注射水系统中红锈现象为何产生和整体解决方案

摘要：我们注射水分配管路红锈的危害入手，探讨了红锈产生的原因，并通过提高前期设计建造的工程质量、材质达标、中期合理的运行管理、定期系统酸洗钝化维护处理等方法，阐述了红锈的整体解决方案，以降低红锈的产生几率及其所带来的质量风险。

关键词：水系统；注射水机；注射水分配；红锈；危害；产生原因；解决方案

引言

注射水系统是药品制造企业管理中最重要的五大重要系统之一，我国新版GMP的颁布与实施，对制药用水系统的建造提出了新的更加严格的要求。红锈现象是水系统中普遍存在的问题，即使是使用316L奥氏体不锈钢材质来建造水系统，依然难以避免红锈现象的出现。

本文围绕红锈现象产生的机理，分析了影响红锈产生的诸多因素。虽然红锈的产生不能避免，但是可以通过提高前期设计建造的工程质量、中期合理的运行管理、定期系统酸洗钝化维护处理等相结合的方法，尽可能地降低红锈的产生几率及其所带来的质量风险，打造更安全的制药用水系统。

1 红锈的危害

水系统是药品生产制造过程中直接影响药品质量的关键因素，其中注射用水（Water for Injection，简称WFI）更被SFDA中国食品药品监督管理局定义为药品制造的直接原料[1]。

制药用水主要有纯化水（Purified Water，简称PW）和注射用水2种，为保证纯化水和注射用水的品质安全，就要求与纯水或注射用水直接或间接接触的部位，均采用无毒、无害、耐腐蚀、抗氧化的材质制造。因此，除了密封垫外，绝大数制药厂的水系统均采用抗氧化、耐腐蚀的316L优质奥氏体不锈钢材料来制造储罐、水泵、管道、阀门及其他各种部件（如压力计、温度计等）。

然而，在实际的制药水系统生产中发现，经过一段时间的运行后，316L材质的不锈钢管道、储罐、水泵、阀门等内壁均会出现一层红锈，用白毛巾擦拭即可脱落一部分，但不能完全擦除。

通常情况下，水系统管路内壁缓慢出现的红锈不会对水质造成不良影响，能够满足法规对于重金属含量极限值的规定。但是，管路内壁红锈的出现确实提高了制药用水水质受重金属污染的风险（有脱落的可能）。因此，SFDA要求制药企业必须采取积极的措施，控制和减少制药用水系统中出现这种氧化腐蚀现象的产生[2]。

2 红锈的产生

2.1 红锈的本质

红锈的产生材质是最主要的原因之一，红锈是水系统中由富铁物质组成的小粒子在管路内壁或聚四氟乙烯（PTFE）部件上聚集产生的，是不锈钢腐蚀的产物[3]。

化学成分主要包括有氧化铁、氧化二铁、氧化三铁和其他成分。颜色有从微黄、红棕到黑色的不同颜色，一般情况下，红棕和黑色是不能通过擦拭的方式去除的，必须进行化学清洗。

2.2红锈的成分

红锈的主要成分为铁的氧化物Fe2O3和Fe3O4，是不锈钢在腐蚀性环境中(详见下文)，表面产生的腐蚀的副产物。蒸馏水机及注射用水循环系统中红锈的颜色为深红色，在纯蒸汽系统中，由于温度的升高，红锈的颜色会变成灰色或黑色。在发现红锈的早期阶段，红锈是粉末状的疏松块，很容易擦拭掉。在水系统一些取样点安置0.2或0.45微米的过滤器，流几个小时就会检测到疏松的红斑。再经过一段时间的运转，红锈成为表面的附着物，或者变成光滑的硬结，擦拭已经不能将其除去。这时不锈钢表面被覆盖，红锈变得相对稳定，不再分散到系统中及产生更多的红锈，这可以通过过滤试验来证明。

2.3 红锈的来源

虽然说红锈是不锈钢腐蚀的产物，但其主要来源也是不同的。

2.3.1 局部腐蚀

局部腐蚀的一种情况是不锈钢母材本身存在局部的微小缺陷，在水系统运行时即会出现局部腐蚀现象。

另一种情况是在水系统运行中，水流长期冲刷系统内壁的一点所造成的水蚀现象。特别是注射用水系统中固定式喷淋球对储罐内壁的长期冲击所造成的局部侵蚀最为典型（图1）。

2.3.2 不合格的焊接

卫生型不锈钢管材的焊接要求很高，劣质的焊接会造成316L奥氏体不锈钢焊缝处过度氧化，使不锈钢品质发生变化（图2），使其比管道其他部位更易腐蚀。这是由于在氩气保护合格的前提下，当材料处于500～900 ℃之间时，碳和铬就会晶间析出[4]，图3为奥氏体不锈钢中碳含量随温度变化的曲线图[4]。

2.3.3 内表面的污染

不锈钢管路内壁的污染物主要有：（1）碳钢粒子的污染；（2）研磨粉；（3）砂轮/布轮的残留物。这些影响因素在水系统经过酸洗、钝化处理后，通常比较容易除去。

2.3 影响红锈产生的因素

ISPE国际制药工程协会在2006年的专业技术会议中，对水系统中形成红锈这一氧化腐蚀的因素进行了专项讨论分析，得出的结论是：温度、CO2、氮、氧、颗粒磨蚀、臭氧、管道材料以及卫生消毒的方法等都可能造成制药用水系统的氧化腐蚀。上述影响因素中，温度、CO2和管道材料的影响是*的[5]。

2.3.1 温度影响