طراحی بهداشتی خطوط و تجهیزات در صنایع دارویی؛ از نقاط مرده تا قابلیت شست‌وشو و تخلیه
در صنایع دارویی و زیست‌دارویی، طراحی یک سیستم فرآیندی فقط به انتقال سیال از یک نقطه به نقطه دیگر محدود نمی‌شود. یک سیستم لوله‌کشی ممکن است از نظر هیدرولیکی عملکرد مناسبی داشته باشد، اما از دیدگاه طراحی بهداشتی دارای ضعف‌های جدی باشد.طراحی باید به‌گونه‌ای انجام شود که تجهیزات و خطوط، متناسب با کاربردشان، قابل تمیزکاری، استریل‌سازی یا کاهش آلودگی میکروبی، تخلیه و بازرسی باشند و احتمال تجمع محصول، مواد شیمیایی، مایع حاصل از تقطیر بخار یا آلودگی میکروبی در آن‌ها به حداقل برسد.به همین دلیل، طراحی بهداشتی باید از ابتدا در ساختار سیستم پیش‌بینی شود؛ نه اینکه پس از ساخت و نصب، برای اصلاح آن چاره‌اندیشی شود.
Dead Leg؛ یکی از مهم‌ترین ریسک‌های طراحی
Dead Leg یا ناحیه مرده به بخشی از سیستم گفته می‌شود که جریان مؤثر فرآیند یا محلول شست‌وشو در آن محدود است؛ در نتیجه، شست‌وشو، جابه‌جایی سیال یا تخلیه کامل آن به‌خوبی انجام نمی‌شود. این نواحی می‌توانند محل تجمع سیال، محصول، مایع حاصل از تقطیر بخار یا آلودگی‌های میکروبی باشند.خطر Dead Leg فقط به ماندن سیال محدود نیست. ناحیه‌ای با جریان ضعیف ممکن است هنگام شست‌وشوی درجا یا CIP به شرایط جریان موردنیاز نرسد. همچنین ممکن است هنگام استریل‌سازی درجا یا SIP، خروج هوا و تخلیه مایع حاصل از تقطیر بخار را مختل کند. در نتیجه، آن بخش به‌طور مؤثر شسته یا استریل نمی‌شود.بنابراین، Dead Leg باید از مرحله تهیه نقشه لوله‌کشی و ابزار دقیق یا P&ID، جانمایی تجهیزات و طراحی سه‌بعدی شناسایی و کنترل شود؛ زمانی که اصلاح شکل و ابعاد اتصالات، ساده‌تر و کم‌هزینه‌تر از مرحله نصب است.
ASME BPE و مفهوم Dead Leg
استاندارد ASME BPE یکی از مراجع اصلی طراحی و ساخت تجهیزات و سیستم‌های زیست‌فرآیندی است و موضوعاتی مانند مواد، طراحی، ساخت، بازرسی و آزمون را پوشش می‌دهد.در طراحی انشعاب‌ها و اتصالات، شکل هندسی بخش خارج از مسیر اصلی و نسبت L/d از معیارهای مهم ارزیابی هستند. این نسبت، رابطه طول ناحیه انشعاب با قطر داخلی تعریف‌شده در هندسه مورد بررسی را نشان می‌دهد. محل دقیق اندازه‌گیری این ابعاد باید مطابق شکل‌ها و تعاریف استاندارد تعیین شود.بااین‌حال، رعایت یک نسبت عددی به‌تنهایی، بهداشتی بودن سیستم را تضمین نمی‌کند. جهت انشعاب، قابلیت تخلیه، نوع و الگوی جریان، طراحی شیر، قابلیت اجرای CIP و SIP، پرداخت سطح و شرایط واقعی بهره‌برداری باید هم‌زمان بررسی شوند.
قابلیت تخلیه؛ یکی از پایه‌های طراحی بهداشتی
یکی از اصول اساسی طراحی بهداشتی این است که سیستم، در بخش‌هایی که فرآیند و مشخصات فنی الزام می‌کنند، قابلیت تخلیه مؤثر داشته باشد. باقی‌ماندن آب، محلول شست‌وشو، محصول یا مایع حاصل از تقطیر بخار می‌تواند شرایط مناسبی برای تجمع آلودگی ایجاد کند.در طراحی خطوط، موارد زیر باید به‌صورت یکپارچه بررسی شوند:
- شیب لوله‌ها و نقاط مرتفع و پایین مسیر
- محل اتصالات تخلیه
- جهت نصب شیرآلات
- دهانه‌های اتصال تجهیزات
- اتصالات ابزار دقیق
- نواحی Dead Leg
- بخش‌هایی که مایع در آن‌ها محبوس می‌شود
قابلیت تخلیه باید در شکل و آرایش سیستم ایجاد شود. اضافه‌کردن یک شیر تخلیه در پایان کار، الزاماً مشکل ماندگاری مایع در بخش‌های مختلف را برطرف نمی‌کند.
