Ano ang isang high-purity ball valve? Ang High Purity Ball Valve ay isang flow control device na nakakatugon sa mga pamantayan ng industriya para sa kadalisayan ng materyal at disenyo. Ang mga balbula sa prosesong high-purity ay ginagamit sa dalawang pangunahing larangan ng aplikasyon:
Ginagamit ang mga ito sa mga "support system" tulad ng pagproseso ng steam para sa paglilinis at pagkontrol ng temperatura. Sa industriya ng parmasyutiko, ang mga ball valve ay hindi kailanman ginagamit sa mga aplikasyon o proseso na maaaring direktang madikit sa huling produkto.
Ano ang pamantayan ng industriya para sa mga balbulang may mataas na kadalisayan? Ang industriya ng parmasyutiko ay kumukuha ng pamantayan sa pagpili ng balbula mula sa dalawang pinagmumulan:
Ang ASME/BPE-1997 ay isang umuusbong na normatibong dokumento na sumasaklaw sa disenyo at paggamit ng mga kagamitan sa industriya ng parmasyutiko. Ang pamantayang ito ay inilaan para sa disenyo, mga materyales, konstruksyon, inspeksyon at pagsubok ng mga sisidlan, tubo at mga kaugnay na aksesorya tulad ng mga bomba, balbula at mga kabit na ginagamit sa industriya ng biopharmaceutical. Sa esensya, nakasaad sa dokumento, "...lahat ng mga bahagi na nakikipag-ugnayan sa isang produkto, hilaw na materyal o intermediate ng produkto habang gumagawa, nagpapaunlad ng proseso o nagpapataas ng antas ng produksyon...at isang kritikal na bahagi ng paggawa ng produkto, tulad ng tubig para sa iniksyon (WFI), malinis na singaw, ultrafiltration, intermediate na imbakan ng produkto at mga centrifuge."
Sa kasalukuyan, ang industriya ay umaasa sa ASME/BPE-1997 upang matukoy ang mga disenyo ng ball valve para sa mga aplikasyon na hindi pang-product contact. Ang mga pangunahing lugar na sakop ng ispesipikasyon ay:
Ang mga balbulang karaniwang ginagamit sa mga sistema ng prosesong biopharmaceutical ay kinabibilangan ng mga ball valve, diaphragm valve, at check valve. Ang dokumentong ito sa inhenyeriya ay limitado sa isang talakayan tungkol sa mga ball valve.
Ang pagpapatunay ay isang prosesong pangregulasyon na idinisenyo upang matiyak ang kakayahang ulitin ang isang naprosesong produkto o pormulasyon. Ang programa ay nagpapahiwatig na sukatin at subaybayan ang mga mekanikal na bahagi ng proseso, oras ng pormulasyon, temperatura, presyon at iba pang mga kondisyon. Kapag ang isang sistema at ang mga produkto ng sistemang iyon ay napatunayang maaaring ulitin, lahat ng mga bahagi at kundisyon ay itinuturing na napatunayan na. Walang mga pagbabagong maaaring gawin sa pangwakas na "pakete" (mga sistema at pamamaraan ng proseso) nang walang muling pagpapatunay.
Mayroon ding mga isyu na may kaugnayan sa beripikasyon ng materyal. Ang MTR (Material Test Report) ay isang pahayag mula sa isang tagagawa ng paghahagis na nagdodokumento sa komposisyon ng paghahagis at nagpapatunay na ito ay nagmula sa isang partikular na pagpapatakbo sa proseso ng paghahagis. Ang antas ng pagsubaybay na ito ay kanais-nais sa lahat ng kritikal na instalasyon ng bahagi ng pagtutubero sa maraming industriya. Lahat ng balbula na ibinibigay para sa mga aplikasyon sa parmasyutiko ay dapat may nakakabit na MTR.
Ang mga tagagawa ng materyales sa upuan ay nagbibigay ng mga ulat sa komposisyon upang matiyak na ang upuan ay sumusunod sa mga alituntunin ng FDA. (FDA/USP Class VI) Kabilang sa mga katanggap-tanggap na materyales sa upuan ang PTFE, RTFE, Kel-F at TFM.
Ang Ultra High Purity (UHP) ay isang terminong naglalayong bigyang-diin ang pangangailangan para sa napakataas na kadalisayan. Ito ay isang terminong malawakang ginagamit sa merkado ng semiconductor kung saan kinakailangan ang ganap na minimum na bilang ng mga particle sa daloy ng tubig. Ang mga balbula, tubo, filter, at maraming materyales na ginagamit sa kanilang konstruksyon ay karaniwang nakakatugon sa antas ng UHP na ito kapag inihanda, nakabalot, at hinawakan sa ilalim ng mga partikular na kondisyon.
