一、注射用水設備系統(tǒng)介紹

       注射用水(Water For Injection,以下簡稱WFI)系統(tǒng)是由發(fā)生裝置（多效蒸餾水機）、儲存-分配系統(tǒng)等部分 構成，本文僅涉及儲存-分配系統(tǒng)的內容。
       WFI儲存-分配系統(tǒng)（WFI Storage and Distribution System)是由儲罐、輸送泵、不銹鋼管路、換熱器、用水 點閥門以及一些檢測設備等構成。系統(tǒng)在設計上應能 有效防止微生物及細菌內毒素的滋生和污染，便于系統(tǒng)滅菌，滿足無菌生產(chǎn)用水的要求。

二、WIF儲存-分配系統(tǒng)整體設計要求

WIF儲存-分配系統(tǒng)的整體設計要求：
       (1)   WFI系統(tǒng)采用循環(huán)式管路設計，整個WFI儲存- 分配系統(tǒng)的溫度低點不得低于70 V。
       (2)   循環(huán)管路的設計應在滿足各個用水點生產(chǎn)要求 的前提下,始終保證回到儲罐的WFI流速不低于1.0 m/s。
       (3)   系統(tǒng)的設計應避免產(chǎn)生死角，盲管至少符合“3d”標準，以防止水滯留而滋生微生物。
       (4)   系統(tǒng)的設計應能實現(xiàn)*排空(好能配有壓 縮空氣裝置進行管道吹干），水平管道應保證0.5%?1%的斜度(視水平管道的長短而定）。
       (5)   始終維持系統(tǒng)相對正壓。
       (6)   系統(tǒng)能實現(xiàn)滅菌功能。
       (7)   系統(tǒng)在回水電導率超標、TOC值不合格時，管道有自動排放的功能。
       (8)   系統(tǒng)應有可靠的保溫措施，保溫材料應該是非纖維性的材料^
       (9)   系統(tǒng)的設計和建造應符合ISPE和 ASME BPE—2009 (TheAmerican Society of Mecha­nical Engineers/ 美國機械工程協(xié)會、Bioprocessing Equipment/生物加工設備）的相關規(guī)定。

三、WFI儲存-分配系統(tǒng)各組成部分的建造要求
3.1 WFI儲罐
3.1.1  儲罐容積
儲罐容積的確定主要取決于3方面的要求：
       (1)   兼顧制水設備產(chǎn)水速度和生產(chǎn)不斷變化的用水量，保證足夠的緩沖余地。
       (2)   確保制水設備在大部分時間內能夠連續(xù)運轉， 避免因為制水設備的頻繁開機和停機而降低各公用工程系統(tǒng)的利用率，使設備受到不良影響。
       (3)   在產(chǎn)水設備發(fā)生故障或因系統(tǒng)消毒而不能產(chǎn)水時，可以提供短期的儲備水量。在確定儲備余量時，應考慮能夠足夠完成一批產(chǎn)品、某一工作周期或其他的適當?shù)男枨蟆?/span>
 

3.1.2   儲罐形式

儲罐的形式主要有立式罐和臥式罐2種。

       立式罐的優(yōu)點是可使用的容積（有效容積）大、制造成本低、占地面積小、內部易清潔排空、噴淋球的設 計相對簡單。
       臥式罐的優(yōu)點是外形低矮，受水站房間高度的限 制小。但其占地面積大，內部清潔用噴淋球的設計難度大,一般至少安裝2個噴淋球。
       具體選用立式罐還是臥式罐，要結合水罐設計容積、場地面積和房間高度等多方面的因素綜合考慮。如果不考慮空間影響因素，一般情況下，儲罐容積在10t以內選用立式罐，容積超過10t宜選用臥式罐。

