Van bi có độ tinh khiết cao là gì?Van bi có độ tinh khiết cao là thiết bị kiểm soát lưu lượng đáp ứng các tiêu chuẩn công nghiệp về độ tinh khiết của vật liệu và thiết kế. Van trong quy trình có độ tinh khiết cao được sử dụng trong hai lĩnh vực ứng dụng chính:
Chúng được sử dụng trong "hệ thống hỗ trợ" như xử lý hơi nước làm sạch để làm sạch và kiểm soát nhiệt độ. Trong ngành dược phẩm, van bi không bao giờ được sử dụng trong các ứng dụng hoặc quy trình có thể tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm cuối cùng.
Tiêu chuẩn công nghiệp cho van có độ tinh khiết cao là gì? Ngành dược phẩm đưa ra tiêu chí lựa chọn van từ hai nguồn:
ASME/BPE-1997 là một tài liệu chuẩn mực đang phát triển bao gồm thiết kế và sử dụng thiết bị trong ngành dược phẩm. Tiêu chuẩn này dành cho thiết kế, vật liệu, xây dựng, kiểm tra và thử nghiệm các bình chứa, đường ống và các phụ kiện liên quan như máy bơm, van và phụ kiện được sử dụng trong ngành dược phẩm sinh học. Về cơ bản, tài liệu nêu rõ, “…tất cả các thành phần tiếp xúc với sản phẩm, nguyên liệu thô hoặc sản phẩm trung gian trong quá trình sản xuất, phát triển quy trình hoặc mở rộng quy mô…và là một phần quan trọng của quá trình sản xuất sản phẩm, chẳng hạn như nước pha tiêm (WFI), hơi nước sạch, siêu lọc, lưu trữ sản phẩm trung gian và máy ly tâm.”
Ngày nay, ngành công nghiệp dựa vào ASME/BPE-1997 để xác định thiết kế van bi cho các ứng dụng không tiếp xúc với sản phẩm. Các lĩnh vực chính được đề cập trong thông số kỹ thuật là:
Các loại van thường được sử dụng trong hệ thống quy trình dược phẩm sinh học bao gồm van bi, van màng và van một chiều. Tài liệu kỹ thuật này sẽ chỉ giới hạn trong việc thảo luận về van bi.
Xác nhận là một quy trình quản lý được thiết kế để đảm bảo khả năng tái tạo của một sản phẩm hoặc công thức đã qua xử lý. Chương trình chỉ ra việc đo lường và giám sát các thành phần quy trình cơ học, thời gian pha chế, nhiệt độ, áp suất và các điều kiện khác. Khi một hệ thống và các sản phẩm của hệ thống đó được chứng minh là có thể lặp lại, tất cả các thành phần và điều kiện đều được coi là đã được xác nhận. Không được thực hiện bất kỳ thay đổi nào đối với "gói" cuối cùng (hệ thống và quy trình xử lý) nếu không được xác nhận lại.
Ngoài ra còn có những vấn đề liên quan đến xác minh vật liệu. Báo cáo thử nghiệm vật liệu (MTR) là một tuyên bố từ nhà sản xuất đúc ghi lại thành phần của vật đúc và xác minh rằng vật đúc đó đến từ một lần đúc cụ thể. Mức độ truy xuất nguồn gốc này là mong muốn trong tất cả các lắp đặt thành phần ống nước quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp. Tất cả các van được cung cấp cho các ứng dụng dược phẩm phải được gắn MTR.
Các nhà sản xuất vật liệu ghế cung cấp báo cáo thành phần để đảm bảo ghế tuân thủ các hướng dẫn của FDA (FDA/USP Lớp VI). Các vật liệu ghế được chấp nhận bao gồm PTFE, RTFE, Kel-F và TFM.
Độ tinh khiết cực cao (UHP) là thuật ngữ nhằm nhấn mạnh nhu cầu về độ tinh khiết cực cao. Đây là thuật ngữ được sử dụng rộng rãi trong thị trường bán dẫn, nơi yêu cầu số lượng hạt tối thiểu tuyệt đối trong luồng chảy. Van, đường ống, bộ lọc và nhiều vật liệu được sử dụng trong quá trình chế tạo thường đáp ứng mức UHP này khi được chuẩn bị, đóng gói và xử lý trong các điều kiện cụ thể.