Ang industriya ng semiconductor ay kumukuha ng mga detalye sa disenyo ng balbula mula sa isang kalipunan ng impormasyong pinamamahalaan ng grupong SemaSpec. Ang produksyon ng mga microchip wafer ay nangangailangan ng napakahigpit na pagsunod sa mga pamantayan upang maalis o mabawasan ang kontaminasyon mula sa mga particle, outgassing, at moisture.
Dinedetalye ng pamantayang SemaSpec ang pinagmumulan ng pagbuo ng particle, laki ng particle, pinagmumulan ng gas (sa pamamagitan ng soft valve assembly), helium leak testing, at moisture sa loob at labas ng hangganan ng balbula.
Ang mga ball valve ay mahusay na napatunayan sa pinakamahirap na aplikasyon. Ilan sa mga pangunahing benepisyo ng disenyo na ito ay kinabibilangan ng:
Mekanikal na Pagpapakintab – Ang mga pinakintab na ibabaw, mga hinang, at mga ibabaw na ginagamit ay may iba't ibang katangian ng ibabaw kapag tiningnan sa ilalim ng magnifying glass. Binabawasan ng mekanikal na pagpapakintab ang lahat ng mga tagaytay, mga hukay, at mga pagkakaiba-iba ng ibabaw sa isang pare-parehong pagkamagaspang.
Ang mekanikal na pagpapakintab ay ginagawa sa umiikot na kagamitan gamit ang mga alumina abrasive. Ang mekanikal na pagpapakintab ay maaaring makamit sa pamamagitan ng mga kagamitang pangkamay para sa malalaking lugar sa ibabaw, tulad ng mga reactor at sisidlan na nasa lugar, o sa pamamagitan ng mga awtomatikong reciprocator para sa mga tubo o mga tubo na bahagi. Ang isang serye ng mga grit polish ay inilalapat sa magkakasunod na mas pinong pagkakasunud-sunod hanggang sa makamit ang ninanais na tapusin o pagkamagaspang ng ibabaw.
Ang electropolishing ay ang pag-aalis ng mga mikroskopikong iregularidad mula sa mga ibabaw ng metal sa pamamagitan ng mga pamamaraang elektrokemikal. Nagreresulta ito sa pangkalahatang patag o kinis ng ibabaw na, kapag tiningnan sa ilalim ng magnifying glass, ay tila halos walang katangian.
Ang hindi kinakalawang na asero ay natural na lumalaban sa kalawang dahil sa mataas na nilalaman ng chromium nito (karaniwan ay 16% o higit pa sa hindi kinakalawang na asero). Pinahuhusay ng electropolishing ang natural na resistensyang ito dahil mas maraming bakal (Fe) ang natutunaw ng proseso kaysa sa chromium (Cr). Nag-iiwan ito ng mas mataas na antas ng chromium sa ibabaw ng hindi kinakalawang na asero. (passivation)
Ang resulta ng anumang pamamaraan ng pagpapakintab ay ang paglikha ng isang "makinis" na ibabaw na tinukoy bilang average roughness (Ra). Ayon sa ASME/BPE; "Lahat ng mga pagpapakintab ay dapat ipahayag sa Ra, microinches (m-in), o micrometers (mm)."
Ang kinis ng ibabaw ay karaniwang sinusukat gamit ang isang profilometer, isang awtomatikong instrumento na may reciprocating arm na parang stylus. Ang stylus ay pinadaan sa ibabaw ng metal upang sukatin ang taas ng rurok at lalim ng lambak. Ang average na taas ng rurok at lalim ng lambak ay ipinapahayag bilang mga average ng roughness, na ipinapahayag sa milyun-milyong bahagi ng isang pulgada o microinches, na karaniwang tinutukoy bilang Ra.
Ang ugnayan sa pagitan ng pinakintab at pinakintab na ibabaw, ang bilang ng mga nakasasakit na butil at ang pagkamagaspang ng ibabaw (bago at pagkatapos ng electropolishing) ay ipinapakita sa talahanayan sa ibaba. (Para sa hango ng ASME/BPE, tingnan ang Table SF-6 sa dokumentong ito)
Ang mga mikrometro ay isang karaniwang pamantayang Europeo, at ang sistemang metriko ay katumbas ng mga mikroinches. Ang isang mikroinches ay katumbas ng humigit-kumulang 40 mikrometro. Halimbawa: Ang isang finish na tinukoy bilang 0.4 microns Ra ay katumbas ng 16 micro inches Ra.
