Ống Inox vi sinh: tiêu chuẩn, phụ kiện và lắp đặt không mối chết

Trong công nghiệp sạch (thực phẩm, y tế, dược phẩm), hệ thống ống inox vi sinh phải đáp ứng tiêu chuẩn vệ sinh nghiêm ngặt và thiết kế “không mối chết” để tránh tích tụ vi sinh và cặn bẩn. Bài viết này là hướng dẫn đầy đủ về tiêu chuẩn vật liệu, lựa chọn phụ kiện, nguyên tắc thiết kế, kỹ thuật hàn lắp đặt và kiểm định để bạn triển khai một hệ thống đạt chuẩn ngay từ đầu.

Inox vi sinh và “mối chết”: khái niệm và rủi ro

– Inox vi sinh là ống và phụ kiện inox bề mặt nhẵn bóng (Ra thấp), vật liệu ổn định, liên kết kín, dễ làm sạch (CIP/SIP), dùng cho môi trường tiếp xúc trực tiếp sản phẩm.
– “Mối chết” (dead leg/ dead space) là vùng lưu chất ít/không trao đổi khi vận hành hoặc rửa, thường xuất hiện ở các nhánh cụt, khoảng trống sau van, lắp đặt giảm lệch, hoặc các hốc kín do hàn. Đây là nơi tích tụ cặn, biofilm, gây ô nhiễm chéo, ăn mòn kẽ hở và rủi ro không đạt thẩm định vệ sinh.

Hậu quả:
– Nhiễm bẩn vi sinh, giảm hạn sử dụng sản phẩm, không đạt HACCP, GMP.
– Tăng thời gian, chi phí CIP/SIP, hoá chất và nước.
– Rủi ro điểm gỉ, pitting tại vùng khó rửa.

Tiêu chuẩn cốt lõi cho ống và phụ kiện inox vi sinh

Tiêu chuẩn ống

Các chuẩn phổ biến:
– ASME BPE: tiêu chuẩn đặc thù cho dược phẩm/biotech, quy định kích thước, sai số, độ nhám bề mặt, vật liệu và kiểm định.
– ASTM A270 (đặc biệt A270 S2): ống vệ sinh cho thực phẩm/dược.
– EN 10357 (thay thế ISO 2037, DIN 11850): ống inox cho công nghiệp thực phẩm, dược và sinh học.
Yêu cầu bề mặt tham khảo:
– Thực phẩm/đồ uống: Ra ≤ 0,8 μm (MP – mài cơ học), mối hàn làm sạch nhiệt màu.
– Dược phẩm/biotech: Ra ≤ 0,5 μm (ASME BPE SF1) đến ≤ 0,38 μm (SF4, điện hoá EP) cho bề mặt tiếp xúc sản phẩm quan trọng.

Vật liệu:
– SS 304/304L: thực phẩm thông dụng, ít chloride.
– SS 316L (2.2–2.5% Mo): ưu tiên cho dược và môi trường có chloride/CIP khắc nghiệt; L giúp giảm nhạy cảm ăn mòn liên hạt.
– Chứng chỉ: EN 10204 3.1, kiểm soát lưu huỳnh hàn tốt, thành phần ổn định. Bề mặt phải được tẩy sạch và thụ động hoá theo ASTM A380/A967 sau chế tạo.

Tiêu chuẩn phụ kiện và kết nối

– Clamp vệ sinh: ISO 2852, BS 4825; phổ biến “Tri-Clamp” với ferrule ngắn, không kẽ hở, dễ tháo CIP.
– Đầu ren/hàn theo DIN 11851 (thực phẩm) và DIN 11864 (aseptic).
– Van màng (diaphragm) chuẩn ASME BPE/3-A với tuỳ chọn zero-dead-leg (ZDL).
– Đầu đo/đồng hồ áp, nhiệt độ, lưu lượng dùng kết nối clamp aseptic, que thăm ngắn.

