Šta je kuglični ventil visoke čistoće? Kuglasti ventil visoke čistoće je uređaj za kontrolu protoka koji zadovoljava industrijske standarde za čistoću materijala i dizajna. Ventili u procesu visoke čistoće koriste se u dva glavna područja primjene:
Oni se koriste u “sustavima podrške” kao što je obrada parom za čišćenje za čišćenje i kontrolu temperature. U farmaceutskoj industriji, kuglični ventili se nikada ne koriste u aplikacijama ili procesima koji mogu doći u direktan kontakt sa krajnjim proizvodom.
Koji je industrijski standard za ventile visoke čistoće? Farmaceutska industrija izvlači kriterije odabira ventila iz dva izvora:
ASME/BPE-1997 je normativni dokument koji se razvija u razvoju koji pokriva dizajn i upotrebu opreme u farmaceutskoj industriji. Ovaj standard je namijenjen dizajnu, materijalima, konstrukciji, inspekciji i testiranju posuda, cjevovoda i prateće opreme kao što su pumpe, ventili i fitinzi koji se koriste u biofarmaceutskoj industriji. razvoj ili povećanje…i kritični su dio proizvodnje proizvoda, kao što su voda za injekcije (WFI), čista para, ultrafiltracija, skladištenje međuproizvoda i centrifuge.”
Danas se industrija oslanja na ASME/BPE-1997 za određivanje dizajna kuglastih ventila za aplikacije koje nisu u kontaktu s proizvodom. Ključna područja obuhvaćena specifikacijom su:
Ventili koji se obično koriste u biofarmaceutskim procesnim sistemima uključuju kuglaste ventile, membranske ventile i nepovratne ventile. Ovaj inženjerski dokument će biti ograničen na raspravu o kugličnim ventilima.
Validacija je regulatorni proces dizajniran da osigura ponovljivost prerađenog proizvoda ili formulacije. Program ukazuje na mjerenje i praćenje mehaničkih komponenti procesa, vremena formulacije, temperature, pritiska i drugih uslova. Kada se dokaže da su sistem i proizvodi tog sistema ponovljivi, sve komponente i uslovi se smatraju validiranim. Ne smiju se unositi nikakve promjene u konačni „paket“ (procesni sistemi i procedure).
Postoje i problemi vezani za verifikaciju materijala. MTR (Izvještaj o ispitivanju materijala) je izjava proizvođača odljevaka koja dokumentira sastav odljevka i potvrđuje da je došao iz određenog ciklusa u procesu livenja. Ovaj nivo sljedivosti je poželjan u svim kritičnim instalacijama vodovodnih komponenti u mnogim industrijama. Svi ventili koji se isporučuju za farmaceutske aplikacije moraju imati priključene MTR.
Proizvođači materijala za sjedišta obezbjeđuju izvještaje o sastavu kako bi osigurali usklađenost sjedišta sa smjernicama FDA. (FDA/USP klasa VI) Prihvatljivi materijali za sjedišta uključuju PTFE, RTFE, Kel-F i TFM.
Ultra visoke čistoće (UHP) je izraz namijenjen da naglasi potrebu za izuzetno visokom čistoćom. Ovo je izraz koji se široko koristi na tržištu poluvodiča gdje je potreban apsolutni minimalni broj čestica u struji protoka. Ventili, cijevi, filteri i mnogi materijali koji se koriste u njihovoj konstrukciji obično zadovoljavaju ovaj nivo UHP kada se pripremaju, pakuju i rukuju pod određenim uvjetima.
Industrija poluprovodnika izvodi specifikacije dizajna ventila iz kompilacije informacija kojima upravlja SemaSpec grupa. Proizvodnja pločica za mikročip zahtijeva izuzetno striktno pridržavanje standarda kako bi se eliminirala ili minimizirala kontaminacija od čestica, ispuštanja plinova i vlage.
Standard SemaSpec detaljno opisuje izvor stvaranja čestica, veličinu čestica, izvor plina (preko mekog sklopa ventila), ispitivanje curenja helijuma i vlagu unutar i izvan granice ventila.
