低压水清洗系统详解

简介

重点在于内部清洗应用，手喷枪已经在这方面使用，尤其是与蒸气/水混合设备联合使用。在前面两节中，我们主要介绍了应用中压和高压的冷水，借助水压和表面作用来去除污垢。

利用2×10⁵〜5×10⁶Pa压力下的冷或热水可以解决绝大多数的清洗问题，这些液体中可以包含或不含化学添加剂。酿造行业从200年前开始就一直使用清洗技术来去除发酵容器中难去除的污物。传统的清洗工艺包括“注入、煮沸、倾倒”，只是使用一根手工制作的多孔金属管，管子带有一个简单形状的喷射头，因此被称为“喷射管”。在最近的几年中，由于有关环境、健康和安全的法规不断增多，低压清洗系统日益复杂，如ISO9000认证（原来的BS5750），对处理行业的品质和效率有了更髙的要求。

传统油罐清洗技术与现有技术之间的比较参见表5-12。

表5-12容器清洗技术一传统方法与现有方法的比较

由于受权威部门如美国的FDA（食品与药品管理局）、英国的MCA（医务管理局）等的规章限制，清洗及其确认已经成为许多行业不可缺少的一部分，这些行业包括制药业、生物技术、化妆品、精细化工和食品加工业等。

本文中，我们将从仪器设备、系统及应用等方面介绍低压清洗系统的最新技术发展水平。

容器清洗和油罐清洗中的主要成本要素

*设备停工期和生产量损失；

*劳动力成本；

*清洗液体的成本；

*损失的产品成本；

*能源与加热的成本；

*液体流出的处理费用；

*设备折旧费用。

不同的车间计算成本考虑的因素也不同。据估计，一个5t的容器一年的清洗费用为£12000~£35000，一个10t的容器则要用去£25000〜£64000。费用的多少与清洗的方法和频率有关。

清洗系统的类型

上面的表格从清洗时间、费用、清洗效果以及可重复性等方面对各种清洗方法进行了比较，从最基础的到最复杂的方法都有。每一个实际案例都有不同的特点，在选择清洗方法时，应按照上述因素进行评估。前四种方法是劳动密集型技术，后面的四种则是自动运行的。我们还需要考虑到健康与安全法规对方法选择的影响，例如，英国1998年1月颁布的《限制空间法案》就对某些传统清洗方法的操作进行了指导。

下面是4类主要的低压清洗系统：

*原地清洗（CIP）：可以在被清洗设备的原位置进行清洗。原地清洗所使用的设备是一个可以移动的系统，它可以从一个容器移到另一个容器。

*非原地清洗（COP）：是一个半自动化或者手动操作的清洗系统，它使用小型清洗柜或者流水线清洗系统，主要应用于各种形状和大小的IBC、圆筒等设备的清洗。

*原地灭菌（SIP）：是利用特殊的化学成分和特定温度的热水来消除细菌和其他有害成分的清洗系统。SIP的程序总是和CIP一起协同完成的。

*普通清洗系统：在很多情况下是CIP和COP的一部分，它主要用于表面及设备清洗。

1.原地清洗（CIP）系统

CIP系统包括从简单的手动操作装置到复杂的自动化装置的许多不同种类，下面我们将更加详细地介绍它。

（1）手动操作的CIP系统

作为CIP中最为基础的一种，手动操作系统由以下的部分组成：

*泵组：由一个双层隔板（内充空气）和离心机（高速离心机或者多级离心机）组成，或者是一个蒸汽/液态水混合装置。

*定位装置：它是一个利用现有的喷管口、具有凸缘连接的刚性管道系统，或者是对现有道口量身定做一个通用的定位装置。

*清洗头：清洗头拥有单个或两个轴，可以是固定的，也可以是能转动的。

这种系统费用较低，并可以用作专用的清洗系统。我们可以把清洗头永久地固定在容器的内部，也可以使它具有可移动的能力，这样泵组就可以移动，清洗头和定位装置也可以从一个容器转移到另一个容器。通过人工选择，我们根据总损失来决定清洗的次序。开始清洗后，清洗液会被排放到排水沟或污水处理系统中去。

（2）自动或半自动CIP系统

这种系统的特点包括：

*当把一个需要清洗的容器交给自动或半自动CIP系统时，它们会自动选择清洗液的种类，比如说是用冷水还是热水，需要的温度是多少，是否需要添加化学药剂等。程序中还将根据污垢类型和清洁标准来确定清洗位置、清洗压力、流动速率、循环时间等的数值。

*选择适当的清洗设备，清洗头和喷嘴可以是固定的或者转动的。

*在清洗液回收系统中，应该包括过滤和流出物处理系统。

2.原地灭菌（SIP）清洗系统

在需要的时候，SIP系统可以被整合到完整的CIP程序中去。执行杀菌过程是为了确保所有细菌都在特定的环境中被杀死，这种特定环境通常是指125°c的蒸汽中，持续30mine蒸汽经常经由清洗设备注入，这有利于管道系统和喷头的杀菌以及除掉其他气体，也是进行杀菌过程的一个先决条件。当清洗结束的时候，容器和管道系统需要被冷却。雾气经常会出现在热的表面上，因此要确保雾气全部被去除。对于外面覆上套的容器，可以使用加热的方法；在其他条件下，可以使用真空。维护杀菌系统时，可以使用其他的气体（如氮气）来代替热蒸汽，这样可以使系统处于正压力下。

3.非原地清洗（COP）系统

这种清洗系统经常被用在易于运输的项目上。清洗站通常由一个量身定做的隔舱组成，在隔舱中装有清洗所需要的设备，如蒸气、排水装置、加压水（化学添加剂可有可无）等，可能还有电子防火器材。根据部件的大小，清洗设备应当包括开放式大型设备洗涤室（如集装箱）和小设备洗涤柜。总容积是根据产品而定的一项基本指标。

