藥廠關鍵工作間壓差控制設計與研究

王岑佳,郭濤,屈昊輝,劉守超,吳寶東

( 1. 南京福加自動化科技有限公司 ,江蘇 南京 210046;2. 中國電子系統工程第四建設有限公司,河北 石家莊 050081)

0 引言

自疫情爆發以來,國家開始全面推動生物制藥的研發和生產建設,并得到了社會的廣泛關注。藥廠灌裝車間關鍵工作間的壓差梯度設計與實現,是灌裝車間生產建設的難點和重點之一,本文將結合項目設計及實施經驗,從灌裝設備應用、室內暖通和自控設計等幾個方面展開敘述。

1 藥廠關鍵工作間壓差控制設計原則和要求

藥廠灌裝車間包含了洗瓶機、隧道烘箱、封蓋機器以及一體式全自動高速灌裝設備生產線。整條灌裝線自上瓶間、洗烘間、灌裝間、軋蓋間、緩沖間到中轉站前后貫穿,相鄰房間的氣流會由高壓向低壓輸送變化,另外,洗烘間內的清洗機和隧道烘箱設備與暖通風管聯動,其中隧道烘箱設備有停機模式、生產模式和夜間模式。模式切換引起的設備排風量變化會對工作間氣流和壓差產生影響,所以灌裝車間的壓差梯度控制有一定難度。

灌裝車間的壓差控制設計依據《GB 50457—2019醫藥工業潔凈廠房設計標準》[1],必須保證房間壓差梯度要求,如表1所示。房間建筑平面圖如圖1所示。。

圖1 灌裝車間主要房間建筑平面圖

表1 灌裝車間主要房間壓差設計參數表

2 藥廠關鍵工作間壓差控制設計及驗證

基于灌裝車間主要房間的壓差設計標準及要求,對上述潔凈區房間進行設計及驗證。

2.1 洗烘間設計方案

洗烘間選用新回風空調機組和排風機組。新回風空調機組新風口連接前端全新風機組,機組回風口和送風口分別連接室內回風口和送風口。排風機組連接室內排風口。洗烘間內的清洗機和隧道烘箱設備排風與室內排風管相連,通過排風機組排至室外,如圖2所示。

1—新風定風量閥;2—回風溫濕度;3—送風溫濕度;4—送風風壓;5—室內回風變風量閥;6—室內壓差;7—送風定風量閥;8—清洗機聯動閥;9—隧道烘箱聯動閥;10—排風定風量閥;11—室內排風聯動閥;12—排風閥;13—排風機;14—排風風壓;15—隧道烘箱;16—清洗機;17—表冷閥;18—送風機。

1)房間壓差設計

新回風空調機組通過新風定風量閥調節系統所需的新風量。新回風空調機組送風機18以送風風壓4為目標進行恒風壓調節,同時調節室內送風定風量閥7以滿足室內送風需求。排風機組排風機13以排風風壓14為目標進行恒風壓調節,同時調節室內排風定風量閥10以滿足室內排風要求。室內回風變風量閥5根據室內壓差6對系統回風進行調節,做余風量控制,保證房間壓差穩定可控[2]。

2)灌裝設備聯動設計

a)清洗機16設備排風與清洗機聯動閥8連鎖,當清洗機工作時,聯動閥打開。

b)隧道烘箱15設備排風與隧道烘箱聯動閥9連鎖,當隧道烘箱工作時,聯動閥打開。

c)室內排風聯動閥11正常開啟,當清洗機聯動閥和隧道烘箱聯動閥同時開啟時,室內排風聯動閥互鎖關閉。

d)排風定風量閥10負責控制室內總排風量,匯入排風系統。

2.2 灌裝間、軋蓋間和緩沖間設計方案

灌裝間、軋蓋間和緩沖間機組設計方案同洗烘間。在室內暖通設計方案上,因室內沒有工藝排風聯動設備,所以在壓差梯度控制設計上相對簡單。在室內排風口和送風口設計定風量閥,室內回風口設計變風量閥根據室內壓差進行余風量控制[3],如圖3所示。

1—排風定風量閥;2—送風定風量閥;3—回風變風量閥;4—室內壓差傳感器。

2.3 藥廠關鍵工作間壓差控制驗證

基于上述設計方案,在項目自控系統調試期間,對灌裝車間房間壓差梯度進行監控,記錄運行期間各時間段的壓差數據。如表2所示。

表2 灌裝車間測試驗證表1(灌裝設備停機模式,6∶00～20∶00) 單位:Pa

經過調試觀察發現,在灌裝設備模式不變的情況下,各房間室內回風變風量閥可以消除室內余風量,從而讓房間絕對壓差穩定,使相鄰房間的壓差梯度得到保證[4]。

但是,在廠家配合測試洗烘間工藝設備,做停機模式、生產模式和夜間模式切換時,發現洗烘間內壓差變化幅度較大,且穩定時間較長,同時對相鄰的灌裝間壓差也產生了影響。灌裝車間測試驗表如表3和表4所示。