Dahil sa likas na kakayahang umangkop ng disenyo ng ball valve, madali itong makukuha sa iba't ibang materyales para sa upuan, selyo, at katawan. Samakatuwid, ang mga ball valve ay ginawa upang pangasiwaan ang mga sumusunod na likido:
Mas gusto ng industriya ng biopharmaceutical na magkabit ng mga "sealed system" hangga't maaari. Ang mga koneksyon ng Extended Tube Outside Diameter (ETO) ay in-line welded upang maalis ang kontaminasyon sa labas ng hangganan ng balbula/tubo at magdagdag ng higpit sa sistema ng tubo. Ang mga dulo ng Tri-Clamp (hygienic clamp connection) ay nagdaragdag ng flexibility sa sistema at maaaring i-install nang hindi hinihinang. Gamit ang mga tip ng Tri-Clamp, ang mga sistema ng tubo ay mas madaling i-disassemble at i-reconfigure.
Mayroon ding mga Cherry-Burrell fitting sa ilalim ng mga tatak na "I-Line", "S-Line" o "Q-Line" para sa mga sistemang may mataas na kadalisayan tulad ng industriya ng pagkain/inumin.
Ang mga dulo ng Extended Tube Outside Diameter (ETO) ay nagbibigay-daan sa in-line welding ng balbula papunta sa sistema ng tubo. Ang mga dulo ng ETO ay may sukat na tumutugma sa diameter ng sistema ng tubo (pipe) at kapal ng dingding. Ang haba ng pinahabang tubo ay kayang tumanggap ng mga orbital weld head at nagbibigay ng sapat na haba upang maiwasan ang pinsala sa selyo ng katawan ng balbula dahil sa init ng hinang.
Ang mga balbula ng bola ay malawakang ginagamit sa mga aplikasyon ng proseso dahil sa kanilang likas na kagalingan sa maraming bagay. Ang mga balbula ng diaphragm ay may limitadong serbisyo sa temperatura at presyon at hindi nakakatugon sa lahat ng pamantayan para sa mga balbulang pang-industriya. Ang mga balbula ng bola ay maaaring gamitin para sa:
Bukod pa rito, ang seksyon ng ball valve sa gitna ay naaalis upang ma-access ang internal weld bead, na maaaring linisin at/o pakintabin.
Mahalaga ang drainage upang mapanatili ang mga sistema ng bioprocessing sa malinis at isterilisadong kondisyon. Ang likidong natitira pagkatapos ng drainage ay nagiging lugar ng kolonisasyon para sa bakterya o iba pang mga mikroorganismo, na lumilikha ng hindi katanggap-tanggap na bioburden sa sistema. Ang mga lugar kung saan naiipon ang likido ay maaari ring maging mga lugar ng pagsisimula ng kalawang, na nagdaragdag ng karagdagang kontaminasyon sa sistema. Ang bahagi ng disenyo ng pamantayan ng ASME/BPE ay nangangailangan ng disenyo upang mabawasan ang hold-up, o ang dami ng likidong natitira sa sistema pagkatapos makumpleto ang drainage.
Ang dead space sa isang sistema ng tubo ay binibigyang kahulugan bilang isang uka, tee, o extension mula sa pangunahing tubo na lumalagpas sa dami ng diameter ng tubo (L) na tinukoy sa pangunahing tubo ID (D). Ang dead space ay hindi kanais-nais dahil nagbibigay ito ng entrapment area na maaaring hindi mapupuntahan sa pamamagitan ng mga pamamaraan ng paglilinis o pag-sanitize, na nagreresulta sa kontaminasyon ng produkto. Para sa mga bioprocessing piping system, maaaring makamit ang 2:1 L/D ratio sa karamihan ng mga configuration ng balbula at tubo.
Ang mga fire damper ay dinisenyo upang maiwasan ang pagkalat ng mga nasusunog na likido sakaling magkaroon ng sunog sa linya ng proseso. Ang disenyo ay gumagamit ng metal na upuan sa likuran at anti-static upang maiwasan ang pagsiklab. Ang mga industriya ng biopharmaceutical at kosmetiko sa pangkalahatan ay mas gusto ang mga fire damper sa mga sistema ng paghahatid ng alkohol.