简单的柜式洗涤系统是一个正面开放的、装有联锁门的不锈钢小橱，在它的内部四周装有固定的喷嘴。小的部件被放在架子上，然后用手动喷枪或者固定的喷嘴进行清洗。—些公司已经成功地使用了超声波技术，这项技术对于较小的部件尤其有效。

如果清洗的数量很少的话，我们一般会选择手动清洗程序。在清洗数量很大的时候，洗涤柜需要借助基本的PLC来确定清洗程序，它会自动选择洗涤周期、清洗液温度及化学添加剂等。清洗液经过过滤或者其他的处置措施后可以重复使用。

传送带连续清洗系统是一个可对清洗顺序编程的机械化操作系统。它可以用于形状相似的设备内部及外部的清洗。这个系统通常还包括一个水循环设备。这类系统适合清洗体积很大的桶或集装箱。全自动的清洗系统包含五个步骤：

预清洗一喷洒清洁剂一喷洒热水一清水漂洗一烘干

CIP清洗系统的设计细节

1.清洗头和喷嘴

这两个在任何清洗系统中都是关键部件。它们利用发电装置产生的动力，通过喷嘴把清洗流体的压力能转化为动能，以此来实现清洗的效果。与中压和高压清洗系统相比，低压清洗系统的能量是很低的。当然，清洗效果还与温度和化学添加剂有关。如果我们选择了不适当的清洗头或者不能有效地操作，将会影响到整个CIP清洗系统的效果。可供选择的清洗头有很多种，每一种都有各自适用的场合。在表5-13中罗列了一些清洗头及它们的特性。图5-31中是一些清洗头的示意图。内部清洗头有三大种类：

图5-31部分单轴或双轴的旋转式低压清洗头

（英国TurcoProducts公司提供）

表5-13低压容器清洗系统的清洗头手册

（英国SprayingSystems公司提供）

表格P308页

（1）不旋转的球形喷嘴

这种设备特别适合那种只用少量清洗液或者是用热水（无论是否有化学添加剂）就可以去除内表面的污垢，而且有很好效果的小型容器。根据容器体积的大小及其内部的装置，需要两个或者更多的喷头以避免“阴影”效果的发生。为此需要考虑以下的技术因素：

*喷头的尺寸：它取决于容器管口的最小直径；

*计算喷孔的数量与大小，以便达到所需的压力与流速（这取决于容器的体积）；

*喷头使用的材料；

*每个容器所需要的清洗喷头的数量；

*喷头样式：有以下几种选择：

a.正向360°

b.反向360°

c.向上或向下270°

d.向上或向下180°

喷嘴的选择取决于容器的设计（顶端开放或者顶端封闭），还有污垢的位置；在许多案例中，污垢往往集中于容器的前1/3部分。

多喷孔喷头一它们可以被用于各种大小的容器的清洗。一些标准的完全喷射头被装入圆柱形的实体中，这样就形成一个可以根据需要使用的全方位喷头。这种喷头是一种相对简单，但也很有效的容器清洗喷头。关于喷头的外形选择，最常用的是360°喷头，但是很多时候需要集中清洗容器的某一部分，如容器的前1/3往往是污垢最严重的部分。对于顶端开放的容器，至少要用180°喷头。

喷头材料的选择受到费用的影响，可供选择的材料有316级的不锈钢、黄铜、镀特氟纶的钢铁等，在恶劣环境中还可以用添加哈斯特洛伊耐蚀镍基合金或聚偏氟乙烯（PVDF）的类似塑料。表面磨光度根据用途可以从普通用途的150粒度到卫生学用途的480粒度（超级镜面）。

（2）单轴旋转喷头

单轴旋转喷头可以分成两大类：

受控制的旋转式：清洗喷头内置的驱动电动机产生压力，并将压力加到清洗液上。旋转的动力来自于清洗液的压力。

图5-32中显示的是'‘旋转球”式设计的运行过程。

清洗液从喷头入口（图中3）处进入，沿着发动机内的斜孔流动，使得调节器（图中7）高速转动。调节器的另一端撞击驱动臂（图中10），其独特的构造使调节器每转动一次，驱动臂可以转动3°〜4°。调节器每旋转100次，驱动臂可以通过轴（图中6）使其下方的球状物（图中2）转动一周。然后，这些液体与从轴顶的旁路及管口（图中14和15）流出的液体汇聚到球状物之中。旋转速度是预先设定的，根据流体的入口压力的不同，转速一般设定在4〜15rpm之间。从实际中我们了解到，相比高的旋转速度来说，低的旋转速度可以达到更好的清洗效果。

与固定式喷头相似，为了适应不同形状容器的要求，可以设计出不同的喷射方式。

自由旋转式：这种清洗喷头是应用清洗液的切向喷射的反作用力来转动的，它的转速可以达到150rpm之高，这就使得它的清洗效果与清洗效率不如前面介绍的受控制的旋转式喷头。对于小的容器或者不太严重的污垢，这种方法有不错的清洗效果。一般情况下，压力为1×10⁵~4×10⁵Pa，流速为15-380L/min，这与压力及清洗喷头入口的大小有关（为直径的1/2到1倍）。自由旋转式喷头有多种不同类型，但是它们的运行原理是类似的，比如：

图5-32“Seilers，，TM“旋转球”式旋转喷射器及其性能参数

（英国Turco公司提供）

图片P310页

Breconcherry的"ClipDisc"容器清洗器，用聚氟乙烯和不锈钢制成。它的动力来源于清洗液，它可以产生浓的喷雾，并以此对半径为4m的范围进行有效的清洗。这种装置通常用于轻微污垢的情况，如残渣、消毒用的化学品以及像食品工业这样的需要低影响清洗的领域。

