고순도 볼 밸브란 무엇입니까? 고순도 볼 밸브는 재료 및 설계 순도에 대한 산업 표준을 충족하는 유량 제어 장치입니다. 고순도 공정의 밸브는 두 가지 주요 응용 분야에서 사용됩니다.
이들은 세척 및 온도 제어를 위한 세척 증기 처리와 같은 "지원 시스템"에 사용됩니다. 제약 산업에서 볼 밸브는 최종 제품과 직접 접촉할 수 있는 응용 프로그램이나 프로세스에 사용되지 않습니다.
고순도 밸브에 대한 산업 표준은 무엇입니까?제약 산업은 두 가지 출처에서 밸브 선택 기준을 도출합니다.
ASME/BPE-1997은 제약 산업에서 장비의 설계 및 사용을 다루는 진화하는 규범 문서입니다. 이 표준은 용기, 배관 및 바이오 제약 산업에서 사용되는 펌프, 밸브 및 피팅과 같은 관련 액세서리의 설계, 재료, 구성, 검사 및 테스트를 위한 것입니다. 기본적으로 이 문서에서는 "...제조, 공정 개발 또는 확장 중에 제품, 원료 또는 제품 중간물과 접촉하는 모든 구성 요소는 주사용수와 같이 제품 제조의 중요한 부분입니다. (WFI), 청정 증기, 한외 여과, 중간 생성물 저장 및 원심 분리기.”
오늘날 업계에서는 ASME/BPE-1997에 의존하여 비제품 접촉 애플리케이션을 위한 볼 밸브 설계를 결정합니다. 사양에서 다루는 주요 영역은 다음과 같습니다.
바이오 제약 공정 시스템에서 일반적으로 사용되는 밸브에는 볼 밸브, 다이어프램 밸브 및 체크 밸브가 포함됩니다. 이 엔지니어링 문서는 볼 밸브에 대한 논의로 제한됩니다.
검증은 가공된 제품 또는 공식의 재현성을 보장하기 위해 고안된 규제 프로세스입니다. 이 프로그램은 기계적 프로세스 구성 요소, 공식화 시간, 온도, 압력 및 기타 조건을 측정하고 모니터링하도록 나타냅니다. 시스템 및 해당 시스템의 제품이 반복 가능한 것으로 입증되면 모든 구성 요소 및 조건이 검증된 것으로 간주됩니다. 재검증 없이 최종 "패키지"(프로세스 시스템 및 절차)를 변경할 수 없습니다.
재료 확인과 관련된 문제도 있습니다.MTR(재료 테스트 보고서)은 주조의 구성을 문서화하고 주조 공정의 특정 실행에서 나온 것인지 확인하는 주조 제조업체의 진술입니다.이 수준의 추적 가능성은 여러 산업 분야의 모든 중요한 배관 구성 요소 설치에서 바람직합니다.제약용으로 공급되는 모든 밸브에는 MTR이 부착되어 있어야 합니다.
시트 재료 제조업체는 시트가 FDA 지침을 준수하는지 확인하기 위해 구성 보고서를 제공합니다.(FDA/USP Class VI) 허용되는 시트 재료에는 PTFE, RTFE, Kel-F 및 TFM이 포함됩니다.
초고순도(UHP)는 초고순도에 대한 필요성을 강조하기 위한 용어입니다. 이것은 흐름 흐름에서 입자의 절대적인 최소 수가 요구되는 반도체 시장에서 널리 사용되는 용어입니다. 밸브, 배관, 필터 및 구성에 사용되는 많은 재료는 일반적으로 특정 조건에서 준비, 포장 및 취급될 때 이 UHP 수준을 충족합니다.
반도체 산업은 SemaSpec 그룹이 관리하는 정보 모음에서 밸브 설계 사양을 도출합니다. 마이크로칩 웨이퍼 생산은 입자, 가스 방출 및 습기로 인한 오염을 제거하거나 최소화하기 위해 표준을 매우 엄격하게 준수해야 합니다.
SemaSpec 표준은 입자 생성 소스, 입자 크기, 가스 소스(소프트 밸브 어셈블리를 통해), 헬륨 누출 테스트, 밸브 경계 내부 및 외부의 습기를 자세히 설명합니다.
볼 밸브는 가장 까다로운 응용 분야에서 잘 입증되었습니다. 이 설계의 주요 이점 중 일부는 다음과 같습니다.