Vật liệu gioăng:
– EPDM, FKM, PTFE/ETFE, FFKM tuỳ nhiệt/hoá chất; yêu cầu phù hợp FDA 21 CFR 177.2600, EU 1935/2004 và/hoặc USP Class VI. Với SIP (121–135°C), ưu tiên EPDM/FKM chất lượng cao hoặc PTFE bao.

Nguyên tắc thiết kế “không mối chết” (hygienic design)

Quy tắc L/D cho nhánh và thiết bị

– ASME BPE và 3-A khuyến nghị tỉ lệ L/D ≤ 2: L là khoảng cách từ thành ống chính đến mặt ghế van/điểm bịt; D là đường kính trong (ID) ống nhánh.
– Ví dụ: ống nhánh DN40, ID ~ 38 mm → L tối đa ≈ 76 mm. Chọn van ZDL, ferrule ngắn, hoặc tee cút quét (swept tee) để đạt yêu cầu.

Thoát cạn và tránh đọng

– Độ dốc tối thiểu 1% (10 mm/m) cho đường sản phẩm và WFI/PUW; 2% khuyến nghị với chất lỏng nhớt.
– Dùng giảm lệch tâm (eccentric reducer) hướng “mặt phẳng ở trên” trên đường ngang để tránh hốc khí/chất lỏng.
– Tránh “túi” ở đáy/đỉnh, tránh ống cụt. Nhánh 45° tốt hơn 90° cho thoát cạn.
– Định hướng van màng và thiết bị ở vị trí cho phép tự thoát (thường 45° so với phương ngang).

Van và điểm lấy mẫu

– Van màng ZDL: ghế van trùng với thành ống, hầu như không tạo dead leg.
– Điểm lấy mẫu aseptic có chiều dài tối thiểu, ghế kín, có thể hấp/SIP tại chỗ.
– Tránh van bi, van cổng cho sản phẩm trực tiếp (trừ khi loại aseptic đặc biệt).

Đỡ ống và giãn nở

– Khoảng cách giá đỡ tham khảo: DN25–DN40: 0,8–1,2 m; DN50–DN80: 1,5–2,0 m; DN100: 2,0–2,5 m. Dùng đỡ bọc nhựa/PTFE để chống mài mòn và cầu nhiệt lạnh/ấm.
– Bù giãn nở nhiệt bằng khung trượt, gối treo, uốn chữ U mềm; tránh ứng suất vào mối hàn vi sinh.

Kỹ thuật lắp đặt và hàn orbital cho hệ vi sinh

Chuẩn bị vật tư và dụng cụ

– Ống/ferrule cắt bằng cưa orbital hoặc máy cắt lưỡi mịn; không dùng đá mài gây xước/bavia.
– Dùng dụng cụ riêng cho inox (không nhiễm sắt); làm sạch isopropanol, nước DI.
– Bịt hai đầu bằng nắp sạch khi lưu kho; kiểm soát hạt bụi.

Gá lắp và căn chỉnh

– Căn đồng tâm: lệch mép ≤ 10% chiều dày thành ống.
– Khe hở mối ghép tối thiểu, mặt cắt vuông 90°, không bavia trong.
– Sử dụng kẹp căn chỉnh vệ sinh, hạn chế vết kẹp.

Hàn GTAW/orbital: thông số then chốt

– Hàn thấu hoàn toàn, không dùng backing ring bên trong.
– Khí trơ: Argon ≥ 99,99% cho cả mặt ngoài và purge trong ống; kiểm soát O2 dư.
– Mức O2 trong purge: ≤ 50 ppm; với dược phẩm khuyến nghị ≤ 10–20 ppm để loại bỏ vệt nhiệt màu và oxi hoá đường hàn.
– Que hàn phù hợp: ER308L/ER316L/ER317L tuỳ vật liệu; đường hàn phải phẳng/nhô nhẹ, không lõm, không “đường gân” cản dòng.
– Ghi nhật ký hàn (weld log): dòng, tốc độ, khí, O2 ppm; áp dụng WPS/PQR, thợ hàn đạt chuẩn (ví dụ ISO 9606-1 hoặc ASME IX).

