ТРУБЫ, КЛАПАНЫ И АРМАТУРА

Scroll down to read

Small text
Medium text
Large text

Трубопроводная система

Продукт перемещается между компонентами установки по системе трубопроводов.
На молокозаводе также имеются трубопроводы и для других сред – воды, пара, моющих растворов, хладагента и сжатого воздуха. Обязательно также присутствие системы удаления сточных вод. Все эти системы принципиально другот друга не отличаются. Разница заключается лишь в материалах, из которых они изготовлены, в конструкции деталей и в размерах труб.
Все контактирующие с продуктом детали изготовлены из нержавеющей стали. В других системах используются различные материалы, например чугун, сталь, медь, алюминий. Для изготовления водопроводных и воздуховодных линий применяются также пластики, а для дренажных и сточных трубопроводов – керамика.
В данном разделе речь пойдет только о продуктовом трубопроводе и его компонентах. О трубопроводах для сервисных сред рассказывается в разделе, посвященном оборудованию инженерных сетей.

В систему продуктового трубопровода входят следующие виды арматуры:

прямые трубы, колена, тройники, переходники и муфты;
специальная арматура – смотровые стекла, отводы и т. д.;
клапаны для остановки и перенаправления потока;
датчики давления и потока;
кронштейны для труб.

По соображениям гигиены все детали, соприкасающиеся с продуктом, изготавливаются из нержавеющей стали. Используются две основные марки: AISI 304 и AISI 316. Последняя часто называется кислотостойкой сталью. Им соответствуют (хотя и не полностью) следующие марки европейской стали:

США AISI 304 AISI 316 AISI 316L
Европа EN 1.4301 EN 1.4401 EN 1.4404

Соединения

Неразъемные соединения свариваются (рис. 6.8.1). Там, где требуется разборка, соединение обычно выполняется в виде резьбы с пазом под уплотнительное кольцо и навинчивается гайка, или в виде клампового соединения с прокладочным кольцом и хомутом (рис. 6.8.2).
Наличие таких соединений позволяет производить расстыковку, не потревожив другие детали трубопровода. Поэтому данный вид арматуры используется для соединения элементов технологического оборудования, приборов и проч., которые рано или поздно приходится снимать для очистки, ремонта или замены.
У разных стран разные стандарты на соединения. Это могут быть SMS (Шведский стандарт на молочное оборудование), который также используется в других странах, DIN (Германия), BS (Англия), IDF/ISO* и крепеж ISO (широко применяемый в США). Отводы,тройники и подобная им арматура выпускаются как для сварки,так ис приваренными патрубками. В последнем случае арматура может быть заказана с гайкой или наружной резьбой, или с кламповым соединителем.

*IDF (International Dairy Federation) – международная федерация молочных производств ISO (International Organization for Standardization) – международная организация по стандартизации

Все соединения должны быть надежно уплотнены, чтобы исключить утечки жидкости из системы или засасывания в нее воздуха, что приведет к возникновению проблем в дальнейшем технологическом процессе.

Специальная арматура

Смотровые стекла монтируются в линию в тех местах, где необходим визуальный контроль продукта.
Колена со штуцерами под приборы используются для установки таких инструментов, как термометры и манометры. Датчик должен быть установлен навстречу потоку, чтобы обеспечить максимально точные показания. Соединительные втулки также могут быть использованы для врезки пробоотборных кранов. Приборные соединения также могут быть снабжены специальными втулками для вваривания непосредственно в трубу во время монтажа.

ПРОБООТБОРНИКИ

Пробоотборники необходимо устанавливать в стратегических точках технологической линии для отбора образцов продукции на анализ. При контроле качества, например для определения жирности молока или уровня кислотности (рН) в кисломолочных продуктах, образцы можно отбирать с помощью пробоотборников (рис. 6.8.3.)
При определении гигиенических качеств способ отбора проб должен полностью исключить риск попадания в трубу загрязнения извне. С этой целью можно использовать пробку для отбора образцов. У этой пробки, показанной на рис. 6.8.4, есть резиновая заглушка внизу. Сначала извлекается пробка, и все ее детали, которые могли бы внести в образец какое-либо загрязнение,тщательно дезинфицируются (обычно с помощьютампона, смоченного в растворе, содержащем хлор, непосредственно перед отбором образца), затем в продукт сквозь резиновую заглушку вводится игла медицинского шприца, и с ее помощью отбирается образец.
Асептический пробоотборник (рис. 6.8.5) состоит из трех частей: корпуса клапана, головки клапана и мембраны. Резиновая мембрана накладывается на шток головки клапана и работает как растяжимая заглушка. Асептический пробоотборник рассчитан на его стерилизацию до и после каждого отбора пробы.
Ручной клапан открывается вращением ручки или приведением в действие рычага. После этого и шток, и мембрана извлекаются, позволяя жидкости течь.

