尚 毅 曹燕秋 周立法
(森松集團(tuán)(中國),上海201323)
在生物制藥工程領(lǐng)域使用的衛(wèi)生級設(shè)備及潔凈流體系統(tǒng)均用不銹鋼材料制作。在材料的選用上,目前醫(yī)藥界多采用不銹鋼材料,對與藥物直接接觸的多采用超低碳奧氏體316L不銹鋼,不與藥物接觸的選用304材質(zhì)[1]。GMP也要求:“生產(chǎn)設(shè)備不得對藥品質(zhì)量產(chǎn)生任何不利影響,與藥品直接接觸的設(shè)備表面應(yīng)當(dāng)平整、光潔,易清洗或消毒,耐腐蝕,不得與藥品發(fā)生化學(xué)反應(yīng),不吸附或向藥品中釋放物質(zhì)[2]?!奔粗扑幵O(shè)備在選材制造時做到“一耐三不”的要求[3]。這樣才可以在設(shè)備使用的生命周期全過程均處于有效控制中,進(jìn)而保障了藥品的內(nèi)在質(zhì)量。然而,即使我們選擇了不銹鋼材料來制造設(shè)備,若加工制造時不注意規(guī)范制作,也會使設(shè)備在使用時產(chǎn)生腐蝕、脫屑等現(xiàn)象,給藥物的生產(chǎn)帶來不利的影響。本文結(jié)合ASME BPE MJ章“材料連接”的描述,節(jié)譯選編了在金屬材料連接時應(yīng)該遵循的幾條準(zhǔn)則,供制藥設(shè)備制作和工程施工的業(yè)內(nèi)同仁參考使用。
本章節(jié)規(guī)定了金屬材料(尤其是不銹鋼材料)連接的要求,包括連接方法、焊接工藝和技能評定、檢測、檢驗(yàn)、試驗(yàn)以及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。
奧氏體不銹鋼可以用作焊接元件。所有用以自熔焊(無填充金屬或可熔化嵌條)的奧氏體不銹鋼制管材、管件和焊接端部,其化學(xué)成分應(yīng)符合ASME BPE MM-5.1.1表中的要求[4]。
(1)工藝元件或管材滿足最大含硫0.030%的限制。
(2)工藝元件或管材上的所有焊縫都經(jīng)過內(nèi)部檢驗(yàn)并滿足本文8.4節(jié)的要求。
(3)超級奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼:
超級奧氏體不銹鋼可以用作焊接元件,但超級奧氏體不銹鋼易于析出不期望的金屬間相,如σ相和χ相。在焊接超級奧氏體不銹鋼時,必須考慮ASME BPE MM-5.2.2規(guī)定的注意事項(xiàng)。
雙相奧氏體不銹鋼可以用作焊接元件。在焊接雙相奧氏體不銹鋼時必須考慮ASME BPE MM-5.2.4中規(guī)定的注意事項(xiàng)。
鎳合金可以用作焊接元件。其他金屬,如鈦、坦、鈀等,也可以用作焊接元件。
(1)焊接奧氏體不銹鋼可以使用或不用填充金屬。
(2)焊接超級奧氏體不銹鋼可以使用或不用填充金屬或可熔化嵌條。當(dāng)自熔焊時(不用填充金屬或可熔化嵌條),要求按制造商推薦進(jìn)行焊后固溶處理以減少偏析。
(3)焊接雙相不銹鋼可以使用或不用填充金屬或可熔化嵌條。當(dāng)自熔焊時(不用填充金屬或可熔化嵌條),要求按制造商推薦進(jìn)行焊后固溶處理。焊接雙相不銹鋼通常會導(dǎo)致微觀組織中鐵素體量增加。因此,應(yīng)選擇合適的焊接工藝,應(yīng)保持焊接金屬中奧氏體和鐵素體的平衡,以便較少的相不少于30%。
聚合物(熱塑性塑料)的連接應(yīng)當(dāng)符合ASME BPE PM篇的規(guī)定操作。
焊縫的1個面或2個面與物料接觸的所有對接接頭應(yīng)為全熔透的連續(xù)焊,這一要求既適用于單面焊也適用于雙面焊接頭。所有焊接接頭與物料接觸表面必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)貎艋虮Wo(hù),以防止變色或污染。外部附件(例如吊耳、蜂窩夾套、梯子連接板等)的焊接接頭,必須去除與物料接觸表面的任何變色。