3.1.3儲罐材質及表面處理
       與WFI直接或間接接觸的罐體及部件的材質均需 使用經(jīng)供應商鑒定確認的AISI 316L不銹鋼材質，其對應的國標牌號是OOCrl 7Ni 14Mo2。
       罐體內表面需要經(jīng)過電解拋光處理，表面粗糙度為Ra<0.4 M,m,同時所有與WFI接觸的表面應該沒有任 何可能妨礙正確清洗的裂縫和尖銳的邊緣及縫隙。
       罐體外包的保溫材料效果可靠，保溫材料應該完 全密封于保溫層內，外表面覆蓋AISI 304不銹鋼板，厚度運不小于1.5 mm,其對應的國標牌號是06Crl9Nil0。 

3.1.4儲罐溫度和壓力
       WFI儲罐設計溫度為0?135 °C，設計壓力不低于 0.4 MPa。WFI儲罐是應符合國家壓力容器的設計、制造 和檢測的相關規(guī)定，并有第三方檢測證書。
3.1.5儲罐附件 

3.1.5.1呼吸器
       呼吸器配備0.22 |xm的疏水性PTEF濾芯，能夠在位滅菌,有完整性測試接口，配備電加熱裝置使其能時刻保證濾芯的干燥。

3.1.5.2噴淋球
       噴淋球的設計要能夠保證噴淋到罐內每一個部位,供應商在交貨前需要做核黃素噴淋實驗,提供有關 清洗效果的驗證文件。
3.1.5.3爆破片和安全閥
       罐體上必須安裝爆破片或安全閥。爆破片和安全閥均采用衛(wèi)生型設計。在WFI儲罐上推薦使用爆破片，對于今后的維護相對簡單。

3.1.5.4液位計
       目前WFI儲罐上長用的液位計主要有3種，分別是靜壓式、電容式、壓差式。無論哪種形式的液位計均需滿足衛(wèi)生型設計。
       靜壓式液位計顯示結果誤差太大，因此不推薦使用。電容式液位計的安裝對房間高度有要求，因為如果房間太矮而儲罐又很高，則一旦儲罐就位后液位計就再也不能從罐上取出，造成今后維護困難。但電容式液 位計價格較低，如果儲罐容積較小則適合使用電容式液位計。壓差式液位計讀數(shù)準確，且不受安裝空間的限制，雖然價格略高，但適合WFI儲罐使用。

3.1.5.5溫度傳感器和壓力變送器
       WFI儲罐上需配備溫度傳感器和壓力變送器,均需 有信號輸出功能,且屬于衛(wèi)生型設計。

3.2循環(huán)水泵 

3.2.1技術要點
       WFI水系統(tǒng)一般使用離心式水泵,且必須選用符合 衛(wèi)生型結構設計的產(chǎn)品。
       水栗的材質采用AISI316L的不銹鋼，經(jīng)過電解拋 光并鈍化處理。
水栗自潤滑，不額外添加潤滑劑，密封墊能夠耐受系統(tǒng)滅菌的溫度（121 °C)。結構上能排凈泵頭內的積水，在安裝時栗出口應該斜向上45°,以避免出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象。


3.2.2雷諾數(shù)和回水流速

       為保證WFI管道內形成湍流，從流體力學角度考慮，雷諾數(shù)辦一般的設計值在4600左右。雷諾數(shù)的計算公式：Re=dwp/μ
       式中
       d——管道直徑(m);
       w---- 流速(m/s) 
       p——密度(kg/m3);
       μ——流體黏度(Pa.s)。
       在實際的工程實施過程中，由于雷諾數(shù)不能進行測量，因此還是以回水流速作為表征來評定WFI管路內的湍流情況。
       WFI儲存-分配水系統(tǒng)對大用水量時的回水流速是有要求的，至少不應低于1 m/s。由于用水量是不斷變化的，因此WFI系統(tǒng)的水泵必須配套變頻控制器，根據(jù)回水流量計的信號來不斷調整水泵的頻率，控制水泵 的轉速，始終保證WFI系統(tǒng)的回水流速在設計范圍之內。 