Ang mga materyales sa upuan ng ball valve na inaprubahan ng FDA-USP23, Class VI ay kinabibilangan ng: PTFE, RTFE, Kel-F, PEEK at TFM.
Ang TFM ay isang PTFE na binago ng kemikal na nag-uugnay sa agwat sa pagitan ng tradisyonal na PTFE at melt-processable PFA. Ang TFM ay inuri bilang PTFE ayon sa ASTM D 4894 at ISO Draft WDT 539-1.5. Kung ikukumpara sa tradisyonal na PTFE, ang TFM ay may mga sumusunod na pinahusay na katangian:
Ang mga upuang puno ng butas ay idinisenyo upang maiwasan ang pag-iipon ng mga materyales na, kapag nakulong sa pagitan ng bola at ng lukab ng katawan, ay maaaring tumigas o makahadlang sa maayos na operasyon ng bahagi ng pagsasara ng balbula. Ang mga high-purity ball valve na ginagamit sa serbisyo ng singaw ay hindi dapat gumamit ng opsyonal na pagkakaayos ng upuan na ito, dahil ang singaw ay maaaring makapunta sa ilalim ng ibabaw ng upuan at maging isang lugar para sa pagdami ng bakterya. Dahil sa mas malaking lugar na ito ng upuan, ang mga upuang puno ng butas ay mahirap linisin nang maayos nang hindi binubuwag.
Ang mga ball valve ay kabilang sa pangkalahatang kategorya ng "rotary valves". Para sa awtomatikong operasyon, may dalawang uri ng actuator na magagamit: pneumatic at electric. Ang mga pneumatic actuator ay gumagamit ng piston o diaphragm na konektado sa isang umiikot na mekanismo tulad ng rack and pinion arrangement upang magbigay ng rotational output torque. Ang mga electric actuator ay karaniwang mga gear motor at makukuha sa iba't ibang boltahe at opsyon upang umangkop sa mga ball valve. Para sa karagdagang impormasyon tungkol sa paksang ito, tingnan ang "Paano Pumili ng Ball Valve Actuator" sa susunod na bahagi ng manwal na ito.
Ang mga High Purity Ball Valve ay maaaring linisin at i-package ayon sa mga kinakailangan ng BPE o Semiconductor (SemaSpec).
Isinasagawa ang pangunahing paglilinis gamit ang isang ultrasonic cleaning system na gumagamit ng aprubadong alkaline reagent para sa malamig na paglilinis at pag-alis ng grasa, na may formula na walang residue.
Ang mga bahaging naglalaman ng presyon ay minarkahan ng numero ng init at may kasamang naaangkop na sertipiko ng pagsusuri. Isang Ulat sa Pagsubok ng Gilingan (MTR) ang itinatala para sa bawat laki at numero ng init. Kabilang sa mga dokumentong ito ang:
Minsan, kailangang pumili ang mga process engineer sa pagitan ng mga pneumatic o electric valve para sa mga process control system. Parehong uri ng actuator ay may mga bentahe at mahalaga na magkaroon ng datos na magagamit upang makagawa ng pinakamahusay na pagpili.
Ang unang gawain sa pagpili ng uri ng actuator (pneumatic o electric) ay ang pagtukoy sa pinakaepektibong pinagmumulan ng kuryente para sa actuator. Ang mga pangunahing puntong dapat isaalang-alang ay:
Ang pinaka-praktikal na mga pneumatic actuator ay gumagamit ng suplay ng presyon ng hangin na 40 hanggang 120 psi (3 hanggang 8 bar). Kadalasan, ang mga ito ay sinusukat para sa mga suplay ng presyon na 60 hanggang 80 psi (4 hanggang 6 bar). Ang mas mataas na presyon ng hangin ay kadalasang mahirap garantiyahan, habang ang mas mababang presyon ng hangin ay nangangailangan ng napakalaking diameter ng mga piston o diaphragm upang makabuo ng kinakailangang metalikang kuwintas.
Ang mga electric actuator ay karaniwang ginagamit na may 110 VAC na kapangyarihan, ngunit maaari ring gamitin sa iba't ibang AC at DC motor, parehong single at three-phase.