（3）双轴旋转喷头

双轴清洗喷头是一种功能强大的设备，因为它把所有的能量都集中在2、3或者4个喷嘴上，尤其是和装有流动稳定化插头的扩展转动臂一起使用时，可以产生一个远达30m的连续的喷雾。喷头与转动臂的共同运动，可以产生一个长8字形的清洗轮廓。齿轮的标定指数保证了每一次转动之后，喷雾将在表面前进6°〜8°，直到覆盖了表面的100%为止。这种清洗的典型清洗周期为4min。

双轴喷头不是永久的被装在容器内的，这是因为暴露的齿轮在不使用时会变得不精确，除非把齿轮密封起来，然后把喷头贮存在一个“飞溅区”之上的地方。

自我推进式：这是一个与单轴情况非常相似的装置，双轴受控制的旋转喷头有一个内置的涡轮，利用加压清洗液来产生旋转。在这里，转速是与清洗流体相对应的。在Breconcherry的“TankFury”的设计中，旋转的喷嘴是依靠活塞来运动和连接的。

有许多种大小的可用喷嘴，这取决于需要清洗的容器的状况。图5-33显示了小喷头的情况（只适合直径小于4m的容器）及其相关数据。图5-34则显示了适用于大一些的容器的清洗喷头的情况（适用于直径小于12m的容器）。大多数低压清洗喷头的使用环境为压力5X105〜1.5×10⁶Pa，流动速率100〜400L/min。

图5-33“SuperMite”双轴喷头及其性能参数

在对旋转的监测过程中，我们经常可以听到喷射物撞击容器表面的声音。如果需要对这种情况了解的更为确切，可以装一个传感器来监测喷射物撞击的影响，如Toftejorge和Sellers的喷头就使用了传感器。

外部推进式：作为清洗喷头的一部分，这种装置带有一个利用水力的、电力的或者空气动力的发动机。通常情况下，这个发动机在容器的外部和喷头的内部。这种设计特别适用于那种机械化配置、开始、停止的自动控制型清洗，同时需要注意控制清洗速度。

图5-34“Tanksweep”双轴喷头及其性能参数（保护套是可选配件）

（英国TurcoProducts公司提供）

图片P311页

2.清洗形式与循环时间

注意：增加流速比增加压力产生的影响更大。比如压力加倍时，影响系数增加了40%；而流速加倍时，冲击系数增加了100%。

双轴式喷头与转动臂的共同运动，使得喷雾可以产生一个长8字形的清洗轮廓。举一个具体的例子，当4个喷嘴的“TofteJorge”旋转喷头旋转5.5次时，容器的内部已经被清洗了22次。每一次清洗都是覆盖了容器的每一个部分，使它100%都得到了清洗。这种基本的原理可以被应用到大多数双轴清洗喷头上，当然各种喷头的指标是不同的。

喷射圆周速度（JPV）

JPV是喷雾在工作表面移动的速度，对于设计特定用途的清洗系统是一个十分重要的因子。如果JPV过快，就会产生一个“弯曲”喷射，导致清洗效果大大降低。另一方面，如果JPV过慢，就要花去过多的时间来清洗容器。我们给出JPV的计算公式：

公式P312页

式中：d—从喷头到临界区域的最远距离：

rpm——在给定压力与配置下，喷头的转动速率。

在处理严重的污垢时，JPV的大小一定不能超过2.0m/s。而对于轻微的污垢或者漂洗应用时，可以把JPV提高到2.5m/s。在清洗直径很大的容器时，JPV通常不能超过3.0m/s。自我推进式旋转喷头的JPV由以下几个因素决定和调整：流动速率、压力、喷嘴直径、推进器及齿轮的配置等。外部推进式双轴旋转喷头的JPV通常是固定的，有一些设计中也提供了调节齿轮的工具。表5-14中显示的是在不同流速与压力下的影响比较。

表5-14不同压力与流动速率对于喷嘴表面的影响

3.固定式喷嘴

这种设计主要应用于轻微污垢的专门清洗，如矩形或者不规则形状的容器的内表面与阴影区域，这些地方通常是普通喷头难以达到的。这种方法同样适用于外表面的清洗，如IBC和移动式机器（如传输机）的清洗。下面介绍一些清洗中使用的固定式喷嘴：

*扇形喷射：对15°〜80°内的区域进行清洗。这个扇形的角度越大，清洗效果越差。扇形喷射主要应用于去除轻微污垢，以便于进行化学溶解或者漂洗，它可以获得最大的覆盖面积

*完全喷射：这种方法通过把全部的水力能量集中到一个小区域的喷射，从而达到最佳的喷射效果。主要应用于其他清洗中难以达到的部位的清洗。

*螺旋喷射：由一组下降的螺旋形组成，产生锥形的喷射形状。锥形喷雾的角度由螺旋的设计决定。这种方法适用于清洗小容器的内表面。

固定式喷嘴的主要缺点有：

清洗液的消耗量比较大；

相对较低的清洗效果。

固定式喷嘴的主要优点有：

较低的资金花费；

最小的维护需求：没有可移动的部件；

强适应性：可以被装在很小的空间中。

4.定位装置

对于每一个清洗应用来说，从喷嘴到工作表面的距离都会带来能量的损失。低压清洗系统中的定位装置有助于提高清洗效率，因此它是清洗系统中不可或缺的一部分。下面是一些可供选择的定位装置：

*最简单也最为常用的定位装置由一小段刚性管通过凸缘或者专门的方式（如RJT）固定在容器上，清洗头固定在自由端。这种装置的管子在维护或者有其他用途时可以移动，然后用一个螺丝帽封住开口。