任何連接貫穿罐或容器器壁的焊縫或管道(注:含Pipe和Tube,具體差異見GR篇術(shù)語和定義,下文仍然采用Pipe和Tube進(jìn)行區(qū)分)系統(tǒng)上的支管連接的焊縫,無論焊接接頭單面還是兩面是物料接觸面的,應(yīng)采用具有補(bǔ)強(qiáng)角焊縫的全熔透的坡口焊縫連接,采用至少有一個泄漏信號孔的雙面角焊縫。有1條或2條焊縫作為產(chǎn)品接觸面的,并且未采用全熔透連接的所有搭接、T型接頭、角接頭或端接接頭上應(yīng)設(shè)置一個信號泄漏孔。如果內(nèi)部焊縫泄漏,信號泄漏孔會為物料或試驗(yàn)介質(zhì)提供一個泄漏通道。當(dāng)所有焊縫都在產(chǎn)品接觸面時,不要求設(shè)置泄漏信號孔。泄漏信號孔應(yīng)不大于6.35 mm,且在為驗(yàn)證內(nèi)部焊縫的密封性預(yù)壓縮空氣和肥皂泡試驗(yàn)時打開。當(dāng)容器使用時,這些泄漏信號孔可以堵上,使用的堵塞材料應(yīng)不能維持兩重疊表面之間的壓力。
在工藝流體系統(tǒng)或有CIP和SIP要求的地方,不允許采用承插焊。
在本文中出現(xiàn)的Pipe和Tube 2個詞,按ASME BPE GR篇中的敘述對其定義如下:(1)Pipe指的是標(biāo)有直徑尺寸和壁厚確定的管道;(2)Tube指的是僅僅標(biāo)注公稱外徑尺寸確定的管道。二者在ASME BPE中是不能通用的。
壓力容器和儲罐的接頭設(shè)計應(yīng)是ASME鍋爐壓力容器規(guī)范(第Ⅷ卷)所容許的,并且符合本文3.1要求。
Piping的接頭設(shè)計應(yīng)是ASME B31.3所容許的,并且符合本文3.1要求。
3.4.1 衛(wèi)生級管和管件接頭必須是平坡口對接接頭
衛(wèi)生級管和管件應(yīng)采用機(jī)加工準(zhǔn)備端面,或滿足規(guī)范中要求的平端面進(jìn)行組對。焊接前,對接接頭應(yīng)適當(dāng)?shù)厍謇斫宇^區(qū)域1/2 in(13 mm)范圍內(nèi)的內(nèi)、外表面。管材焊接應(yīng)使用自動(或機(jī)械)焊接技術(shù)(例如軌道管焊或機(jī)械焊)來完成,除非在尺寸或空間不允許的情況下。在那種情況下,可以使用手工焊,但必須經(jīng)業(yè)主/用戶和承包商的同意。
3.4.2 Tube附件的焊縫
本標(biāo)準(zhǔn)所述的Tube附件焊縫包括:
(1)制作支管接頭,在本標(biāo)準(zhǔn)DT篇描述的用于制造管件的接頭除外。
(2)連接Tube與其他產(chǎn)品形式。
(3)接管連接到轉(zhuǎn)換板(切換板)。
(4)連接管子Tube到潔凈系統(tǒng)的任一部分。
本節(jié)監(jiān)管的Tube附件焊縫包括:
(1)本文8.4監(jiān)管的焊縫。
(2)被ASME鍋爐壓力容器規(guī)范(第Ⅷ卷第1冊)監(jiān)管的管子管板焊縫,除了ASME BPE SF篇和本文8.1的目視檢查的要求外,這些焊縫可以采用手工的、機(jī)械的或自動焊工藝,接頭設(shè)計應(yīng)符合本文3.1要求。全熔透的焊接接頭應(yīng)采用與潔凈工況相適應(yīng)的方法準(zhǔn)備。不管采用角焊縫、坡口焊縫,還是2種的組合,焊接前,應(yīng)徹底清理焊接接頭1/2 in(13 mm)范圍內(nèi)的內(nèi)、外表面。
對于壓力容器、罐、管道系統(tǒng)(含Piping和Tubing),工藝介質(zhì)接觸焊縫表面的區(qū)域進(jìn)行焊后拋光,使用的焊接方法應(yīng)限于在AWS A3.0中定義的電弧焊或高能束焊(電子束和激光束)方法。所有焊接工藝必須按本標(biāo)準(zhǔn)評定,若選用的焊接方法可以提供期望的結(jié)果,則業(yè)主/用戶和承包商應(yīng)同意所選用的方法。