Ngành công nghiệp bán dẫn lấy thông số kỹ thuật thiết kế van từ tổng hợp thông tin do nhóm SemaSpec quản lý. Việc sản xuất tấm vi mạch đòi hỏi phải tuân thủ cực kỳ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn để loại bỏ hoặc giảm thiểu ô nhiễm từ các hạt, khí thải và độ ẩm.
Tiêu chuẩn SemaSpec nêu chi tiết nguồn phát sinh hạt, kích thước hạt, nguồn khí (thông qua cụm van mềm), thử nghiệm rò rỉ heli và độ ẩm bên trong và bên ngoài ranh giới van.
Van bi đã được chứng minh là có thể sử dụng tốt trong những ứng dụng khó khăn nhất. Một số lợi ích chính của thiết kế này bao gồm:
Đánh bóng cơ học – Các bề mặt được đánh bóng, mối hàn và bề mặt đang sử dụng có các đặc điểm bề mặt khác nhau khi quan sát dưới kính lúp. Đánh bóng cơ học làm giảm tất cả các gờ, rỗ và độ biến dạng trên bề mặt xuống độ nhám đồng đều.
Đánh bóng cơ học được thực hiện trên thiết bị quay sử dụng vật liệu mài mòn nhôm. Đánh bóng cơ học có thể được thực hiện bằng các công cụ cầm tay cho các bề mặt lớn, chẳng hạn như lò phản ứng và bình chứa tại chỗ, hoặc bằng máy đánh bóng tự động cho đường ống hoặc các bộ phận hình ống. Một loạt các chất đánh bóng có độ nhám được áp dụng theo trình tự mịn hơn liên tiếp cho đến khi đạt được độ hoàn thiện hoặc độ nhám bề mặt mong muốn.
Đánh bóng điện hóa là quá trình loại bỏ các điểm không đều trên bề mặt kim loại bằng phương pháp điện hóa. Phương pháp này tạo ra bề mặt phẳng hoặc nhẵn, khi nhìn dưới kính lúp, gần như không có đặc điểm gì.
Thép không gỉ có khả năng chống ăn mòn tự nhiên do hàm lượng crom cao (thường là 16% trở lên trong thép không gỉ). Đánh bóng điện phân tăng cường khả năng chống ăn mòn tự nhiên này vì quá trình này hòa tan nhiều sắt (Fe) hơn crom (Cr). Điều này để lại hàm lượng crom cao hơn trên bề mặt thép không gỉ (thụ động hóa).
Kết quả của bất kỳ quy trình đánh bóng nào là tạo ra một bề mặt “mịn” được định nghĩa là độ nhám trung bình (Ra). Theo ASME/BPE; “Tất cả các chất đánh bóng phải được thể hiện bằng Ra, microinch (m-in) hoặc micrômet (mm).”
Độ nhẵn bề mặt thường được đo bằng máy đo độ nhám, một dụng cụ tự động có tay cầm chuyển động qua lại giống như bút stylus. Bút stylus được đưa qua bề mặt kim loại để đo chiều cao đỉnh và độ sâu thung lũng. Chiều cao đỉnh và độ sâu thung lũng trung bình sau đó được biểu thị dưới dạng độ nhám trung bình, tính bằng phần triệu inch hoặc microinch, thường được gọi là Ra.
Mối quan hệ giữa bề mặt được đánh bóng và đã đánh bóng, số lượng hạt mài mòn và độ nhám bề mặt (trước và sau khi đánh bóng điện hóa) được thể hiện trong bảng dưới đây. (Để biết nguồn gốc ASME/BPE, hãy xem Bảng SF-6 trong tài liệu này)
Micrômét là tiêu chuẩn chung của Châu Âu và hệ mét tương đương với microinch. Một microinch bằng khoảng 40 micromet. Ví dụ: Độ hoàn thiện được chỉ định là 0,4 micron Ra bằng 16 micro inch Ra.