*在自动清洗系统中，通常使用启动装置把清洗头插入容器中。

*“球形连接”定位装置是一种有趣的设计，主要应用于移动清洗系统。许多容器没有多余的管口供给清洗喷头。除了调整容器之外，唯一的方法就是人工的开一些道口。在“球形连接”中有一个活动盖板，活动盖板与道口的边缘相符，并被已有的夹子所保护；一个较小型的“RPE”设备将被用于高压清洗系统。这种方法提供了在有障碍物的情况下，怎样达到完全覆盖清洗的解决办法。

*最后介绍的使用大型双轴喷头的方法应用于大而长的直立的容器。清洗头被吊在容器内部，然后上升和下降，并停在事先设定的清洗位置上。这种方法经常应用于需要定期进行清洗的容器上，清洗头的实际位置与清洗循环时间由柔软管的机械化卷盘旋转来控制，由PLC组来操纵。

5.低压泵

目前为止，低压清洗系统中最常用的能源来源是抽水泵。抽水泵有许多种选择，以下这些可以满足大多数应用的需要：

*标准离心式：一个常规的单进程泵（如图5-35）可以产生4×10⁵Pa的压力和80L/min左右的流动速率。它的优点是资金投入较低和维护保养较容易。一般的，容易弄湿的表面会使用不锈钢来制作。

*多进程离心式：这是一种在低压清洗中最常用的水泵，它通过使用一系列的推进器或者多个进程，以获得所需要的压力与流速。一个典型的例子参见图5-36。

*双震动板抽水泵：根据空气驱动压力与空气容量，这种装置可以产生6×10⁵Pa的压力及6m³/h的流速。它是一种常用的移动型抽水泵，尤其适用于危险区域。这种泵的主要缺点是脉冲效应会降低清洗喷射的效果。

*高速离心式：这是一种专用水泵。在实际的清洗应用中，需要37kW的能量使其运转速度达17000rpm，就可以产生10⁶Pa的压力和800L/min的流速。这种抽水泵只适用于有多口输出的大型清洗装置。一个具体的例子是毛布洗涤（“毛布”是指在造纸业中，穿过造纸机多个阶段的用于运送纸浆的传送带）。毛布经常被污物充满，因此需要经常进行清洗。通常使用振荡式喷射，并把扇形喷雾直接喷在毛布的下方。这样就可以在不伤害毛布的同时清除污物了。

图5-35单进程离心式抽水泵

图5-36典型多进程离心泵剖面图

我们根据实际应用的不同情况，可以在这些备选的设备内选择最适合的一种。对于制药业与生物工业和许多饮食制造业来说，它们有更加严格的卫生学标准。所以整个清洗系统都要受到严格标准的考验，无论是清洗之前还是清洗过程中，因此我们要设计特殊的抽水泵。在危险区域的应用中，电气规格必须遵守2级区域标准。

6.蒸气/水混合设备

（1）蒸气喷雾清洁器

这种设备对于需要使用加压热水的情况非常适用（例子参见图5-31）。它是根据众所周知的文丘里管的原理。图5-37是这种装置的示意图和部件列表。

它的优点有：

*可以产生高达85°C的热水，其压力是蒸气产生压力的2~2.5倍。

*没有可移动的部件，所以维护费用非常低。

*紧凑的设计，保证防火区域可靠与安全。

*便于加入化学物质。

*根据模型的不同，可以用于清洗喷头或手喷枪。

它的缺点有：

*如果流通蒸气没有调节适当，会被传送到终端用户。（设计一个热量切断阀可以防止这种危险的产生）

*由于蒸气和清洗液被紧密的混合在一起，如果蒸气的质量很差，会有被污染的危险。对于以临床清洗标准来要求的清洗领域（如制药厂）来说是一个棘手的问题。

图5-37蒸气喷射式清洁器：“B”、“BX”和“BZ”型的部件图解

图片P315页

设计细节：包括四个主要部件：

a.导出管：把平衡的热水喷射到软管或者刚性管中。

b.混合管：在这个部件中，蒸气、水以及清洁剂（如果需要的话）被混合在一起，产生出加压的热水喷射。平衡的时候，管上的溢出孔和槽释放出过量的蒸气和水，把它们送到溢出室中。

C.蒸气喷嘴：调节和加快蒸气室中流出的蒸气的流速，并把它们传递到混合管中。

d.清洁剂管：吸入一定量的清洁剂进入到混合管，使其与加压的热水和蒸气混合。在操作中，蒸气进入蒸气室是从蒸气喷嘴直接进入混合管。与冷水的接触中，蒸气压缩产生了真空环境使热水蒸气流入导出管。流体能量转化到文丘里管中，在锥形管中随着压力的下降，流动速率上升。液体流经扩展的部分，当它到达软管的时候，流速下降压力上升。在手喷枪的软管及清洗头的喷射孔的末端有孔的约束，使得这种压力得以维持。必须要经过精确的计算，以保证这些约束孔的大小合适：如果约束孔过小，在蒸气喷射混合器中将产生一个反压力，热水将会流入到溢出管中；如果约束孔过大，水的压力将会降低。

更大的模型设计要使用单轴或双轴的清洗头。管子的尺寸对于保证有效的运转是十分重要的（参见表5-15）。青铜、不锈钢是标准的制造材料，也是卫生清洗应用的可选方案。

表5-15蒸气喷射式清洁器推荐安装的管型号

表格P316页

这里有四种蒸气清洗清洁器：

1）B模型：这是在4×10⁵~1.2×10⁶Pa压力下的标准模型，流动速率在20〜130L/min之间。适用于手喷枪和小型旋转清洗喷头。

2）BX模型：这是在4×10⁵〜1.2×10⁶Pa压力下的中等范围模型，流动速率在150〜400L/min之间。适用于大型双轴清洗喷头。

3）BZ模型：这是在4×10⁵〜1.2×10⁶Pa压力下的蒸气清洗清洁器中最强大的，流动速率在400〜900L/min之间。适用于最大型容器的清洗喷头和多头的情形。

