与产品接触的关键部件的材质符合设计要求，并符合GMP要求，储气罐为304不锈钢材质，主管路与再生气管路上的单向阀均采用304不锈钢材质，确保关闭并使磨损最小化，质量证明文件作为附件形式放在确认文件中。

3.8 焊接文件确认

检查相关焊接文件是否齐全，焊接文件包括如下文件：焊工的资质文件、焊接记录、焊接点的质量检查报告等。必须采用自动焊接，同时采用内窥镜检测，检测的数量不应少于总焊接数量的20%，焊接点的位置应在焊接图上进行标准并留有相应的记录。

3.9 压力试验确认

检查容器和管道压力试验记录，在设计压力的115%以上气压进行试验，系统正常运行 不低于60分钟，压力损失小于0.03MPa，检查容器和管道系统是否有漏气，确认系统已经完成压力测试，系统无泄漏。

3.10 公用设施确认

检查系统运行所需的公用设施已经正确连接，如电力、排污等，并且这些公用设施条件能满足系统要求，设备管道的标示标牌已经张贴完成，且清楚完整。

3.11 控制系统确认

检查控制柜内的硬件，对照电气部件清单、强电箱布局及弱电箱布局图，检查元件的制造商、类型和规格型号，参照电气原理图检查电气接线。确保控制系统的硬件及软件已正确安装，且对设备的控制有效。

4 运行确认(OQ)

4.1 基本功能运行测试

系统安装完毕，启动空压机，对系统的运行能力进行测试，并对分配管道等的连接进行压力测试，保证管道系统没有泄漏点；开启压缩机，使储罐内的压力达到额定压力0.7MPa，保持此压力情况下，检查储罐及管道系统是否有泄漏。确保系统运行正常，无漏点，压力稳定。

开机测试：按标准操作规程，将空气压缩机、组合式低露点干燥机安装好，接通电源，按下“启动”按钮，设备能平稳启动。

储气罐运行测试：按标准操作规程，打开进出气阀门，储气罐无漏气，压力表指示正常。

运行试验：运行0.5小时，最大工作压力达到0.7Mpa，观察机器运行运转情况，机器运行平稳，无异常噪声、撞击声，无过热，轴承无漏油现象，各指标正常。

停机测试：按下“停止”按钮，切断电源，设备能平稳停机。

4.2 报警功能测试

确认以下所有的报警正确地产生，报警触发产生的预料的结果和行动得到确认，认当报警情况发生时，控制系统有检测、传达和反应的能力与功能。

①空气压缩机报警：空气过滤器、油过滤器、油/气分离器、润滑油、润滑脂、皮带运行时间耗尽时，报警提示。

②空气压缩机排气温度过高报警：控制器检测空气温度高于预设空气温度时，报警提示。

③冷干机风扇、温度异常报警：风扇、温度传感器故障，报警提示。

④冷干机露点高/低报警：露点过高/低，报警提示。

⑤微热再生式干燥机误动作报警：设备误动作后报警提示。

4.3 紧急关停和复位确认

按下急停按钮后空压机组、压缩泵停止工作；急停按钮复位后重新启动设备，空压机组、压缩泵按程序控制自动运行。急停功能 按下急停按钮，系统暂停，阀门进入安全状态，设备停止工作。复位功能 复位急停按钮，系统进入选择状态，系统重新进行运行程序。

5 性能确认(PQ)

确认该压缩空气系统在满负荷条件下运转时，通过检测每个使用点(尤其是与物料直接接触的使用点)的空气质量，检查确认压缩空气系统正常运行过程中水、油、尘埃粒子以及微生物等性能指标是否能够达到质量要求。

5.1 产气量达到额定产气量确认

启动系统，使设备连续运转，储气罐上压力表指示稳定在 0.7MPa，测定空气压缩机的空气流量和压力,连续测量3次, 产气量达到额定产量，供气量≥84.0m3/min，0.7MPa。

5.2 压缩空气检验指标确认

2010版GMP口服固体制剂实施指南关于压缩空气的要求：与药物直接接触的惰性气体、压缩空气、干燥用空气应设置净化装置；干燥设备出风口应有防止空气倒灌的装置；经净化处理的空气应符合规定的空气洁净度要求。

5.2.1 检测项目

各用气点确认项目：压力、水分、油分、尘埃粒子、微生物限度。

5.2.2 检测方法

①系统压力：按“空气压缩机标准操作及维护保养程序”启动空压系统，检查压缩空气系统工作压力可达到 0.7MPa。

②油、水分测试方法

a.检测条件：测试时压缩空气系统运行累积时间应超过 48 小时，且取样点应该在精密过滤器之后；

b.测试仪器：德尔格 Aerotest Alpha 压缩空气质量检测仪

c.测试操作：按《SOP-SBCZ-JY083 压缩空气测定仪操作及维护程序》操作压缩空气检测仪，在精密过滤器后端连接检测设备，使用检油盒、检水管对压缩空气油分、水分进行检测，按接受标准进行判定，并将检测结果进行标注，每个测点应测试3次，每次测试间保持约10分钟时间间隔。

