Технологические санитарные системы – эволюция и текущее состояние

Речь пойдет не о унитазах и писсуарах. Техпроцессы с жидкими средами, требующими санитарной чистоты, встречаются достаточно часто – это пищевка и фарма, сельское хозяйство и микробиология, косметика и бытовая химия, а также многие похожие на это вещи. В этом посте кратко рассмотрим эволюцию запорно – регулирующей арматуры этого типа систем, затем проведем краткий диванный анализ текущего состояния вопроса в России.

ВВЕДЕНИЕ

Если кратенько, то требования к  оборудованию санитарных технологических систем в общем случае предельно просты:

- не вступать в реакцию с продуктом

-  способствовать полному удалению продукта по окончанию этапа техпроцесса

Исходя из этих требований во всем мире пришли к использованию коррозионно стойких сталей как основного конструкционного материала для этого класса систем. Наиболее распространенной маркой "пищевой" нержавейки является AISI304 (российский аналог - 08Х18Н10). Во времена СССР часто применялся алюминий, и были такие забавные вещи, как плакированные трубы к примеру (тонкий слой коррозионно стойкой стали нанесенный внутри на толстую "черную" трубу). В сельском хозяйстве (молочное животноводство), а также в виноделии, хлебопекарной промышленности были в ходу стеклянные трубы.

Для полного удаления остатков продукта из технологических линий необходима особая конструкция всех узлов, обеспечивающая отсутствие непромываемых зон. Например, обычное сантехническое соединение типа резьба - муфта для санитарных систем абсолютно непригодно. При транспортировке продукта часть его затечет в полость резьбы, и не будет удалена оттуда во время последующей промывки. Затем при "удачном" стечении обстоятельств оно там стухнет и будет обсеменять последующие партии транспортируемого продукта.

Исходя из вышеперечисленных требований в мире разработали ряд конструкций разборных соединений санитарных систем:

SMS - шведский молочный стандарт, в России часто встречается на шведском оборудовании

DS - датский стандарт. Ни разу не видел

BS - английский стандарт. Аналогично

IDF ISO - европейский стандарт. Встречается ограниченно

DIN - немецкий стандарт. Был принят в качестве базового при советской власти. В России встречается повсеместно.

ISO-clamp - все предыдущие соединения были резьбовыми, это же использует обжатие конуса. Очень популярен на фарме (соответствует стандартам GMP) 

CIP

Как ни удивительно, но история совершенствования оборудования санитарных систем – это во многом история совершенствования технологий мойки. 

В 80-е годы преобладала ручная разборная мойка оборудования. Все просто: линии и запорная арматура состоят из коротких кусочков (не более 2 – 2,5 метров) на разборных соединениях. После работы соединения раскручиваются, трубы моются ершиком в корыте специально обученной тетенькой. Клапана разбираются и моются по частям. Емкости моются тоже вручную, в большие емкости специально обученная тетенька в резиновых сапогах с шлангом в руках слезает по временно установленной лестнице. Такое в России встречается и сегодня, и не так чтобы очень нечасто.

Потом появилась технология CIP (Cleaning In Place) – безразборной мойки. Приготовлением и подачей моечных растворов как правило занимается специальный модуль оборудования – CIP станция. Практически для всех вышеперечисленных мной областей для мойки применяют достаточно злобные компоненты, не имеющие ничего общего с применяемыми на кухне. Классика это 1,5 – 2% раствор едкого натра (NaOH) для удаления остатков органики и 1 – 1,5% раствор азотной кислоты для удаления неорганических загрязнений. При температуре порядка 70 – 80 ⁰С эти компоненты весьма активны, при попадании на кожу вызывают ожог практически мгновенно.

Мойку оборудования необходимо производить немедленно после того, как продукт покинул оборудование. Классическая "полная мойка" к примеру в молочке включает в себя:

- Промывка водой оборудования от остатков продукта

- Циркуляция теплой воды 2 - 5 мин

- Циркуляция щелочи 5 - 20 мин (1,5 - 2%, 70 - 80⁰С)

- Промежуточная промывка холодной водой 1 - 3 мин

- Циркуляция кислоты 5 - 10 мин (1,0 - 1,5% 60 - 70⁰С)

- Окончательная промывка водой 3 - 5 мин

CIP технология позволила не разбирать трубы после каждого производства и снизить трудоемкость сборки маршрутов движения продукта.

