注射用水分配系統中熱儲存、獨立循環的設計與應用

張功臣

（上海奧星制藥技術裝備有限公司，上海201600）

注射用水分配系統中熱儲存、獨立循環的設計與應用

張功臣

（上海奧星制藥技術裝備有限公司，上海201600）

以注射用水的相關法規要求為切入點，闡述了通過分配系統決策樹的形式來合理選擇注射用水儲存與分配系統的設計方案，并從節能角度，重點介紹了熱儲存、獨立循環系統。

注射用水；分配系統；熱儲存；獨立循環；設計；應用

0 引言

注射用水是制藥生產過程中所必備的用水之一，特別是在無菌藥品與生物制品生產中。注射用水除需要在質量上符合相關法規要求外，節能也成為了人們關注的話題。

本文以注射用水的相關法規要求為切入點，通過分配系統決策樹的形式來合理選擇注射用水儲存與分配系統，并從節能角度重點介紹了注射用水的熱儲存、獨立循環系統。

1 注射用水的相關法規要求

《中華人民共和國藥典》是一個國家記載藥品標準、規格的法典，制定藥品標準對加強藥品質量的監督管理、保證質量、保障用藥安全有效、維護人民健康起著十分重要的作用。藥品質量的內涵包括3個方面：真偽、純度、品質優良度，三者的集中表現是使用中的有效性和安全性。

注射用水在中國、歐盟和美國藥典中均有收錄，表1為藥典對注射用水的質量對照。

歐盟《藥品生產質量管理規范》規定：水處理設施及其分配系統的設計、安裝和維護應能確保供水達到適當的質量標準；水系統的運行不應超越其設計能力；注射用水的生產、儲存和分配方式應能防止微生物生長，例如，在70℃以上保溫循環。

中國《藥品生產質量管理規范（1998年修訂）》第34條規定：純化水、注射用水的制備、儲存和分配應能防止微生物的滋生和污染，注射用水的儲存可采用80℃以上保溫、65℃以上保溫循環或4℃以下存放。中國《藥品生產質量管理規范（2010年修訂）》在第5章設備的第99條規定：純化水、注射用水的制備、儲存和分配應當能夠防止微生物的滋生，純化水可采用循環，注射用水可采用70℃以上保溫循環。

與《藥品生產質量管理規范（1998年修訂）》相比，《藥品生產質量管理規范（2010年修訂）》對制藥用水的要求更加接近歐盟GMP對制藥用水的要求，新版藥典采用更科學的方法來檢測水質質量，引入電導率和TOC等國外流行的檢測指標。同時，中國《藥品生產質量管理規范（2010年修訂）》采用“過程控制”分析理念（PAT技術），強調了防止微生物滋生的重要性，取消了“注射用水的儲存可采用80℃以上保溫、65℃以上保溫循環或4℃以下存放”的規定，在注射用水水溫控制方面有了更加柔性的建議，為注射用水系統EHS的實現提供了幫助。

表1 藥典對注射用水的質量對照

2 注射用水的決策流程圖

注射用水的儲存與分配系統根據使用溫度的不同，分為高溫循環、常溫循環和低溫循環3個不同的設計形式。設計方案的選擇不受法規約束，企業可結合用水點的溫度要求、滅菌方式以及系統規模等因素，選擇符合自身實際需求的設計方案。同時，企業還需考慮產品劑型、投資成本、用水效率、能耗、操作維護、運行風險等其他因素。

ISPE建議以分配系統決策樹（圖1）的形式來合理選擇儲存與分配系統的設計方案。

3 熱儲存、獨立循環系統

部分制品因具有產品不耐熱、生產環節易染菌等特征，在生產工藝上有著嚴格的質量風險控制要求。由于工藝崗位的生產需求，車間有較多的常溫注射用水使用點，其使用溫度多處于20～25℃，例如，器具清洗間的沖洗用水、培養基的配制用水、緩沖液的配制用水、凍干/水針制劑的配制用水、純化與超濾的沖洗用水以及其他一些生產工藝用水等。

當制藥用水系統采用高溫法制備、系統中存在多個溫度一致的常溫或低溫使用點且能耗為關鍵因素時，可采用熱儲存、獨立循環系統，其原理如圖2所示，它具有系統投資費用低、運行與能耗低、連續動態運行等特點，且能有效控制整個系統的微生物滋生風險，其最大好處是在能耗有限的情況下可實現熱儲存、冷卻再加熱系統。儲罐內的熱水經熱交換器瞬時冷卻后流至各使用點，并采用旁路管網重新回到輸送泵入口端，通過罐體夾套工業蒸汽加熱或回路主管網上的換熱器加熱的方式，實現系統的熱儲存。

圖1 分配系統決策樹

熱儲存、獨立循環系統的生產模式如圖3所示，當使用點需要用水時，換熱器上冷卻水開啟，主循環系統處于低溫循環狀態，經比例調節閥控制下的大量回水經旁路管網直接進輸送泵，少量回水經噴淋球進入儲罐。其主要原理是采用高溫儲存方式來抑制儲存系統的微生物繁殖，采用低溫湍流循環的方式來抑制管網系統的微生物繁殖，并滿足用水點的水溫要求。

圖2 熱儲存、獨立循環系統原理圖

圖3 熱儲存、獨立循環系統的生產模式

為保證系統有較好的微生物抑制作用，車間生產結束后（如每天生產下班后），系統定期關閉換熱器的冷卻狀態，以保證循環管網的周期性熱消毒狀態。熱儲存、獨立循環系統的消毒模式如圖4所示，當使用點不需要用水時，換熱器上的冷卻水關閉，經比例調節閥控制下的大量回水經噴淋球進入儲罐，少量回水經旁路管網直接進輸送泵，從而保證熱水流經全系統，并處于巴氏消毒狀態。

4 結語

圖5為筆者在國內某生物單抗車間對熱儲存、獨立循環系統的實踐案例。

圖4 熱儲存、獨立循環系統的消毒模式

圖5 熱儲存、獨立循環系統的實踐案例

該項目中的高溫注射用水系統應用于CIP工作站、洗瓶機和清洗劑等工作崗位，常溫注射用水系統應用于器具清洗、培養基配制、緩沖液配制、凍干/制劑配制、純化與超濾沖洗，以及消毒液配制等工藝崗位。車間生產結束后，熱儲存、常溫循環系統自動切換為熱儲存、熱循環系統，有效解決了常溫用水與能耗之間的矛盾，且微生物控制效果非常明顯。

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——《制藥裝備》編輯部

2015-06-17

張功臣（1980—），男，湖北人，工程師，從事潔凈流體工藝系統設計工作。