기계적 연마 – 사용 중인 연마된 표면, 용접부 및 표면은 돋보기 아래에서 볼 때 표면 특성이 다릅니다.
기계적 연마는 알루미나 연마재를 사용하여 회전 장비에서 수행됩니다. 기계적 연마는 반응기 및 용기와 같은 넓은 표면적을 위한 수공구 또는 파이프 또는 관형 부품을 위한 자동 왕복기로 수행할 수 있습니다. 일련의 그릿 연마는 원하는 마감 또는 표면 거칠기가 달성될 때까지 연속적으로 미세한 순서로 적용됩니다.
전해연마는 전기화학적 방법으로 금속 표면에서 미세한 요철을 제거하는 것입니다. 확대경 아래에서 볼 때 표면이 일반적으로 평평하거나 매끄러워져 거의 특징이 없는 것처럼 보입니다.
스테인리스강은 높은 크롬 함량(일반적으로 스테인리스강의 경우 16% 이상)으로 인해 자연적으로 부식에 강합니다. 전기 연마는 공정에서 크롬(Cr)보다 더 많은 철(Fe)을 용해하기 때문에 이러한 자연 저항성을 향상시킵니다. 이로 인해 스테인리스강 표면에 더 높은 수준의 크롬이 남습니다.(부동태화)
모든 연마 절차의 결과는 평균 거칠기(Ra)로 정의되는 "매끄러운" 표면의 생성입니다. ASME/BPE에 따라;"모든 광택은 Ra, 마이크로인치(m-in) 또는 마이크로미터(mm)로 표시됩니다."
표면 매끄러움은 일반적으로 스타일러스 스타일의 왕복 암이 있는 자동 기기인 프로파일로미터로 측정합니다. 스타일러스는 금속 표면을 통과하여 피크 높이와 밸리 깊이를 측정합니다. 그런 다음 평균 피크 높이와 밸리 깊이는 일반적으로 Ra라고 하는 100만분의 1인치 또는 마이크로인치로 표시되는 거칠기 평균으로 표시됩니다.
연마된 표면과 연마된 표면, 연마 입자 수 및 표면 거칠기(전해 연마 전과 후) 사이의 관계는 아래 표에 나와 있습니다.(ASME/BPE 파생에 대해서는 이 문서의 표 SF-6 참조)
마이크로미터는 일반적인 유럽 표준이며 미터법은 마이크로인치와 동일합니다.
볼 밸브 설계의 고유한 유연성으로 인해 다양한 시트, 씰 및 본체 재질로 쉽게 사용할 수 있습니다. 따라서 볼 밸브는 다음 유체를 처리하도록 생산됩니다.
바이오 제약 산업은 가능할 때마다 "밀폐 시스템"을 설치하는 것을 선호합니다. ETO(Extended Tube Outside Diameter) 연결은 인라인 용접되어 밸브/파이프 경계 외부의 오염을 제거하고 배관 시스템에 강성을 추가합니다. Tri-Clamp(위생 클램프 연결) 끝단은 시스템에 유연성을 추가하고 납땜 없이 설치할 수 있습니다. Tri-Clamp 팁을 사용하면 배관 시스템을 보다 쉽게 ​​분해하고 재구성할 수 있습니다.
"I-Line", "S-Line" 또는 "Q-Line" 브랜드 이름의 Cherry-Burrell 피팅은 식품/음료 산업과 같은 고순도 시스템에도 사용할 수 있습니다.
연장된 튜브 외경(ETO) 끝단을 사용하면 밸브를 배관 시스템에 인라인 용접할 수 있습니다.ETO 끝단은 파이프(파이프) 시스템 직경 및 벽 두께와 일치하도록 크기가 조정됩니다. 연장된 튜브 길이는 오비탈 용접 헤드를 수용하고 용접 열로 인한 밸브 본체 씰의 손상을 방지하기에 충분한 길이를 제공합니다.
볼 밸브는 고유의 다용도로 인해 프로세스 응용 분야에서 널리 사용됩니다. 다이어프램 밸브는 온도 및 압력 서비스가 제한되어 있으며 산업용 밸브의 모든 표준을 충족하지 않습니다. 볼 밸브는 다음 용도로 사용할 수 있습니다.
또한 볼 밸브 센터 섹션은 내부 용접 비드에 접근할 수 있도록 제거할 수 있으며 청소 및/또는 광택 처리가 가능합니다.