對于壓力容器、罐、Piping和Tubing系統(tǒng),工藝介質(zhì)接觸焊縫表面的區(qū)域在焊態(tài)下使用,焊接方法應(yīng)限于在AWS A3.0中定義的惰性氣體電弧焊方法(例如鎢極氣體電弧焊和等離子弧焊)或高能束焊方法(例如電子束或激光束焊接),所有焊接工藝必須按本標(biāo)準(zhǔn)評定,應(yīng)盡最大努力使用自動或機(jī)械焊方法。假如自熔焊縫、有填充金屬或可熔化嵌條的焊縫可以滿足所有適用規(guī)范的要求,對于本標(biāo)準(zhǔn)來說,這些方法都是可以接受的。若選用的焊接方法可以提供期望的結(jié)果,則業(yè)主/用戶和承包商應(yīng)同意所選用的方法。
用在壓力容器和罐上的焊接工藝應(yīng)按照ASME鍋爐壓力容器規(guī)范(第Ⅸ卷)評定,按特定設(shè)計規(guī)范中有修正的除外。
用于Piping系統(tǒng)的焊接工藝應(yīng)按照ASME鍋爐壓力容器規(guī)范(第Ⅸ卷)評定,在ASMEB31.3中有修正的除外。
用于潔凈管道系統(tǒng)的焊接工藝應(yīng)按照ASME鍋爐壓力容器規(guī)范(第Ⅸ卷)評定,在ASME B31.3中有修正的除外,且應(yīng)滿足以下附加要求:
(1)改變背部(凈化)氣體的種類或名義成分,應(yīng)重新評定。
(2)如果使用填充金屬,從填充金屬的一個AWS級別改變?yōu)榱硪粋€級別,或改變?yōu)橐环N專用的填充金屬,應(yīng)重新評定。
除ASME鍋爐壓力容器規(guī)范(第Ⅸ卷)的焊接工藝試驗(yàn)要求外,雙相不銹鋼工藝評定試件的焊縫金屬和熱影響區(qū)應(yīng)能滿足ASTM A923 A法和/或C法的要求。
壓力容器和罐的焊工、焊接操作工技能評定應(yīng)按ASME鍋爐壓力容器規(guī)范(第Ⅸ卷)進(jìn)行,在容器和儲罐設(shè)計特定的規(guī)范中有修正的除外。
Piping系統(tǒng)的焊工和焊接操作工技能評定應(yīng)按ASME鍋爐壓力容器規(guī)范(第Ⅸ卷)評定,在ASME B31.3中有修正的除外。當(dāng)Piping用于潔凈系統(tǒng)時,本文6.4中的附加條款應(yīng)用于補(bǔ)充第Ⅸ卷的要求。評定范圍應(yīng)滿足表1和表2的要求。
表1 軌道鎢極氣體保護(hù)焊技能評定Tube/Pipe直徑限制
表2 軌道鎢極氣體保護(hù)焊技能評定焊縫厚度限制
潔凈管道系統(tǒng)的焊工和焊接操作工技能評定應(yīng)按ASME鍋爐壓力容器規(guī)范(第Ⅸ卷)進(jìn)行,在ASME B31.3中有修改的除外。
對于焊接操作工技能評定,下列重要因素應(yīng)用于補(bǔ)充第Ⅸ卷的要求:
(1)焊接的接頭采用平坡口以外的形式。
(2)增加或取消固體襯墊。
(3)與評定要求相比,改變裝配間隙。
(4)改變Tube/Pipe外徑,如表1所示。
(5)增加或取消填充金屬。
(6)增加或取消可熔化嵌條。
(7)改變?nèi)鄯蠛缚p金屬厚度,如表2所示。
(8)增加或取消背部氣體。
(9)改變電流類型或極性。
(10)改變焊接機(jī)頭類型,把開放式機(jī)頭換成封閉式機(jī)頭,反之亦然。
(11)當(dāng)采用填充金屬時,單道焊改為多道焊,反之亦然。
除非適用規(guī)范有其他規(guī)定,業(yè)主/用戶、檢驗(yàn)承包商和/或工程師應(yīng)確定檢查、檢驗(yàn)和試驗(yàn)的類型。
7.1.1 壓力容器和罐
壓力容器和罐的檢驗(yàn)程序應(yīng)按照ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范(第Ⅷ卷第1冊)進(jìn)行。
7.1.2 Piping、Tubing、Tube附件
Piping、Tubing及Tube附件系統(tǒng)的檢查程序應(yīng)按照ASME B31.3進(jìn)行。
