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空調(diào)系統(tǒng)在現(xiàn)代制藥工廠的應(yīng)用
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空調(diào)系統(tǒng)在現(xiàn)代制藥工廠的應(yīng)用【1】
摘要：潔凈空調(diào)系統(tǒng)在制藥工程生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用對(duì)其工藝環(huán)境的控制方面起到很大作用，確保了藥品質(zhì)量。
文章首先介紹了潔凈空調(diào)系統(tǒng)的組成以及制藥工廠藥品生產(chǎn)環(huán)境的要求，然后在此需求下分析了潔凈空調(diào)系統(tǒng)在現(xiàn)代制藥工廠中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：空調(diào)系統(tǒng);制藥工廠;現(xiàn)代化;溫度濕度
隨著我國(guó)現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)藥行業(yè)也逐漸將這些現(xiàn)代化技術(shù)引入到生產(chǎn)過(guò)程中。
在貫徹GMP意識(shí)的需求下，現(xiàn)代制藥工廠為了不斷提高所生產(chǎn)產(chǎn)品的品牌力量以及產(chǎn)品驗(yàn)證的質(zhì)量，使得集中式潔凈空調(diào)在現(xiàn)代制藥工廠得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
1 潔凈空調(diào)系統(tǒng)的組成
將潔凈空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用到現(xiàn)代制藥工廠中來(lái)的目的就是讓廠房空氣的潔凈度、相對(duì)濕度、空氣流速以及溫度等保持在合適范圍內(nèi)，從而滿足生產(chǎn)要求。
1.1 潔凈空調(diào)系統(tǒng)的組成部分
目前廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代制藥工廠的空調(diào)系統(tǒng)主要包括加濕段、加熱段、風(fēng)門、風(fēng)機(jī)、表冷段以及過(guò)濾器等組成部分。
1.2 潔凈空調(diào)系統(tǒng)過(guò)濾器的作用
在潔凈空調(diào)系統(tǒng)中，過(guò)濾器是最重要的組成部分，有初效、中效、亞高效以及高效等各種類型。
過(guò)濾器主要用于過(guò)濾空氣中的雜質(zhì)，避免空氣污染物對(duì)藥品質(zhì)量造成影響。
對(duì)于制藥工廠來(lái)說(shuō)，其藥品質(zhì)量至關(guān)重要，因此在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，制藥工廠一般都會(huì)同時(shí)使用初效、中效以及高效過(guò)濾器這三種級(jí)別的過(guò)濾器。
2 制藥工廠藥品生產(chǎn)環(huán)境的要求
2.1 溫度與濕度
在制藥工廠的藥品生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)環(huán)境的溫度與濕度都有一定要求。
在潔凈區(qū)，溫度一般需要控制在18到26℃之間，而相對(duì)濕度則需要保持在45%到65%RH范圍內(nèi)。
空調(diào)系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)加熱段蒸汽或者表冷段冷凍水流量的方式進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，而濕度則是通過(guò)冷凍水除濕或是調(diào)節(jié)蒸汽加濕的方式進(jìn)行控制。
2.2 壓差
不同潔凈室之間的靜壓差不可小于5帕，而非潔凈區(qū)和潔凈區(qū)之間的靜壓力差則不應(yīng)該小于10帕。
對(duì)于容易產(chǎn)生粉塵、易燃易爆氣體以及有毒氣體的潔凈室，應(yīng)該讓其與鄰近潔凈室保持在相對(duì)負(fù)壓狀態(tài)，具體可以通過(guò)Dwyer2000微壓計(jì)進(jìn)行測(cè)量。
