纯化水供水循环管路系统叶 勋医药纯化水供水系统⏹一种特殊的供水系统。

⏹管路设计不仅要满足化工管路常用的通则，还要满足GMP要求。

⏹目前国内还没有一本关于医药纯化水管道设计指南的书。

⏹目前药厂纯化水管路设计水平差别很大。

纯水使用特点⏹通常是连续生产的原料。

⏹难以在使用前安批次发放。

⏹微生物检查结果滞后于水的使用。

纯化水循环管路纯化水泵纯化水储罐紫外灭菌器保安过滤器纯化水储罐供水泵在线消毒系统定期消毒系统用水点控制微生物六个方面的措施1：尽量维持高的管道流速。

2：使用光滑表面的管道。

3：安装在线紫外线消毒和周期消毒装置。

4：使用卫生级的阀门。

5：将死角和隐蔽处减到最少，例如：使用T型隔膜阀，几乎没有dead legs。

6：以ASME BPE的标准进行施工。

循环管路的管径《医药工业洁净厂房设计规范》(GB50457-2008)中指出：纯化水输送管道应循环采用循环方式，循环的干管流速宜大于1.5m/s。

所以就有前端的送水管，后端的回水管。

⏹同一管径水到各个使用点取水后，越到管道后面，其管道内的流量就越小，其流速也越小。

⏹渐变缩小管径保证其后面管道也有较高的流速，但在管路上增加使用点时不能满足使用点流量的需求。

各段中流速计算很复杂并困难。

⏹送、回水管径较大直径的送水管，较小直径的回水管。

流体的流动状态与雷诺数⏹层流（滞留）：流体质点的运动迹线成轴向有条不紊运动，其雷诺数Re<2300。

⏹湍流：流体质点的运动迹线不仅有轴向流动，同时又有径向流动，其雷诺数Re>4000。

⏹过渡状态：雷诺数Re=2300～4000。

⏹Re>10000：对于所有流体都处于湍流状态，只有流体真正处于稳定的湍流状态下，流体中的质点才有可能不停留在管壁上。

实际的管路是很复杂，管路中的阀门、垫圈、突变都会影响到质点滞留于管壁上。

所以我们需要流体流动的雷诺数大于4000。

我们认为雷诺数大于10000是设计纯化水管道管径的必需达到的条件。

层流与湍流—质点运动层流湍流轴向流动径向流动轴向流动实际流动在湍流状态下，即使管壁处的轴向流速为零m/sec 。

而管壁处的径向流速不为零m/sec ，此时管壁处微生物的动量大于管壁处水的动量，处于稳定状态的湍流中的微生物不易滞留在管壁上生长，在管壁上不易形成生物膜。

生产运行上存在的二种状态大流量状态（生产期间）：回水流量为固定值：回水管上的传感器指令变频器增加泵的转速使供水流量变大，保证回水流量为定值，使送、回水管的流速大于1.5m/s。

回水流量非固定值：送水泵全速运行，水充满送回水管，送、回水管的流速大于1.5m/s。

小流量状态（非生产期间）：回水流量为固定值：回水管上的传感器按照设定回水流量指令变频器降低泵的转速使供水流量变小，此时回水管流速达到了1.5m/s，但是大直径的送水管就达不到1.5m/s。

回水流量非固定值：此时管道中的最大流量是由回水管的管径控制，此时的流量在送水管中的流速可能达不到1.5mt/s。

思考“设计规范”是要24时内的流速都有到达规定值，非生产期间的时间占全年总时间有很大的比例，非生产期间的流速就不能保证送回水管都能在1.5m/s。

在没有一定流速控制的循环管道就很容易在管壁上粘上微生物，而微生物就在此地生长同时形成生物膜。

12泵的流量曲线与管道的阻力曲线hrm /3m流量扬程 阻力泵的流量曲线D2、L2 管道固有阻力曲线D1、L1管道固有阻力曲线直径D2>D1，长度L1、L2泵与管道最大流量匹配点泵与管道最小流量匹配点设计流速的确定⏹ISPE推荐流速>3ft/s或雷诺数大于湍流值防止营养物聚集和细菌黏附在管壁所需要的流速要超过3ft/s或雷诺数大于湍流值。

⏹《医药工业洁净厂房设计规范》（GB50457-2008)5.4.2.3“循环的干管流速宜大于1.5m/s”ISPE上指出：清除生物薄膜所需的流速高于15ft/s。

当含有杀菌剂的流速高于5ft/s时，如臭氧、含氯溶液，经过足够长的时间也能有效的清除生物膜。

⏹雷诺数Re>20000全球许多大的制药公司普遍采用，并能保证管道中不利于微生物附着生长的状态，送、回水管道的管径和流量更符合实际的需要。

纯化水管设计实例1：流量统计（m3/h ）用户 EN纯水罐LVP灭菌釜卡文灭菌釜1#蒸馏机2#蒸馏机3#蒸馏机1#纯蒸汽2#纯蒸汽二期洗衣机辉瑞 回水总峰值用水峰值流量m3/h 011.5×210.2×2 5.47 5.47待定 1.35 1.1880.031966.9(45.2)流量说明1.38t/次2.55t/次1200l/天用水压力bar备注 1.所有设备开机用水流量见上表,停机用水流量为02.虽然大多数设备进水压力无明确要求,但须考虑高层压降3.LVP和卡文灭菌釜的平行机组一般不会同时开机，但是LVP和卡文灭菌釜会同时开机，每次灭菌不会都要进水。

