Mikä on erittäin puhdas palloventtiili? Erittäin puhdas palloventtiili on virtauksen säätölaite, joka täyttää alan standardit materiaalin ja suunnittelun puhtauden suhteen. Erittäin puhtaissa prosesseissa käytettäviä venttiilejä käytetään kahdella pääasiallisella sovellusalueella:
Näitä käytetään "tukijärjestelmissä", kuten puhdistushöyryn käsittelyssä puhdistukseen ja lämpötilan säätöön. Lääketeollisuudessa palloventtiilejä ei koskaan käytetä sovelluksissa tai prosesseissa, jotka voivat olla suorassa kosketuksessa lopputuotteen kanssa.
Mikä on alan standardi erittäin puhtaille venttiileille? Lääketeollisuus johtaa venttiilien valintakriteerit kahdesta lähteestä:
ASME/BPE-1997 on kehittyvä normatiivinen asiakirja, joka kattaa lääketeollisuuden laitteiden suunnittelun ja käytön. Tämä standardi on tarkoitettu biolääketieteellisessä teollisuudessa käytettävien säiliöiden, putkistojen ja niihin liittyvien lisälaitteiden, kuten pumppujen, venttiilien ja liittimien, suunnitteluun, materiaaleihin, rakentamiseen, tarkastukseen ja testaukseen. Asiakirjan pohjimmiltaan todetaan: "...kaikki komponentit, jotka joutuvat kosketuksiin tuotteen, raaka-aineen tai tuotteen välituotteen kanssa valmistuksen, prosessikehityksen tai skaalauksen laajentamisen aikana...ja ovat kriittinen osa tuotteen valmistusta, kuten injektiovesi (WFI), puhdas höyry, ultrasuodatus, välituotteiden varastointi ja sentrifugit."
Nykyään teollisuus luottaa ASME/BPE-1997-standardiin määrittäessään palloventtiilien malleja sovelluksissa, jotka eivät ole kosketuksissa tuotteeseen. Spesifikaation keskeiset kattamat alueet ovat:
Biolääketieteellisissä prosessijärjestelmissä yleisesti käytettyjä venttiilejä ovat kuulaventtiilit, kalvoventtiilit ja takaiskuventtiilit. Tässä teknisessä dokumentissa käsitellään ainoastaan ​​kuulaventtiilejä.
Validointi on sääntelyprosessi, jonka tarkoituksena on varmistaa prosessoidun tuotteen tai formulaation toistettavuus. Ohjelmassa mitataan ja valvotaan mekaanisia prosessikomponentteja, formulaatioaikaa, lämpötilaa, painetta ja muita olosuhteita. Kun järjestelmän ja sen tuotteiden on osoitettu olevan toistettavissa, kaikkia komponentteja ja olosuhteita pidetään validoituina. Lopulliseen "pakettiin" (prosessijärjestelmät ja -menettelyt) ei saa tehdä muutoksia ilman uudelleenvalidointia.
Myös materiaalin varmentamiseen liittyy ongelmia. MTR (Material Test Report) on valukappaleen valmistajan lausunto, joka dokumentoi valukappaleen koostumuksen ja varmistaa, että se on peräisin tietystä valuprosessin erästä. Tämä jäljitettävyyden taso on toivottavaa kaikissa kriittisissä LVI-komponenttien asennuksissa monilla teollisuudenaloilla. Kaikissa lääketeollisuuden sovelluksiin toimitettavissa venttiileissä on oltava MTR-raportti.
Tiivistemateriaalien valmistajat toimittavat koostumusraportteja varmistaakseen, että tiiviste on FDA:n ohjeiden mukainen. (FDA/USP luokka VI) Hyväksyttäviä tiivistemateriaaleja ovat PTFE, RTFE, Kel-F ja TFM.
Erittäin korkea puhtausaste (UHP) on termi, jolla korostetaan erittäin korkean puhtauden tarvetta. Tätä termiä käytetään laajalti puolijohdemarkkinoilla, joissa vaaditaan virtausvirrassa olevien hiukkasten absoluuttinen minimimäärä. Venttiilit, putkistot, suodattimet ja monet niiden rakentamisessa käytetyt materiaalit täyttävät tyypillisesti tämän UHP-tason, kun ne valmistetaan, pakataan ja käsitellään tietyissä olosuhteissa.