7.2.1 壓力容器和罐
檢查按ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范(第Ⅷ卷第1冊)設(shè)計的壓力容器和罐的人員應(yīng)滿足該規(guī)范相應(yīng)章節(jié)的要求。
所有檢驗(yàn)員應(yīng)按照ASME BPE GR 4.2進(jìn)行評定。
所有的檢驗(yàn)員代表應(yīng)滿足ASME BPE GR 4的要求。
7.2.2 Piping、Tubing、Tube附件
所有檢查員、檢驗(yàn)員和檢驗(yàn)員代表應(yīng)按ASME BPE GR 4進(jìn)行評定。
7.2.3 檢查人員的眼睛檢查要求
焊縫的目視檢查人員應(yīng)每3年檢查1次眼睛,檢查應(yīng)按照ASNT SNT-TC-1A的視力檢查要求(作為最低要求)進(jìn)行,包括近視力和色差區(qū)分檢查。眼睛檢查應(yīng)由眼科醫(yī)師、驗(yàn)光師、注冊護(hù)士、實(shí)習(xí)護(hù)士、醫(yī)生助理或其他眼科醫(yī)務(wù)人員實(shí)施,并且有州或?。ɑ蜻m用的管轄地的)醫(yī)師執(zhí)照。
7.3.1 壓力容器和罐
(1)檢查:應(yīng)按照ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范(第Ⅷ卷第1冊)的規(guī)定執(zhí)行,另外,所有焊縫接觸物料的表面應(yīng)有制造者目視檢查。
(2)檢驗(yàn):除ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范(第Ⅷ卷第1冊)要求的檢驗(yàn)外,業(yè)主/用戶或檢驗(yàn)承包商應(yīng)進(jìn)行必要的檢驗(yàn)以確保符合本規(guī)范,也符合業(yè)主/用戶規(guī)范的任何額外要求。
(3)試驗(yàn):除ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范(第Ⅷ卷第1冊)要求的試驗(yàn)外,業(yè)主/用戶或檢驗(yàn)承包商應(yīng)進(jìn)行必要的試驗(yàn)以確保符合本規(guī)范,也符合業(yè)主/用戶規(guī)范的任何額外要求。
7.3.2 Piping
(1)檢查:應(yīng)按ASME B31.3中定義的管內(nèi)具體流體的工況進(jìn)行。
(2)檢驗(yàn):業(yè)主/用戶、檢驗(yàn)承包商和/或工程師應(yīng)商定物料接觸焊縫進(jìn)行內(nèi)窺鏡抽查或直接目視檢查的最小比例,并且應(yīng)通知安裝承包商。檢驗(yàn)承包商應(yīng)提交一份檢驗(yàn)計劃以確保焊縫滿足本篇的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。這一計劃應(yīng)包括內(nèi)窺鏡或直接目視檢查物料接觸面焊縫,每一安裝的系統(tǒng)至少檢查20%的焊縫。每一個焊工和焊接操作工的代表樣品必須包括在內(nèi)。
ASME B31.3要求的檢查可以包括在最小檢驗(yàn)比例中,假如這些檢查是直接目視或內(nèi)窺鏡檢查物料接觸面的。
(3)試驗(yàn):Piping系統(tǒng)的泄漏應(yīng)按ASME B31.3中定義的管內(nèi)具體流體的工況進(jìn)行。
7.3.3 Tubing
(1)檢查:應(yīng)按ASME B31.3中定義的管內(nèi)具體流體的工況進(jìn)行,所有焊縫的外表面應(yīng)目視檢查。若是ASME B31.3規(guī)定的具體高純流體(第Ⅹ章),除業(yè)主/用戶另有規(guī)定,不要求做射線、超聲波或在線檢查。