Tiêu chí chấp nhận (tham khảo ASME BPE/B31.3):
– Không rỗ khí, nứt, bắn toé, xỉ đọng.
– Không đổi màu bên trong hoặc chỉ màu rơm rất nhạt; tốt nhất là sáng bạc sau purge đúng và xử lý bề mặt.
– Không “đường mép” sắc gây nhiễu dòng/chứa cặn.

Xử lý sau hàn

– Tẩy sạch và thụ động hoá theo ASTM A380/A967 (nitric hoặc citric), rửa kỹ nước DI.
– Điện hoá (EP) khu vực quan trọng nếu yêu cầu Ra thấp và khả năng chống biofilm cao hơn.
– Kiểm tra nội soi (borescope) 100% cho đường quan trọng; đo Ra tại chỗ nếu quy định.

Kiểm tra, thử áp và thẩm định

– Thử áp thủy lực 1,5× áp suất thiết kế, thời gian giữ đủ (tối thiểu 10–30 phút theo quy trình).
– Kiểm tra độ kín clamp/gioăng; với khí/đường WFI có thể thử rò helium nếu spec yêu cầu.
– Xây dựng P&ID, isometric có map mối hàn, chứng từ vật liệu (MTC 3.1), kết quả vệ sinh/độ nhám, biên bản IQ/OQ (với dược phẩm).

CIP/SIP và vệ sinh hệ thống

– Thiết kế CIP: vận tốc rửa ≥ 1,5 m/s để tạo dòng chảy xoáy, đảm bảo cắt/ cuốn trôi cặn biofilm.
– Hoá chất thường dùng: kiềm NaOH, acid nitric/phosphoric theo quy trình nội bộ; súc rửa nước DI.
– SIP: hơi sạch 121–135°C, thời gian duy trì theo quy trình; chọn gioăng chịu hơi.
– Tài liệu hoá quy trình, điểm lấy mẫu vi sinh sau CIP/SIP để xác nhận hiệu quả.

Những lỗi lắp đặt thường gặp và cách tránh

– Nhánh cụt quá dài: không tuân L/D ≤ 2. Khắc phục: dùng van ZDL, ferrule ngắn, thay tee 90° bằng tee quét.
– Không có độ dốc hoặc ngược dốc: dẫn đến đọng. Khắc phục: căn cote, dùng laser level, bố trí hanger có chỉnh.
– Hàn không có purge/kiểm soát O2 kém: đường hàn sậm màu, rỗ. Khắc phục: dùng máy đo O2 online, bịt kín, thời gian xả purge đủ.
– Dùng reducer đồng tâm trên đường ngang: tạo bẫy. Khắc phục: dùng eccentric, định hướng đúng.
– Bavia trong ống sau cắt: gây giữ cặn. Khắc phục: cắt orbital, gọt mép, đánh sạch.
– Chọn gioăng không phù hợp CIP/SIP: trương nở, nứt. Khắc phục: rà soát hóa chất/nhiệt, đổi vật liệu gioăng đạt chuẩn.

Gợi ý cấu hình vật tư phổ biến tại thị trường Việt Nam

– Ống EN 10357 series A/B hoặc ASTM A270 (S2), 316L, Ra ≤ 0,8 μm cho thực phẩm; khu vực trọng yếu dược: 316L EP Ra ≤ 0,4 μm.
– Ferrule clamp ISO 2852/BS 4825, cút/tee long radius mài cơ học, đánh bóng trong/ngoài đồng đều.
– Van màng thân 316L, màng EPDM/PTFE, tuỳ chọn ZDL ở điểm tử.
– Gioăng EPDM trắng/đen đạt FDA, USP Class VI; với SIP khắc nghiệt cân nhắc FKM/PTFE.
– Que hàn ER316L, khí Argon UHP; máy hàn orbital có ghi dữ liệu và đo O2.

