Некоторые элементы и узлы герметизации

Одним из наиболее распространенных герметизиру­ющих элементов на микробиологических производствах является арматура, количество которой в монтажной схеме одного ферментатора может достигать несколь­ких десятков штук, а в современном цехе фермента­ции — нескольких тысяч штук.

ментов, в числе которых уплотнение седло — клапан, уплотнение штока, фланцевые соединения, обеспечи­вающие подключение арматуры к трубопроводам и ап­паратам.

Количественные характеристики эффективности гер­метизации [49], которыми обладают некоторые элемен­ты монтажных схем ферментаторов вместимостью 2 м³, показывают, что на долю арматуры приходится около 70% всех дегерметизаций. При этом в арматуре наиболее «слабым» элементом является уплотнение седло — клапан, на долю которого приходится более 80% всех дегерметизаций арматуры. Следует подчерк­нуть, что в работах [48, 49] не приведены данные о ча­стоте дегерметизации уплотнений валов мешалок аппа­ратов, мест вводов датчиков КИП в аппараты и др. .Дальнейшее изучение и статистическая оценка фактов разгерметизации всех элементов монтажных схем ап­паратов позволят конкретизировать наши знания о наиболее «слабых» элементах, требующих замены или резервирования.

В данном разделе мы не преследуем цель описать и проанализировать все многообразие конструкций гер­метизирующих элементов и узлов. Отметим лишь, что подавляющее большинство типовых элементов не в пол­ной мере отвечает требованиям микробиологических 'производств. При этом одними из главных требований являются гарантированная стерилизуемость этих эле­ментов и возможность оперативного контроля за эф-

• фективностью герметизации с помощью стандартных

• отечественных приборов. Создание герметизирующих элементов, отвечающих требованиям микробиологиче-

-ских производств, является одной из важных задач, ■ решение которой будет способствовать дальнейшему росту культуры производства, достижению гарантиро­ванно асептических условий в аппаратах и коммуника­циях.

Одним из важных направлений повышения эффек­тивности герметизации является переход на сварные соединения вместо фланцевых. Однако в этом случае .для проверки герметичности замков вентилей (седло — клапан) на трубопроводе необходимо монтировать бо- - бышку с пробкой для щупа галоидного течеискателя. Хотя монтажом бобышки вводится в схему новый гер­гне

метизирующий элемент, в целом состояние герметично­сти не ухудшается, так как по размерам герметизиру­ющей поверхности бобышка во много раз меньше флан­цевого соединения и проверка на герметичность не со­ставляет труда.

Другим направлением повышения герметизации монтажных схем могут быть разработка и внедре­ние в практику новых коллектор­ных устройств (рис. 25), учиты­вающих особенности микробиоло­гических производств [53]. Тре­буемая эффективность достига­ется за счет совмещения корпу­сов трубопроводной арматуры, установленной на патрубках кол­лекторного устройства, с его тру­бой — коллектором и использова­ния каждого присоединительного патрубка коллекторного узла в качестве седла под клапан-золот­ник шпиндельного узла стандарт­ного вентиля. При таком совме­щении труба — коллектор, по су­ществу, превращается в единый общий корпус многоканального (многошпиндельного) вентиля, в котором для осуществления пере­крытия присоединительных пат­рубков используются лишь крыш­ки и шпиндельные узлы стан­дартной трубопроводной армату­ры. В этом случае оказываются изъятыми все корпуса ранее ис­пользовавшейся трубопроводной арматуры, которые обладают зна­чительной массой, громоздки, имеют сложную конфигурацию внутренней полости и труднодо­ступные для пара места, характе­ризуются большим гидравличес­ким сопротивлением и развитой поверхностью теплообмена.

эффективности

Пап

Рис. 25. Принципиальная схема коллекторного устройства для нужд микробиологических про­изводств:

1 — корпус; 2— патрубок; 3 — фланец; 4 —крышка; 5 — шпиндельный узел; 6 — за­глушка; 7 — клапан; 8— при­соединительный патрубок; 9 — фланец.

Рассмотрим особенности и преимущества коллектор­ного устройства (рис.

Коллекторное устройство работает следующим обра­зом. Патрубки перекрываются с помощью клапанов- золотников 7, которые под действием осевого усилия, передаваемого шпинделем, плотно прижимаются к уп­лотнительным поверхностям патрубков 8. При откры­вании каналов клапаны-золотники 7 снимаются с уп­лотнительных поверхностей патрубков 8 и перемещают­ся в левое положение. В зависимости от назначения и условий работы коллекторного устройства подвод или отвод транспортируемой среды может осуществляться либо по одному из четырех каналов, либо одновремен­но по одной из шести возможных пар каналов, либо по четырем каналам сразу. Одним из каналов (патруб­ков) коллекторное устройство подсоединяется к аппа­рату. Для стерилизации устройства и подключенных к нему магистралей, а также для создания термического затвора к коллекторному устройству подключены в верхней точке пар, а в нижней — линия удаления кон­денсата.

Практика. эксплуатации аппаратов, монтажные схе­мы которых включают рассмотренное коллекторное устройство, позволяет сделать некоторые выводы отно­сительно его преимуществ и недостатков. Во-первых, в 2 раза сокращается количество запорной арматуры, не­посредственно обеспечивающей работу ферментаторов в асептических условиях. Это приводит к уменьшению числа и других герметизирующих элементов (фланце­вых соединений, замков, сильфонов или сальников вен­тилей) и, как следствие, обеспечивает повышение эф­фективности герметизации узлов и технических систем. Во-вторых, примерно в 2^!/г раза снижается протяжен­ность коммуникаций в монтажной схеме каждого аппа- 150

рата.