Puolijohdeteollisuus johtaa venttiilien suunnitteluspesifikaatiot SemaSpec-ryhmän hallinnoimasta tietokokoelmasta. Mikrosirulevyjen tuotanto vaatii erittäin tarkkaa standardien noudattamista hiukkasten, kaasunpurkauksen ja kosteuden aiheuttaman kontaminaation poistamiseksi tai minimoimiseksi.
SemaSpec-standardi määrittelee hiukkasten muodostumisen lähteen, hiukkaskoon, kaasun lähteen (pehmeän venttiilikokoonpanon kautta), heliumin vuototestauksen sekä kosteuden venttiilin rajan sisä- ja ulkopuolella.
Palloventtiilit ovat osoittautuneet hyvin toimiviksi vaativimmissakin sovelluksissa. Tämän rakenteen keskeisiä etuja ovat muun muassa:
Mekaaninen kiillotus – Kiillotetuilla pinnoilla, hitsauksilla ja käytössä olevilla pinnoilla on erilaiset pintaominaisuudet suurennuslasilla tarkasteltuna. Mekaaninen kiillotus vähentää kaikki pinnan harjanteet, kuopat ja vaihtelut tasaiseksi karheudeksi.
Mekaaninen kiillotus tehdään pyörivillä laitteilla käyttäen alumiinioksidihioma-aineita. Mekaaninen kiillotus voidaan tehdä käsityökaluilla suurille pinnoille, kuten reaktoreille ja paikoilleen asennetuille astioille, tai automaattisilla edestakaisin liikkuvilla laitteilla putkille tai putkimaisille osille. Sarja karkeakiillotuksia levitetään peräkkäisissä hienommissa järjestyksissä, kunnes haluttu viimeistely tai pinnan karheus on saavutettu.
Elektrolyyttinen kiillotus on mikroskooppisten epätasaisuuksien poistamista metallipinnoista sähkökemiallisilla menetelmillä. Se johtaa pinnan yleiseen tasaisuuteen tai sileyteen, joka suurennuslasilla katsottuna näyttää lähes piirteettömältä.
Ruostumaton teräs on luonnostaan ​​korroosionkestävä korkean kromipitoisuutensa ansiosta (yleensä 16 % tai enemmän ruostumattomassa teräksessä). Elektrolyyttinen kiillotus parantaa tätä luonnollista vastustuskykyä, koska prosessi liuottaa enemmän rautaa (Fe) kuin kromia (Cr). Tämä jättää ruostumattoman teräksen pinnalle korkeammat kromipitoisuudet (passivointi).
Minkä tahansa kiillotusmenetelmän tuloksena syntyy "sileä" pinta, joka määritellään keskimääräiseksi karheudeksi (Ra). ASME/BPE:n mukaan: "Kaikki kiillotusasteet on ilmaistava Ra:na, mikrotuumina (m-in) tai mikrometreinä (mm)."
Pinnan sileys mitataan yleensä profilometrillä, joka on automaattinen laite, jossa on edestakaisin liikkuva piirrin. Piirrintä työnnetään metallipinnan läpi huippujen korkeuksien ja laaksojen syvyyksien mittaamiseksi. Keskimääräiset huippujen korkeudet ja laaksojen syvyydet ilmaistaan ​​sitten karheuden keskiarvoina, jotka ilmaistaan ​​tuuman miljoonasosina tai mikrotuumina, ja joita yleisesti kutsutaan Ra:ksi.
Kiillotetun ja kiillotetun pinnan, hiomajyvien lukumäärän ja pinnan karheuden (ennen sähkökiillotusta ja sen jälkeen) välinen suhde on esitetty alla olevassa taulukossa. (ASME/BPE-johdannaiset, katso tämän asiakirjan taulukko SF-6.)
Mikrometrit ovat yleinen eurooppalainen standardi, ja metrinen järjestelmä vastaa mikrotuumaa. Yksi mikrotuuma vastaa noin 40 mikrometriä. Esimerkki: 0,4 mikronin Ra-arvolla määritelty pintakäsittely vastaa 16 mikrotuumaa Ra.