③尘埃粒子

测试条件：测试时压缩空气系统运行累积时间应超过 48 小时，且取样点应该在精密过滤器之后；

测试仪器：尘埃粒子计数器(采样量 2.83L/min)

测试操作：按尘埃粒子计数器操作及维护程序对设备进行操作，对直接影响使用点进行检测；采样量2.83L/min；在检测点，用阀门适当降压，将压缩空气鼓入空三角瓶，然后用尘埃粒子计数器依照“BCJ-1 尘埃粒子计数器标准操作程序”进行测定，每个点检测 3 次，每次取样 1分钟，取平均值。

图2 压缩空气的尘埃粒子数测定示意图

④洁净压缩空气系统的微生物限度检查方法

检测条件：测试时压缩空气系统运行累积时间应超过 48 小时，且取样点应该在精密过滤器之后；

检测目的：检测压缩空气中的微生物数量，以保证压缩空气的质量。压缩空气微生物菌落数≤10cfu/ml 或≤10cfu/皿。

检测方法：用装有营养琼脂培养基平板的 90*15mm 的培养皿对准距压缩空气出气口10cm 处，压力以不将培养基吹塌为准，吹扫半分钟，每个点测 2 次，然后密闭放入恒温培养箱，30℃～35℃培养 48h以上，直接用肉眼观察并计数。

异常情况处理程序：在压缩空气系统性能确认的过程中，应严格按照压缩空气系统标准操规程、取样规程、检验规程、和质量标准进行操作。出现设备运行异常时，应按下列程序进行处理：如果是压缩空气压力不足，调节压力控制阀，压力必须保证在0.7MPa，直到获得满意结果。如果是运行方面的原因，必要时报验证小组；调整设备运行参数或对设备进行处理。根据压缩空气系设备的确认，运行情况，拟订压缩空气系统日常检测程序。

5.2.3 可接受标准

根据《一般用压缩空气质量等级(GB/T13277)》中的相关要求，根据固体粒子尺寸和含量，水蒸气含量和含油量4项控制指标划分质量等级，见表3。

表3 压缩空气中颗粒、油、水质量等级

本研究牙膏生产用压缩空气的质量等级为2级，由此该压缩空气系统的可接受标准见表4。

表4 压缩空气系统质量标准

5.2.4 检测结果

5.2.4.1 含油量检测结果

根据油检测盒使用说明书操作后，油检测盒第一排的点之间未出现扩散和连成线的情况，结果判定为<0.1mg/m3。

图3 油检测盒检测结果

5.2.4.2 含水量检测结果

根据水蒸气检测管使用说明书操作后，水蒸汽检测管指示层扩散式变色(黄色变成红褐色)的长度小于35，结果判定为<35 mg/m3。

图4 水蒸气检测管检测结果

5.2.4.3 尘埃粒子检测结果

表5 压缩空气系统尘埃粒子检测结果

5.2.4.4 微生物限度检测结果

表6 压缩空气系统微生物限度检测结果

经过测试，压缩空气中水分含量、油分含量、尘埃粒子和微生物限度，以及系统压力和压力露点测试结果均符合要求。

6 再验证(Revalidation)

每年定期审查该压缩空气系统或设备的GMP符合性，确定在审查的周期范围内，被审查系统或设备的相关法规/监管指南是否有任何变化。每年系统性地回顾该系统或设备的维护/校准记录，汇总数据分析趋势，评估系统或设备状态，确认系统或设备是否处于验证状态，对关键的功能进行测试，对影响产品质量的关键性功能指标进行检测。根据该压缩空气系统的复杂性和对产品质量的影响评估，在正常运行且以上定期审查和维护/校准结果合格的前提条件下，进行定期的再验证。

在有影响压缩空气系统产气质量的设备部件重大变更完成后，均要进行再验证，以证明各种该变更对该系统提供的压缩空气没有影响，从而保证产品质量。

7 结果分析评价

在系统设计确认、安装确认、运行确认和性能确认完成后，验证项目小组必须对各阶段的结果进行分析、评价，在完成验证报告后，由验证委员会主任或质量受权人批准验证结果，并发放验证证书。压缩空气作为牙膏生产过程中的关键介质和重要的公用系统，必须定期对压缩空气系统的管路和使用点进行检查，对系统压力以及混合在压缩空气中的水分、油分、尘埃粒子和微生物进行检测，保证压缩空气系统持续、稳定地生产出符合工艺要求和GMP要求的压缩空气。