САНИТАРНЫЕ КЛАПАНА

Наиболее часто встречающийся на отечественных заводах клапан - "бабочка", он же batterfly valve, он же дисковый затвор. Ниже на видео - "гейская бабочка" - дисковый затвор фирмы GEA ))

От "обычных" санитарное исполнение клапана отличается конструкцией уплотнений штока, классом и качеством обработки всех деталей, применяемой для уплотнения резиной. На современном этапе бабочка - это решение "для нищих". Некоторые компании, например Danone, в своей технической политике декларируют запрет на использование этого типа клапанов в процессном (имеющим отношение к тех. процессу) оборудовании.

Седельный клапан. Он же seat valve. Опять же видео:

Существует в массе модификаций (как запорный, переключающий и т.д.) и исполнений (простой, с промываемым уплотнением, с мембранным уплотнением, асептический и т.д.). По сравнению с дисковым затвором значительно надежнее, и значительно дороже.

Противосмесительный (mixproof) клапан. Венец современных массовых санитарных технологий. Имеет два уплотнения, разделенные камерой, соединенной с внешней средой. Таким образом, при неисправности любого из уплотнений транспортируемые по разным магистралям среды не перемешаются между собой. Это позволяет производить мойку одной из линий во время транспортировки продукта по другой линии. В ролике ниже красным показан моечный агент. В процессе мойки управляющая клапаном система периодически приподнимает одно из седел, обеспечивая промывку межседельного пространства. Моечный раствор при этом вытекает наружу - на пол или в специальное корыто. Это называется флип (flip).

Эта конструкция существенно сложнее и дороже рассмотренных выше. Активация как правило производится сжатым воздухом, и в "голове" клапана расположены три пневмоцилиндра, обеспечивающие флип верхнего и нижнего седла и собственно активацию клапана. Также клапан может быть "умным". В этом случае он общается с управляющей системой по шине полевой переферии, а в "голове" у него свой микроконтроллер, управляющий активацией пневмоцилиндров, а также может быть хитрый датчик, который не только видит положение клапана, но и способен заметить предельный износ резинок уплотнений.

Ну и нафига это все надо?

Эволюция

Ниже на картинке показаны разные способы коммутации продуктовых линий, при которых соблюдается "противосмесительный" принцип:

Неисправность любого уплотнения не должна приводить к смешиванию транспортируемых сред. То, что при неисправности уплотнений продукт или моечный раствор может вытекать наружу – проблемой не считается (в разумных пределах, естественно) 

Слева сверху показана трубная доска. Она же трубная панель, она же перекидная панель. На поверхность панели выведены окончания маршрутов, снабженные разъёмами для соединения.  Сборка маршрута производится с помощью калачей (гибов), которые пристыковываются к нужным трубным окончаниям. Надежно, кондово, дешево. Не позволяет менять маршрут движения продукта при заполненной трубе. Применяется часто, особенно на старых и нищих заводах. Выражение "крутить калачи" - оно как раз про это.
Снизу слева показано противосмесительное соединение с помощью клапанов «бабочка». Используется три клапана. Два из них нормально закрытые, один нормально открытый. При активации они меняют состояние на противоположное. Довольно редко практикуемая конструкция, крайне неудобная в обслуживании.

Справа сверху показано противосмесительное соединение с помощью седельных клапанов. Один из них переключающий, второй запорный. Переключающий клапан в неактивном состоянии находится в положении, позволяющем вытекать продукту наружу при неисправности обоих клапанов. Встречается, но не сильно часто.

Ну и справа снизу микспруф, который в состоянии заменить собой всю эту белиберду. У кого есть средства, перешли на них почти полностью.

Как это работает в комплексе можно понять например из этого видео:

Проблема коммутации является важнейшей в санитарных системах, но для решения других задач применяется целый зоопарк запорно - регулирующей арматуры различных типов: пробоотборники, обратные клапана, донные клапана и клапана срыва вакуума, регуляторы давления и расхода, предохранительные клапана в санитарном исполнении и т.д.

А есть еще стерильные системы, которые подвид санитарных но со своими весьма специфическими тараканами...

А как у нас с производством этого типа арматуры?

Можно ответить одним словом - никак. Совсем. Вообще. При советской власти делали бабочки и седельные клапана, а также почти все, что было в мире на тот момент. Правда в весьма небольших количествах. Исторически сложилось так, что производство данного класса арматуры было сосредоточено в странах соцлагеря - Югославии, Польше, ГДР.

Ну а потом советская власть кончилась, ну а дальше вы знаете..