Однако необходимо отметить, что создание коллек­торных устройств не исчерпывает всего комплекса работ, направленных на совершенствование монтажных схем микробиологических производств. Они являются лишь одним из частных решений, полезность которого под­тверждена практикой.

Как показывает практика работы микробиологиче­ских производств, одними из «слабых» элементов явля­ются сильфоны запорной арматуры. Несмотря на то, что на их долю приходится около 3% общего количе­ства отказов арматуры [49], именно их дегерметизация часто приводит к нестерильным операциям и браку в производстве, так как большей частью они разруша­ются на коллекторных трубопроводах подачи стериль­ной питательной среды или других стерильных жидко­стей в ферментаторы. В МСФ широко используют также другие устройства (торцевые уплотнения валов переме­шивающих устройств ферментаторов, поршни дозировоч­ных насосов и др.), в которых герметизирующим эле­ментом служат сильфоны из нержавеющей стали.

В настоящее время возможно несколько направле­ний работ, имеющих целью увеличение эффективности герметизации с помощью сильфонов: повышение надеж­ности узлов герметизации путем замены однослойных сильфонов на многослойные и создание устройств, обе­спечивающих непрерывный автоматический контроль герметичности сильфонов и увеличение надежности пос­ледних.

Известно, что для повышения эффективности гер­метизации шпинделя и контроля за герметичностью сильфонной диафрагмы некоторые конструкции стан­дартных вентилей оснащены страхующим сальником и штуцером для присоединения датчика, с помощью ко­торого фиксируется наличие транспортируемой среды, проникшей через разрушенный сильфон.

Известны конструкции нестандартных сильфонных вентилей, в которых страхующие сальниковые уплотне­ния шпинделя заменены сильфоном, дублирующим ра­бочий сильфон, непосредственно контактирующий с про­текающим через вентиль газом или жидкостью. Такая замена при отсутствии непрерывного контроля за гер­метичностью дублирующего сильфона не освобождает эти конструкции вентилей от недостатков, присущих вентилям со страхующим сальником, поскольку из-за значительных колебаний долговечности сильфонов нет гарантии определенной последовательности их разру­шения и не исключаются ситуации, когда дублирую­щий сильфон выйдет из строя раньше рабочего силь­фона.

Необходимо подчеркнуть, что введение страхующих элементов в рассмотренные конструкции вентилей пред­ставляет собой технические меры по предупреждению контакта протекающих через вентиль жидкости • или газа и не решает вопроса повышения долговечности ра­бочего сильфона.

Весьма полезным зарекомендовал себя на практике способ контроля герметичности узлов герметизации, в 152

Рис.

1 — клапан ниппельный; 2 — корпус вентиля; 3 — рабочий сильфон; 4 — шпиндель; 5 — дублирующий силь­фон; 6 — пневмоэлектрический дат­чик; 7 — клапан.

которых в качестве разделительного элемента на гра­нице разобщаемых сред используются подвижные силь­фонные или мембранные диафрагмы в сочетании с дуб­лирующими элементами [77]. Данный способ обеспечи­вает непрерывный и независимый от вида и физико­химических свойств изолируемой среды контроль герметичности рабочего и дублирующего сильфонов, повышает долговечность рабочего сильфона и снижает вероятность его разрушения (смятия) при резких из­менениях давления. Сущность этого способа заключает­ся В том, что внутри полости, ограниченной рабочим и дублирующим сильфонами (рис. 26), создается пневма­тическое давление, которое

несколько выше рабочего давления изолируемой сре­ды (протекающих через вен­тиль жидкостей или газов).

Перепад давлений позволя­ет осуществлять одновре­менный и непосредственный контроль герметичности ра­бочего и дублирующего сильфонов путем фиксации момента нарушения их гер­метичности по снижению пневматического давления в полости, ограниченной эти­ми сильфонами.

Указанный способ конт­роля герметичности позво­ляет использовать датчики, работающие только от дав­ления, и поэтому является универсальным. Существен­ным его достоинством является и то, что благодаря соз­даваемому давлению рабочий сильфон, который по сравнению с дублирующим эксплуатируется в более тя­желых условиях (непосредственный контакт с изолируе­мой средой, воздействие температуры, давления и др.), оказывается разгруженным, поскольку давление изоли­руемой среды практически уравновешивается созданным внутри сильфонов пневматическим давлением. Разгруз­ка рабочего сильфона также увеличивает его долговеч- 153

ность и значительно уменьшает вероятность его разру­шения (смятия) при резком изменении давления.

Для использования предлагаемого способа необхо­димо герметично подсоединить к штуцеру, внутренний канал которого сообщается с полостью, ограниченной рабочим и дублирующим сильфонами, какой-либо пневматический датчик (например, электроконтактный манометр) и через клапан одностороннего действия (например, ниппельный), соединенный с той же по­лостью, создать в ней требуемое пневматическое дав­ление. Величина этого давления определяется в зави­симости от условий эксплуатации герметизирующих устройств с учетом давления, температуры и других параметров изолируемой среды. Показанная на рис. 26 конструкция производственного образца сильфонного вентиля оснащена электроконтактный манометром и ниппельным клапаном. Особенностью конструкции вен­тиля является концентрическое (один в другом) рас­положение рабочего и дублирующего сильфонов.

7.3.