Tiêu chuẩn làm sạch không dầu cho đồng hồ đo lưu lượng oxy

Tiêu chuẩn làm sạch không dầu cho đồng hồ đo lưu lượng oxy: Giải thích về CGA G-4.1 và ASTM G93

Câu trả lời nhanh

Các đồng hồ đo lưu lượng oxy cần được làm sạch bằng phương pháp không dùng dầu vì cặn hydrocarbon, mỡ và các hạt rời rạc có thể bốc cháy bên trong hệ thống giàu oxy, ngay cả khi không có tia lửa điện bên ngoài.

Có hai tiêu chuẩn đề cập đến vấn đề này: CGA G-4.1 dành cho thiết bị sản xuất, lưu trữ và phân phối khí, và ASTM G93 dành cho phạm vi rộng hơn các môi trường giàu oxy, bao gồm cả ngành hàng không vũ trụ và công nghiệp bán dẫn.

Công ty Silver Automation Instruments thực hiện tẩy dầu mỡ và kiểm tra các bộ phận tiếp xúc với chất lỏng trên mọi đồng hồ đo lưu lượng khí oxy, với mục tiêu đạt mức cặn không bay hơi là 220 mg/m² hoặc thấp hơn, phù hợp với tiêu chuẩn cơ bản CGA G-4.1.

Vì sao oxy cần tiêu chuẩn làm sạch khác so với không khí hoặc nitơ?

Nồng độ oxy trên 23,5% theo thể tích được phân loại là chất oxy hóa theo cả hai tiêu chuẩn. Con số này rất quan trọng vì không khí thông thường chứa khoảng 21% oxy, và ngay cả một lượng nhỏ oxy vượt quá mức đó cũng làm thay đổi cách thức cháy của vật liệu. Mỡ và dầu nằm yên trên bề mặt thép trong không khí xung quanh sẽ dễ dàng bốc cháy khi oxy tinh khiết thổi qua chúng ở áp suất cao.

Có hai cơ chế đánh lửa cần biết trước khi lựa chọn lưu lượng kế cho hệ thống oxy. Sự nén đoạn nhiệt xảy ra khi một lượng lớn oxy bị nén nhanh vào một điểm tắc hoặc một chỗ ngồi van, và chỉ riêng nhiệt lượng tỏa ra do quá trình nén cũng đủ để đốt cháy cặn bẩn còn sót lại. Sự đánh lửa do va chạm hạt xảy ra khi một mẩu vảy hàn hoặc mạt kim loại vụn di chuyển với vận tốc cao và va chạm vào bề mặt cảm biến, tạo ra tia lửa do ma sát. Cả hai cơ chế này đều không cần nguồn đánh lửa bên ngoài.

Vì vậy, một thân lưu lượng kế hoạt động tốt với khí nén có thể trở thành mối nguy hiểm khi sử dụng với oxy nếu nó chưa bao giờ được tẩy dầu mỡ. Đây không phải là rủi ro lý thuyết. Đó là lý do tại sao các nhà cung cấp khí đốt, bệnh viện và nhà máy thép đều quy định tiêu chuẩn làm sạch trong đơn đặt hàng của họ thay vì để mọi người tự suy đoán.

CGA G-4.1 và ASTM G93, và sự khác biệt giữa chúng

CGA G-4.1, Vệ sinh thiết bị phục vụ oxy

Tiêu chuẩn CGA G-4.1 do Hiệp hội Khí nén (Compressed Gas Association) ban hành và là tiêu chuẩn mà hầu hết các nhà cung cấp khí, nhà điều hành nhà máy oxy và nhà phân phối khí y tế tham khảo. Tiêu chuẩn này bao gồm các bể chứa, xe bồn, máy nén, máy bơm và thiết bị đo lường, về cơ bản là bất cứ thứ gì tiếp xúc với oxy ở nồng độ trên 23,5%. Tiêu chuẩn này mang tính quy định: nó nêu rõ các phương pháp làm sạch cụ thể (dung môi, nước, siêu âm), các bước kiểm tra và yêu cầu đóng gói. Nó cũng đưa ra mức độ sạch tối thiểu, vì vậy người mua chỉ cần ghi "làm sạch theo CGA G-4.1" trên đơn đặt hàng vẫn nhận được sản phẩm được xác định rõ ràng.

ASTM G93, Phương pháp làm sạch và mức độ sạch sẽ cho môi trường giàu oxy

Tiêu chuẩn ASTM G93 áp dụng cách tiếp cận rộng hơn, dựa trên rủi ro. Thay vì một tiêu chuẩn cơ bản duy nhất, nó định nghĩa các mức độ sạch từ A đến D, trong đó mức A là nghiêm ngặt nhất (được sử dụng trong hệ thống động cơ đẩy hàng không vũ trụ và hệ thống oxy áp suất cao) và mức D là lỏng lẻo nhất. Không giống như CGA G-4.1, không có mức mặc định tự động, vì vậy người mua phải chỉ rõ mức độ nào áp dụng. Tiêu chuẩn này xuất hiện nhiều hơn trong ngành hàng không vũ trụ, bán dẫn và công nghiệp khí chuyên dụng, mặc dù hai tiêu chuẩn này có sự chồng chéo và bản thân CGA G-4.1 cũng tham chiếu ASTM G93 để biết các phương pháp thử nghiệm chi tiết.