چرا شیب لوله مهم است؟
در خطوطی که باید تخلیه شوند، شیب مناسب به حرکت سیال تحت اثر نیروی گرانش به سمت نقاط تخلیه کمک می‌کند. بااین‌حال، شیب داشتن به‌تنهایی کافی نیست؛ کل مسیر باید از نظر نقاط پایین ناخواسته، جهت نصب شیرها، وضعیت تکیه‌گاه‌ها، تغییر مسیرها و اتصال به تجهیزات بررسی شود.یک افت موضعی کوچک در مسیر لوله یا نصب نامناسب یک شیر می‌تواند باعث محبوس شدن مایع شود، حتی اگر بخش عمده خط شیب مناسبی داشته باشد.به همین دلیل، قابلیت تخلیه باید پیش از ساخت، در مدل سه‌بعدی و نقشه‌های ایزومتریک لوله‌کشی بررسی شود و پس از نصب نیز با وضعیت واقعی اجرا تطبیق داده شود.
طراحی شیرآلات؛ جزئیاتی با تأثیر مستقیم بر بهداشت سیستم
شیرآلات از اجزای تعیین‌کننده در طراحی بهداشتی هستند؛ زیرا شکل داخلی آن‌ها مستقیماً بر قابلیت تمیزکاری، تخلیه و استریل‌سازی اثر می‌گذارد.انتخاب شیر نباید تنها بر اساس اندازه و رده فشاری انجام شود. حجم‌های راکد داخلی، طراحی نشیمنگاه، جهت نصب، پرداخت سطح، دسترسی محلول شست‌وشو به سطوح داخلی، قابلیت استریل‌سازی، نوع سیال و شرایط بهره‌برداری نیز باید در نظر گرفته شوند.در بسیاری از کاربردهای بهداشتی، شیر دیافراگمی به دلیل ساختار مناسب و امکان تخلیه مطلوب، گزینه رایجی است. البته این ویژگی‌ها به طراحی شیر و جهت صحیح نصب آن وابسته‌اند و انتخاب نهایی باید متناسب با کاربرد واقعی و در چارچوب ارزیابی و احراز صلاحیت طراحی انجام شود.
اتصالات ابزار دقیق؛ یک انشعاب کوچک با ریسکی بزرگ
اتصالات ترانسمیتر فشار، حسگر دما، حسگر هدایت الکتریکی و سایر ابزارهای اندازه‌گیری، در صورت طراحی نامناسب، می‌توانند ناحیه Dead Leg یا محلی برای محبوس شدن مایع ایجاد کنند.محل نصب ابزار، طول اتصال، جهت نصب و نوع اتصال باید هم‌زمان با طراحی لوله‌کشی بررسی شوند. هدف این است که اتصال تا حد امکان کوتاه، قابل تخلیه، قابل تمیزکاری و در صورت نیاز قابل استریل‌سازی باشد.این موضوع در خطوط انتقال محصول، آب تصفیه‌شده دارویی، آب قابل تزریق و بخار تمیز اهمیت ویژه‌ای دارد.
پرداخت سطح؛ فراتر از ظاهر براق
در تجهیزات دارویی، پرداخت سطح ویژگی تزئینی نیست؛ بلکه بخشی از عملکرد بهداشتی سیستم است. زبری، ناهمواری، آسیب‌های سطحی و کیفیت نواحی جوش می‌توانند بر اثربخشی تمیزکاری، باقی‌ماندن محصول، قابلیت بازرسی و مقاومت سطح در برابر خوردگی اثر بگذارند.برای سطوح در تماس با محصول، معمولاً کیفیت پرداخت مشخصی در الزامات فنی پروژه تعریف می‌شود. استاندارد ASME BPE نیز الزامات و طبقه‌بندی‌هایی برای سطوح فرآیندی ارائه می‌کند.مقدار Ra، به‌عنوان شاخص میانگین زبری سطح، باید متناسب با کاربرد و مشخصات فنی تعیین شود. نمی‌توان یک مقدار واحد را برای تمام سیستم‌های دارویی الزامی دانست. همچنین این عدد به‌تنهایی بیانگر تمام ویژگی‌ها و عیوب احتمالی سطح نیست.