4）"SuperBooster"模型：这种模型应用于蒸气压力低于2×10⁵Pa的情况，流动速率在30-70L/min之间。这种模型只适用于最小的清洗喷头和手喷枪，尤其适用于需要90°C加压热水的情况。

选择标准：在蒸气清洗清洁器的设计中，大约每输出3.64L就需要454g体积的蒸气。虽然可以用大型的混合器供应几个清洗喷头，但是最好还是给每一个喷头都设置一个小的混合器，否则大量的热水将被浪费。

各种模型的温度、压力及流动速率的详细情况参见表5-16。

如图5-38所示，“SuperBooster”是安装在手推式固定装置上的一部分。这种类型的设备经常被用于需要加压热水和清洁剂的原油精炼、石油化工厂及大型化学生产的清洗方面，同时也是可以在危险区域使用的一种安全设备。

表5-16“B”、“BX”和“SuperBooster”型蒸气喷射式清洁器的性能参数

注释：

1）选择蒸气喷射式清洁器的原则是在适当水压下使输出水流与喷射头要求的总流量相同"考虑到管线损失，最大承受输出压力一般要超过喷射头的要求。

上表列出的性能参数的假设前提是流动条件下从进口到组件的水、汽压力都是可利用的.为保证蒸气喷射式清洁黠的使用，供给线必须准确地按照一定尺寸制作.

2）入水流量大约是总输出流量的90%，如果要求冷洗设备，那么至少还应该有5×10⁵Pa直接输入清洗头的水。

3）为达到满意的溝洗效果，入水水温不得超过25℃。上表列出的输出水温是在入水水温为15℃时得到的值。

图5-38清洗推车——包括蒸气喷射清洁器，软管绞盘和化学容器架

在美国，蒸气喷射式清洁器又被称为水力喷射清洁器，且由SellersCleaningSystems公司（CranePumps&Systems集团的一部分）销售。Sellers还提供一个附加装置用来克服该产品的缺陷。这个附加装置就是所谓的：“JETMISER”——设计的这个装置可以在操作人员暂停工作即松开手喷枪扳机时切断热水。通常当用户停止使用后，蒸气喷射式清洁器会自动地排干水。操作人员可以通过启动扳机来恢复工作，从而避免了手动地调节水/蒸气阀。据称，6个月内这个装置的成本就可以用使用该装置节约的水和蒸气的费用补偿。

另一种安全装置是由一家英国公司（CDNSystems）开发的。它对水供应失败的情况提供了一个解决方法。这个装置包含一个安装在手喷枪喷口处的温度探测器，它通过发送信号给蒸气管道上的活动阀来防止水汽的喷射以及避免可能受到的伤害。

蒸气喷射式清洁器使用说明：

启动蒸气喷射式清洁器：

①打开水阀

②将蒸气阀打开至最大或者打开直至满溢处

③调节水阀直到满溢处

④几秒钟后将水阀稍往回调节至接近满溢处

清洁剂或溶剂：

①添加清洁剂：打开清洁剂阀，调节水阀，防止任何满溢的情况。

②关闭清洁剂：关闭清洁剂阀，打开水阀至满溢限内最大流量处，进行清洗。

③关闭蒸气喷射式清洁器：关闭蒸气阀，关闭水阀。

④蒸气喷射式清洁器可抽吸冷的液体清洁剂或溶剂，以促进清洗工作的进行。该仪器可将这些清洁剂按照预计输出水流体积0〜10%的比例与水混合，可以通过调节清洁剂阀来严格控制百分比。

⑤不要试图在清洁剂阀打开的状态下启动蒸气喷射式清洁器。必须按照正常的启动步骤启动，然后打开清洁剂阀。由于清洁剂的溶解会消耗一部分供应的冷水，因此可能需要重新调节水阀。

⑥任何好的清洁剂，如果它含有的成分可以防止水中固体杂质沉积，从而避免管道和喷口堵塞，就可以使用。如果清洁剂在混合的过程中使溶液温度升高，使用前必须先让溶液冷却。过高的溶液温度可能会造成“汽封”现象。

⑦腐蚀性苏打、苏打粉和酸都不推荐作为清洁剂使用，因为它们会腐蚀青铜管道。

（2）可选择的水汽混合装置

如果仅仅要求一个用于简单的清洗任务（如手喷枪清洗）的混合器，我们还有其他更小型号的混合装置可用。这些装置包括：

'Dynafluid'汽/水混合器一与手握喷枪等连接，为一般目的的清洗任务提供热水。它没有流量计，因此出水口压力不会增加。冷水在混合室内由蒸气加热，喷射口压力由入口水流压力决定。温度和流速可以精确地进行控制。

操作方法：

当出口控制装置处于打开状态时，冷水流入混合器阀。通过活塞的压力差使活塞上升，从而压缩固定装载的弹簧，并且使蒸气阀升高（即打开蒸气阀），蒸气和冷水在扩散室内混合并向输出口提供热水。当出口控制装置处于关闭状态时，固定的压力使得蒸气阀关闭。在这种情况下，混合室内没有蒸气。大输出量的情况发生在低温时，小输出量的情况发生在高温时，因为蒸气的消耗量是不变的而入水流量是可变的。

7.其他的水加热方法

对于大多数CIP、SIP和COP型清洗系统来说，热水都是一个必备要求。除了水汽混合装置外，还有一些其他的加热水流的方法

*储水罐一现有的经过特别处理的水，如冷却水。可以选择蒸气旋管、电元件或直接蒸气喷射的方法来加热储罐中的水。这些都是最基础的方法，但是存在热量损失大、温度难以控制以及加热耗能成本高的缺点。