Đối với khách hàng sử dụng khí công nghiệp thông thường, chẳng hạn như nhà máy sản xuất oxy, hệ thống cung cấp trung tâm cho bệnh viện hoặc dây chuyền nhiên liệu oxy của nhà máy thép, tiêu chuẩn CGA G-4.1 thường là đủ. Khách hàng trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, động cơ đẩy sử dụng oxy lỏng và một số khách hàng trong ngành bán dẫn cần phải chỉ định rõ mức ASTM G93 trong đơn đặt hàng.

Công nghệ đo cũng ảnh hưởng đến an toàn oxy, chứ không chỉ việc làm sạch.

Giấy chứng nhận vệ sinh không tự mình giải quyết được vấn đề thiết kế. Đồng hồ đo lưu lượng kiểu tuabin và kiểu dịch chuyển tích cực dựa vào các bộ phận quay chạy trên ổ trục, và nhiều thiết kế ổ trục cần một lớp màng bôi trơn để hoạt động bền bỉ. Các chất bôi trơn gốc hydrocarbon tiêu chuẩn chính là thứ mà tiêu chuẩn CGA G-4.1 được thiết kế để loại bỏ, vì vậy các đồng hồ đo này thường cần mỡ bôi trơn tương thích với oxy, chu kỳ kiểm tra chặt chẽ hơn, hoặc cả hai.

Các đồng hồ đo lưu lượng khối nhiệt và đồng hồ đo lưu lượng xoáy giải quyết vấn đề này theo cách cấu trúc hơn. Cả hai đều không có bộ phận chuyển động trong đường dẫn dòng chảy, vì vậy không có ổ trục cần bôi trơn và không có bề mặt mài mòn làm bong tróc các hạt kim loại trong nhiều năm sử dụng. Đó là một lý do tại sao đồng hồ đo khối nhiệt SRK-100 và đồng hồ đo xoáy STLU-G thường được nhắc đến trong các yêu cầu về oxy và nitơ mà chúng tôi nhận được từ Đông Nam Á và Trung Đông. Cảm biến vẫn cần được tẩy dầu mỡ và kiểm tra trước khi vận chuyển. Chỉ là không có rủi ro bôi trơn liên tục nào sau khi đồng hồ được lắp đặt.

Những lựa chọn về chất liệu và linh kiện cần xem xét trước khi đặt hàng.

Một vài điểm thường xuyên được đề cập trong hầu hết các yêu cầu về máy đo lưu lượng oxy mà chúng tôi xử lý, vì vậy tốt hơn hết là nên nêu thẳng những điểm đó thay vì chờ đến khi khách hàng đặt câu hỏi.

• Các loại gioăng tiếp xúc với chất lỏng nên tránh sử dụng nitrile hoặc neoprene thông thường. PTFE và Viton là những lựa chọn phổ biến có khả năng tương thích với oxy, và cả hai đều cần được kiểm tra áp suất và nhiệt độ so với điều kiện hoạt động thực tế.
• Đồng thau và thép không gỉ thường là vật liệu chế tạo thân máy cho hệ thống oxy áp suất thấp và trung bình. Nhôm và titan cần được xem xét kỹ lưỡng về mặt kỹ thuật trước khi sử dụng trong môi trường oxy áp suất cao, do nguy cơ bắt lửa do va chạm hạt trong chính kim loại, chứ không chỉ do nhiễm bẩn trên bề mặt.
• Không bao giờ được lắp ráp các phụ kiện ren bằng chất làm kín ren gốc hydrocarbon thông thường. Có các loại chất bôi trơn lắp ráp an toàn với oxy và cần được ghi rõ trong đơn đặt hàng chứ không phải do người lắp đặt tự ý sử dụng.
• Nếu đường ống trước đây dùng để dẫn một loại khí khác trước khi chuyển sang sử dụng oxy, thì đồng hồ đo cần được làm sạch toàn diện để kiểm định lại, chứ không chỉ lau chùi sơ qua.

