Сензори санитарно изпълнение за ХВП

Измервателна техникаСп. Инженеринг ревю - брой 6/2019 • 16.09.2019

Сензори санитарно изпълнение за ХВП

Сензорите, използвани в процесите по производство и преработка на хранителни продукти, трябва да са проектирани с висока устойчивост към тежките условия, свързани с процедурите по почистване и стерилизация на място (CIP и SIP). Постигането на надеждни резултати дори в такива условия е от ключово значение за този индустриален сектор, тъй като доставянето на заразена или негодна за консумация храна неминуемо ще доведе до значителни финансови загуби и накърнена репутация на съответния производител.

Един от начините за постигане на съответствие със строгите хигиенни стандарти, приложими в този контекст, е ежедневното почистване на системите със струи под високо налягане. Това обаче означава, че отделните компоненти са изложени на силни топлинни и механични натоварвания, както и на агресивни химични почистващи агенти, което представлява особено голямо предизвикателство за сензорите. Организации като Европейската асоциация за хигиенен инженеринг и дизайн (EHEDG) и американската 3-A Sanitary Standards разработват насоки за конструиране на хигиенни машини и системи, включително и на техните компоненти. В ерата на глобализация компаниите все повече разчитат на хармонизацията между тези насоки и критериите за сертифициране.

Машините и системите, които преработват хранителни продукти, се групират в различни зони спрямо съответните хигиенни изисквания. Разположеното в мократа зона оборудване може да бъде почистено добре и бързо. При това върху повърхностите има малко или няма никакви остатъци от хранителните продукти, използваните почистващи агенти или вода. Следователно, сензорите в тази зона трябва да са устойчиви на почистващите препарати и почистването със струя под високо налягане.
Сензорите, проектирани в съответствие с хигиенните стандарти, се конструират по такъв начин, че да могат да бъдат използвани директно в хигиенната зона на машините. По-малкото натрупване на отлагания на продукт означава по-малко почистване, което, от своя страна, редуцира необходимите количества детергенти, вода и енергия. Производителността на системата се повишава благодарение на по-кратките интервали за почистване. Това може да бъде отчетено като икономическа полза, особено ако продуктите се сменят често.

 

Измервани параметри

В ХВП измерването на налягане се изисква за тръбопроводи, филтри, както и затворени резервоари. Специално за тръбопроводите инструментите трябва да са проектирани така, че да могат да издържат на свръхналягания много над номиналния работен обхват на устройствата. Освен това сензорите за налягане трябва да не се влияят от вибрации и да могат да издържат на температури и механични въздействия от вътрешно или външно почистване.

Температурата е сред най-често измерваните променливи в хранителната индустрия. При производството на храни мониторингът и контролът на температурата са важни фактори за гарантиране на качеството на крайната продукция. Обикновено температурният диапазон в предприятията от ХВП е от около -50°C в помещения за хладилно съхранение до около 150°C при SIP процедури.

Нивото е сред основните технологични параметри, допринасящи за ефективната работа на преработвателните инсталации. Измерването му е необходимо например за следене на съдържанието в буферни резервоари и такива за съхранение с цел сигнализиране за състоянието по време на процеси на пълнене. Тази променлива може да бъде измерена със сензори, работещи на капацитивен, хидростатичен, вибрационен и друг принцип.

Аналогично на измерването на ниво, определянето на дебит се използва както за управление на даден процес, така и за предоставяне на количествена информация на операторите в предприятията. Поради голямото разнообразие от методи за измерване на дебит изборът на най-подходящ в някои случаи може да е доста труден. При селектирането трябва да се вземат предвид редица фактори като точност, големина на линията, работни условия, капиталови и експлоатационни разходи.

Хигиеничността също е важен параметър, тъй като дебитомерите в производствените линии са винаги в контакт с измерваната среда. Омокряните части трябва да са изработени от подходящи материали с гладки и лесни за почистване повърхности. Устройствата трябва да са проектирани така, че мъртвите пространства да са сведени до минимум и да се осигури устойчивост на температурите при CIP или SIP процедури. Ако инструментът не може да бъде почистен на място, то дизайнът му трябва да позволява лесен демонтаж.

 

Материали

С цел да се осигури надеждност и същевременно съответствие със специфичните изисквания на хранително-вкусовата промишленост, сензорите се произвеждат с корпуси от разнообразни материали.

Аустенитната неръждаема стомана се използва като стандартен материал за подложени на често мокрене зони. В хранително-вкусовата, както и във фармацевтичната индустрия, най-предпочитани са класовете 1.4404 и 1.4435. Неръждаемите стомани са инертни спрямо повечето храни, като едновременно с това осигуряват добра корозионна устойчивост към дезинфектанти и почистващи агенти. В това отношение клас 1.4435 демонстрира по-добра устойчивост на корозия в сравнение с 1.4404.