Palloventtiilien rakenteen luontaisen joustavuuden ansiosta niitä on helposti saatavilla useilla eri istukka-, tiiviste- ja runkomateriaaleilla. Siksi palloventtiilejä valmistetaan seuraavien nesteiden käsittelyyn:
Biolääketeollisuus suosii "tiivistettyjen järjestelmien" asentamista aina kun mahdollista. Pidennettyjen putkien ulkohalkaisijan (ETO) liitokset hitsataan linjassa, jotta venttiilin ja putken rajan ulkopuolella ei pääse kontaminaatiota ja putkistojärjestelmä jäykistyy. Tri-Clamp (hygieeninen puristinliitäntä) -päät lisäävät järjestelmän joustavuutta ja ne voidaan asentaa ilman juottamista. Tri-Clamp-kärkien avulla putkistojärjestelmät voidaan purkaa ja konfiguroida uudelleen helpommin.
Cherry-Burrell-liittimiä tuotenimillä ”I-Line”, ”S-Line” tai ”Q-Line” on saatavana myös erittäin puhtaisiin järjestelmiin, kuten elintarvike-/juomateollisuuteen.
Pidennettyjen putken ulkohalkaisijan (ETO) päät mahdollistavat venttiilin hitsauksen putkistoon. ETO-päät on mitoitettu vastaamaan putkijärjestelmän halkaisijaa ja seinämän paksuutta. Pidennetty putken pituus soveltuu orbitaalisille hitsauspäille ja tarjoaa riittävän pituuden estämään venttiilirungon tiivisteen vaurioitumisen hitsauslämmön vuoksi.
Palloventtiilejä käytetään laajalti prosessisovelluksissa niiden luontaisen monipuolisuuden vuoksi. Kalvoventtiilien lämpötila- ja painekäyttö on rajoitettua, eivätkä ne täytä kaikkia teollisuusventtiileille asetettuja standardeja. Palloventtiilejä voidaan käyttää:
Lisäksi palloventtiilin keskiosa on irrotettava, mikä mahdollistaa pääsyn sisäiseen hitsaussaumaan, joka voidaan sitten puhdistaa ja/tai kiillottaa.
Viemäröinti on tärkeää bioprosessijärjestelmien pitämiseksi puhtaina ja steriileinä. Tyhjennyksen jälkeen jäljelle jäävästä nesteestä tulee bakteerien tai muiden mikro-organismien pesäkepaikka, mikä luo järjestelmään kohtuuttoman biokuorman. Paikat, joihin nestettä kertyy, voivat myös muuttua korroosion käynnistymispaikkoiksi, mikä lisää järjestelmän kontaminaatiota. ASME/BPE-standardin suunnitteluosa edellyttää, että järjestelmä on suunniteltava siten, että se minimoi viiveen eli tyhjennyksen jälkeen järjestelmään jäävän nesteen määrän.
Putkistojärjestelmän kuollut tila määritellään uraksi, T-kappaleeksi tai pääputkiston jatkeeksi, joka ylittää pääputken ID-mitassa (D) määritellyn putken halkaisijan (L). Kuollut tila ei ole toivottava, koska se muodostaa tiivistymisalueen, johon ei välttämättä päästä puhdistus- tai desinfiointitoimenpiteillä, mikä johtaa tuotteen kontaminaatioon. Bioprosessiputkistoissa useimmilla venttiili- ja putkistokokoonpanoilla voidaan saavuttaa 2:1 L/D-suhde.
Palopellit on suunniteltu estämään syttyvien nesteiden leviäminen prosessilinjan tulipalon sattuessa. Suunnittelussa käytetään metallista takakannen ja antistaattisen materiaalin käyttöä syttymisen estämiseksi. Biolääke- ja kosmetiikkateollisuus suosii yleensä palopeltejä alkoholin annostelujärjestelmissä.
FDA-USP23, luokan VI hyväksytyt kuulaventtiilin istukkamateriaalit ovat: PTFE, RTFE, Kel-F, PEEK ja TFM.