배수는 바이오프로세싱 시스템을 깨끗하고 살균된 상태로 유지하는 데 중요합니다. 배수 후 남은 액체는 박테리아 또는 기타 미생물의 식민지화 장소가 되어 시스템에 용납할 수 없는 바이오버든을 생성합니다. 유체가 쌓이는 장소는 또한 부식 시작 사이트가 되어 시스템에 추가적인 오염을 추가할 수 있습니다. ASME/BPE 표준의 설계 부분에는 정체 또는 배수가 완료된 후 시스템에 남아 있는 액체의 양을 최소화하는 설계가 필요합니다.
배관 시스템의 데드 스페이스는 메인 파이프 ID(D)에 정의된 파이프 직경(L)의 양을 초과하는 메인 파이프 런의 그루브, 티 또는 확장으로 정의됩니다. 데드 스페이스는 청소 또는 살균 절차를 통해 접근할 수 없는 포획 영역을 제공하여 제품 오염을 초래할 수 있기 때문에 바람직하지 않습니다. 바이오프로세싱 배관 시스템의 경우 대부분의 밸브 및 배관 구성에서 2:1 L/D 비율을 달성할 수 있습니다.
방화 댐퍼는 공정 라인 화재 시 인화성 액체의 확산을 방지하도록 설계되었습니다. 이 디자인은 발화를 방지하기 위해 금속 백시트와 정전기 방지 장치를 사용합니다. 바이오 제약 및 화장품 산업은 일반적으로 알코올 전달 시스템에서 방화 댐퍼를 선호합니다.
FDA-USP23, Class VI 승인 볼 밸브 시트 재료에는 PTFE, RTFE, Kel-F, PEEK 및 TFM이 포함됩니다.
TFM은 화학적으로 변형된 PTFE로 기존 PTFE와 용융 가공 가능한 PFA 사이의 간격을 메웁니다. TFM은 ASTM D 4894 및 ISO Draft WDT 539-1.5에 따라 PTFE로 분류됩니다. 기존 PTFE와 비교하여 TFM은 다음과 같은 향상된 특성을 가집니다.
캐비티가 채워진 시트는 볼과 바디 캐비티 사이에 갇히면 고화되거나 밸브 폐쇄 부재의 원활한 작동을 방해할 수 있는 물질의 축적을 방지하도록 설계되었습니다. 증기 서비스에 사용되는 고순도 볼 밸브는 이 옵션 시트 배열을 사용하면 안 됩니다. 증기가 시트 표면 아래로 흘러 들어가 박테리아 성장 영역이 될 수 있기 때문입니다. 이 넓은 시트 영역 때문에 캐비티 필러 시트는 분해하지 않고는 적절하게 살균하기 어렵습니다.
볼 밸브는 "로터리 밸브"의 일반 범주에 속합니다. 자동 작동의 경우 공압 및 전기의 두 가지 액추에이터 유형을 사용할 수 있습니다. 공압 액추에이터는 회전 출력 토크를 제공하기 위해 랙 및 피니언 배열과 같은 회전 메커니즘에 연결된 피스톤 또는 다이어프램을 활용합니다. 전기 액추에이터는 기본적으로 기어 모터이며 볼 밸브에 맞게 다양한 전압 및 옵션으로 사용할 수 있습니다. 이 항목에 대한 자세한 내용은 이 설명서 뒷부분의 "볼 밸브 액추에이터 선택 방법"을 참조하십시오.
고순도 볼 밸브는 BPE 또는 반도체(SemaSpec) 요구 사항에 따라 세척 및 포장할 수 있습니다.
기본 세척은 냉간 세척 및 탈지용으로 승인된 알칼리성 시약을 사용하는 초음파 세척 시스템을 사용하여 잔여물이 없는 방식으로 수행됩니다.
압력을 포함하는 부품에는 열 번호가 표시되어 있으며 적절한 분석 인증서가 함께 제공됩니다. 밀 테스트 보고서(MTR)는 각 크기 및 열 번호에 대해 기록됩니다. 이러한 문서에는 다음이 포함됩니다.
때때로 공정 엔지니어는 공정 제어 시스템을 위해 공압식 밸브와 전기식 밸브 중에서 선택해야 합니다. 두 가지 액추에이터 유형 모두 장점이 있으며 최상의 선택을 위해 사용 가능한 데이터를 확보하는 것이 중요합니다.
액추에이터 유형(공압식 또는 전기식)을 선택하는 첫 번째 작업은 액추에이터에 가장 효율적인 전원을 결정하는 것입니다. 고려해야 할 주요 사항은 다음과 같습니다.