3.2.3備用泵
       目前有的藥廠使用在線布置備用泵的做法，即將2個水泵并聯(lián)或串聯(lián)安裝，本文不推薦這種方式。關于在線安裝備用泵的做法,也值得商榷。因為當運行的水栗 出現(xiàn)故障時，直接將管道連接至并排安裝的備用泵，雖然確實可以節(jié)省系統(tǒng)維修排除故障的時間，但是這種做法其實是不符合GMP要求的。因為當系統(tǒng)接入新的水泵時，為保證整個WFI無菌安全生產(chǎn)的質量要求，必須對整個WFI儲存-分配系統(tǒng)進行清潔、滅菌處理，因此車間停產(chǎn)時間并沒有縮短。

       好的解決方案是在WFI系統(tǒng)內配置質量的。

       雙管板換熱器具有很高的安全性，WFI走管程，冷卻水走殼程。萬一無縫不銹鋼管和B板間密封處發(fā)生滲漏，則冷卻水會由此處滲出，絕不可能和管程內的WFI相混。 即使無縫不銹鋼管和A板間的密封處發(fā)生泄漏，則WFI 會從此處滲出，也不會和冷卻水相混。所以雙管板換熱器為WFI系統(tǒng)提供了安全的換熱解決方案。
 

       雙管板換熱器的缺點是換熱效率低，而且由于加工難度高，雙管板換熱器的造價非常高。由于實現(xiàn)同樣的換熱能力雙管板換熱器需要更大的安裝空間，因此在項目建造過程中需要提前考慮這方面的因素。

3.4不銹鋼管路

3.4.1管材要求
       不銹鋼管材必須采用AISI 316L不銹鋼管材。按照IS02037標準或ASME BPE標準，管道內壁要求電解拋光，表面粗糙度為Ra在0.4 pm，并做脫脂、酸洗和鈍化處理,必須要求供應商提供所有管路的材質證書。

3.4.2系統(tǒng)設計要求
       系統(tǒng)設計壓力不小于0.6 MPa,安裝完畢后需要對整個系統(tǒng)進行水壓測試，壓力為設計壓力的1.5倍，并至少維持30 min，試壓所用的水應不含氯離子。
       整個管道系統(tǒng)設計上應考慮至少0.5%的坡度,設置系統(tǒng)的低點保證能夠將水系統(tǒng)中的存液*排凈。
       WFI管路的設計應盡量避免出現(xiàn)“盲腸管道”,如不能避免，要符合閥門中心到主管道外壁的長度在3d的原則。

 
3.4.3管道安裝要求
       WFI系統(tǒng)管道盡可能使用TIG自動軌道焊接安裝，盡量減少手工焊接和卡箍連接。每個焊點都必須刻碼，并繪制焊點布局圖，經(jīng)過檢測的焊點位置要在圖上標識清楚。
       焊縫總量的至少20%要做彩色內窺鏡檢查；當使用手動焊接時，100的焊縫要做彩色內窺鏡檢查，所有結果拍攝制作成光盤，焊接標準應參照ASME BPE—2009的標準。
       焊縫總量的至少10%做X射線探傷檢查，具體的抽樣位置由供應商提出，并且必須由需求方確認，并在終的焊點布局圖上標明。
       WFI管道外壁需要保溫,保溫材料應該*密封于保溫層內，外壁有水流向標識。凈化區(qū)內的保溫采用AISI304不銹鋼的管套管結構,要求美觀大方、密封可靠。

3.5閥門

3.5.1   閥體材質
       WFI儲存-分配系統(tǒng)的所有閥門必須使用AISI 316L材質的衛(wèi)生型隔膜閥。
3.5.2   閥體形式
       隔膜閥體有鍛造和鑄造2種形式，價格相差近3倍。 WFI系統(tǒng)的運行壓力不超過0.3 MPa,因此屬于低壓管臶，選用鑄造隔膜閥足矣。另外，用鍛造隔膜閥還是鑄 造隔膜閥并不是GMP關注的重點。

3.5.3膜片

3.5.3.1   硅膠膜片

       硅膠膜片價格低廉，是目前國內大多數(shù)制藥廠水系統(tǒng)的隔膜閥上使用廣泛的膜片。但其耐熱性相對較差,WFI需要高溫循環(huán)、定期滅菌，因此硅膠膜片容易老化，需要經(jīng)常更換。

