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乳品生产线常用管道管件的选型

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-08-30  来源:食品论坛网友 蜂带刀 原创分享  浏览次数:9
核心提示: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。
 
  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
 

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