가장 실용적인 공압 액추에이터는 40 ~ 120psi(3 ~ 8bar)의 공기압 공급을 사용합니다. 일반적으로 60 ~ 80psi(4 ~ 6bar)의 공급 압력에 맞는 크기입니다. 높은 공기압은 종종 보장하기 어려운 반면 낮은 공기압은 필요한 토크를 생성하기 위해 매우 큰 직경의 피스톤 또는 다이어프램이 필요합니다.
전동 액추에이터는 일반적으로 110VAC 전원으로 사용되지만 다양한 AC 및 DC 모터(단상 및 3상 모두)와 함께 사용할 수 있습니다.
온도 범위. 공압식 및 전기식 액추에이터 모두 넓은 온도 범위에서 사용할 수 있습니다. 공압식 액추에이터의 표준 온도 범위는 -4 ~ 1740F(-20 ~ 800C)이지만 선택적인 씰, 베어링 및 그리스를 사용하여 -40 ~ 2500F(-40 ~ 1210C)까지 확장할 수 있습니다. 모든 응용 분야에서 고려해야 합니다. 저온 응용 분야에서는 이슬점과 관련하여 공기 공급 품질을 고려해야 합니다. 이슬점은 공기 중에 응결이 발생하는 온도입니다. 응결은 공기 공급 라인을 동결시키고 차단하여 액추에이터 작동을 방해할 수 있습니다.
전동 액추에이터의 온도 범위는 -40 ~ 1500F(-40 ~ 650C)입니다. 실외에서 사용하는 경우 전동 액추에이터를 환경으로부터 격리하여 습기가 내부 작업에 유입되지 않도록 해야 합니다. 전원 도관에서 결로가 발생하면 설치 전에 빗물이 모였을 수 있는 결로가 내부에 여전히 형성될 수 있습니다. athe” 및 응축. ​​따라서 모든 실외용 전동 액추에이터에는 히터가 장착되어 있어야 합니다.
때때로 위험한 환경에서 전동 액추에이터의 사용을 정당화하기는 어렵지만 압축 공기 또는 공압 액추에이터가 필요한 작동 특성을 제공할 수 없는 경우 적절하게 분류된 하우징이 있는 전동 액추에이터를 사용할 수 있습니다.
NEMA(National Electrical Manufacturers Association)는 위험 지역에서 사용하기 위한 전동 액추에이터(및 기타 전기 장비)의 구성 및 설치에 대한 지침을 제정했습니다. NEMA VII 지침은 다음과 같습니다.
VII 위험 장소 등급 I(폭발성 가스 또는 증기) 응용 분야에 대한 National Electrical Code를 충족합니다.휘발유, 헥산, 나프타, 벤젠, 부탄, 프로판, 아세톤, 벤젠 대기, 래커 용매 증기 및 천연 가스와 함께 사용하기 위한 Underwriters' Laboratories, Inc.의 사양을 충족합니다.
거의 모든 전동 액추에이터 제조업체는 표준 제품 라인의 NEMA VII 준수 버전을 선택할 수 있습니다.
반면 공압식 액추에이터는 본질적으로 방폭형입니다. 위험 지역에서 공압식 액추에이터와 함께 전기 제어를 사용하는 경우 종종 전기식 액추에이터보다 더 비용 효율적입니다. 솔레노이드 작동 파일럿 밸브는 위험하지 않은 지역에 설치하고 액추에이터에 파이프를 연결할 수 있습니다. 위치 표시용 리미트 스위치는 NEMA VII 인클로저에 설치할 수 있습니다. 위험 지역에서 공압식 액추에이터의 고유한 안전성으로 인해 이러한 응용 분야에서 실용적인 선택이 됩니다.
스프링 리턴. 공정 산업의 밸브 액추에이터에 널리 사용되는 또 다른 안전 액세서리는 스프링 리턴(고장 안전) 옵션입니다. 전원 또는 신호 장애가 발생하는 경우 스프링 리턴 액추에이터는 미리 결정된 안전 위치로 밸브를 구동합니다. 이는 공압식 액추에이터에 대한 실용적이고 저렴한 옵션이며, 공압식 액추에이터가 산업 전반에서 널리 사용되는 큰 이유입니다.
액추에이터의 크기나 무게로 인해 스프링을 사용할 수 없거나 복동 장치가 설치된 경우 어큐뮬레이터 탱크를 설치하여 공기압을 저장할 수 있습니다.