浅谈洁净管道的设计原则与安装要点

浅谈洁净管道的设计原则与安装要点

李礼裕

身份证号码：44088319890910XXXX510530

摘要：随着社会的发展，许多行业的工厂或实验室都对生产工艺所必须的洁净管道有更严格的要求，文章主要介绍洁净管道的主要设计原则和现场安装的关键要点，提出必须严格按照洁净设备、管道的设计标准和安装要求，才能保证安全健康生产。

关键词：洁净管道；设计原则；安装

洁净管道是指工艺设备前后及设备之间输送有洁净要求的工艺所用的介质的管道。洁净管道应严格控制微生物、内毒素和可见异物等污染，就具体工程设计与安装需要遵循相关的标准和指导原则。

一、设计原则

1.1洁净管道材料的选择

洁净管道的管材要求具有稳定的化学性能，不能与所接触的物质发生反应。奥氏体不锈钢无磁性、耐热、耐腐蚀性强，并具有良好的焊接性能，其中AISI316/1.4401-1.4436、AISI316L/1.4401-1.4435比AISI304/1.4301、AISI304L/1.4306含碳量更低，耐腐蚀性更强。奥氏体不锈钢管道适用于卫生级的洁净管道，并优先选AISI316L/1.4401-1.4435。

与介质/物料直接接触的管道内表面必须保证平整，能够有效的清洁，减少微生物的生长或污染的风险，故管道内表面的光洁度是有限度要求的，一般与介质直接接触的管道、仪表、阀门的内表面光洁度Ra≤1.0um。要求更高的管道可进一步采用电抛光处理。

1.2降低附着和残留风险

1.2.1合适的流体速度

流体在管道内流动需要保证湍流状态。宏观上流体均是往同一个方向流动，但在微观上各个质点的运动速度大小和方向都在不断变化。只有保持部分质点的运动方向垂直于管壁，在管壁上形成一定的剪切力，才能更大程度的减少微生物在管道上的附着或残留。湍流状态对抑制微生物在管道表面的附着有比较好的效果。要保证管道内的流体为湍流状态，通常认为雷诺系数Re≥4000，此时，则需要保证流体的流速。通常流体流速选择范围为0.9m/s-3m/s，一般流体的速度设置是1.5m/s。具体流速需根据不同介质要求选择合适流速，以保证最佳效果。

1.2.2避免死角

管道设计根据工艺要求设置应尽可能避免死角。避免死角的通用设计原则就是3D/6D原则。

可接受的3D原则如下图1：从主管的外表面量起的支管长度必须小于等于3倍的支管外径。

可接受的6D原则如下图2：支管长度加主管半径必须小于等于6倍的支管外径。

此外，阀门的选择尽可能使用无死角的阀门，对于≤DN10的隔膜阀，支管是越短越好。

1.2.3自排净

管道的系统安装必须允许能完全排净。可考虑以下影响因素：①长距离的水平管道需要设置不小于0.5%的管道坡度，短管的坡度设置应不小于2%。②当水平管路有变径时，应考虑设置偏心大小头；竖直管路有变径时，应设置同心大小头。③设备和阀门仪表也要考虑自排净功能，如泵能自带下排水口，仪表的安装形式，隔膜阀的安装倾斜角度等。

1.2.4排放距离

管道的排水口位置离地面排污口应具有足够的距离或加装隔离装置，以免产生废水的反虹吸现象。

1.3合适的连接方式

管道的连接首选是焊接（高纯氩气保护下的自动氩弧焊），其次考虑卡箍连接/快接，注意使用PTFE或EPDM等卫生级垫片。管径较大时（通常认为大于4寸），可以使用卫生级结构的法兰连接。一般不建议使用螺纹连接。

1.4合适的清洗方式

与产品长期接触的洁净管道或设备必须进行定期的清洗和灭菌，以保证洁净管道内保持干净无菌，从而保证与其接触的产品无污染。在不拆卸设备或管路的前提下，对设备管路进行在线清洗是保证洁净管道的常用方式。清洗液在管道内清洗是一个循环的过程，这个CIP的过程一般通过控制阀门来自动控制。在设计工厂时需要考虑到所有接触过产品的设备都需要同时经常被清洗，而且必须保证清洗液有一定的流速从而确保清洗的可靠性。

二、洁净管道安装要点

2.1焊接方式和规范

2.1.1焊接条件和规范

管口对焊时，必须保证焊接的管口干净、平直，在切割管道时一般不能使用润滑剂（必要可以使用清水）。注意保证切口平整，处理毛刺和对接不错边等。焊接前应保证管道内完全充气保护，建议使用高纯氩气，管道内缺氩气或无氩气均会导致焊缝发黑或不规则层叠熔岩状，导致焊缝不合格。无论是点焊还是满焊的过程，注意考虑直接或间接对焊接质量产生影响的主要因素：①焊口位置的对接处理；②焊机的电流选择、焊接角度和速度的选择；③焊接外界环境条件，温度、风速、湿度；④可能影响焊接质量的其它因素，如供电电压、人员操作等。

2.1.2焊缝检查

对于焊接后的焊缝，必须经过焊缝检查是否合格。不能出现未焊透、焊接变形、裂缝、夹渣、气孔、过度氧化等现象，必要时进行补焊或切除重焊处理。焊缝的检查方式：自动焊一般抽取20%的焊口进行内窥镜检测，手工焊则要100%的焊口进行内窥镜检测。

2.2安装过程控制要点

洁净管道在施工安装过程中，主要注意以下几点：

2.2.1材料的存放，洁净管道的存放必须和其它材质的材料分开存放，以免交叉污染。

2.2.2注意对管道阀门仪表的材质证明、规格、型号进行检查，保证符合质量要求。

2.2.3管道焊接前和焊接后均进行样品试焊，试焊合格后需要保存样品，至少两个样品或以上。

2.2.4尽可能使用自动焊接，尽量避免手工焊，对于卡盘、法兰的连接最好带有短管对焊。

2.2.5安装过程应避免强力拉伸、挤压管道，保持所有管线能伸展自如；管线中的卡盘/法兰安装平直无错位。

2.2.6管道连接检查，主要检查连接部位是否全部平整满焊完成，快接部分是否全部锁紧。

2.2.7压力测试，洁净管道在全部配管完成后，应进行管道压力测试，一般采用水压/气压测试，以保证全部的连接部位不泄漏。压力测试过程应注意做好相关安全措施和准备，计量仪表或安全装置等需要使用代替件，压力表应至少使用两个或以上。压力测试前应做好压力测试方案并审核通过。

2.2.8清洗和化学清洗，洁净管道在试压合格以后，需进行管道冲洗和化学清洗。化学清洗一般流程是碱洗—酸洗—碱洗，在化学清洗前应做好化学清洗的具体方案并审核通过，以保证清洗效果和人员安全。

结语：随着社会的发展，对厂房/实验室设备和设施的要求越来越严格，特别是生产工艺所必须的洁净管道的设计与安装也将越来越严格。

本文从洁净管道概念和设计的基本原则着手，简单地阐述了洁净管道设计的标准原则和现场安装的主要要点，以有效减少后续在验证、生产中出现的常见通病，降低生产中有害的微生物或污染物的产生风险，进一步保证生产的健康与安全。

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