2.3 新風(fēng)與回風(fēng)比
空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)與回風(fēng)比需要通過(guò)計(jì)算得到，并且在進(jìn)行正常生產(chǎn)以后就很少會(huì)再隨著季節(jié)的變化而發(fā)生變動(dòng)。
3 潔凈空調(diào)系統(tǒng)在現(xiàn)代制藥工廠中的應(yīng)用
在制藥工廠，生產(chǎn)要求不同所需的潔凈空調(diào)數(shù)量也不一樣。
因此現(xiàn)代制藥工廠往往通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)多個(gè)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行控制，具體包括一個(gè)中央工作站和若干子系統(tǒng)等組成部分。
如果工廠的生產(chǎn)規(guī)模比較小，那么一般就只包括子系統(tǒng)而不設(shè)置中央工作站。
以下以具體實(shí)例分析潔凈空調(diào)在現(xiàn)代制藥工廠的應(yīng)用。
某現(xiàn)代制藥工廠采用一臺(tái)單元控制器對(duì)整套空調(diào)機(jī)組進(jìn)行控制，同時(shí)還配備有調(diào)節(jié)閥、壓差開關(guān)、溫度與濕度傳感器以及相關(guān)附件，通過(guò)它們的連接實(shí)現(xiàn)了空調(diào)系統(tǒng)的參數(shù)監(jiān)測(cè)和控制功能。
3.1 廠房冬季的溫度與濕度控制
該空調(diào)控制系統(tǒng)通過(guò)溫度傳感器對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行測(cè)量，然后將測(cè)量結(jié)果作為檢測(cè)信號(hào)對(duì)熱水閥門進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的功能。
一般情況下，制藥工廠冬季的溫度需要控制在(21±2)℃左右。
冬季時(shí)候由于室外空氣非常干燥，因此需要使用風(fēng)管濕度傳感器來(lái)測(cè)量空調(diào)系統(tǒng)回風(fēng)管道中的空氣濕度。
正常情況下，制藥工廠冬季時(shí)候的濕度應(yīng)該保持在(55±10)%RH左右。
3.2 過(guò)度季節(jié)的空調(diào)系統(tǒng)控制
在過(guò)度季節(jié)，由于外界條件比較穩(wěn)定，因此潔凈室的溫度與濕度變化不大，為了節(jié)約能源，只開風(fēng)機(jī)就可以滿足藥品生產(chǎn)的基本要求。
如果感覺(jué)外界空氣的濕度比較高，可以通過(guò)單元控制器對(duì)運(yùn)行程序進(jìn)行修改。
3.3 廠房夏季的溫度與濕度控制
空調(diào)控制系統(tǒng)通過(guò)風(fēng)管傳感器來(lái)測(cè)量回風(fēng)管道的回風(fēng)溫度，然后利用單元控制調(diào)節(jié)冷凍水閥門來(lái)控制溫度，一般夏季時(shí)候，制藥工廠的溫度需要控制在(23±2℃)左右。
夏季時(shí)外界的濕度比較大，使用冷凍水可以在控制溫度的同時(shí)起到除濕的作用，讓潔凈室的濕度保持在生產(chǎn)工藝所要求的范圍中。
3.4 過(guò)濾器壓差檢測(cè)以及報(bào)警
在空調(diào)系統(tǒng)中，三級(jí)過(guò)濾器的清洗信號(hào)以壓差開關(guān)為準(zhǔn)，同時(shí)，壓差開關(guān)同時(shí)還是高效過(guò)濾器的抽檢報(bào)警信號(hào)。
在實(shí)際調(diào)查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，很多制藥工廠的潔凈空調(diào)系統(tǒng)在正常運(yùn)行一段時(shí)間以后排風(fēng)效果就會(huì)明顯下降，這樣的情況很可能就是由于過(guò)濾器阻塞所導(dǎo)致的。
因此在制藥工廠應(yīng)用潔凈空調(diào)系統(tǒng)的時(shí)候，需要注意檢測(cè)壓差并建立相應(yīng)的報(bào)警體系，以免正常生產(chǎn)受到影響，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失。
