乳品生产线常用管道管件的选型

 

　　乳品生产线是食品生产线的一种，现代乳品/饮料/酒类/医药行业实际都是化工行业的分支，生产线共通性很大。

 

　　化工是”性变“加工，和机加工的”形变“不同，设备相对简单，进入生产线一打眼全是”管管罐罐“，即用于进行反应（罐）和过程输送（管），这也是乳品工程企业的主要工作内容。用于输送（泵）、在线加工（分离、均质、杀菌）、提供反应条件（换热）和包装机，实际不专属于乳品机械这个小行业，而是通用设备的专业化改型。

 

　　本文就先说说管道和管件的选型。

 

 

　　材质：

 

　　用于物料和CIP的工艺管道材质需符合食品级不锈钢要求，常用的就是：

 

　　AISI（美国钢铁工业协会标准）304和316L。304L和316也是符合食品要求的，但一般很难买到。这可能与国内思路有关，要么是最基本最便宜，要么是最高档最贵，中间的全不要~~

 

　　不与食品接触的不锈钢，比如平台、支架、桥架、配电柜、保温外壳之类，可以选用AISI202、AISI430。

 

　　304、316是奥氏体不锈钢，理论上没有磁性，但因机械加工可能被带上磁性，所以不能以磁性作为判断“不锈钢”的唯一标准。202只有微磁，它虽然也是奥氏体，但耐腐蚀性达不到食品级标准，430是铁素体不锈钢，不能用于食品接触面，可满足一般生产车间的防潮要求。俺常说，“设计就是突出与妥协，而并非简单的堆砌先进技术”，材质的选择同样也是这个道理，只要不是空气中弥漫着浓酸的烟雾，用316L做保温壳、支架、平台是毫无意义的，只能说明“老子有钱”罢了（建议在平台和支架上蚀刻上大大的“316L”）~~当然，用202、430不锈钢蒙骗客户是304的，就是偷工减料了。

 

　　乳品生产线是一个复杂组合体，不仅需要用到非金属材料（多用于密封），也会因为性能所需（往往是耐冲击性要求），不得不采用非不锈钢的金属材料，比如分离机内的锁紧圈，均质机/高压泵的柱塞、止回阀等等。有必要将物料种类和特性告知管件阀门供货厂家，很可能会影响到密封材质（耐温，耐压，耐酸、碱、油脂腐蚀）的选型。

 

　　管道：

 

　　管道主要分为无缝钢管和焊接钢管两大类。

 

　　无缝钢管的表达方式为“外径x壁厚”，其有n多外径可选，还配合有n多壁厚，长度也是“不定尺”的，订货时需要注明：材质（或标准号）、每根钢管的长度、外径和壁厚、抛光要求等。业内多用于蒸汽管道。购买时多按重量，这样对双方都比较公平些。

 

　　无缝钢管需与标准Dn规格的阀门管件配合使用，所以无缝钢管在选型时应尽可能接近标准Dn规格的外径（比如32配Dn25，48配Dn40，57或60配Dn50，76配Dn65，89配Dn80，108配Dn100，差几毫米就用焊接找齐吧。《五金手册》上都有Dn规格标准），这些也是市场上最容易买到的规格（无缝钢管的壁厚不要随Dn管道走，那太浪费了，呵呵~~），不必非为了理论计算的流量选特殊规格的管道，差个一点半点的不会有什么影响，管道阀门管件厂商可不会为了你这个工程专门生产一批~~

 

　　“低压流体焊接管道”和“镀锌钢管”是有着标准的直径和壁厚相配合（Dn）的系列的，钢管一般长度是6m，也即“定尺”。业内多用于水、冰水管道。因为外径、壁厚是固定规格，单位长度的重量也就固定了，所以购买时多按米数，但也就要注意检查直径和壁厚是否足够，或按重量计价。

 

　　常用的“不锈钢焊接钢管”有相对简单得多的“规格系列”（也即定型程度更高），但同时存在多个标准系列，国内业内常用的ISO（国际标准化委员会标准）规格（似乎只有GEA公司用德国标准），实际是“英制标准”，即以1英寸（25.4mm）为标准外径单位，固定壁厚的管道标准。食品管道抛光要求一般是“内镜面外亚光”，不提倡“外镜面”，不利于视觉保护，某些用于换热的特殊用途可以是“内镜面外酸洗”，即外表面不抛光。钢管最常见的长度规格是6米，不特殊提出，即为默认。