(2)檢驗(yàn):業(yè)主/用戶、檢驗(yàn)承包商和/或工程師應(yīng)商定物料接觸焊縫進(jìn)行內(nèi)窺鏡抽查或直接目視檢查的最小比例,并且應(yīng)通知安裝承包商。檢驗(yàn)承包商應(yīng)提交一份檢驗(yàn)計劃以確保焊縫滿足本篇的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。這一計劃應(yīng)包括內(nèi)窺鏡或直接目視檢查物料接觸面焊縫,每一安裝的系統(tǒng)至少檢查20%的焊縫。每一個焊工和焊接操作工的代表樣品必須包括在內(nèi)。另應(yīng)有一個計劃來檢查每個操作工的第1次焊接產(chǎn)品的代表樣品,不可見焊縫的檢查程序也應(yīng)提交。隨機(jī)抽查待檢的焊縫應(yīng)達(dá)到業(yè)主/用戶的檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)。
ASME B31.3要求的檢查可以包括在最小檢驗(yàn)比例中,假如這些檢查是直接目視或內(nèi)窺鏡檢查物料接觸面的。
(3)試驗(yàn):Tubing系統(tǒng)的泄漏應(yīng)按ASME B31.3中定義的管內(nèi)具體流體的工況進(jìn)行。
7.3.4 Tube附件
(1)檢查:應(yīng)按ASME B31.3中定義的管內(nèi)具體流體的工況進(jìn)行,所有焊縫的外表面應(yīng)目視檢查。
(2)檢驗(yàn):所有被附件焊接影響的與物料接觸面均應(yīng)進(jìn)行目視檢驗(yàn)。
(3)試驗(yàn):應(yīng)與系統(tǒng)試驗(yàn)一起進(jìn)行。
無菌環(huán)境焊接的焊縫要求不能導(dǎo)致表面滋生微生物和污染物料,不得有會促使物料被污染的任何焊接缺陷,如裂紋、孔穴、氣孔或接頭錯邊等。所有焊接工藝應(yīng)按本文評定。焊縫合格和不合格焊縫輪廓如圖1所示。
壓力容器和罐的焊縫驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)(表3)應(yīng)按ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范(第Ⅷ卷第1冊)和表3的附加要求進(jìn)行。ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范(第Ⅷ卷第1冊)的限制也使用于表3中標(biāo)“無”的地方。
Piping焊縫驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)(表4)應(yīng)按照ASME B31.3中定義的管內(nèi)具體流體的工況和表4的附加要求進(jìn)行。
Tubing和附件焊縫的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)(含內(nèi)窺鏡驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn))如表5所示。
當(dāng)需要時,承包商應(yīng)向業(yè)主/用戶提交預(yù)制的焊縫試樣以確認(rèn)焊接質(zhì)量,業(yè)主/用戶、承包商和檢驗(yàn)承包商應(yīng)商定焊縫試樣的種類和數(shù)量。
在建造期間,應(yīng)有規(guī)律地制作焊縫試樣,以證明設(shè)備操作適當(dāng),以及保護(hù)設(shè)施可適當(dāng)預(yù)防變色超過業(yè)主/用戶和承包商商定的標(biāo)準(zhǔn)。業(yè)主/用戶和承包商應(yīng)商定制作焊縫試樣的頻次。強(qiáng)烈推薦在每一次換班開始時制作這些焊縫試樣,或者在更換保護(hù)氣瓶,以及當(dāng)自動焊或機(jī)械焊焊接設(shè)備變化時(例如當(dāng)軌道管焊機(jī)頭改變時)。
圖1 Tube焊縫合格和不合格焊縫輪廓
