对纯化水设备管径及流速设计的探讨

元通水处理

对纯化水设备管径及流速设计的探讨
摘要
在制药纯化水设备系统中， 微生物滋生是纯化水、制药用水水质不达标的主要因素。微生物的滋生除了工艺设计、制造材质、管线布局等影响，还受纯化水管道流速设计的影响。纯化水管道的 流速并不是越大越好，而是需要分时段的设置不同的流速，同时也受管径的影响。
一、制药纯化水设备系统管径的设计
纯化水输送管道系统应采取循环方式，所有使用点都处在这一个循环管道上，管道内合理的流速设计有利控制微生物的生长。纯水泵以一定量的纯化水送出以后，通 过循环管路到达各个使用点。当输送管为同一管径时，随着各使用点取水增加，越到管道后面，其管道内的流量就越小，其流速也越小，存在低于最低设计流速的风 险，所以，循环管道使用同一直径管道对制药纯化水设备系 统是不合适的。一设计选择渐变缩小管径，以便保证其后面管道也有较高的流速。但是，随着用水负荷的变化，有时会因为在循环管道上会增加使用点，而渐变缩小 的管道又不能满足使用点的流量。简化管道流速匹配设计，常常把循环管道直径设计成二个管径，所有使用点前设计成一个较大直径的管道，最后一个使用点以后设 计成较小管径的管道，这段管道我们称之为回水管道。

二、制药纯化水设备流速的设计
流体在管道内流动，从流体力学上可分成二种流动状态，一种称之为层流（滞留），流体质点的运动迹线成轴向有条不紊运动，流体处于这样的流动状态下其雷诺数 （Re）小于2300。另一种称之为湍流，流体质点的运动迹线不仅有轴向流动，同时又有径向流动，流体处于这样的流动状态下其雷诺数大于4000。流体的 雷诺数处于2300~4000 时，其流动状态为过渡状态，也称之为不稳定状态。只有流体真正处于稳定的湍流状态下，流体中的质点才不至于停留在管壁上，由于微生物的分子量要比水分子量 大得多，所以雷诺数大于10000 是设计制药纯化水设备管道管径的必需达到的条件，此时，在管壁上不易形成生物膜。
ISPE指南中指出防 止营养物聚集和细菌黏附在管壁所需要的流速要超过3ft/s 或雷诺数大于湍流值。在制药纯化水设备实际运行中，这个流速并不是最合适的。当在大量用水的生产期间，保证管道中大于3ft/s 流速或更高流速很容易做到，但是在不生产期间或低流量运行时，由于送出水管管径较大，在回水管道中的流速到达了水流速的上限时，送出水管的流速可能达不到 3ft/s。统计表明在低于3ft/s 的流速，雷诺数达到20000 以上的较低流速在全球许多大的制药公司普遍采用，并能保证管道中不利于微生物附着生长的状态。因此，以20000 雷诺数以上为目标来设计送、回水管道的管径和流量更符合实际的需要。

对纯化水设备管径及流速设计的探讨，可以知晓纯化水设备的实际运行遵循ISPE的3ft/t并不是最合适的，也就是说在制药企业在实际运行的时候，可以根据实际运行情况对纯化水设备进行一定的优化调整。