Do tính linh hoạt vốn có của thiết kế van bi, nó có sẵn ở nhiều loại vật liệu đế, phớt và thân. Do đó, van bi được sản xuất để xử lý các chất lỏng sau:
Ngành công nghiệp dược phẩm sinh học thích lắp đặt "hệ thống kín" bất cứ khi nào có thể. Các kết nối Đường kính ngoài ống mở rộng (ETO) được hàn trực tiếp để loại bỏ ô nhiễm bên ngoài ranh giới van/ống và tăng thêm độ cứng cho hệ thống đường ống. Các đầu Tri-Clamp (kết nối kẹp vệ sinh) tăng thêm tính linh hoạt cho hệ thống và có thể lắp đặt mà không cần hàn. Sử dụng đầu Tri-Clamp, hệ thống đường ống có thể dễ dàng tháo rời và định cấu hình lại hơn.
Các phụ kiện Cherry-Burrell dưới các thương hiệu “I-Line”, “S-Line” hoặc “Q-Line” cũng có sẵn cho các hệ thống có độ tinh khiết cao như ngành thực phẩm/đồ uống.
Các đầu có đường kính ngoài ống mở rộng (ETO) cho phép hàn van trực tiếp vào hệ thống đường ống. Các đầu ETO có kích thước phù hợp với đường kính hệ thống ống và độ dày thành ống. Chiều dài ống mở rộng phù hợp với đầu hàn quỹ đạo và cung cấp đủ chiều dài để tránh làm hỏng phớt thân van do nhiệt hàn.
Van bi được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng quy trình vì tính linh hoạt vốn có của chúng. Van màng có khả năng chịu nhiệt độ và áp suất hạn chế và không đáp ứng được mọi tiêu chuẩn đối với van công nghiệp. Van bi có thể được sử dụng cho:
Ngoài ra, phần trung tâm của van bi có thể tháo rời để tiếp cận mối hàn bên trong, sau đó có thể vệ sinh và/hoặc đánh bóng.
Thoát nước rất quan trọng để giữ cho hệ thống xử lý sinh học luôn sạch sẽ và vô trùng. Chất lỏng còn lại sau khi thoát nước sẽ trở thành nơi cư trú của vi khuẩn hoặc các vi sinh vật khác, tạo ra gánh nặng sinh học không thể chấp nhận được trong hệ thống. Những nơi chất lỏng tích tụ cũng có thể trở thành nơi bắt đầu ăn mòn, làm tăng thêm ô nhiễm cho hệ thống. Phần thiết kế của tiêu chuẩn ASME/BPE yêu cầu thiết kế để giảm thiểu tình trạng giữ lại hoặc lượng chất lỏng còn lại trong hệ thống sau khi thoát nước hoàn tất.
Khoảng chết trong hệ thống đường ống được định nghĩa là rãnh, chữ T hoặc phần mở rộng từ đường ống chính vượt quá lượng đường kính ống (L) được xác định trong ID của đường ống chính (D). Khoảng chết là không mong muốn vì nó tạo ra vùng bị kẹt mà có thể không tiếp cận được thông qua các quy trình làm sạch hoặc vệ sinh, dẫn đến nhiễm bẩn sản phẩm. Đối với hệ thống đường ống xử lý sinh học, có thể đạt được tỷ lệ L/D 2:1 với hầu hết các cấu hình van và đường ống.
Van chặn lửa được thiết kế để ngăn chặn sự lan truyền của chất lỏng dễ cháy trong trường hợp xảy ra hỏa hoạn trên dây chuyền sản xuất. Thiết kế sử dụng ghế sau bằng kim loại và chống tĩnh điện để ngăn ngừa cháy. Các ngành công nghiệp dược phẩm sinh học và mỹ phẩm thường ưa chuộng van chặn lửa trong hệ thống phân phối cồn.
Vật liệu làm van bi được FDA-USP23, Lớp VI chấp thuận bao gồm: PTFE, RTFE, Kel-F, PEEK và TFM.