TFM on kemiallisesti muunnettu PTFE, joka yhdistää perinteisen PTFE:n ja sulaprosessoitavan PFA:n. TFM luokitellaan PTFE:ksi standardien ASTM D 4894 ja ISO Draft WDT 539-1.5 mukaisesti. Perinteiseen PTFE:hen verrattuna TFM:llä on seuraavat parannetut ominaisuudet:
Onteloilla täytetyt tiivisteet on suunniteltu estämään materiaalien kertymistä pallon ja rungon ontelon väliin, jotka voisivat jähmettyä tai muuten haitata venttiilin sulkuelimen sujuvaa toimintaa. Höyrykäytössä käytettävien erittäin puhtaiden palloventtiilien ei tule käyttää tätä valinnaista tiivistejärjestelyä, koska höyry voi päästä tiivisteen pinnan alle ja muuttua bakteerien kasvualueeksi. Tämän suuremman tiivistepinta-alan vuoksi onteloilla täytettyjä tiivisteitä on vaikea desinfioida kunnolla purkamatta.
Palloventtiilit kuuluvat yleiseen "kiertoventtiilien" luokkaan. Automaattista toimintaa varten on saatavilla kahdenlaisia ​​toimilaitteita: pneumaattisia ja sähköisiä. Pneumaattisissa toimilaitteissa käytetään mäntää tai kalvoa, joka on kytketty pyörivään mekanismiin, kuten hammastankoon ja hammaspyörään, pyörivän vääntömomentin aikaansaamiseksi. Sähköiset toimilaitteet ovat pohjimmiltaan vaihdemoottoreita, ja niitä on saatavana useilla eri jännitteillä ja vaihtoehdoilla palloventtiileihin sopiviksi. Lisätietoja tästä aiheesta on tämän käyttöoppaan myöhemmässä osassa "Palloventtiilin toimilaitteen valinta".
Korkean puhtauden palloventtiilit voidaan puhdistaa ja pakata BPE- tai puolijohdestandardien (SemaSpec) mukaisesti.
Peruspuhdistus suoritetaan ultraäänipuhdistusjärjestelmällä, joka käyttää kylmäpuhdistukseen ja rasvanpoistoon hyväksyttyä emäksistä reagenssia jäämiä jättämättömällä koostumuksella.
Paineen alla olevat osat on merkitty lämpönumerolla ja niiden mukana on asianmukainen analyysitodistus. Jokaiselle koolle ja lämpönumerolle kirjataan myllytestausraportti (MTR). Näihin asiakirjoihin kuuluvat:
Prosessi-insinöörien on joskus valittava pneumaattisten vai sähköisten venttiilien välillä prosessinohjausjärjestelmissä. Molemmilla toimilaitetyypeillä on etunsa, ja on arvokasta, että tiedot ovat käytettävissä parhaan valinnan tekemiseksi.
Ensimmäinen tehtävä toimilaitteen tyypin (pneumaattinen tai sähköinen) valinnassa on määrittää toimilaitteelle tehokkain virtalähde. Tärkeimmät huomioon otettavat seikat ovat:
Käytännöllisimmät pneumaattiset toimilaitteet käyttävät 40–120 psi:n (3–8 bar) ilmansyöttöpainetta. Tyypillisesti ne on mitoitettu 60–80 psi:n (4–6 bar) syöttöpaineille. Korkeampia ilmanpaineita on usein vaikea taata, kun taas alhaisemmat ilmanpaineet vaativat erittäin suurihalkaisijaisia ​​mäntiä tai kalvoja tarvittavan vääntömomentin tuottamiseksi.
Sähkökäyttöisiä toimilaitteita käytetään tyypillisesti 110 VAC:n jännitteellä, mutta niitä voidaan käyttää useiden sekä yksi- että kolmivaiheisten vaihtovirta- ja tasavirtamoottoreiden kanssa.