表3 壓力容器和罐的焊縫的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)
續(xù)表
表4 Pipe的焊縫驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)
續(xù)表
前一段落描述的焊縫試樣和焊接設(shè)備打印出的任何關(guān)聯(lián)的記錄(例如從焊接設(shè)備直接打印出的或下載的焊接參數(shù)),可以在業(yè)主、業(yè)主代表或檢驗(yàn)員書面驗(yàn)收試樣后銷毀。
8.4.1 焊縫試樣
Tube的焊縫試樣驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)如表5所示,并要求內(nèi)部焊道寬度應(yīng)為1.0~2.5倍的名義壁厚。
8.4.2 關(guān)于重焊(即二次焊接)
對于下列缺陷,只能嘗試一次重焊(重熔):(1)未焊透(不完全焊透);(2)未熔合(未焊透);(3)在物料接觸面有可見的未熔的定位焊縫。
所有重焊焊縫應(yīng)徹底熔化原焊縫或部分覆蓋原焊縫。
Tube附件焊縫的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)如表6所示。
續(xù)表
表6 Tube附件焊縫的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[見注(1)]
續(xù)表
8.5.1 焊縫試樣
對于Tube附件焊縫或密封焊縫不要求制作焊縫試樣。
8.5.2 重焊
除與物料接觸焊縫重焊受限于本文8.4.2外,允許重焊。
材料和焊縫的文件要求列在ASME BPE GR 5中。
對于有GMP驗(yàn)證要求的,下列文件必須附上:
(1)材質(zhì)文件:證書、材質(zhì)測試及確認(rèn)報告等。
(2)焊接、檢查、檢驗(yàn)確認(rèn)報告:焊接工藝、焊接工證書、焊接圖、酸洗報告書、鈍化報告書、清洗測試、壓力測試等。
(3)焊接日志。
品質(zhì)優(yōu)良的設(shè)備是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)藥品的硬件保證。不是所有的用不銹鋼材料制造出來的設(shè)備都可以保障藥品的質(zhì)量,而一個良好的規(guī)范的按標(biāo)準(zhǔn)加工制作的過程是建造好設(shè)備必須具備的程序。尤其是不銹鋼材料焊接過程是否規(guī)范,結(jié)果是否按標(biāo)準(zhǔn)檢查、檢驗(yàn)和驗(yàn)收,每一個步驟都關(guān)系到設(shè)備品質(zhì)的優(yōu)劣。本文依據(jù)ASME BPE MJ篇節(jié)選編譯的在不銹鋼設(shè)備加工制作時應(yīng)遵循的準(zhǔn)則,是一把可以衡量不銹鋼設(shè)備加工制作質(zhì)量優(yōu)劣的好尺子。只有按規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)化的操作加工制作設(shè)備才能消除在加工過程中出現(xiàn)的隱患,真正制造出符合GMP規(guī)范要求的制藥裝備。
[1]國家食品藥品監(jiān)督管理局藥品認(rèn)證管理中心.藥品GMP指南:廠房設(shè)施與設(shè)備[M].中國醫(yī)藥科技出版社,2011
[2]國家食品藥品監(jiān)督管理總局.藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范[S][3]周立法,鄭丹.設(shè)備制造企業(yè)貫徹新版GMP規(guī)范的幾點(diǎn)建議[J].機(jī)電信息,2012(23)
[4]高賢申,曹燕秋,周立法.金屬和聚合物材料表面處理的驗(yàn)收準(zhǔn)則[J].機(jī)電信息,2014(9)