TFM là PTFE biến đổi về mặt hóa học, thu hẹp khoảng cách giữa PTFE truyền thống và PFA có thể xử lý nóng chảy. TFM được phân loại là PTFE theo ASTM D 4894 và ISO Draft WDT 539-1.5. So với PTFE truyền thống, TFM có các đặc tính nâng cao sau:
Ghế ngồi có khoang được thiết kế để ngăn ngừa sự tích tụ của các vật liệu, khi bị kẹt giữa bi và khoang thân, có thể đông cứng hoặc cản trở hoạt động trơn tru của bộ phận đóng van. Van bi có độ tinh khiết cao được sử dụng trong dịch vụ hơi nước không nên sử dụng cách bố trí ghế ngồi tùy chọn này, vì hơi nước có thể tìm đường vào bên dưới bề mặt ghế và trở thành nơi vi khuẩn phát triển. Do diện tích ghế ngồi lớn hơn này, ghế ngồi có khoang khó có thể vệ sinh đúng cách nếu không tháo rời.
Van bi thuộc về loại chung của “van quay”. Đối với hoạt động tự động, có hai loại bộ truyền động: khí nén và điện. Bộ truyền động khí nén sử dụng piston hoặc màng ngăn được kết nối với cơ cấu quay như thanh răng và bánh răng để cung cấp mô-men xoắn đầu ra quay. Bộ truyền động điện về cơ bản là động cơ bánh răng và có nhiều loại điện áp và tùy chọn khác nhau để phù hợp với van bi. Để biết thêm thông tin về chủ đề này, hãy xem “Cách chọn bộ truyền động van bi” ở phần sau của hướng dẫn này.
Van bi có độ tinh khiết cao có thể được làm sạch và đóng gói theo yêu cầu của BPE hoặc Semiconductor (SemaSpec).
Quá trình vệ sinh cơ bản được thực hiện bằng hệ thống vệ sinh siêu âm sử dụng thuốc thử kiềm đã được phê duyệt để vệ sinh lạnh và tẩy dầu mỡ, với công thức không để lại cặn.
Các bộ phận chịu áp suất được đánh dấu bằng số nhiệt và kèm theo giấy chứng nhận phân tích phù hợp. Báo cáo thử nghiệm nhà máy (MTR) được ghi lại cho từng kích thước và số nhiệt. Các tài liệu này bao gồm:
Đôi khi các kỹ sư quy trình cần phải lựa chọn giữa van khí nén hoặc van điện cho hệ thống điều khiển quy trình. Cả hai loại bộ truyền động đều có ưu điểm và việc có sẵn dữ liệu là rất có giá trị để đưa ra lựa chọn tốt nhất.
Nhiệm vụ đầu tiên khi lựa chọn loại bộ truyền động (khí nén hoặc điện) là xác định nguồn điện hiệu quả nhất cho bộ truyền động. Những điểm chính cần xem xét là:
Bộ truyền động khí nén thực tế nhất sử dụng nguồn cung cấp áp suất không khí từ 40 đến 120 psi (3 đến 8 bar). Thông thường, chúng được thiết kế để cung cấp áp suất từ ​​60 đến 80 psi (4 đến 6 bar). Áp suất không khí cao hơn thường khó đảm bảo, trong khi áp suất không khí thấp hơn yêu cầu piston hoặc màng ngăn có đường kính rất lớn để tạo ra mô-men xoắn cần thiết.
Bộ truyền động điện thường được sử dụng với nguồn điện 110 VAC, nhưng có thể sử dụng với nhiều loại động cơ AC và DC, cả loại một pha và ba pha.
Phạm vi nhiệt độ. Cả bộ truyền động khí nén và điện đều có thể được sử dụng trong phạm vi nhiệt độ rộng. Phạm vi nhiệt độ tiêu chuẩn cho bộ truyền động khí nén là -4 đến 1740F (-20 đến 800C), nhưng có thể mở rộng đến -40 đến 2500F (-40 đến 1210C) với các phớt, ổ trục và mỡ tùy chọn. Nếu sử dụng các phụ kiện điều khiển (công tắc giới hạn, van điện từ, v.v.), chúng có thể được định mức nhiệt độ khác với bộ truyền động và điều này cần được tính đến trong mọi ứng dụng. Trong các ứng dụng nhiệt độ thấp, chất lượng cung cấp không khí liên quan đến điểm sương nên được xem xét. Điểm sương là nhiệt độ mà sự ngưng tụ xảy ra trong không khí. Sự ngưng tụ có thể đóng băng và chặn đường cung cấp không khí, ngăn bộ truyền động hoạt động.