 

　　常用的ISO制式食品级 低压流体 焊接 不锈钢管道 的外径系列是：

 

　　3/4

 

　　英寸——20mm；

 

　　1

 

　　英寸——25mm；

 

　　1 1/2 英寸——38mm；

 

　　2

 

　　英寸——51mm；

 

　　2 1/2 英寸——63mm；

 

　　3

 

　　英寸——76mm；

 

　　4

 

　　英寸——102mm。

 

　　ISO标准无1 1/4寸（32管道）和3寸半（89管道），设计时就应注意避免，防止难以购买配套的阀门管件，也优化采购和备件。

 

　　常遇到的问题还有：

 

　　所谓“分”，即将1英寸分成8份，“4分管”即4/8（1/2）英寸规格，“6分管”即6/8（3/4）英寸规格。

 

　　所谓“Dn/公称直径”，见于“低压流体输送用碳钢焊接管道”和“镀锌管”，其外径和壁厚的配合系列是完全固定的。但公称直径并非就是外径或者内径，只是早先的一种大致叫法（估计与英国最早的模具、重量之类的标准有关），后来一直沿用了下来。其是以1英寸为标准直径单位的，常说的Dn50管，实际是“两寸管”。

 

　　管道之所以英制较多，无疑是当时大英帝国日不落权威的体现了~~美国以英国移民为主建立，当然也沿用并扩张了应用范围；而德国、俄国标准往往仅限本国，业内早年使用的不锈钢管（比如老式设备的40、50冷拔不锈钢管）曾按无缝管规格（曾认为有缝管只能用作装饰管，因为当时焊接质量较差，呵呵~~），但因技术进步和进口设备的普遍应用，ISO制式成为主流。

 

　　常见工艺阀门管件：

 

　　1.蝶阀

 

　　蝶阀开关快速便捷，有一定的粗略调节作用（但无法用于真正的调节场合），卫生性较好，是乳品生产线工艺管道上最常见的阀门。

 

　　安装时务必记得阀柄与阀板同向，垂直管道方向为关，与管道通向为开。

 

　　多个蝶阀密集安装构成阀组时，必须重视各阀门手柄活动空间不要干涉。

 

　　2.球阀

 

　　食品生产线的工艺管道不推荐用球阀，因为其在开启时，球和壳体的接触面是无法清洗到的。如必须使用，应选用 通径 可拆卸式 二片或三片式 卫生球阀，常见的“管式球阀”应严禁用于物料管道（当然，水一般无所谓~~）。当球阀完全开启时，没有什么阻力，开关较为费力但也就可以粗略调节流量。

 

　　3.旋塞阀

 

　　老式生产线常见，但因阀芯和壳研磨，易掉屑，底部封死的存在清洗死角，底部打通的必须拆卸清洗，现在已很少使用。

 

　　在使用三通球阀或旋塞时，注意阀柄方向为封死，而其他三个方向为流通。

 

　　4.止回阀/单向阀

 

　　单向阀一般有弹簧型、球形两种。

 

　　弹簧型止回阀正向通过时，克服弹簧力，通过阀板与壳体的缝隙过料，逆向则将阀板与接口推严封死，无法过料。

 

　　球形止回阀分为两种，一种是直通型，一个接口大，一个接口小，里面的球直径介于两者之间，正向时球被顶到大口能过料，逆向时球封死了小口无法过料；一种是Y型，正向时球被推向Y型支路，逆向时球被顶到小口。

 

　　因为内部结构颇复杂，止回阀应避免用于物料管道，必须采用时，前后应装活结，以拆卸清洗。

 

　　现多采用弹簧型止回阀，是因球型止回阀的球不免和接口研磨磨损，使用一段时间后泄漏律较高，对于球的材质、加工精度和阀体接口处加工精度要求很高，而弹簧型只有阀板和接口处只有轴向摩擦，磨损可以靠弹簧力补足，对于材质、精度要求稍低，使用寿命也较长。

 

　　实际上，Y型球式止回阀的流体阻力最小，几乎可忽略不计，弹簧型止回阀必须严格控制串联的数量，最好一条管线只有1个，最多2个，否则必须增加泵的扬程。

 

　　在CIP回程管道上，非要将止回阀安装在支路管道末端是大可不必的，那位置往往在半空中，安装和维护非常不便，而既然安装不便，安装误差就可能较大，往往影响止回阀的封闭性。