4 潔凈空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能
在制藥廠的空調(diào)系統(tǒng)中，出于室內(nèi)相對(duì)濕度的要求，需要將室外新風(fēng)與室內(nèi)回風(fēng)進(jìn)行混合然后經(jīng)冷卻到露點(diǎn)溫度以后在此進(jìn)行升溫，當(dāng)混合氣達(dá)到送風(fēng)溫度后送入潔凈車間使用。
這一過(guò)程中會(huì)消耗大量能源，造成浪費(fèi)。
而由于孔教系統(tǒng)本身都非常耗能，因此無(wú)形中給制藥廠的經(jīng)營(yíng)帶來(lái)了更大的經(jīng)濟(jì)分擔(dān)。
為讓制藥廠的空調(diào)系統(tǒng)發(fā)揮更好的應(yīng)用效果，我們需要找到節(jié)能方法。
經(jīng)過(guò)分析我們知道，潔凈空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)溫度比常規(guī)空調(diào)要高很多，因此如果制藥廠的潔凈要求越高，換氣次數(shù)就越多，再熱過(guò)程就會(huì)造成更大的能源浪費(fèi)。
而所需再熱量與新風(fēng)的濕度有著非常密切的關(guān)系，因此如果預(yù)先對(duì)新風(fēng)進(jìn)行除濕，然后再與回風(fēng)混合，那么溫度就會(huì)維持在送風(fēng)溫度附近，所需的再熱量自然就會(huì)減少。
5 結(jié)語(yǔ)
藥品質(zhì)量的重要性決定了其生產(chǎn)過(guò)程中各環(huán)節(jié)的生產(chǎn)條件都需要進(jìn)行嚴(yán)格控制。
也因此使得潔凈空調(diào)系統(tǒng)在制藥工廠的生產(chǎn)過(guò)程中得到了日益廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為生產(chǎn)環(huán)節(jié)必不可少的一個(gè)重要組成部分。
在這樣的情況下，不斷提高潔凈空調(diào)系統(tǒng)的控制功能并使用其對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制已經(jīng)非常必要。
同時(shí)，出于節(jié)能環(huán)保的需要，在確保其正常運(yùn)行功能的前提下，我們還需要通過(guò)預(yù)先對(duì)新風(fēng)進(jìn)行除濕來(lái)提高潔凈空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果，讓我國(guó)的制藥行業(yè)更好地向前發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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制藥廠空調(diào)自控系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)【2】
【摘 要】 本文根據(jù)制藥行業(yè)空調(diào)系統(tǒng)普遍高能耗現(xiàn)狀，提出了制藥廠空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)化的現(xiàn)實(shí)意義，并結(jié)合制藥行業(yè)空調(diào)系統(tǒng)的工藝特點(diǎn)，分析并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的自控節(jié)能解決方法。
【關(guān)鍵詞】 制藥廠空調(diào) 自控系統(tǒng) 節(jié)能
目前，制藥行業(yè)普遍采用潔凈空調(diào)系統(tǒng)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗一般占到藥廠總能源消耗的30%～40%，采用自控系統(tǒng)勢(shì)在必行。