Используя обратную процедуру, встроенная пружина закрывает клапан и оставляет проход между частями гибкого трубопровода открытыми для стерилизации.
Образцы асептических продуктов (прошедших термообработку при столь высоких температурах, что они стали практически стерильными) всегда отбираются через асептический заборный клапан для предотвращения повторного инфицирования.

Клапаны

Системы противосмесительных клапанов

В трубопроводной системе есть много соединений, через которые продукт постоянно перетекает из одной линии в другую, но которые иногда должны перекрываться, стем чтобы две различных среды могли течь по этим двум линиям, не смешиваясь. Когда линии изолированы друг от друга, любая утечка должна идти на слив, исключив возможность попадания одной жидкости в другую. Это общая проблема, возникающая при проектировании молочных предприятий. Молочные продукты и моющие растворы подаются по разным трубопроводам и должны быть разделены. На рис. 6.8.6 показаны четыре различных решения этой задачи.

Отсечные и переключающие клапаны

В трубопроводной сети есть много мест, где возникает необходимость в приостановлении потока или направлении его в другую линию. Эти функции выполняются клапанами.
Для этой работы применяются седельные клапаны, имеющие ручное или автоматическое управление, или дисковые заслонки.

Седельные клапаны

В корпусе клапана имеется гнездо (седло) для запорной пробки на конце штока. Шток, который приводится в движение коленчатым рычагом или пневматическим механизмом, поднимает пробку из седла и опускает обратно (см. рис. 6.8.7).
Седельный клапан с седлом выпускается также в переключающем исполнении. У такого клапана от трех до пяти отверстий. При опущенном затворе жидкость течет от входного отверстия 2 к выходному 1, а когда пробка поднята к верхнему гнезду, поток направляется через выходное отверстие 3, как это показано справа на рис. 6.8.8.
У этой разновидности клапана может быть до пяти отверстий. Их количество определяется технологическими требованиями.
Существует также другой вариант седельного клапана, в котором клапанная пробка закрывается по схеме, противоположной используемой в стандартном клапане. Этоттип клапана может использоваться для исключения гидравлического удара в продуктопроводах. Этот тип клапана выпускается как в реверсирующих, так и запорных вариантах.
Существует целый ряд вариантов приводов с дистанционным управлением. Например, клапан может быть открыт с помощью сжатого воздуха, а закрыт пружиной, или наоборот. Он также может и открываться, и закрываться сжатым воздухом (см. рис. 6.8.9).
Также выпускаются приводы для промежуточного положения пробки и для двухступенчатого открытия и закрытия.
Устройство управления клапаном (рис. 6.8.10) устанавливается на привод клапана. Верхний блок включает систему индикации, шток активатора, систему датчиков и электромагнитный клапан для управления и контроля всех технологических пневматических клапанов. Он получает сигналы от PLC для управления клапаном и посылает сигналы обратной связи в PLC, показывающие, что клапан установлен в определенном положении.

Верхний блок контролируется устройством дистанционного управления и сигнализирует о подъеме седла противосмесительного клапана, в него входит обслуживающая программа, сигнализирующая об износе уплотнения пробки какого-либо гнезда.
Современные верхние блоки могут быть использованы как с цифровыми системами, так и в системах связи по шинам. Более простые верхние блоки могут быть использованы только с цифровыми системами для простого контроля и индикации положения клапана (открыт/ закрыт).

В верхнем блоке имеется электромагнитный клапан. Электрический сигнал приводит в действие электромагнитный клапан и позволяет сжатому воздуху поступить в привод. Это вызывает требуемое открытие или закрытие клапана. При подаче сжатый воздух проходит сквозь фильтр, освобождаясь от масла и других загрязнений, которые могут помешать исправной работе клапана. Когда электромагнитный клапан обесточивается, подача воздуха прекращается, при этом воздух из клапана на продуктопроводе удаляется через выпускное отверстие в электромагнитном клапане.

Дроссельные заслонки

Дроссельная заслонка (рис. 6.8.11) – это отсечной клапан. Для выполнения функции переключения нужно использовать два клапана.
Дроссельные заслонки часто используются при работе с нежными продуктами, такими как йогурт и другие кисломолочные продукты, так как гидравлическое сопротивление клапана мало, и, следовательно, перепад давлений на клапане и турбулентность незначительны. Они также хорошо подходят для работы с продуктами, обладающими высокой вязкостью, и, являясь прямолинейными клапанами, они могут быть установлены на прямых участках трубы. Клапан этого типа обычно состоит из двух идентичных половинок, между которыми установлено уплотнительное кольцо. В центре клапана находится обтекаемый диск. Обычно он опирается на втулки, чтобы не позволить штоку задевать корпус клапана.
Когда диск находится в открытом положении, клапан оказывает потоку очень маленькое сопротивление. В закрытом положении диск уплотняется резиновым кольцом.

