洁净厂房中的管道设计与施工

朱文丽

（上海维尔工程咨询有限公司，上海 201206）

随着中国改革开放三十年的快速发展，国内的精细化工行业也在不断进步，相应地国家也上了许多与之相关的项目，而我所参与的项目中多办都属食品、医药类的精细化工项目，在这些工程项目中或多或少的都存在洁净厂房，因此，洁净管道的设计自然不可避免。

洁净管道的设计除了需要满足一般管道的设计要求外，还需要满足管道在洁净方面的特殊要求：

1 管道的材质

1.1 管子的材质

接触物料的管道材质需要能够同时满足介质的生产操作条件、清洗条件及蒸汽条件，必须具备操作条件下的防腐性、机械稳定性、和极好的光滑平整性。最好采用316L不锈钢材质或者选用对于物料介质具有稳定性的其他材质。

不接触物料的管道材质需具备机械稳定性、一般的光滑平整性及易于清洗性。

若采用合成材料/塑料的话，除具备化学稳定性要求外，还应具备最少的颗粒产生性，最小的微生物附着机会，以及在清洗/消毒温度下材料的耐受性。合成材料/塑料除了需要具备防腐性外，易于清洗也是一项非常重要的指标。在洁净厂房中，聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC、高密度聚乙烯HDPE、聚碳酸酯PC、乙缩醛共聚物(Acetal Copolymer)都是通常可选的材料。

若合成材料/塑料中有加固材料的话，加固材料不允许接触物料。

1.2 垫片的材质

垫片必须具备绝对的紧实密封功能，尤其是应用在微生物易产生的场合。压紧的垫片绝对不可产生额外的缝隙，其材质必须能够耐受化学物料。为避免缝隙的产生，O型圈垫片应与槽的尺寸很好地匹配。EPDM、腈丁橡胶(nitrile butyl rubber)、硅橡胶(silicon rubber)通常被选作垫片的材料。

在安装垫片时，压紧力应很好地控制，过度压缩会导致垫片损坏，从而挤至物料区域而形成凹槽或缝隙。

1.3 胶粘剂材料

胶粘剂通常用于固定垫片，胶粘剂需选用食品级或设备供应商推荐的材料，以确保其不对设备造成腐蚀。

1.4 管子的光洁度

管道系统的内表面光洁度应达到至少2.5 μm，外表面达到易于手工清洗即可。而设备内表面应达到至少0.8 μm。

2 管道的设计

2.1 管道的布置

管道的布置除应考虑设备的操作与检修这一一般管道的基本要求外，更应充分考虑易于设备的清洗。

凹槽、缝隙、不光滑平整都是微生物滋生、侵入的潜在危险。因此，在管线设计时，尽量减少管道的连接点，因为，每一个连接点都存在因泄漏而导致微生物侵入的潜在风险。

同样，不光滑平整的焊接是需要严格杜绝的，因此，设计时应尽量减少焊接点，最大限度地减少不光滑平整的机会。对于小口径管线，可以通过采用弯管的方式来替代弯头的焊接，弯管的弯曲半径至少应为3倍的DN，弯管处不得出现弯扁或褶皱现象。

若管线的设计不可避免地存在袋形的话，应设计高点放空、低点排净。

2.2 死区的控制

死区的存在也是产生微生物污染的另一个原因，因此，管线的设计应尽量避免死角，尤其是在需要蒸汽进行杀菌消毒的管线上更应注意。若死角无法避免，也应让死角朝上或至少水平，这样可以防止积液。

对于较长管线，应设计成能够自排积液型，由此可将管线设计成3°的坡度。

同样，为避免死区而产生微生物污染，用于接温度计/压力表的三通应采用短颈型，或将温度计直接设计在弯头处，以便最大限度地减少死区。

2.3 法兰的选型

在法兰型式上，最好选用高颈焊接法兰，高颈焊接法兰焊接后其内径可达到与管子内径一致。这样，就有效地避免凹槽的产生而导致生菌。

图1 不同法兰与管子的焊接

2.4 异径管的设计

关于异径管，水平管线上的异径管应采用低平型的偏心异径管，顶平形的偏心异径管只有在泵入口处才允许采用。当异径管装于垂直管线上时，应采用同心异径管。

图2 不同偏心异径管的选用

3 管道的施工

3.1 管子的焊接

为避免凹槽的产生，管子与管子应充分对齐后再焊接，严禁管子与管子之间的错位焊接。

图3 管子与管子之间的焊接

3.2 法兰的安装

法兰与法兰的连接应充分对齐，不允许错位安装，错位安装同样会产生凹槽而导致微生物污染。

3.3 管架的预制及安装

管架的预制及安装也应尽可能地考虑避免积尘或积液，最好选用圆角型的SS304不锈钢型材，其表面的粗糙度达到便于手工清洁即可。避免使用存在尖角、尖锐边缘及裂缝的型材作管架。

3.4 管道的施工

当管道在洁净区与非洁净区之间穿越时，在管子外壁和土建之间会产生空隙，为确保洁净区的洁净度，需要对空隙采取有效的密封措施，通常采用在管子与土建开孔之间加装不锈钢SS环片的方式来解决：

对于安装在吊顶内（即非洁净区）的保温/保冷管线，自然要进行常规的保温/保冷，在此有必要提醒的是：应关注某些可能出现结露的管线，这些管线也必须保温，因为，这些管线的保温要求往往是工艺专业经常疏忽的。

以上所述均是在近年与中石化上海工程公司（前身为：上海医药工业设计院）合作的罗氏维生素E项目、罗氏维生素A项目、罗氏食品/饲料预混粉项目、帝斯曼食品添加剂项目、帝斯曼酵母精项目等外资项目中，关于洁净厂房管道设计与施工工作的点滴总结，有些内容可以直接贯穿在管道等级里或设计里，有些则是需要在施工过程中加以关注的。

图4 空隙的处理方法

参考资料：

[1] 管道材料等级表. Q/SPIDI 3MA06-2001. 中国石化集团上海工程有限公司.

[2] 医药工业洁净厂房设计规范. GB50457-2008. 国标.