 

　　止回阀前后最好有一段“无管件直管段”，以让流体平稳的对中流过，对于阻力、寿命、封闭性都有好处。

 

　　5.座阀

 

　　虽然自动化生产线的气动阀很多是座阀，能实现多种流通方式，但俺不推荐使用手动座阀用于开关场合（调节场合推荐）。

 

　　最简单的L型座阀实际是截止阀的一种，靠手柄的转动提升/降低阀板，增加/减少流通面积，对手柄机构、阀板、阀座进行专业化改造，就是调节阀了。其余T型、F型等等常用于多条管道之间的切换。

 

　　将手动座阀用于开关操作时，不仅操作慢，而且旋转手柄时经常难以确认究竟它有没有“完全”打开或关闭，常因此造成故障甚至串料事故。气动座阀是气缸推动阀杆，动作很快，也能安装顶部控制单元来监测阀杆位置，不存在这个顾虑。

 

　　座阀阻力较大，不推荐用于高压、粘稠物料管道，如果还要多个座阀串联，那……祷告上帝保佑你泵吧~~

 

　　6.安全阀/泄压阀/背压阀

 

　　这三者的原理几乎是一样的，都是预先通过弹簧或压缩空气的力，通过气缸/腔体的作用，给流体“预置”一个阻力，当物料克服此力时，就通过/排泄，来保证管道内压力的基本稳定。这三种阀较为少见，懒得废话了。

 

　　7.活结

 

　　活结分为螺纹头（或叫1/3活结）、平头、螺纹套（这两个相加可以叫2/3活结）和密封圈组成，用于需要进行管道拆卸的场合。为了节约成本，在只需使用1/3活结（如分配管板的各接头）或2/3活结（这个很少见，除非设备厂家没配齐全套接口活结）的场合，订货时应注明，否则你剩下那半除了扩大了内需也没啥用处~~

 

　　卫生型活结应该是对焊接口，而非老式插焊，应是圆螺纹，避免割伤工人手指，同时污染物料。

 

　　全线活结应尽可能保持同一制式（比如SMS规格），可能某台设备的活结规格特殊，不要为了给它配套而折腾供应部吧，割下来，焊个标准的算了~~当然，最好在设备和仪表定货时要求，“各接口必须配整套的活结/卫生卡盘”，某些厂家此时如加价太高，干脆就定“焊接接口”，到货后自己焊活结。

 

　　即使是卫生型活结，也是一个可能的污染点，所以应避免过多使用，满足维护要求即可。某些老观念常想“拆卸灵活”，对于现代大中型生产线，难道经常会灵活得变形？难道新建生产线就要考虑拆迁要求？呵呵~~还有老观念常想“拆卸清洗”，但CIP系统已经是大中型生产线的标准配置了，除非生产线设计不合理、安装不合格，才会“拆洗”嘛~~就算有每月拆洗一次的习惯，也无需把生产线拆成“零件状态”嘛~~

 

　　当然，必要的活结还是得装，否则不成了偷工减料了嘛，呵呵~~俺认为，下列场合需要活结：

 

　　1.设备接口，包括罐的各个接口；

 

　　2.紧密安装的阀组、阀阵总接口；

 

　　3.重要的、价值较高的、需拆洗的阀门、在线仪表的接口；

 

　　4.分配管板的接头。

 

　　其他场合，一律不安装活结，所以在阀门管件选型时，也应一律选择“焊接接口”的阀门管件，需要时再单独焊接活结即可。该焊不焊，是偷工减料；不该焊却焊了，就是无知浪费，前者是道德问题，后者是技术问题。

 

　　医药生产线常用卡盘代替活结，卫生性稍好一点点，但缺点也很明显：拆卸时比较麻烦，别看貌似是手动蝶形螺母旋紧，实际因安装误差经常需要借助工具；拆下来的套很容易丢；往往需两人操作（一人对管道，一人旋紧），而活结只需一人；锁紧牢固性较差，尤其是大直径的。

 

　　8.变径/异径管

 

　　不宜采用“同心变径”，貌似美观，但用于横装时，会造成大口端管道存料，竖装虽然没有这个问题，但何必采购两种规格的变径呢？万一偏心的不够用了，同心的无法代替，而反之就可以，所以一律选用“偏心变径”好了~~

 

