制剂厂房蒸汽凝结水排放所存问题及其工程处理

翁念慈

（江苏吴中医药集团有限公司苏州制药厂，江苏苏州215101）

1 问题的提出

在制药生产的过程中，大多数制药企业会使用工业蒸汽对物料进行加热或灭菌（包括使用纯蒸汽灭菌），如何排放蒸汽使用后产生的凝结水就成为了需要解决的问题。虽然看似简单，但是由于各种原因，如凝结水排放管道的工程设计及安装若处理不好，会产生诸如蒸汽灭菌器温度不均匀、配料罐加热温度控制不稳定等不良后果，究其原因便是凝结水在管道中存在气堵问题，使凝结水排放不畅。

理想的凝结水排放设计是蒸汽使用点与排放出口终点邻近，且是1个使用点配1路凝结水管道，但实际工程中往往有以下几种情况比较特殊：

（1）由于厂房比较宽敞，蒸汽使用点距离排放出口终点较远，一般达10m或20m。

（2）多个蒸汽使用点合用1路凝结水管道。

（3）凝结水管道的安装较难处理。如果是单层厂房，凝结水管往往采用埋地方式，若埋地深度较浅，凝结水管道保温不好，很容易造成地面开裂；若埋地太深，凝结水管道会因终端低于厂区总排水管而排不出水；还有建筑结构中的地梁使管道难以穿越等。如果是多层厂房，会有竖向的凝结水管道，情况更为复杂。

（4）有些工艺设备（如配料罐、胶塞清洗机、铝盖清洗机、蒸汽灭菌器等）既配有蒸汽，又配有冷却水，排凝结水与排清洗水是同一个出口，有时排凝结水，有时排清洗水。

以上情况极容易造成凝结水管道中产生气堵，进而影响生产或产品质量。

2 气堵产生的原因

2.1 气堵概念

气堵是指在流通液体的管道中的某个部位因积聚一定量的空气而产生气囊，当液体压力难以克服气囊时，气囊产生阻力，使液体流通不畅或不流通。

2.2 产生原因

图1为凝结水管道产生气堵原理示意图。一般情况下，蒸汽使用后由气态转为液态，经疏水器排放出凝结水，然而由于疏水器的截汽效率不能达到100%，往往会连汽带水排出，热的水汽进一步自然降温使体积变小，而空气始终存在。因此，在凝结水管道中很难达到连续满管是水而没有空气，如果排放管坡度不足以使水汽及时排出，极易造成气堵。

图1-a是一段凝结水排放管，其左侧为进口，压力p1＞0，存在位能h1，进口的水中带汽；其右侧为出口，出口端压力p2为0，因出口端管道坡度逆向，所以存在位能h2。虽然h2＜p1+h1，但h2不存在空气，而p1+h1存在空气。在管道较低处，细小而密集的气体开始积聚成较大的气囊，由于空气可以被压缩、液体几乎不被压缩的原理，在h2、p1+h1的作用下，使得气囊被压缩而变小，而出口处仍有液体不流出或流出不畅，如图1-b所示。

图1 凝结水管道产生气堵原理示意图

3 如何解决凝结水管道中的气堵问题

3.1 简单方法

如何解决凝结水管道中的气堵问题，在工程实施中是一个不可小视的问题，简单方法有：

（1）尽量采用1个蒸汽使用点安装1路凝结水管；（2）凝结水管道的安装坡度要严格遵循设计要求；（3）选择优良的疏水器。

3.2 多个蒸汽使用点共用1路凝结水管道的解决方法

事实上，1个蒸汽使用点安装1路凝结水管对于大多数制剂厂房来说是很难做到的，对多层厂房来说则更难实施。多个蒸汽使用点共用1路凝结水管道，要注意以下几个问题：

（1）凝结水管道的管径要足够大。

（2）除了保持凝结水管道一定的坡度外，在凝结水管道的最高端安装1根竖管通向室外作为透气管，管径不必太大。透气管的作用很大，一方面能将凝结水管内的空气透逸出去，另一方面能加速凝结水管道中的水流动，但是凝结水管道的管径要大。

（3）可以在每个设备的疏水器出口处安装1个水汽分离器，如图2所示。

图2 疏水器出口处安装水汽分离器示意图

图2中a—b为排水汽管，a端连接设备排水汽口，b端接入水汽分离器中；c—d为透气管，d端伸出室外；e—f为溢流管，f端接入凝结水排放总管（j—k）；g—h为当需要将水汽分离器内的积水排尽时所用的管，该管上的阀门平时常闭。图2中的水汽分离器适用于如配料罐的夹套、蒸汽灭菌器等设备的间歇性排冷却水和排蒸汽凝结水。