藥廠潔凈空調(diào)設(shè)計(jì)使用自控系統(tǒng)不僅能為其車間提供一個(gè)符合國(guó)家藥品GMP規(guī)范的嚴(yán)格、安全、高效、合理的生產(chǎn)環(huán)境，而且還可以減少能源消耗，降低空調(diào)運(yùn)行和管理成本，達(dá)到提高效益，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境的目標(biāo)。
1 空調(diào)自控系統(tǒng)變風(fēng)量控制節(jié)能方案
制藥行業(yè)空調(diào)自控系統(tǒng)普遍采用變風(fēng)量控制方案，主要基于以下兩個(gè)原因。
(1)相對(duì)于負(fù)荷變動(dòng)范圍小，溫濕度調(diào)節(jié)精度低的定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)(CAV)而言，變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)(VAV)具有調(diào)節(jié)負(fù)荷能力強(qiáng)，對(duì)溫濕度控制精度高等優(yōu)良特性，特別適合藥廠這種對(duì)空調(diào)要求高的場(chǎng)所使用。
由于空調(diào)房間的內(nèi)部原因，如發(fā)熱設(shè)備啟動(dòng)，人員流動(dòng)等產(chǎn)生的平均負(fù)荷為峰值負(fù)荷的80%，而外部因素，如太陽(yáng)熱輻射等，所產(chǎn)生的平均負(fù)荷僅為峰值負(fù)荷的60%左右。
因此，與CAV系統(tǒng)相比，VAV系統(tǒng)可使建筑能耗降低20%～30%。[1]
(2)藥廠空調(diào)系統(tǒng)一般是按照潔凈區(qū)域最大能量負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是在實(shí)際設(shè)備運(yùn)行中，空調(diào)系統(tǒng)由于潔凈要求不一樣，晝夜生產(chǎn)要求相異造成風(fēng)機(jī)電機(jī)頻率不同，開機(jī)數(shù)量也不相同，于是藥廠空調(diào)大部分時(shí)間是處于“大馬拉小車”的部分負(fù)荷狀態(tài)，實(shí)際能源交換量遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值，這勢(shì)必造成能源不必要的浪費(fèi)。
因此藥廠車間采用控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變風(fēng)量控制(VAV)有現(xiàn)實(shí)需求，目的使風(fēng)量隨系統(tǒng)負(fù)荷和要求的變化而作相應(yīng)的改變。
藥廠空調(diào)系統(tǒng)普遍采用大型風(fēng)機(jī)集中送風(fēng)的空調(diào)方式，為保證合適的壓差梯度，潔凈房間的送風(fēng)和回風(fēng)都固定閥門開度。
根據(jù)不同藥品的生產(chǎn)要求，采取不同的潔凈要求和換氣次數(shù)，直接要求系統(tǒng)風(fēng)量有所調(diào)整。
另外，停產(chǎn)的靜態(tài)風(fēng)量和生產(chǎn)中的動(dòng)態(tài)風(fēng)量也不一樣，需要考慮生產(chǎn)排風(fēng)機(jī)開啟后導(dǎo)致排風(fēng)量突然增大和人員、機(jī)器造成環(huán)境負(fù)荷增加的情況。
因此在空調(diào)系統(tǒng)中引入總風(fēng)量控制法是調(diào)控變風(fēng)量空調(diào)的有效方法。
總風(fēng)量控制法是根據(jù)系統(tǒng)各末端裝置的設(shè)定風(fēng)量計(jì)算出系統(tǒng)總風(fēng)量需求，并通過(guò)調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)滿足系統(tǒng)總風(fēng)量需求。
[2]在硬件設(shè)計(jì)中考慮采用DDC或PLC進(jìn)行變風(fēng)量控制，通過(guò)傳感器直接讀取各個(gè)VAV末端裝置的送風(fēng)流量。
通過(guò)加權(quán)平均算法進(jìn)行疊加計(jì)算，得出這時(shí)系統(tǒng)總風(fēng)量需求，再根據(jù)各轉(zhuǎn)速下的風(fēng)機(jī)性能曲線，得出固定靜壓時(shí)其轉(zhuǎn)速與流量公式，最后將公式編入DDC或PLC控制器程序中，控制器根據(jù)公式計(jì)算結(jié)果和生產(chǎn)要求合理調(diào)整總風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。