Kuglasti ventili su se dobro dokazali u najtežim primjenama. Neke od ključnih prednosti ovog dizajna uključuju:
Mehaničko poliranje – Polirane površine, zavari i površine u upotrebi imaju različite karakteristike površine kada se gledaju pod lupom. Mehaničko poliranje smanjuje sve površinske izbočine, udubljenja i odstupanja na ujednačenu hrapavost.
Mehaničko poliranje se vrši na rotirajućoj opremi pomoću abrazivnih sredstava za glinicu. Mehaničko poliranje se može postići ručnim alatima za velike površine, kao što su reaktori i posude na mjestu, ili automatskim reciprokatorima za cijevi ili cijevne dijelove. Serija poliranja zrna nanosi se uzastopnim finijim sekvencama dok se ne postigne željena završna obrada ili hrapavost površine.
Elektropoliranje je uklanjanje mikroskopskih nepravilnosti sa metalnih površina elektrohemijskim metodama. Rezultat je opšta ravnost ili glatkoća površine koja, gledano pod lupom, izgleda gotovo bez osobina.
Nerđajući čelik je prirodno otporan na koroziju zbog visokog sadržaja hroma (obično 16% ili više u nerđajućem čeliku). Elektropoliranje povećava ovu prirodnu otpornost jer proces otapa više gvožđa (Fe) nego hroma (Cr). Ovo ostavlja veće nivoe hroma na površini nerđajućeg čelika. (pasivacija)
Rezultat svakog postupka poliranja je stvaranje „glatke“ površine definisane kao prosečna hrapavost (Ra). Prema ASME/BPE;„Svi lakovi moraju biti izraženi u Ra, mikroinčima (m-in) ili mikrometrima (mm).“
Glatkoća površine se općenito mjeri profilometrom, automatskim instrumentom sa klipnom rukom u stilu igle. Olovka se provlači kroz metalnu površinu kako bi se izmjerile visine vrhova i dubine udubljenja. Prosječna visina vrhova i dubine doline se zatim izražavaju kao prosjeci hrapavosti, izraženi u milionitim dijelovima inča ili mikroinčima, koji se obično odnose na Ra.
Odnos između polirane i polirane površine, broja abrazivnih zrna i hrapavosti površine (prije i nakon elektropoliranja) prikazan je u donjoj tabeli. (Za ASME/BPE derivaciju, pogledajte Tabelu SF-6 u ovom dokumentu)
Mikrometri su uobičajeni evropski standard, a metrički sistem je ekvivalentan mikroinčima. Jedan mikroinč je jednak oko 40 mikrometara. Primjer: Završna obrada specificirana kao 0,4 mikrona Ra je jednaka 16 mikro inča Ra.
Zbog inherentne fleksibilnosti dizajna kuglastih ventila, lako je dostupan u raznim materijalima sjedišta, zaptivki i tijela. Zbog toga se kuglični ventili proizvode za rukovanje sljedećim tekućinama:
Biofarmaceutska industrija preferira instaliranje “zapečaćenih sistema” kad god je to moguće. Priključci proširenog vanjskog prečnika cijevi (ETO) su zavareni u liniji kako bi se eliminisala kontaminacija izvan granice ventila/cijevi i dodala krutost cijevnom sistemu. Tri-Clamp (higijenska spojna stezaljka) krajevi dodaju fleksibilnost sistema koji se prodaje, a sistemi za rasklapanje mogu se lako instalirati bez fleksibilnosti pi-C. sastavljen i rekonfigurisan.
Cherry-Burrell fitinzi pod markama “I-Line”, “S-Line” ili “Q-Line” su takođe dostupni za sisteme visoke čistoće kao što je industrija hrane/pića.
Krajevi proširenog vanjskog prečnika cijevi (ETO) omogućavaju in-line zavarivanje ventila u sustav cjevovoda. ETO krajevi su dimenzionirani tako da odgovaraju prečniku sistema cijevi (cijevi) i debljini zida. Produžena dužina cijevi prilagođava orbitalne zavarene glave i pruža dovoljnu dužinu da spriječi oštećenje zaptivke tijela ventila zbog topline zavarivanja.
Kuglasti ventili se široko koriste u procesnim aplikacijama zbog svoje inherentne svestranosti. Membranski ventili imaju ograničenu temperaturu i pritisak i ne zadovoljavaju sve standarde za industrijske ventile. Kuglasti ventili se mogu koristiti za:
Dodatno, središnji dio kuglastog ventila se može ukloniti kako bi se omogućio pristup unutrašnjem zavaru, koji se zatim može očistiti i/ili polirati.