Ví dụ tính nhanh L/D và bố trí không mối chết

– Bài toán: Lắp van lấy mẫu trên ống DN50 (ID ~ 47,5 mm).
– Yêu cầu: L/D ≤ 2 → Lmax ≈ 95 mm từ thành ống đến ghế van.
– Giải pháp: Chọn van ZDL có ferrule ngắn L = 60–80 mm; nếu không, dùng tee quét 45° và đặt van trên đường dốc để tự thoát.

Bảo trì và vận hành

– Kiểm tra định kỳ clamp, siết đúng mô-men để không gây kẽ hở/gioăng ép quá.
– Thay gioăng theo chu kỳ, đặc biệt sau số lần SIP định trước.
– Nội soi định kỳ các mối hàn ở vùng CIP khó để phát hiện đổi màu/ăn mòn sớm.
– Ghi chép vệ sinh (CIP log), kết quả vi sinh, độ dẫn điện nước xả để kiểm soát quy trình.

Khi nào bắt buộc tuân ASME BPE/3-A?

– Dược phẩm/biotech và nước WFI/PUW: nên áp ASME BPE toàn diện (vật liệu, Ra, hàn, kiểm định).
– Sữa/đồ uống: áp 3-A SSI và/hoặc EHEDG; tuân độ dốc, L/D, van và vệ sinh theo hướng dẫn ngành.
– Thực phẩm thông dụng: áp EN 10357 + thông lệ hygienic design; ưu tiên 316L ở môi trường CIP mạnh.

Tài liệu tham khảo chính

– ASME BPE – Bioprocessing Equipment Standard (ấn bản mới nhất): quy định vật liệu, bề mặt, hàn, kiểm định cho dược/biotech. https://www.asme.org/codes-standards/find-codes-standards/bpe-bioprocessing-equipment
– 3-A Sanitary Standards & Accepted Practices: hướng dẫn thiết kế vệ sinh cho ngành sữa/đồ uống. https://www.3-a.org
– EN 10357: Stainless steel tubes for the food and chemical industry. https://standards.iteh.ai/catalog/standards/cen/2d7b3e39-0a4e-44f1-a8ef-6dc5b19e1427/en-10357-2013
– ASTM A270: Standard Specification for Seamless and Welded Austenitic Stainless Steel Sanitary Tubing. https://www.astm.org/a0270_a0270m-20.html
– ISO 2852 / BS 4825: Clamp type couplings for food/biotech applications. https://www.iso.org/standard/48497.html
– ASTM A380 / A967: Cleaning, descaling and passivation of stainless steel parts. https://www.astm.org/a0380_a0380m-17.html
– EHEDG Guidelines (ví dụ Doc 8, 13): nguyên tắc thiết kế vệ sinh, làm sạch. https://www.ehedg.org

Kết luận

Một hệ thống ống inox vi sinh “không mối chết” cần bắt đầu từ vật liệu và phụ kiện đạt chuẩn (ASME BPE, 3-A, EN 10357/ASTM A270), thiết kế đúng nguyên tắc hygienic (L/D ≤ 2, độ dốc tối thiểu 1%, tránh hốc đọng) và thi công theo kỹ thuật hàn orbital với purge kiểm soát O2 ppm, sau đó là xử lý bề mặt, kiểm tra nội soi, thử kín và thẩm định đầy đủ. Làm đúng ngay từ đầu giúp hệ thống vận hành sạch, dễ CIP/SIP, kéo dài tuổi thọ, giảm chi phí và đáp ứng các chuẩn GMP/HACCP.

Cần tư vấn lựa chọn ống, phụ kiện, quy cách bề mặt, cũng như giải pháp hàn orbital và nghiệm thu theo chuẩn? Liên hệ Inox Cường Thịnh để được tư vấn kỹ thuật và báo giá tốt nhất.
Hotline: 0343.417.281
Email: inoxcongnghiep.cuongthinh@gmail.com