РУЧНОЕ УПРАВЛЕНИЕ

Дроссельная заслонка снабжена рукояткой обычно на два положения: открытое и закрытое. Клапан этого типа не очень подходит для работы в качестве регулировочного клапана, но, может применяться для грубого управления с помощью специальной ручки для бесступенчатого регулирования.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ

Для автоматического управления дроссельной заслонкой применяется пневматический привод (рис. 6.8.12).

Возможны следующие режимы работы:

закрытие пружиной/открытие воздухом (нормально закрытый, НЗ);
открытие пружиной/закрытие воздухом (нормально открытый, НО);
открытие и закрытие воздухом (В/В).

Диск легко поворачивается до соприкосновения с уплотнительным кольцом. Затем требуется большее усилие, чтобы поджать резину. Обычный привод пружинного типа производит максимальное усилие в начале хода, когда необходимо минимальное приложение силы, а в конце хода, когда усилие должно быть больше, он как раз ослабевает. Поэтому предпочтительнее использовать приводы, которые обеспечивают необходимое усилие в каждый момент работы. Другой тип дроссельной заслонки – клапан фланцевого типа (см. рис. 6.8.13).
Он аналогичен уже описанной дроссельной заслонке, но он закреплен между двумя фланцами, приваренными к трубопроводу. Он работает так же, как обычная дроссельная заслонка. Во время работы он привинчен к фланцам. При техобслуживании винты ослабляют. Клапан извлекается для проведения несложного обслуживания.

Противосмесительные клапаны

Противосмесительные клапаны (рис. 6.8.15) могут быть с одним или двумя седлами, но обычно, когда говорят о противосмесительных клапанах, имеют в виду вариант с двумя седлами (рис. 6.8.14).
Двухседельный клапан имеет два независимых затвора, разделяющих две жидкости, образующих дренажную камеру между ними с атмосферным давлением при любых условиях работы. При крайне редкой утечке продукта он будет стекать в дренажную камеру и удаляться через патрубок обнаружения течей.
Когда клапан открыт, то дренажная камера закрыта. Продукт может течь из одной линии в другую.
При чистке, мойке один (верхний или нижний) затвор поднимается, и происходит мойка затвора и седла. Очищающая жидкость удаляется через дренажную камеру. Также возможны внешняя мойка верхнего и нижнего затвора и дренажной камеры и асептическое функционирование.
Клапан можно промывать и обеспечить ему защиту от гидравлического удара любой степени в соответствии с потребностями конкретного процесса. При работе клапана утечки продукта практически не происходит.
Также можно установить выходной клапан с двумя седлами для танка. Это необходимо для обеспечения противосмесительной работы выхода танка, когда требуется мойка линии вплоть до дна танка.
Независимый подъем седла нижнего затвора позволяет облегчить мойку без необходимости внешней мойки.
Выходной клапан танка компактный, и его корпус можно повернуть под любым углом для присоединения к трубопроводу.

Индикация положения и управление

Индикация положения

На клапане могут быть установлены различные типы индикаторов положения (см. рис. 6.8.16) в зависимости от системы управления всем комплексом. Используются различные переключатели, втом числе микропереключатели, индуктивные бесконтактные переключатели, датчики Холла. Эти переключатели посылают сигналы обратной связи в систему управления. Когда на клапанах установлены только переключатели, то для каждого клапана необходимо иметь соответствующий ему электромагнитный клапан в блоке электромагнитных клапанов. При получении сигнала электромагнитный клапан направляет сжатый воздух в клапан, установленный на продуктопроводе, и сбрасывает давление воздуха, когда сигнал прерывается. В такой системе (1) к каждому клапану подведен один электрический кабель и один
воздушный шланг.
Обычно используется комбинированный блок (2), который монтируется на приводе клапана. В него входят шток привода, система датчиков и электромагнитные клапаны. Один воздушный шлангможетснабжать воздухом несколько клапанов, нокаждый клапанпо-прежнемунуждается в отдельном кабеле.