Drenaža je važna za održavanje sistema za bioprocesiranje u čistim i sterilnim uslovima. Tečnost koja preostane nakon dreniranja postaje mesto kolonizacije bakterija ili drugih mikroorganizama, stvarajući neprihvatljivo bioopterećenje na sistemu. Mesta na kojima se tečnost nakuplja mogu takođe postati mesta inicijacije korozije, dodajući dodatnu kontaminaciju sistemu. Dizajnerski deo standarda tečnosti u sistemu ASME/BPE zahteva da zadrži količinu tečnosti u dizajnu sistema ili da zadrži minimalnu količinu. nakon što je drenaža završena.
Mrtvi prostor u sistemu cjevovoda definira se kao žljeb, T ili produžetak od glavne cijevi koji premašuje količinu promjera cijevi (L) definiranog u ID-u glavne cijevi (D). Mrtvi prostor je nepoželjan jer pruža područje zarobljavanja koje možda neće biti dostupno kroz postupke čišćenja ili dezinfekcije, što rezultira kontaminacijom proizvoda. Za kontaminaciju proizvoda. Za konfiguraciju cjevovoda za bioprocesu2 i L može se postići većina ventila za bioprocesiranje.
Protivpožarne klapne su dizajnirane da spriječe širenje zapaljivih tekućina u slučaju požara u procesnoj liniji. Dizajn koristi metalno stražnje sjedište i antistatik za sprječavanje paljenja. Biofarmaceutska i kozmetička industrija općenito preferiraju protivpožarne klapne u sistemima za isporuku alkohola.
FDA-USP23, klasa VI odobreni materijali sjedišta kugličnog ventila uključuju: PTFE, RTFE, Kel-F, PEEK i TFM.
TFM je hemijski modifikovani PTFE koji premošćuje jaz između tradicionalnog PTFE-a i PFA koji se obrađuje topljenjem. TFM je klasifikovan kao PTFE prema ASTM D 4894 i ISO Draft WDT 539-1.5. U poređenju sa tradicionalnim PTFE-om, TFM ima sledeća poboljšana svojstva:
Sjedala punjena šupljinama su dizajnirana da spriječe nakupljanje materijala koji bi, kada se zarobe između kuglice i šupljine tijela, mogli učvrstiti ili na neki drugi način ometati nesmetani rad zatvarača ventila. Kuglasti ventili visoke čistoće koji se koriste u parnom servisu ne bi trebali koristiti ovaj opcioni raspored sjedišta, jer para može pronaći svoj put ispod površine sjedišta i postati područje za širenje bakterija koje otežava rast bakterija. bez demontaže.
Kuglasti ventili spadaju u opću kategoriju "rotacionih ventila". Za automatski rad, dostupne su dvije vrste aktuatora: pneumatski i električni. Pneumatski aktuatori koriste klip ili membranu spojenu na rotirajući mehanizam kao što je raspored letve i zupčanika kako bi se osigurao rotacijski izlazni okretni moment. Električni aktuatori su dostupni za više informacija o naponskim motorima. temu, pogledajte “Kako odabrati aktuator kugličnog ventila” kasnije u ovom priručniku.
Kuglasti ventili visoke čistoće mogu se čistiti i pakirati prema zahtjevima BPE ili Semiconductor (SemaSpec).
Osnovno čišćenje se izvodi pomoću ultrazvučnog sistema za čišćenje koji koristi odobreni alkalni reagens za hladno čišćenje i odmašćivanje, sa formulom bez ostataka.
Dijelovi koji sadrže pritisak označeni su toplotnim brojem i praćeni su odgovarajućim certifikatom o analizi. Za svaku veličinu i toplinski broj evidentira se izvještaj o ispitivanju mlina (MTR). Ovi dokumenti uključuju:
Ponekad inženjeri procesa moraju da biraju između pneumatskih ili električnih ventila za sisteme upravljanja procesima. Oba tipa aktuatora imaju prednosti i dragocjeno je imati dostupne podatke kako bi se napravio najbolji izbor.