Bộ truyền động điện có phạm vi nhiệt độ từ -40 đến 1500F (-40 đến 650C). Khi sử dụng ngoài trời, bộ truyền động điện phải được cách ly khỏi môi trường để tránh hơi ẩm xâm nhập vào các hoạt động bên trong. Nếu ngưng tụ được rút ra từ ống dẫn điện, ngưng tụ vẫn có thể hình thành bên trong, có thể đã tích tụ nước mưa trước khi lắp đặt. Ngoài ra, do động cơ làm nóng bên trong vỏ bộ truyền động khi nó đang chạy và làm mát khi nó không chạy, nên sự thay đổi nhiệt độ có thể khiến môi trường "thở" và ngưng tụ. Do đó, tất cả các bộ truyền động điện để sử dụng ngoài trời phải được trang bị máy sưởi.
Đôi khi khó có thể biện minh cho việc sử dụng bộ truyền động điện trong môi trường nguy hiểm, nhưng nếu bộ truyền động khí nén hoặc khí nén không thể cung cấp các đặc tính vận hành cần thiết thì có thể sử dụng bộ truyền động điện có vỏ được phân loại phù hợp.
Hiệp hội các nhà sản xuất thiết bị điện quốc gia (NEMA) đã thiết lập các hướng dẫn về xây dựng và lắp đặt bộ truyền động điện (và các thiết bị điện khác) để sử dụng trong các khu vực nguy hiểm. Các hướng dẫn của NEMA VII như sau:
VII Vị trí nguy hiểm Lớp I (Khí hoặc hơi dễ nổ) Đáp ứng Quy định điện quốc gia về ứng dụng; đáp ứng các thông số kỹ thuật của Underwriters' Laboratories, Inc. để sử dụng với xăng, hexan, naphta, benzen, butan, propan, acetone, Khí quyển benzen, hơi dung môi sơn mài và khí tự nhiên.
Hầu hết các nhà sản xuất bộ truyền động điện đều có tùy chọn sản phẩm tiêu chuẩn tuân thủ NEMA VII.
Mặt khác, bộ truyền động khí nén vốn có khả năng chống cháy nổ. Khi sử dụng bộ điều khiển điện với bộ truyền động khí nén ở những khu vực nguy hiểm, chúng thường tiết kiệm chi phí hơn bộ truyền động điện. Van điều khiển vận hành bằng điện từ có thể được lắp đặt ở khu vực không nguy hiểm và được dẫn đến bộ truyền động. Công tắc giới hạn - để chỉ báo vị trí - có thể được lắp đặt trong vỏ bọc NEMA VII. Tính an toàn vốn có của bộ truyền động khí nén ở những khu vực nguy hiểm khiến chúng trở thành lựa chọn thiết thực trong các ứng dụng này.
Lò xo hồi về. Một phụ kiện an toàn khác được sử dụng rộng rãi trong bộ truyền động van trong ngành công nghiệp quy trình là tùy chọn lò xo hồi về (an toàn khi hỏng hóc). Trong trường hợp mất điện hoặc mất tín hiệu, bộ truyền động lò xo hồi về sẽ điều khiển van đến vị trí an toàn được xác định trước. Đây là một tùy chọn thiết thực và không tốn kém cho bộ truyền động khí nén và là lý do chính khiến bộ truyền động khí nén được sử dụng rộng rãi trong toàn ngành.
Nếu không thể sử dụng lò xo do kích thước hoặc trọng lượng của bộ truyền động, hoặc nếu đã lắp đặt bộ phận tác động kép, có thể lắp đặt bình tích áp để lưu trữ áp suất không khí.