При специфични приложения се използват специални сплави като изцяло аустенитната неръждаема стомана 1.4539 (904L), Hastelloy C и Inconel, както и пластмасови покрития като PFA (перфлуороалкокси алкани) или PTFE (политетрафлуоро етилен). При диафрагмените измервателни прибори някои производители използват и силно корозионно устойчива никел-хромова сплав 2.4668 (N07718), за да се постигнат оптимални експлоатационни характеристики и по-висока издръжливост.

 

Повърхности

Важен аспект от почистването на оборудването чрез CIP/SIP процедури е качеството на повърхностите, влизащи в контакт с процесната среда. За да се осигури възможност за лесно почистване на сензорите и измервателните инструменти, омокряните им повърхности трябва да бъдат инертни и да нямат микроскопични дефекти. Освен топографията на повърхностите, важен критерий за възможността за ефективно почистване е тяхната грапавост. В стандартите, например документ номер 8 на EHEDG “Принципи на хигиенното проектиране”, грапавост от Ra < 0,8 мm се счита за достатъчна за нормалните процеси по почистване. За чувствителни биотехнологични процеси са необходими повърхности с по-ниска грапавост, примерно Ra < 0,38 мm.

Прилагането на електролитно полиране може да допринесе за подобрена възможност за почистване на повърхностите. По този начин в действителност топографската структура на повърхностите се заглажда, с което се намалява грапавостта. Допълнително предимство е, че електролитното полиране увеличава пасивния слой неръждаема стомана, което допринася за подобряване на корозионната устойчивост, особено в редукционна среда.

 

Уплътнения

При избора на подходящ уплътнителен материал е важно да се отчетат различни процесни параметри, както и технологичната среда. Тези материали трябва да бъдат токсикологично безвредни, достатъчно устойчиви на абразивно износване, агресивни почистващи и дезинфекциращи препарати, както и да са стабилни в среда на прегрята пара при високи температури на стерилизация.

За О-пръстени и други видове уплътнения се използват предимно специални съединения, например такива, базирани на флуорокаучук (FKM), като Витон, етилен пропиленов каучук (EODM) или политетрафлуоретилен (PTFE). Материалите, използвани за уплътнителни елементи, както и техните производствени процеси, трябва да са в съответствие с изискванията на регулаторните власти и организации.

 

Съединения

Технологичните съединения, използвани в оборудването, поддържащо CIP, не трябва да представляват риск по отношение на почистването. Те се характеризират с ясно дефиниран уплътнителен елемент благодарение на метален ограничител, центриране с цилиндричен водач, уплътнение без процепи от вътрешната страна на тръбата.

Широко използваните фитинги в съответствие с DIN 11851 (за мляко) и DIN 32676 (клампови съединения) първоначално са разработени за лесен демонтаж на компоненти на инсталациите. Поради това те са напълно подходящи за оборудване, което трябва да бъде отстранено за почистване. Ако измервателните инструменти и сензори с такива фитинги се подлагат на CIP почистване, е необходимо да се използва уплътнение с подходящия профил.

Процесните съединения с метални уплътнителни компоненти (резба с уплътнителен конус) образуват процеп в точката на съединение и затова трябва да бъдат оценени много критично по отношение на възможността им за почистване, особено при повтарящо се уплътняване и напасване след калибриране на измервателните уреди.

 

Диафрагмени уплътнения

Присъединяването на сензори за налягане в идеалния случай се извършва посредством диафрагмени уплътнения с хигиенни фитинги. Диафрагмените уплътнения разделят измервателния инструмент, сензора за налягане или превключвателя за налягане от средата и гарантират, че съединението или няма мъртви пространства, или ако има, те са сведени до минимум. Изолацията се постига чрез гъвкава метална диафрагма. Вътрешното пространство между диафрагмата и измервателния уред за налягане е изцяло запълнено с флуид. Процесното налягане се предава по еластичната диафрагма във флуида и оттам – в измервателния инструмент.

За разлика от керамичните измервателни клетки, с диафрагмени уплътнения, вследствие на металната конструкция на измервателната клетка, се елиминират допълнителни уплътнителни елементи, което значително редуцира необходимостта от поддръжка. Керамичните измервателни клетки демонстрират висока чувствителност при динамични натоварвания. При всеки внезапен пик на налягането керамичната клетка може да бъде унищожена. Затова в такива случаи се предпочита използването на комбинация от измервателен уред и диафрагмени уплътнения.

Диафрагмените уплътнения се инсталират към съществуващи фитинги. Обикновено фитингите се състоят от Т-образни детайли, интегрирани в тръбопровод, или от муфи, които се заваряват към тръбопровод, реактор или резервоар.

Този вид уплътнения предлагат предимството, че контактната повърхност между средата под налягане и диафрагмата е относително голяма, което гарантира точно измерване на стойността на налягането. В допълнение, те могат лесно да бъдат отстранени за почистване или калибриране.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top