Полный контроль

Он осуществляется с помощью верхнего блока, показанного на рис. 6.8.10, который специально создан для компьютерного управления. В него входят блок индикации, шток привода, система датчиков и электромагнитные клапаны.
Этот верхний блок может использоваться для связи по системной шине, создавая возможность с помощью одного воздуховода и одного электрического кабеля контролировать и обмениваться информацией с большим числом клапанов. Этот блок может централизованно программироваться, причем стоимость его установки невысока.
Этот блок включает много функций, таких как дистанционная регулировка, контроль и индикация подъема седла в противосмесительных клапанах, программы обслуживания клапанов с одним седлом, контроль и индикация положения затвора клапана и т. д.

Обратные и управляющие клапаны

Обратные клапаны

Обратный клапан (рис. 6.8.17) устанавливается при необходимости обеспечения движения продукта только в нужном направлении. Когда поток движется в правильном направлении, то клапан открыт. Если поток останавливается, заглушка клапана пружиной прижимается к седлу. Клапан закрывается и блокирует движение потока в обратном направлении.

Регулирующие клапаны

У отсечных и переключающих клапанов есть точные положения: они или открыты, или закрыты. У регулирующего клапана диаметр отверстия может изменяться постепенно. Такой клапан предназначен для точного управления потоками и давлением в различных точках системы.

Клапан ручной регулировки с затвором переменного расхода (рис. 6.8.18). Втаком клапане есть шток и затвор специальной формы. При повороте регулировочной рукоятки заглушка поднимается или опускается, изменяя диаметр прохода и тем самым меняя расход или давление. Шкала на клапане указывает на установленное значение.
Пневматические управляющие клапаны с затвором переменного расхода (рис. 6.8.19) действуют аналогично ранее описанному клапану. Конструкция затвора и седла схожа с применяющимся в клапане с ручным управлением. При приближении затвора к седлу поток постепенно уменьшается.
Такой тип клапанов используется в системах автоматического контроля давления, потоков и уровней в производственных процессах. В технологическую линию встраивается датчик, постоянно посылающий данные измерений в компьютер. После этого управляющее устройство регулирует положение клапанов для поддержания заданного значения.
Клапан часто используется в качестве клапана постоянного давления (рис. 6.8.20). Сжатый воздух подается через редукционный клапан в пространство над диафрагмой. Давление воздуха Клапан незамедлительно реагирует на изменение давления продукта. Снижение давления продукта ведет к повышению воздействия на диафрагму со стороны давления воздуха, которое остается постоянным. Затем заглушка клапана перемещается вниз вместе с диафрагмой, расход ограничивается, а давление продукта повышается до заданного уровня.
Возросшее давление продукта приводит к тому, что сила его воздействия на диафрагму превосходит давление сжатого воздуха сверху. В этом случае заглушка поднимается, расширяя канал, по которому проходит продукт.Расходбудетнарастать, пока давление продуктане снизится до заданного уровня. Этот клапан выпускается в двух вариантах – для поддержания постоянного давления перед клапаном или после него.
Клапаном невозможно регулировать давление продукта, если имеющееся давление воздуха ниже необходимого давления продукта. В таких случаях над клапаном может быть установлен бустерный насос. Тогда клапан может быть использован, даже если давление продукта вдвое превышает имеющееся давление сжатого воздуха.
Клапаны, поддерживающие постоянное давление на входе, часто устанавливаются после сепараторов и пастеризаторов. А те, что поддерживают постоянное давление на выходе, применяются в линиях перед фасовочными машинами.

Клапанные системы

Клапаны группируются в блоки, чтобы свести к минимуму число тупиковых участков и получить возможность распределять продукт между различными участками молочногозавода. Спомощью клапанов также изолируют отдельные линии, чтобы одну линию можно было промыть, пока продукт циркулирует по другим линиям.

Между потоками продукта и моющих жидкостей, а также различными продуктами всегда должно быть незанятое дренажное отверстие.

Кронштейны для труб

Трубопроводы обычно проходят на два-три метра выше пола молочного завода. Все узлы должны быть легкодоступны для проверки и техобслуживания. Трубопроводы должны иметь небольшой наклон (1:200–1:1000) для возможности самодренирования. На всем протяжении трубопроводов не должно быть никаких «карманов», где могли бы скапливаться продукт или моющий раствор.
Трубы должны быть надежно закреплены. С другой стороны, крепление труб не должно быть слишком жестким, исключающим всякое их движение. При высоких температурах продукта или моющего раствора трубы значительно расширяются. Возникающие удлинение и крутящие нагрузки в изгибах и в оборудовании должны амортизироваться. Это обстоятельство, а также тот факт, что различные узлы и детали в большой степени утяжеляют систему трубопроводов, требуют большой точности расчетов и высокого профессионализма от проектировщиков.