总峰值输出需 66.9t/h假设平行灭菌釜不同时灭菌, 峰值输出 45.2 m3/h ,管径D以流量V=45.2 m3/h来确定，设计流速为s=3m/s纯化水管设计实例2:管径计算送水管D径计算:D=m S V 073.0314.336002.454.4=⨯⨯⨯=π 选用外径76mm，其内径为72.8mm，符合设计条件。

回水管管径选用50.8，其内径为d=47.5mm。

回水流量V=9m3/h。

回水管流速s= s m d V /41.10475.0360014.394422=⨯⨯⨯=⨯⨯π纯化水管设计实例3：雷诺数Re 校验:当不生产时，循环管道中的流量最小，送回水管道流量V=9 m3/h。

sm d V /6.00728.0360014.394422=⨯⨯⨯=⨯⨯π此时送水管道的的流速为s=水在25°C时的运动粘度为0.9055 )10(/63⨯v s m 送水管Re=461082.49055.0100728.06.0⨯=⨯⨯=⨯v D s 回水管Re= 46104.79055.0100475.041.1⨯=⨯⨯=⨯v d s18紫外线杀菌原理⏹微生物的体内都含有RNA(核糖核酸)和DNA（脱氧核糖核酸）。

⏹细胞中的DNA（脱氧核糖核酸）核蛋白的紫外吸收峰值正好在254~257nm之间。

⏹微生物受到了紫外线照射以后，就破坏了细胞的代谢、遗传、变异的功能，细胞结构损坏。

紫外线照射前和照射后的DNA结构紫外线完整时的DNA照射后破坏的DNA低压、中压紫外灯在纯化水循环系统中安装在线紫外线消毒器主要是杀灭从制水系统中进入的微生物和循环水流中滋生的微生物 ⏹低压紫外灯灯管管内气压< Pa 发出254nm 单色紫外光 单只灯管功率小于100W ⏹中压紫外灯灯管管内气压 Pa 200nm 300nm 多谱段连续紫外光输出 单只灯管功率高达7000W3106410~10~温度对紫外线照射的影响⏹低压紫外灯：低压紫外灯管有特定的温度限制，当水温在<10°C或者水温超过45°C，它的杀菌效果会大幅度减低。

⏹中压紫外灯：不受温度影响。

介质温度对UV 灯管的影响UV (%) U V C R e l a t i v e o u t p u t介质温度 (°C)01020304050607080901000510152025303540455055606570758085Medium PressureLow Pressure消毒介质温度（℃）中压紫外灯特有的功效⏹微生物经过紫外线杀菌以后常常以99.9%来作为衡量指标，或者说是3-log的去除率。

⏹低压紫外灯仅对DNA起作用，中压紫外灯对微生物体内的其他组织也起作用。

⏹对一些254nm不敏感的菌也有很好的杀菌效果。

⏹破坏了光活化酶，降低了光复合作用。

中压紫外灯特有的功效多谱段紫外线多谱段紫外线多谱段紫外线DNAenzymeproteine OHOH全面破坏中压多谱段杀菌过程中压紫外灯特有的功效不同波长对不同微生物杀菌效率曲线中压紫外灯特有的功效运用了低压紫外线技术光化反应后紫外线照射后紫外线照射前黑暗修复后10e8/ml10e2/ml10e6/ml10e3/ml10e8/ml10e2/ml 光化反应后紫外线照射后紫外线照射前黑暗修复后10e2/ml 10e2/ml采用低压紫外灯照射采用中压紫外灯照射紫外线光强监控⏹相对照射强度监控紫外灯管点燃8000小时和紫外灯相对指示强度表到60%以下作为更换灯管的依据。

⏹绝对照射强度监控杀菌效果是由微生物所接受的照射剂量决定的。

紫外线光强监控微生物及病毒下降3对数单位所需紫外线照射剂量（mj/cm2）Bacillus anthracis 炭疽杆菌8.7 S. enteritidis肠炎杆菌7.6 B. Megatherium sp. (veg.) 大地懒杆菌，生长态）2.5B. Megatherium sp. (spores) 大地懒杆菌/孢子 5.2 B. paratyphosus甲型副伤寒杆菌 6.1 B. subtilis枯草芽孢杆菌11.0 B. subtilis spores枯草芽孢杆菌/孢子22.0 Clostridium tetani 破伤风梭菌22.0 Corynebacterium diphtheria白喉棒状杆菌 6.5 Eberthella typhosa伤寒杆菌脂多糖 4.1紫外线光强监控微生物及病毒下降3对数单位所需紫外线照射剂量（mj/cm2 ）Escherichia coli 大肠杆菌 6.6 Micrococcus candidus 金黄色葡萄球菌12.3 Micrococcus sphaeroides球形微球菌15.4 Mycobacterium tuberculosis结核分支杆菌10.0 Neisseria catarrhalis粘膜炎奈瑟氏球菌8.5 Phytomonas tumefaciens土壤杆菌8.5 Proteus vulgaris普通变形杆菌 6.6 Cholera Virus霍乱病毒 6.0 Influenza virus 流感病毒 6.6紫外线光强监控⏹照射剂量不仅与紫外灯管的功率有关，同时与水的流量有关 2/cm mj UV 剂量 = UV 强度 x 停留时间2/cm mw s 灯管输出功率（w ） 处理量（m 3 /h ） 水质（T 10） 反应器尺寸 ⏹30 以上作为照射剂量值。

2/cm mj紫外线光强监控实际运行,/3hr m 2/cm mj 高流量时的照射剂量泵输出流量22.6，接受的紫外线剂量59h m /32/cm mj紫外线光强监控实际运行hm /3 低流量时的照射剂量泵输出流量11.0，接受的紫外线剂量1412/cm mj /hh m /3新版GMP对设备的要求（第五章第二节设计和安装）第七十四条生产设备不得对药品质量产生任何不利影响。