*管道加热器一可以利用蒸气，这是一种低成本且很灵活的加热液体的方法。它直接将蒸气喷进管道中。这些管道利用一个类似于蒸气喷射混合器上的流量计的装置来携带液体。应用这种方法，可以方便地进行温度控制，可快速地进行升温、降温操作。与其他直接加热系统一样，这种方法的最大缺点是水流通过不洁蒸气时受到污染的问题。

*金属板热量交换一提供了一种简单有效的液体升温方法。该装置由大量金属板构成，从热源将热量传递给液体。

*外壳与管道热量交换一是一种十分有效率的，相对成本低且排干效果好的方法。但是在管道连接处有轻微渗漏的危险。热能控制和控制阀可以与自动控制系统结合起来。

根据制药工业cGMP（当前的良好生产实践）的要求以及其他涉及到的设备卫生要求，金属板热量交换的最主要缺点就是排干效果不佳。

8.系统其他部分设计介绍

管道及配件

依据实际情况，要求的标准可以在严格的卫生设计标准到基本的商业设计标准的范围内变化。制药、生物化学、精细化学、食品、饮料和化妆品行业的大多数系统都要求卫生标准。近年来，公众的注意力开始集中在一些由饮食行业中设计拙劣的生产和销售设备引起的严重健康事件上。1990年，英国国会一份关于食品微生物安全的报告强调了按较低卫生标准设计食品处理和生产设备的危害性。近来更多的事件不断地提醒人们发生食物中毒的潜在危险。可以从Campden与Chorlerwood食品研究协会得到更多有关现今欧洲的法律、标准及顾问团推荐信息。

安装在低压CIP、COP和SIP型清洗系统上的管配件和连接组件有几种主要的类型，它们包括：

*夹状的

这个类型的配件，每一个配件都有明显的末端。在相匹配的凸缘之间有一个凸缘密封，并且连接处有一个可以快速松开的夹子和蝶形螺母。一般是依照1991年BS4825-3标准设计和构造的。它通过采取无缝密封措施，使得细菌不能生存，排干效果好而且清洗方便。

*螺丝状的

配件的构造和设计都与夹状的相似，只除了螺丝状的接口处是用一个松散的螺帽而不是一个夹子来保护，通常按照标准要安装一个膳封条。此外还有大量的有专门用途的

配件设计，包括：

a.RJT.（环形接口型）

按BS1864和BS4825-5设计制造。对于要求定期拆洗的设备这是一个很有用的设计。

b.IDF.（国际乳业配件）

按BS4825-4设计制造，指定用于乳业设备及与其类似的设备。这些设备都必须按照卫生标准设计，孔径光滑且是无缝结构。也要按照标准提供膳封条。

c.SMS.（瑞典制造标准）

有一个光滑的无缝孔及螺丝状的接口

d.DIN.（德国工业标准配件）

按照德国工业标准制造。这是欧洲大陆生产厂家常用的一个标准。

表面抛光的标准要按照应用情况来制定。在许多食品和制药行业应用情况下，要求320-400粒度镜面精加工，在特殊情况下可能要求480粒度的镜面精加工。使用可精确确定的机械磨光时，有可能达到180粒度的最小值。电力磨光现在正成为一种越来越普遍的促进表面磨光的方法，尤其在船只这类表面积很大的物体的磨光方面应用很多。

当不要求严格的卫生标准时，英国标准管配件可以和安装凸缘的喷口连接使用。对于绝大部分设备，薄壁管1.63mm对应直径为25.4-76.2mm，2.03mm对应直径为76.2〜101.6mm就完全足够了。越厚的管子可以忍耐的压力也越大，正常情况下LP系统最大压力是1MPa。

胶皮管的规格与选择在第六节论述。低压冷/热水清洗应釆用典型的SAE100R6和R3标准。

9.CIP、C0P和SIP设备应用的元件

*阀一卫生设计的蝶型阀因为阀结构上没有缝隙而被广泛的使用，由于相同的原因类似的无粗糙面塞嘴也受到设计师的欢迎。塞子常用2mm厚的橡胶或类似的塑料封装。塞嘴可能有2或3种设计方式。在要求不严格的应用场合，不锈钢球阀就够用了。所有的阀都可以手动地、电动地操作或利用空气动力进行操作，操作方式取决于混合程度。

*压力释放阀一四氟乙烯制成的座和衬套、涂层手柄和316不锈钢主体的卫生设计及含有手动超驰控制附加弹簧的设计都是现货供应的标准样式。

通常所有的阀和其他构成部分都能够拆卸进行人工或者COP清洗，清洗方式取决于具体情况。

CIP，COP和SIP的应用

尽管以各种形式进行原地清洗在某些行业已经进行了很多年，但在最近10〜15年才认识到清洗是工作流程中一个实用的且在很多情况下必需的组成部分。现在，客户强调新设备的设计要适当包含CIP，COP和SIP的特性已经成了一个惯例。这些例子包括：

1.制药、生物和精细化学行业（化妆品也归在这一类）

由于很多原因，特别是权威性法规的要求，CIP、COP和SIP技术已经成为新一代通用清洗技术。绝大部分CIP、COP和SIP应用中都涉及到各种类型容器内部的清洗。在内部清洗时常使用固定的、自由旋转的或可控旋转的清洗喷头来达到清洗过程中不必打开容器的目的。在生物行业，常需要为每个特殊容器个别设计喷头。这是因为这些容器的体积通常都很小（如100〜1000L），入口大小有限，或者可能需要在专门区域进行集中喷射来达到高要求的清洗标准。合适的喷头也可以用于为SIP清洗提供蒸气和热水。应用情况的特性决定使用的冷/热水是否需要加入化学添加剂。在某些情况下，溶剂清洗可能是去除有害污垢的唯一有效方法。清洗标准的要求是制药设备清洗的一个主要特点，清洗使用的标准由产品类型、产品在整个生产流程中所处的位置和产品各组分含量决定。在这个方面，生产厂家必须证明清洗操作是可重复达到预定标准的。达标的一个重要的因素是清洗范围（即清洗喷头喷射范围）覆盖容器各个部分的能力。尤其在很多老旧的容器中有一些内部配件、障碍物，这些配件造成了清洗中的“阴影区域”，搅拌器的轴和叶片也有这个问题。此时清洗喷头的安装位置和数量就很重要，一般旋转喷头因为覆盖面积大使得其效果优于固定喷头，而高压则可在障碍物周围形成一个反射流来加强清洗效果。不同清洗设备中使用的各种阀见表5-17。