表3 灌裝車間測試驗證表2 (灌裝設備停機模式切換生產模式后,持續檢測0～120 s) 單位:Pa

表4 灌裝車間測試驗證表3 (灌裝設備生產模式切換夜間模式后,持續檢測0～120 s) 單位:Pa

3 藥廠關鍵工作間壓差控制優化研究及驗證

3.1 藥廠關鍵工作間壓差控制優化研究

1)基于上述驗證數據發現,盡管前期將洗烘間的灌裝設備排風和室內排風做了互鎖,但在設備工況切換過程中,房間壓差的變化擾動依然很大。為此,經過與灌裝設備廠家的深入交流,發現有以下幾點設計缺陷。

a)灌裝設備實際為3段排風,分別為清洗機抽濕風機(風量1000m3/h,溫度40℃～60℃,濕度95%)、隧道烘箱預熱段抽濕風機(風量300m3/h,溫度150℃～200℃)和冷卻段平衡風機(生產模式:700～1500 m3/h,夜間模式:350～750 m3/h,溫度80℃)。

b)清洗機抽濕風機需要獨立直排至室外,不接入空調排風系統。

2)為解決工況切換過程中的壓差擾動問題,對洗烘間暖通設計圖進行優化研究:

a)清洗機抽濕風機需要獨立直排至室外,除生產模式之外,夜間模式和停機模式都處于關閉狀態,所以將原接入到空調系統排風的管道改為設備直排,同時將原清洗機聯動閥保留,避免清洗機關機后室外空氣倒灌的風險;

b)隧道烘箱的預熱段抽濕風機和冷卻段平衡風機在生產和夜間模式時都會打開。考慮到冷卻段平衡風機內部有壓差調節閥,所以只在預熱段抽濕風機處設置一個聯動密閉閥;

c)室內排風定風量閥設計為1800m3/h,考慮到冷卻段平衡風機在生產模式和夜間模式下風量都是變化的,所以在室內排風聯動閥處再增加一個室內排風變風量閥(0～1800m3/h),與隧道烘箱的變風量工況做動態互補控制,將風量變化過程中對房間壓差的影響降至最低[5]。

基于洗烘間的暖通優化研究,系統設計圖如圖4所示。

1—新風定風量閥;2—回風溫濕度;3—送風溫濕度;4—送風風壓;5—室內回風變風量閥;6—室內壓差;7—送風定風量閥;8—清洗機聯動閥;9—隧道烘箱聯動閥;10—排風定風量閥;11—室內排風聯動閥;12—室內排風變風量閥;13—排風閥;14—排風機;15—排風風壓;16—隧道烘箱;17—清洗機;18—表冷閥;19—送風機;A—清洗機抽濕風機;B—隧道烘箱預熱段抽濕風機;C—隧道烘箱冷卻段平衡風機。

3)基于PLC的壓差梯度變工況聯動方案優化如下:

a)生產模式

清洗機聯動閥8打開,清洗機抽濕風機A排風1000m3/h。

隧道烘箱聯動閥9打開,室內排風聯動閥11關閉,隧道烘箱預熱段抽濕風機B排風300m3/h,生產模式下冷卻段平衡風機C在700～1500m3/h變化調節。

室內回風變風量閥5聯動快速調節維持室內壓差6。

b)夜間模式

清洗機抽濕風機A和聯動閥8關閉。

隧道烘箱聯動閥9和室內排風聯動閥11打開,隧道烘箱預熱段抽濕風機B排風300m3/h,夜間模式下冷卻段平衡風機C350～750 m3/h變化調節,室內排風變風量閥12根據冷卻段平衡風機C在350～750 m3/h與排風定風量閥1800m3/h對比計算余風量,對室內排風做動態快速互補控制。

室內回風變風量閥5聯動快速調節維持室內壓差6。

c)停機模式

清洗機抽濕風機A和聯動閥8關閉。

隧道烘箱聯動閥9關閉,室內排風聯動閥11打開,室內排風變風量閥12打開。

室內回風變風量閥5聯動快速調節維持室內壓差6。

PLC程序畫面如圖5所示。

圖5 洗烘間暖通程序畫面

3.2 藥廠關鍵工作間壓差控制優化后驗證

基于上述優化研究方案,對灌裝設備的變工況聯動壓差控制改造后,廠家再次配合對灌裝車間壓差梯度進行監控,記錄運行各時間段的壓差數據,如表5—表7所示。

表5 灌裝車間測試驗證表4(灌裝設備停機模式,6∶00～20∶00) 單位:Pa

表6 灌裝車間測試驗證表5 (灌裝設備停機模式切換生產模式后,持續檢測0～60 s) 單位:Pa

表7 灌裝車間測試驗證表6 (灌裝設備生產模式切換夜間模式后,持續檢測0～60 s) 單位:Pa

根據上述數據監控發現,經過優化研究改造后,灌裝設備的停機模式、生產模式和夜間模式切換時,洗烘間內壓差基本在15 s以內達到穩定,且上下震蕩大幅減小,這使得灌裝車間壓差梯度建立得到有效保障[6]。

4 結語

在本次藥廠灌裝車間項目調試過程中,還發現了很多對房間壓差影響的其他因素,最終都得到一一解決,問題如下:

1)灌裝線走瓶和無瓶狀態下,擋板高度的手動調節問題;

2)隧道烘箱風機的調頻問題;

3)散熱風機和抽濕風機的實際風量變化問題;

4)各房間高效過濾網堵塞問題;

5)中轉站對應區域風量變化問題等。

綜上,對于藥廠灌裝車間的壓差梯度設計,一定要深入結合灌裝設備的工藝特性,并充分結合暖通和自控系統設計,通過精細化調試,才可能最大限度地保障壓差梯度。