3.5.3.2  EPDM(三元乙丙橡膠)膜片

       此種膜片的彈性、耐溫性和耐老化性能都比硅膠膜片好，比較適合WFI系統(tǒng)使用。但其實這種膜片適合使用在純化水(Purified Water,簡稱PW)這種常溫運 行的制藥用水系統(tǒng)中，目前國外的制藥企業(yè)在純化水制備、儲存和分配的各個環(huán)節(jié)均使用EPDM膜片。

3.5.3.3  EPDM+PTFE 復合膜片
       PTFE (聚四氟乙烯)有塑料的美譽，有耐高溫、耐酸堿、耐有機溶劑、耐老化等諸多優(yōu)點。但其缺點是 硬度太高，延展性和彈性太差，因此不能單獨作為隔膜 閥的膜片使用。國外開發(fā)出一種新做法，將很薄的PTFE 膜片（約0.4 mm左右）和正常厚度的EPDM膜片復合在一起,使之兼有了EPDM的彈性和PTFE的耐高溫 性能，性能十分*。目前，國外制藥企業(yè)的WFI系統(tǒng) 均已普遍使用這種復合膜片。

 
3.6在線電導率檢測儀和在線TOC檢測儀

3.6.1在線電導率檢測儀
       根據(jù)新版GMP的規(guī)定，WFI系統(tǒng)必須按照在線電導率檢測儀實時檢測儲存-分配系統(tǒng)內WFI的水質變化。在線電導率儀應該安裝在WFI回水管路進儲罐前的位置，這樣才能全面地檢測整個管路系統(tǒng)內有可能出現(xiàn)的異常情況。

       在安裝電導率的管路后面應該裝有不合格水排放閥門，當WFI水質異常，電導率值超標時，控制系統(tǒng)PLC應該在HMI上報警，同時自動關閉WFI進罐閥門，打開旁通的排放閥，使不合格的WFI能夠及時排放至系統(tǒng) 外，且不會污染到儲罐內的WFI。

3.6.2在線TOC檢測儀
       總有機碳TOC(Total Organic Carbon)是反映水質 中有機污染物總量的指標。相比于傳統(tǒng)的化學需氧量(COD)的測定，TOC技術簡單、快速。TOC分析儀的分析時間一般為4?6 min,如果是在線檢測儀可以24 h不 間斷地對WFI水質進行監(jiān)測。
       2010版《中國藥典》規(guī)定WFI的TOC檢測為強制檢 測項目，PW的TOC檢測為可選項目（易氧化物或TOC任選其一），F(xiàn)I與PW的TOC合格限為500 微克每升。
       雖然2010版《中國藥典》規(guī)定在線監(jiān)測TOC與離線 實驗室測定TOC都是允許的，但是藥典同時也指明了離線檢測可能帶來的污染，指明了在線檢測的*性： “在線監(jiān)測可方便地對水的質量進行實時測定并對水 系統(tǒng)進行實時流程控制；而離線測定則有可能帶來許多問題。由于水的生產(chǎn)是批量進行或連續(xù)操作的,所以 在選擇采用離線測定還是在線測定時，應由水生產(chǎn)的 條件和具體情況決定”。
       在線TOC檢測儀應該安裝在WFI回水管路進儲罐前的位置，原因跟在線電導率檢測儀一樣，因此通常情況下它們往往會安裝在一起。
       當WFI水質出現(xiàn)異常、TOC值超標時，和電導率值 超標時一樣，控制系統(tǒng)應該報警，關閉WFI進罐閥門，同時打開排放閥，使T0C值超標的WFI能夠及時排放至系統(tǒng)外，而不會污染到儲罐內的WFI。

四、結語

       本文詳細介紹了符合新版GMP要求的注射用水儲存-分配系統(tǒng)的建造實施細節(jié),從工程角度出發(fā)對系統(tǒng)建造實施的關鍵點提出了明確要求和解決方案，希望能為制藥用水企業(yè)的項目制造和實施提供借鑒。