表5-17不同类型清洗喷头使用效果比较

检查喷头覆盖范围的一个方法是用核黄素或类似的指示涂料覆盖容器表面，然后执行CIP清洗步骤，清洗完成后用一个紫外灯进行目视检查。另一个方法是用CAD（计算机辅助设计）技术模拟清洗过程。

管道常用清洗方法是用合适的洗液以最小流速（1.5m/s）进行冲洗。1.5m/s是根据经验得到的，能产生最佳湍流量但不产生过多的压力差。另外，有几家公司使用“生铁”技术也取得了一些成功。

对于COP系统，用于小器材的不锈钢手动装卸清洗柜是很普遍的。考虑到许多制药过程中涉及的有毒性的原料，在该行业绝大部分COP应用场合，控制和操作安全都是最重要的。由规章制度控制管理的工厂不得不将其清洗操作程序形式化，并且严格遵守已制定的清洗程序进行操作。清洗程序的制定通常要涉及到公认的标准操作程序（SOPs）。（图5-39给出了具体图例，而且严格按照设计手册设计）

对操作人员进行清洗程序操作和管理方面的培训是完成稳定有效的清洗过程的重要先决条件。

图5-39IBC的手动操作型低压清洗系统器件基本构造图解

2.食品与饮料行业

很多行业的清洗标准等要求与制药行业指定的要求相似。通常按照医用标准设计而且用于食品行业的化学清洁剂是特制的。杀菌技术（SIP）的应用非常广泛。清洗头常采用固定的或可旋转的喷射球设计。只有在酿造行业，由于污垢的情况、容器体积和容器复杂性要求强冲击性能的喷射，因此通常安装双轴喷头。在这个行业的国际市场里，德国TUchenhagen公司的清洗技术发展水平处于领先地位。

3.重化学工业

这一行业使用的设备包括装有高流速单轴旋转喷头的喷射干燥机、PVC及其他大型反应容器，如有效半径为8〜10m的3”旋转球。理想的清洗计划是：第一，养成进行常规清洗的习惯，以防止污垢在表面堆积并硬化。当喷射干燥机颜色变化时要进行特殊清洗；第二，定期的用功率更强的双轴喷头进行专门清洗以除去顽固污垢。通常的工作方法是将清洗头悬挂在胶皮管上，然后下降到容器中进行清洗。大型储油罐在检査维修工作设备之前，也可以用这种方法进行清洗。

4.运输行业

这可能是低压清洗技术应用效果最好的例子之一。油罐汽车、铁路油罐车和罐状集装箱通常都要运输各种不同的产品。显而易见，在改变运输对象时必须先进行清洗。用低压的冷或热水清洗（不考虑是否加化学添加剂见表5-18），大约可以除去85%的污垢，剩余部分可能要用中压甚至高压清洗才能除去。对于某些油罐汽车来说（如专门为奶制品设计的），可能会在罐内部安装永久性球形喷射头。

一般来说，绝大多数油罐和罐状集装箱都在遍布各地的有战略意义的地点的清洗站进行清洗。

表5T8各种油罐汽车和縮状集装箱一典型清洗程序

表格P323页

5.圆筒和IBC清洗

圆筒和IBC清洗系统包括从单一配备的手动操作台（如图5-39所示）直到配有冷/热化学溶液和分阶段清洗功能的半自动或全自动系统的各种清洗设备。

标准操作程序一工厂参考：

容器产品下一个产品日期：

步骤

1.在开始清洗容器之前，检査排水阀，管道中断开的线路以及已知的阴影区域。

2.移动过滤器元件

3.手动地用软管浇淋比较难洗的部分

4.检査已知的难清洗部位

5.用冲洗液装满冲洗槽

6.设置循环清洗程序或者设置定时器

7.开始第一次清洗

8.目测检査

9.如果有明显残余，重复循环清洗

10.执行确认程序（质量控制部门）

11.如果没达到确认标准，重复循环清洗（包括冲洗）

12.进一步确认程序（如果需要的话）

13.完成一个包含签名的容器清洗详细报告。完成后立刻向轮班管理办公室回复报告。

操作人员检查员质量监控代表

姓名姓名姓名

签名签名签名

日期日期日期

图5-40标准操作程序——典型容器清洗与确认范例

（“环境技术的最佳操作程序”许可）

由于产品规格不同，这些程序都仅仅起指导作用。如果有疑问，可以向产品生产厂家和销售商咨询。氯化物会严重损害不锈钢，因此不推荐使用含氯溶剂清洗不锈钢产品。如果必须使用这些含氯溶剂，则溶液最高温度不得超过30°C。最后需除去残渣，清洗并干燥。

（1）初级IBC清洗系统

如果需要进行IBC的器件的数目少，低于每小时5个，而且没有特殊的要求，那么初级清洗系统就够用了。初级清洗系统由以下部分组成：

*一个供应热水或含有化学添加剂的热水的蒸气喷射式清洁器（提供大于4×10⁵Pa的有效蒸气压力和至少为450kg/h的蒸气）。这个设备应参照推荐的管道设计图示安装。如果有冷水使用要求，则还要另外安装一个泵。