Saklaw ng temperatura. Ang parehong pneumatic at electric actuator ay maaaring gamitin sa malawak na saklaw ng temperatura. Ang karaniwang saklaw ng temperatura para sa mga pneumatic actuator ay -4 hanggang 1740F (-20 hanggang 800C), ngunit maaaring palawigin sa -40 hanggang 2500F (-40 hanggang 1210C) na may opsyonal na mga seal, bearings at grease. Kung gagamitin ang mga control accessory (limit switch, solenoid valve, atbp.), maaaring iba ang rating ng temperatura sa mga ito kaysa sa actuator, at dapat itong isaalang-alang sa lahat ng aplikasyon. Sa mga aplikasyon na mababa ang temperatura, dapat isaalang-alang ang kalidad ng suplay ng hangin kaugnay ng dew point. Ang dew point ay ang temperatura kung saan nangyayari ang condensation sa hangin. Ang condensation ay maaaring mag-freeze at harangan ang linya ng suplay ng hangin, na pumipigil sa paggana ng actuator.
Ang mga electric actuator ay may saklaw ng temperatura na -40 hanggang 1500F (-40 hanggang 650C). Kapag ginagamit sa labas, ang electric actuator ay dapat na ihiwalay mula sa kapaligiran upang maiwasan ang pagpasok ng kahalumigmigan sa panloob na mga mekanismo. Kung ang condensation ay nahuhulog mula sa conduit ng kuryente, maaaring mabuo pa rin ang condensation sa loob, na maaaring naipon na ang tubig-ulan bago ang pag-install. Gayundin, dahil pinapainit ng motor ang loob ng pabahay ng actuator kapag ito ay tumatakbo at pinapalamig ito kapag hindi ito tumatakbo, ang mga pagbabago-bago ng temperatura ay maaaring maging sanhi ng "paghinga" at pag-condense ng kapaligiran. Samakatuwid, lahat ng electric actuator para sa panlabas na paggamit ay dapat na may heater.
Minsan mahirap bigyang-katwiran ang paggamit ng mga electric actuator sa mga mapanganib na kapaligiran, ngunit kung ang mga compressed air o pneumatic actuator ay hindi makapagbibigay ng mga kinakailangang katangian sa pagpapatakbo, maaaring gamitin ang mga electric actuator na may naaangkop na uri ng mga housing.
Ang National Electrical Manufacturers Association (NEMA) ay nagtatag ng mga alituntunin para sa paggawa at pag-install ng mga electric actuator (at iba pang kagamitang elektrikal) para magamit sa mga mapanganib na lugar. Ang mga alituntunin ng NEMA VII ay ang mga sumusunod:
VII Mapanganib na Lokasyon Klase I (Pasabog na Gas o Singaw) Nakakatugon sa Pambansang Kodigo sa Elektrikal para sa mga aplikasyon; nakakatugon sa mga detalye ng Underwriters' Laboratories, Inc. para sa paggamit sa gasolina, hexane, naphtha, benzene, butane, propane, acetone, at mga kapaligiran ng benzene, mga singaw ng lacquer solvent at natural gas.
Halos lahat ng tagagawa ng electric actuator ay may opsyon na magkaroon ng bersyong sumusunod sa NEMA VII ng kanilang karaniwang linya ng produkto.
Sa kabilang banda, ang mga pneumatic actuator ay likas na hindi tinatablan ng pagsabog. Kapag ang mga electrical control ay ginagamit kasama ng mga pneumatic actuator sa mga mapanganib na lugar, kadalasan ay mas matipid ang mga ito kaysa sa mga electric actuator. Ang solenoid-operated pilot valve ay maaaring i-install sa isang hindi mapanganib na lugar at i-pipe papunta sa actuator. Ang mga limit switch – para sa indikasyon ng posisyon – ay maaaring i-install sa mga NEMA VII enclosure. Ang likas na kaligtasan ng mga pneumatic actuator sa mga mapanganib na lugar ay ginagawa silang isang praktikal na pagpipilian sa mga aplikasyong ito.
Pagbabalik ng spring. Ang isa pang aksesorya sa kaligtasan na malawakang ginagamit sa mga valve actuator sa industriya ng proseso ay ang opsyong spring return (fail safe). Kung sakaling magkaroon ng power o signal failure, ang spring return actuator ang nagtutulak sa balbula sa isang paunang natukoy na ligtas na posisyon. Ito ay isang praktikal at murang opsyon para sa mga pneumatic actuator, at isang malaking dahilan kung bakit malawakang ginagamit ang mga pneumatic actuator sa buong industriya.
Kung hindi magamit ang isang spring dahil sa laki o bigat ng actuator, o kung may naka-install na double acting unit, maaaring maglagay ng accumulator tank upang mag-imbak ng presyon ng hangin.