在實(shí)際應(yīng)用中，空調(diào)運(yùn)行一般采用三段運(yùn)行狀態(tài)：正常運(yùn)行狀態(tài)，值班風(fēng)機(jī)狀態(tài)和消毒運(yùn)行狀態(tài)，并結(jié)合當(dāng)時(shí)情況適當(dāng)調(diào)整。
表1是某針劑制藥車間采用風(fēng)量控制法統(tǒng)計(jì)的節(jié)能效果表。
2 空調(diào)自控系統(tǒng)溫濕度優(yōu)化控制節(jié)能方案
藥廠空調(diào)系統(tǒng)是一個(gè)典型的大延時(shí)大慣性系統(tǒng)，系統(tǒng)中控制的關(guān)鍵對(duì)象是一個(gè)大遲延對(duì)象――回風(fēng)溫濕度。
因此在自控設(shè)計(jì)中不能用簡(jiǎn)單的過(guò)程控制手段來(lái)處理，必須要充分考慮到制藥廠潔凈室溫濕度控制原理，利用適當(dāng)?shù)目刂苾?yōu)化手段，這樣不僅能夠精確控制，而且還能起到節(jié)能的目的。
(1)選擇控制：選擇控制設(shè)計(jì)主要運(yùn)用于箱體表冷器對(duì)于降溫和除濕這兩種參數(shù)的影響：如果由于某種原因使得潔凈室內(nèi)溫度下降，則控制器的輸出信號(hào)增加，使得冷凍水閥門關(guān)小，以減少進(jìn)入表冷器里面的冷凍水水量，從而使?jié)崈羰覂?nèi)的溫度升高。
同時(shí)，由于表冷器內(nèi)冷凍水量的減少導(dǎo)致其對(duì)空氣除濕能力的下降，致使?jié)崈羰覂?nèi)的空氣濕度增加。
這種情況下，溫度和濕度兩個(gè)控制輸出信號(hào)均施加于冷凍水閥門執(zhí)行器，此時(shí)控制器內(nèi)部如果沒(méi)有面對(duì)這種情況的優(yōu)化程序設(shè)計(jì)的話，就會(huì)出現(xiàn)同時(shí)進(jìn)行加熱和冷卻的情況，結(jié)果肯定不滿足節(jié)能的要求。
此時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況利用MIN選擇器選擇相對(duì)低信號(hào)，即偏差較大者。
如果濕度輸出信號(hào)低于溫度輸出信號(hào)，則通過(guò)MIN選擇器選擇冷水閥暫時(shí)接收濕度的輸出信號(hào)，并進(jìn)行調(diào)節(jié)，使?jié)穸茸兓呌诮o定值。
這樣就能夠同時(shí)滿足對(duì)具有相互影響的溫濕度的調(diào)節(jié)精度，達(dá)到減少冷熱抵消的節(jié)能效果。
圖1為選擇調(diào)節(jié)方框圖。
(2)死區(qū)控制：當(dāng)回風(fēng)溫度落入死區(qū)區(qū)間內(nèi)時(shí)，若用傳統(tǒng)PID控制必然導(dǎo)致閥門頻繁動(dòng)作，溫度也隨之大幅波動(dòng)，不利于節(jié)約能源。
此時(shí)可考慮變化的PID控制方式，就是當(dāng)實(shí)時(shí)參數(shù)與設(shè)定值相差大時(shí)，設(shè)計(jì)控制強(qiáng)度大一些，當(dāng)實(shí)時(shí)參數(shù)與設(shè)定值相差小時(shí)，設(shè)計(jì)控制強(qiáng)度小一些。
也可以采取當(dāng)實(shí)時(shí)參數(shù)進(jìn)入設(shè)定值的偏差范圍時(shí)，冷(熱)水閥保持不變開度的死區(qū)處理方法。
3 結(jié)語(yǔ)
潔凈空調(diào)系統(tǒng)是制藥廠的耗能大戶，在空調(diào)自控系統(tǒng)中設(shè)計(jì)變風(fēng)量控制，溫濕度優(yōu)化控制等節(jié)能控制方案是切實(shí)有效的好方法，但是各種節(jié)能措施都有自身的局限性和應(yīng)用范圍，應(yīng)考慮不同藥廠的工程需求，提出相應(yīng)的解決方案，使自控系統(tǒng)發(fā)揮最佳的運(yùn)行效果。
參考文獻(xiàn)：
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