*一个低压清洗喷头一旋转球喷头或者小的双轴喷头。

*一个盖子，定位装置和简单的吊运架。

*连接蒸气喷射清洁器和清洗喷头的高压软管。

（2）IBC清洗系统在制药生产中的应用

在制药厂运行的IBC系统的清洗要求与按照确认的清洗标准进行实际容器清洗时的清洗要求一样严格。下面的例子是一个被推荐的用于制药行业的IBC清洗设备的说明书，它是作为买家咨询材料的一部分发行的。对于此处涉及到的公司，我们用的是假名。

（3）范例

一家大型制药公司对定购的IBC清洗系统提出的要求。

α-β制药有限公司为他们位于爱尔兰共和国的第二制药厂定购一套IBC清洗与干燥系统。

工作范围：设计、生产、提供检查和测试，完成IBC清洗与干燥系统的支持文件。设计和生产应该符合“设计与良好操作习惯”（cGMP）的要求。所有内表面都要光滑，没有锈斑或裂缝。

相关设备用中等体积集装箱运输、储存，工艺需要用到的液体和干粉成分也作为最终产品的一部分。IBC仪器的内外表面都要求用清洗和干燥系统进行清洗并干燥，以满足公司指定的确认标准。

常规：设备包含一个与要清洗的IBC器件的尺寸合适的清洗柜，每8h完成一批（每批最多20个）IBC器件的清洗与干燥。这些器件用拖车上带有的叉状起重机装载和卸载。所有的清洗和干燥工作通过一个PLC面板控制（附上说明书）。

清洗柜：材料的要求和设计准则如下：

所有金属受潮面应该使用AISI（美国钢铁协会）标准中316L等级的不锈钢或者ISO标准中相当等级的不锈钢。

所有用于清洗区域的金属非受潮面应使用AISI（美国钢铁协会）标准中304等级的不锈钢或者ISO标准中相当等级的不锈钢。

所使用材料的认证书应与其组成成分标签一起提供。

所有用于清洗的表面材料（包括密封材料）都应该不能被商用级别的清洁剂所腐蚀。不应该使用任何会导致薄片、颗粒或有毒物质脱落的表面处理或保护涂料。

对于人造橡胶，只有经“食品质量”认可的种类才可以使用（参见美国FDA的联邦物质名称登记目录-21）。

表面磨光：不锈钢表面磨光度应该用1µm的Ra按照1985年的ISO4288标准来度量。

瑕疵磨光：去除管道上所有锈斑并将裂缝和焊缝磨平。

清洗柜的门应该能且由操作人员通过中心控制面板进行自动操作，且柜门上应安装合适的观察孔。

清洗柜的设计应该留有足够的执行维护任务的空间。

卖家可能建议购买满足美国FDA的cGMP指导方针的固定或旋转喷射设备。

清洗条件：由卖家提供洗液的压力，流速和估计的清洗循环次数。

清洗循环由以下阶段组成：

1）初始的热水清洗可加入清洁剂（由美国FDA认可的）。

2）最终的热水冲洗。

3）用干净的热空气进行干燥。

注意：系统的操作建立在完全耗损的观念上，即清洗循环完成后所有的洗液都应被倾倒掉。

有需要时，控制系统必须允许包含要求的其他程序。

系统的设计应该保证在停止使用时，系统能自动排干。

为装料口盖子提供一个独立的清洗工具。

确认清洗任务完成要达到的要求：

经过清洗和干燥循环后IBC是完全干燥的；

要确保内外表面包括框架和排出阀底部都100%被清洗过；

清洗和干燥循环完成后，IBC所有内表面上可以用公认的检测技术检测，污垢含量不能超过0.5µg/cm²。

操作控制面板包括：

总开关

清洗/干燥的循环控制装置

程序选择装置

紧急停止按钮

排干阀开关指示装置

监控系统

—清洗用水的温度，压力和流速

—干燥气体的温度和湿度

—清洁剂溶液浓度

—清洗/干燥的循环次数

如果有任何超过设定界限的情况发生，控制系统会发出警告声。

试机：在客户接收前，卖主提前要做的工作有提供完整的设备说明书和所有相关文件。在客户处进行所有的功能测试及与合同保证相一致的实际清洗测试。

箱槽清洗中涉及的主要成本要素

1.洗液

水（淡水、处理过的水、去除矿物质的水、无杂质水及喷射水一WFI）

清洁剂和防止起泡的化合物（添加的浓度可变）

有机溶剂如丙酮、甲醇、异丙醇、甲苯（纯净的或者回收的）

碱性溶液如腐蚀性苏打

氧化性溶液如次氯酸钠和过氧化氢

酸性溶液如硫酸、醋酸

中和剂如氨水

灭菌剂（尤其是用于生物和制药方面的）

设备停工期及生产耗损（尤其是满负荷运转情况下）

人工成本，包括搭脚手架、冲水和化学清洗公司等外部承包人的费用

洗涤液的费用一水、化学试剂、溶剂

容器和管道中残留物造成的生产损耗（一般占容器体积的0.5%〜2%）

能量与热量成本

排放处理和废弃物处置成本（见表5-19）

表5-19洗涤废水处理成本比较

（“环境技术最佳操作程序”许可）

图片P326-327页

数据只是近似的且是1997年的标准价格.但这些数据为做出最佳选择提供了一个指导•在大多数发达国家榔使用统一的定购价格.

2.不同箱槽清洗方法的成本比较

图5-39比较了它们的理论成本。对于一个直径2m的容器的清洗，要求首先进行冲洗，然后用化学药品清洗，最后每天用化学药品的水溶液冲洗一次。只有在用化学药品清洗时要求将清洗用水加热到65℃。

大约每年要进行240次清洗。清洗使用浓度为2%的化学试剂，浓缩溶液的价格是0.75£/L。

在最终的费用效益计算时，适当的操作成本被视为每一种清洗方法引进成本的重要部分计算。