Lämpötila-alue. Sekä pneumaattisia että sähköisiä toimilaitteita voidaan käyttää laajalla lämpötila-alueella. Pneumaattisten toimilaitteiden vakiolämpötila-alue on -20 - 800 °C, mutta sitä voidaan laajentaa -40 - 1210 °C:seen lisävarusteena saatavilla tiivisteillä, laakereilla ja voiteluaineilla. Jos käytetään ohjauslisävarusteita (rajakytkimiä, solenoidiventtiilejä jne.), niiden lämpötilaluokitus voi poiketa toimilaitteen lämpötilaluokituksesta, ja tämä on otettava huomioon kaikissa sovelluksissa. Matalissa lämpötiloissa on otettava huomioon ilmansyötön laatu suhteessa kastepisteeseen. Kastepiste on lämpötila, jossa ilmaan tiivistyy kosteutta. Kondensaatio voi jäätyä ja tukkia ilmansyöttölinjan, estäen toimilaitteen toiminnan.
Sähkökäyttöisten toimilaitteiden lämpötila-alue on -40–1500 °F (-40–650 °C). Ulkokäytössä sähkökäyttöinen toimilaite on eristettävä ympäristöstä, jotta kosteus ei pääse sen sisäosiin. Jos virtajohdosta tiivistyy vettä, sitä voi silti muodostua sisälle, johon on saattanut kertyä sadevettä ennen asennusta. Koska moottori lämmittää toimilaitteen kotelon sisäpuolta sen käydessä ja jäähdyttää sitä, kun se ei ole käynnissä, lämpötilan vaihtelut voivat saada ympäristön "hengittämään" ja tiivistymään. Siksi kaikissa ulkokäyttöön tarkoitetuissa sähkökäyttöisissä toimilaitteissa tulisi olla lämmitin.
Sähkökäyttöisten toimilaitteiden käyttöä vaarallisissa ympäristöissä on joskus vaikea perustella, mutta jos paineilma- tai pneumaattiset toimilaitteet eivät pysty tarjoamaan vaadittuja käyttöominaisuuksia, voidaan käyttää asianmukaisesti luokitelluilla koteloilla varustettuja sähkökäyttöisiä toimilaitteita.
Yhdysvaltain sähkölaitevalmistajien yhdistys (NEMA) on laatinut ohjeet sähkökäyttöisten toimilaitteiden (ja muiden sähkölaitteiden) rakentamiseen ja asentamiseen vaarallisilla alueilla. NEMA VII -ohjeet ovat seuraavat:
VII Vaarallinen tila Luokka I (räjähdysvaarallinen kaasu tai höyry) Täyttää National Electrical Coden vaatimukset sovelluksille; täyttää Underwriters' Laboratories, Inc:n vaatimukset bensiinin, heksaanin, teollisuusbensiinin, bentseenin, butaanin, propaanin, asetonin, bentseeniatmosfäärien, lakkaliuotinhöyryjen ja maakaasun kanssa käytettäväksi.
Lähes kaikilla sähkökäyttöisten karamoottorien valmistajilla on mahdollisuus NEMA VII -yhteensopivaan versioon vakiotuotelinjastaan.
Toisaalta pneumaattiset toimilaitteet ovat luonnostaan ​​räjähdyssuojattuja. Kun sähköisiä ohjaimia käytetään pneumaattisten toimilaitteiden kanssa vaarallisilla alueilla, ne ovat usein kustannustehokkaampia kuin sähköiset toimilaitteet. Solenoidikäyttöinen ohjausventtiili voidaan asentaa vaarattomalle alueelle ja putkittaa toimilaitteeseen. Rajakytkimet – asennon osoittamiseksi – voidaan asentaa NEMA VII -koteloihin. Pneumaattisten toimilaitteiden luontainen turvallisuus vaarallisilla alueilla tekee niistä käytännöllisen valinnan näissä sovelluksissa.
Jousipalautukset. Toinen prosessiteollisuuden venttiilitoimilaitteissa laajalti käytetty turvalisävaruste on jousipalautus (vikasuojaus). Virta- tai signaalikatkoksen sattuessa jousipalautustoimilaite ajaa venttiilin ennalta määrättyyn turvalliseen asentoon. Tämä on käytännöllinen ja edullinen vaihtoehto pneumaattisille toimilaitteille ja suuri syy siihen, miksi pneumaattisia toimilaitteita käytetään laajalti koko teollisuudessa.
Jos jousta ei voida käyttää toimilaitteen koon tai painon vuoksi tai jos on asennettu kaksitoiminen yksikkö, voidaan asentaa paineilmasäiliö ilmanpaineen varastoimiseksi.