（4）对于只有1个出口且既要排清洗水又要排凝结水（或蒸汽尾气）的设备，同样可在设备的水汽出口处安装1个水汽分离器，如图3所示。

图3 既要排水又要排凝结水设备的水汽出口处安装水汽分离器示意图

图3与图2基本相同，只不过是在a端的管道上并联加了a11—b11、a12—b12管道及相应的球阀、疏水器，a12—b12管道位于水汽分离器的液位下。当需要排汽时，可以关闭a12—b12上的球阀，凝结水通过疏水器排入水汽分离器；当需要排水时，打开a12—b12上的球阀即可。图3的水汽分离器适用于如配料罐、冻干机等容器的在线清洗（CIP）时的排水和在线灭菌（SIP）时的排凝结水、蒸汽灭菌器的排蒸汽凝结水、排冷却水等。

在GMP要求中，往往要求防止排放管道后侧的空气倒灌，因此有的厂家只在排“清洗水/纯蒸汽凝结水”的管道上安装1个止回阀或安装1个P弯，形式上看是解决了防止排放管道后侧的空气倒灌，但效果并不理想。因为CIP排水时，几乎没有水压，不能克服止回阀的阻力，所以会因打不开止回阀而排不出水；SIP排凝结水时，P弯是个非常容易存在气堵的地方，从而影响排凝结水效果。为此，在图3中，除了采用水汽分离器，还在a—b管道上并联加了a11—a12管道、球阀、止回阀进行切换，最好是将图3中需要切换的阀门安装为电动控制阀，实行自动控制。

（5）多个蒸汽使用点共用1路凝结水管道，凝结水总管的管径大小是一个不可忽视的问题，应重点考虑：1）凝结水量的统计，包括单点排量、总排量、高峰时的排量；2）总管中的压能、动能几乎等于0，位能就变得极为重要，所以凝结水管要保持足够的坡度；3）总管中还有可能存在空气。综上所述，可先根据伯努利方程计算得到理论管径，再考虑可能存在空气的因素，将理论管径放大。

（6）虽然不能做到1个蒸汽使用点安装1路凝结水管，但也不必将所有蒸汽使用点集中在1路凝结水管上，可以分成若干个小系统，尽量按如下原则来考虑：1）重要性——如用于小容量注射剂产品的灭菌柜等；2）区域性——就近处理；3）同类性——相同的安排在一起。

4 凝结水的室外排放处理

由于现代的工业厂房都注重厂房的整洁和厂区的美观，因而最终排放到室外的凝结水如何处理也很重要，通常有直接排放在室外地面、排放到厂区总排水管内、回收利用等几种方法，下面对此作一简析。

（1）在保证足够的凝结水管道坡度的情况下，直接排放在室外地面，虽然做法简便，但厂房边上冒汽（热水效应）不雅观，且会造成室外地面或草坪的损坏。

（2）通过室外的窨井排放到厂区总排水管内，排水总管必须低于凝结水管出口，而且窨井内的最高水位应低于凝结水管出口，否则将不利于凝结水排放。另外，当凝结水排放到厂区总排水管时，要考虑凝结水的水温和总排水管的材质，如水温较高而排水管材质为PVC，那么会造成PVC管的龟缩和损坏；有的在窨井内设有溢流堰，使凝结水泛过溢流堰流入排水管中而使水温降低，如果窨井过小其降温效果并不理想。

（3）回收利用是最好的方案，可是回收方案不是很方便，大多由于凝结水出口分散、出口位置太低等原因造成不便。

综上所述，可以尝试将若干个蒸汽使用点的凝结水排水组成1个或2个系统，其出口连接W型水喷射真空泵，水喷射真空泵连续运行，可以解决如下问题：1）由于水喷射真空泵的真空作用，能有效地消除凝结水管内的气堵，对凝结水管的安装坡度要求不高；2）由于水喷射真空泵的水喷射作用，凝结水被有效地降温，这样有利于排入总排水管，或可回收利用；3）改善了厂房、厂区的环境。但是，这个方法需要消耗电能。

5 结语

综上所述，在制剂厂房中如何处理凝结水的排放问题，需要综合考虑，否则会给工程后期带来麻烦，或者在生产使用中产生不良后果。