　　标准的变径都是两相邻级别口径（比如38/51，51/63），当跳级应用时，最好采用两个变径焊接，以保持整个生产线/工程的通用性，如果跳了2两级，可能不太美观（其实谁特意去瞅啊，哈哈~~），就需定制了，订货周期会稍长。

 

　　9.三通

 

　　由于支路很可能要焊接蝶阀，为了减少清洗死角，应采用“短颈”三通。推荐一律采购“通径短颈”三通，需缩小支路管径时再额外变径，这样管件的通用性较好。在因清洗要求必须采用“异径短颈”（中间口缩小）变径时，必须专门指出，加工定做，并额外保管好。

 

　　在某些特殊场合，可能需将标准的三通改造方符合要求，所以也不能完全被“标准化”困死思路，但优化改造，应在标准三通上进行。

 

　　10.弯头

 

　　常见的食品级不锈钢弯头的曲率半径往往在1.2~1.5D之间，各生产厂家可能稍有不同。

 

　　验货时注意接口的圆度和四个弯头能否拼成个完整的圆。

 

　　由于食品级管道管件都是内镜面抛光的，管道摩擦阻力小得可以忽略不计，除了管道高度造成的重力外，流体阻力主要集中在阀门和弯头处。在遇到粘稠、高压物料时，常见的直角弯头就显得阻力较大，还可能引发管道振动，应定制大曲率半径的弯头，比如3~5D，8~10D。

 

　　如果需用到非90度弯头，用量较小，分散使用，直接改造标准的90度弯头即可。其实，两半90度弯头，不管是不是正好45度，反正恰能拼成90度，在一些场合（空间或设备局限）是很适用的。使用2个45度弯头（中间有足够的直管段过渡），比一个90度弯头的阻力更小，适用于粘稠物料。

 

　　常见碳钢阀门选型

 

　　这个细说非常复杂，这里只简单说说。

 

　　1.明确流体介质

 

　　也许不必非要把各个零件的材质搞得一清二楚，但必须应明确流体介质，不同的介质本身就对阀门材质有着不同的要求。

 

　　2.明确流体压力

 

　　碳钢阀门有不同的压力级别，用Pn表示。比如Pn10，Pn16，Pn25，Pn40等，数字即压力上限，单位是1工程大气压（俗称1公斤，1个）/1bar（英制单位）。

 

　　法兰同样有不同压力级别，注意与阀门配合选用。

 

　　阀门体一般分为铸铁和铸钢，是以Pn16/Pn25为界的，价格会成倍（甚至若干倍）增加。

 

　　3.确定阀门用途

 

　　调节、开关、安全、疏水等。

 

　　4.确定阀门的规格型号

 

　　由于技术的不断更新，应使用各厂家的选型样本确定，不同厂家的规格可能相差很多。

 

　　和某种食品流体往往只有一种流速不同（往往是不破坏物料的流速上限），水、蒸汽等等流体的流速是多级可选的，并与压力/压差相对应，也就是说，当选用不同的压力/流速时，管道/阀门管件管件的规格和接口就有较大变化了。

 

　　所以，在选型时，必须先找出压力/压差/流速条件，然后根据流量，来确定阀门的具体型号（见厂家样本）、规格（多以接口规格（Dn）表达）和特殊参数。

 

　　不同结构/型号的阀门，可能有压力、温度、流量的适用范围，选型时应注意。

 

　　阀门接口未必和主管道直径相同，实际上，很多阀门往往为了增加反馈灵敏度而减小接口直径，减压阀、调节阀、安全阀、疏水器都可能比主管道直径小一级甚至更多。所以不要见到缩颈就大呼“偷工减料”，而应以样本和说明书参考，以实际效果为准。

 

　　5.阀门的接口形式

 

　　一般，使用压力低于4bar，直径小于Dn50，可以选用丝接，压力再高、直径再大的，最好选用法兰。

 

　　俺在施工中，压力小于4bar，直径小于Dn25的，才会想想是否采用丝接，因为可能需要反复缠几次才行，省下的那点钱还不够工人工时折腾的呢，还影响本人施工形象~~反正队里的焊工多，就焊呗，肯定一次齐活~~水暖多采用丝接，无非是因为他们行业历史早，当时焊接还是高精尖技术（焊接技术在一战和二战之间才达到工程实用）就没普遍应用。

 

　　来源：食品论坛网友 蜂带刀 原创分享