طراحی برای CIP و SIP
یک سیستم بهداشتی زمانی عملکرد مناسبی خواهد داشت که طراحی آن با روش پیش‌بینی‌شده برای تمیزکاری و استریل‌سازی سازگار باشد.در CIP باید اطمینان حاصل شود که محلول شست‌وشو به تمام سطوح بحرانی دسترسی دارد و عواملی مانند شدت و آشفتگی جریان، دما، ترکیب شیمیایی محلول و زمان تماس، برای هدف تعیین‌شده مناسب‌اند.در SIP نیز ورود بخار به خط به‌تنهایی کافی نیست. توزیع بخار، خروج هوا، تخلیه مایع حاصل از تقطیر بخار، شناسایی نقاط سرد و رسیدن تمام نقاط بحرانی به شرایط لازم برای استریل‌سازی باید در طراحی و احراز صلاحیت بررسی شوند.بنابراین، طراحی لوله‌کشی، CIP و SIP باید از ابتدا هماهنگ و یکپارچه پیش بروند.
طراحی بهداشتی باید از P&ID شروع شود
بررسی الزامات بهداشتی نباید به پس از تکمیل طراحی مکانیکی موکول شود. از زمان تهیه P&ID باید جهت جریان، اتصالات تجهیزات، نوع شیرها، نقاط تخلیه، اتصالات ابزار دقیق و مسیرهای CIP و SIP مشخص و بازبینی شوند.در مرحله مدل‌سازی سه‌بعدی و تهیه نقشه‌های ایزومتریک، موضوعاتی مانند شیب، Dead Leg، دسترسی، قابلیت تخلیه، سهولت تعمیر و نگهداری و تداخل اجزا بررسی می‌شوند.در مرحله ساخت و نصب نیز کیفیت جوش‌ها، وضعیت سطح و انطباق اجرا با طراحی اهمیت دارند.این رویکرد کمک می‌کند بسیاری از مشکلات پیش از ساخت شناسایی شوند؛ زمانی که اصلاح آن‌ها معمولاً هزینه و ریسک کمتری دارد.
طراحی بهداشتی در تضمین کیفیت و احراز صلاحیت
از دیدگاه تضمین کیفیت و کنترل کیفیت، رعایت الزامات طراحی بهداشتی باید قابل اثبات و قابل ردیابی باشد.بسته به محدوده پروژه، موارد زیر می‌توانند در مراحل راه‌اندازی و احراز صلاحیت بررسی و مستند شوند:
- قابلیت ردیابی مواد و قطعات
- مدارک جوشکاری
- سوابق پرداخت سطح
- سوابق پسیویشن
- نتایج بازرسی داخلی با دوربین بوروسکوپ
- ارزیابی نواحی Dead Leg
- تأیید قابلیت تخلیه
- شواهد مربوط به اثربخشی CIP و SIP
هدف، ساخت سیستمی است که بتوان نشان داد برای کاربرد تعیین‌شده، قابل تمیزکاری، تخلیه، بازرسی و در صورت نیاز استریل‌سازی است.
استانداردها و الزامات GMP
استاندارد ASME BPE باید از مرحله طراحی، متناسب با الزامات پروژه، به‌عنوان مرجع مهندسی مورد استفاده قرار گیرد. مراجعه به آن تنها در زمان بازرسی، فرصت پیشگیری از بسیاری از اشکالات طراحی و ساخت را از بین می‌برد.از سوی دیگر، الزامات cGMP آمریکا بر طراحی مناسب تجهیزات برای کاربرد موردنظر، تمیزکاری و نگهداری تأکید دارند. بخش‌های 21 CFR 211.63، 211.65 و 211.67 به موضوعاتی مانند تناسب طراحی و جانمایی تجهیزات، ویژگی‌های سطوح در تماس با محصول و الزامات تمیزکاری و نگهداری می‌پردازند.بر این اساس، تجهیزات باید برای کاربرد موردنظر مناسب باشند، سطوح در تماس با محصول نباید کیفیت آن را به‌طور نامطلوب تغییر دهند و تمیزکاری و نگهداری باید از آلودگی جلوگیری کنند.طراحی بهداشتی، حاصل هماهنگی مهندسی مکانیک، مهندسی فرآیند، الزامات GMP، تمیزکاری، استریل‌سازی، احراز صلاحیت و تضمین کیفیت است.یک سیستم دارویی مناسب باید علاوه بر عملکرد صحیح هنگام تولید، امکان تمیزکاری مؤثر، تخلیه، نگهداری، بازرسی و در صورت نیاز استریل‌سازی یا کاهش آلودگی میکروبی را فراهم کند.Dead Leg، قابلیت تخلیه، پرداخت سطح، انتخاب شیرآلات و اتصالات ابزار دقیق ممکن است در نقشه جزئیات کوچکی به نظر برسند؛ اما همین جزئیات، نقش تعیین‌کننده‌ای در بهداشت و قابلیت اطمینان سیستم در طول بهره‌برداری دارند.
منابع مرجع
- ASME BPE-2024, Bioprocessing Equipment.
- FDA, 21 CFR Part 211 – Sections 211.63, 211.65 and 211.67.
- FDA, Questions and Answers on Current Good Manufacturing Practice Requirements – Equipment.
- FDA, Validation of Cleaning Processes – Inspection Guide.