Prvi zadatak pri odabiru tipa aktuatora (pneumatski ili električni) je određivanje najefikasnijeg izvora energije za aktuator. Glavne točke koje treba uzeti u obzir su:
Najpraktičniji pneumatski aktuatori koriste dovod zraka od 40 do 120 psi (3 do 8 bara). Tipično su dimenzionirani za dovodne tlakove od 60 do 80 psi (4 do 6 bara). Veći tlak zraka je često teško garantirati, dok niži tlak zraka zahtijevaju klipove velikog promjera ili potreban moment membrane za stvaranje potrebnog momenta.
Električni aktuatori se obično koriste sa napajanjem od 110 VAC, ali se mogu koristiti sa različitim AC i DC motorima, jednofaznim i trofaznim.
temperaturni raspon. I pneumatski i električni aktuatori se mogu koristiti u širokom temperaturnom rasponu. Standardni temperaturni raspon za pneumatske aktuatore je -4 do 1740F (-20 do 800C), ali se može proširiti na -40 do 2500F (-40 do 1210C) sa opcionalnim zaptivkama, ležajevima, regulacionim dodacima, ventilima i sl. mogu imati drugačiju temperaturu nego aktuator, i to treba uzeti u obzir u svim primjenama. U primjenama na niskim temperaturama treba uzeti u obzir kvalitet dovoda zraka u odnosu na tačku rose. Tačka rose je temperatura na kojoj dolazi do kondenzacije u zraku. Kondenzacija može zamrznuti i blokirati dovod zraka, sprječavajući pogon da radi.
Električni aktuatori imaju temperaturni raspon od -40 do 1500F (-40 do 650C). Kada se koristi na otvorenom, električni aktuator treba izolirati od okoline kako bi se spriječilo da vlaga uđe u unutrašnje radove. Ako se kondenzacija izvlači iz vodova za napajanje, kondenzacija se i dalje može formirati unutra, jer je možda u njoj akumulirala kišnicu i toplinu motora prije nego što je pokrenula instalaciju. Kada ne radi, temperaturne fluktuacije mogu uzrokovati da okolina "diše" i kondenzira se. Zbog toga svi električni aktuatori za upotrebu na otvorenom trebaju biti opremljeni grijačem.
Ponekad je teško opravdati upotrebu električnih aktuatora u opasnim okruženjima, ali ako komprimirani zrak ili pneumatski aktuatori ne mogu osigurati potrebne radne karakteristike, mogu se koristiti električni aktuatori s prikladno klasificiranim kućištima.
Nacionalno udruženje proizvođača električne energije (NEMA) uspostavilo je smjernice za konstrukciju i ugradnju električnih aktuatora (i druge električne opreme) za upotrebu u opasnim područjima. NEMA VII smjernice su sljedeće:
VII Klasa opasnih lokacija I (eksplozivni plin ili para) Zadovoljava nacionalni električni kodeks za primjenu;ispunjava specifikacije Underwriters' Laboratories, Inc. za upotrebu sa benzinom, heksanom, benzinom, benzolom, butanom, propanom, acetonom, atmosferama benzena, parama rastvarača laka i prirodnim gasom.
Gotovo svi proizvođači električnih aktuatora imaju opciju svoje standardne linije proizvoda usklađenu sa NEMA VII.
S druge strane, pneumatski aktuatori su inherentno otporni na eksploziju. Kada se električne kontrole koriste s pneumatskim aktuatorima u opasnim područjima, oni su često isplativiji od električnih aktuatora. Pilotni ventil sa elektromagnetskim upravljanjem može se instalirati u neopasnom području i dovesti do aktuatora za cijev. pneumatski aktuatori u opasnim područjima čini ih praktičnim izborom u ovim aplikacijama.
Povratak opruge. Još jedan sigurnosni dodatak koji se široko koristi u aktuatorima ventila u procesnoj industriji je opcija povrata opruge (fail safe). U slučaju nestanka struje ili signala, pokretač povrata opruge dovodi ventil u unaprijed određeni siguran položaj. Ovo je praktična i jeftina opcija za pneumatske aktuatore i veliki razlog zašto se pneumatski aktuatori široko koriste u industriji.
Ako se opruga ne može koristiti zbog veličine ili težine aktuatora, ili ako je ugrađena jedinica dvostrukog djelovanja, može se ugraditi akumulacijski spremnik za pohranjivanje tlaka zraka.