Cách chúng tôi chuẩn bị đồng hồ đo lưu lượng khí oxy

Lưu lượng kế khối nhiệt cho oxy

Khi nhận được đơn đặt hàng dịch vụ oxy, chúng tôi sẽ tháo các bộ phận tiếp xúc với chất lỏng và tẩy dầu mỡ riêng biệt với phần còn lại của cụm chi tiết, theo các bước làm sạch bằng dung môi được mô tả trong CGA G-4.1. Sau khi tẩy dầu mỡ, các bộ phận sẽ được kiểm tra bằng đèn UV và, đối với các đơn đặt hàng khắt khe hơn, sẽ được kiểm tra bằng phương pháp lau để xác nhận lượng cặn không bay hơi nằm trong mức yêu cầu. Sau khi một bộ phận đạt yêu cầu, nó sẽ được đóng gói, dán nhãn ghi ngày làm sạch và tiêu chuẩn áp dụng, và được giữ kín cho đến khi lắp ráp cuối cùng.

Đây là quy trình tiêu chuẩn đối với các đồng hồ đo khối lượng nhiệt SRK-100 và đồng hồ đo lưu lượng xoáy STLU-G được đặt hàng để sử dụng cho khí O2. Chúng tôi có thể làm sạch đến mức độ nghiêm ngặt hơn tiêu chuẩn CGA G-4.1 theo yêu cầu, mặc dù điều này sẽ làm tăng thời gian giao hàng. Chúng tôi không tuyên bố đạt chứng nhận xưởng theo tiêu chuẩn CGA G-4.1 hoặc ASTM G93. Những gì chúng tôi xác nhận bằng văn bản là mức độ sạch cụ thể, phương pháp kiểm tra và tài liệu được gửi kèm theo mỗi thiết bị, và chúng tôi khuyến nghị khách hàng có yêu cầu đảm bảo chất lượng nội bộ nghiêm ngặt nên ghi rõ mức độ yêu cầu và định dạng tài liệu trực tiếp trên đơn đặt hàng.

Áp dụng tiêu chuẩn CGA G-4.1 và ASTM G93 trên nhiều ngành công nghiệp.

Tại Đông Nam Á, các nhà máy sản xuất oxy PSA và VPSA quy mô nhỏ là nguồn gốc thường xuyên của những câu hỏi này. Các nhà tích hợp nhà máy tại Việt Nam, Indonesia và Philippines thường chỉ định sử dụng đồng hồ đo khối nhiệt hoặc đồng hồ đo xoáy trên đường ống đầu ra sản phẩm vì nó tránh được vấn đề ổ trục bôi trơn thường gặp với đồng hồ đo kiểu tuabin.

Khách hàng ở Trung Đông chủ yếu hỏi về vấn đề này liên quan đến quá trình đốt cháy giàu oxy trong chế biến thủy tinh và kim loại, trong đó hàm lượng oxy làm giàu vẫn dưới ngưỡng 23,5% trên một số dây chuyền nhưng lại vượt quá ngưỡng này trên các dây chuyền khác trong cùng một nhà máy, vì vậy mỗi dây chuyền cần được xem xét riêng thay vì một câu trả lời chung chung.

Các bệnh viện ở Úc và New Zealand thường xuyên lắp đặt hệ thống giám sát lưu lượng cung cấp oxy trung tâm theo tiêu chuẩn CGA G-4.1, vì tiêu chuẩn NFPA 99 và các quy chuẩn khí y tế khu vực tương tự đều yêu cầu điều này, mặc dù kỹ sư hệ thống khí của chính cơ sở đó mới là người đặt ra yêu cầu về tài liệu cuối cùng, chứ không phải nhà cung cấp đồng hồ đo.

Các nhà máy thép Nam Mỹ sử dụng dây chuyền cắt hoặc hàn bằng khí oxy thường là nhóm nhạy cảm nhất về chi phí trong danh sách này, và họ thường hỏi cụ thể liệu đồng hồ đo lưu lượng tuabin giá rẻ hơn có thể được chứng nhận lại để sử dụng với oxy hay không, thay vì đặt mua một thiết bị nhiệt hoặc xoáy được làm sạch chuyên dụng.

Nghiên cứu trường hợp

Một nhà tích hợp thiết bị khí đốt tại Việt Nam, chuyên cung cấp máy tạo oxy PSA cỡ nhỏ, đã yêu cầu chúng tôi báo giá đồng hồ đo khối lượng nhiệt SRK-100 được làm sạch theo tiêu chuẩn CGA G-4.1 cho đường ống đầu ra của nhà máy có công suất 50 Nm³/h. Kỹ sư thiết kế đã tiếp quản một hệ thống đồng hồ đo kiểu tuabin bị lỗi trong quá trình kiểm toán nội bộ vì mỡ bôi trơn ổ trục không đạt tiêu chuẩn oxy. Chúng tôi thường xuyên nghe về những trường hợp lỗi kiểm toán tương tự đối với các đồng hồ đo được bôi trơn, thường là sau khi thay đổi nhà điều hành nhà máy hoặc sau một sự cố ở nơi khác trong khu vực, đó là lý do tại sao các thiết kế nhiệt và xoáy vẫn thường xuyên xuất hiện trong các yêu cầu này.