На производственных площадках пищевой промышленности, напитков, молочной продукции, ферментации, биофармацевтики и других отраслей измерение перепада давления часто напрямую связано с перепадом давления на фильтрах, уровнем жидкости в резервуарах, состоянием потока или предупреждением о засорении оборудования. Для специалистов по контролю качества и управлению безопасностью важна точность показаний, однако более сложные проблемы нередко скрываются после очистки: остается ли жидкость в местах присоединения приборов? Образуются ли отложения по краям мембраны? Возникают ли новые санитарные риски после демонтажа и монтажа?

Ценность гигиенического преобразователя перепада давления заключается не только в передаче сигнала перепада давления в систему управления, но и в возможности включить измерительный узел в полный процесс CIP-мойки, SIP-стерилизации или ручной очистки. Если конструкция датчика, место установки и программа очистки не согласованы между собой, даже высокоточный прибор может стать потенциальным источником микробиологических остатков, перекрестного загрязнения партий или аномальных показаний.

Зоны, недоступные для очистки, обычно находятся не там, где их видно

Так называемые зоны, недоступные для очистки, — это не только изгибы трубопроводов или дно емкостей. Для гигиенических преобразователей перепада давления риски часто сосредоточены вокруг технологических соединений и разделительных мембран: слишком глубокая внутренняя полость соединения, углубления, образующиеся после сжатия уплотнительной прокладки, чрезмерно длинные импульсные трубки и направление соединения, препятствующее сливу, — все это может затруднять полный контакт моющей жидкости с поверхностями или полное удаление остатков.

В традиционных системах измерения перепада давления иногда используются импульсные трубки, соединяющие стороны высокого и низкого давления с преобразователем. Такой способ широко применяется в общепромышленных условиях, однако при работе со средами с высокими санитарными требованиями тонкие длинные импульсные трубки, полости клапанных блоков и зоны скопления жидкости в нижних точках легко становятся зонами накопления остатков. В особенности это касается сладких напитков, эмульсий, белковых растворов, ферментационных жидкостей или высоковязких суспензий: после прилипания продукта он не исчезает сам по себе только потому, что была проведена очистка; при недостаточных скорости потока, температуре, концентрации или времени воздействия остатки могут сохраняться внутри.

Поэтому в гигиенических условиях акцент проектирования следует переносить с вопроса «можно ли установить прибор» на вопрос «могут ли все поверхности, контактирующие со средой, быть полностью очищены, опорожнены и проверены». Именно поэтому при выборе гигиенического преобразователя перепада давления нельзя ориентироваться только на диапазон измерения, выходной сигнал и класс точности.

Проектируйте точку измерения как часть трубопровода, а не как дополнительный элемент

Наиболее эффективный способ избежать загрязнения в застойных зонах — сократить ненужное пространство, контактирующее со средой. Для точек измерения, непосредственно контактирующих с технологической средой, предпочтительно использовать гигиеническую мембранную конструкцию с мембраной заподлицо и без застойных полостей, чтобы мембрана была максимально выровнена со стенкой емкости, внутренней стенкой трубопровода или интерфейсом оборудования. В этом случае моющая жидкость при движении может покрывать поверхность мембраны, снижая вероятность налипания продукта по краям и локальных отложений.

Стандарт соединения также должен соответствовать санитарному классу производственной линии. Гигиенические зажимные соединения часто применяются в местах, требующих регулярного обслуживания, поскольку они относительно удобны для демонтажа и осмотра; конкретные характеристики следует определять с учетом существующих интерфейсов оборудования, материала уплотнений, рабочего давления и температуры очистки. Если размеры соединений не совпадают, использование на месте переходников разного диаметра или удлинительных патрубков в качестве «временного решения» легко создает новые углубления и мертвые зоны в соединительном участке.

При мониторинге перепада давления до и после фильтра, а также при вспомогательной оценке целостности стерильной фильтрации точки отбора давления со сторон высокого и низкого давления следует располагать как можно ближе к контролируемому оборудованию и обеспечивать относительное соответствие конструкции и характеристик отклика с обеих сторон. Если с одной стороны используется короткое прямое соединение, а с другой — длинная обходная линия, это не только повышает санитарные риски, но и может привести к различному влиянию температуры, столба газа или жидкости либо к несоответствию динамических характеристик, в результате чего значение перепада давления утрачивает необходимую справочную значимость.

Направление установки определяет, смогут ли остатки удаляться естественным образом

Многие проблемы загрязнения вызваны не самим изделием, а нерациональным положением при установке. Разделительная мембрана гигиенического преобразователя перепада давления не должна быть направлена вверх, образуя «чашеобразную» зону скопления жидкости; в точках отбора давления, коротких соединительных трубках и клапанах также следует избегать нижних точек, из которых невозможен самопроизвольный слив. Если технологическое оборудование должно сохранять ответвление, его длину, угол и внутреннюю непрерывность необходимо определить на этапе проектирования, а не компенсировать при приемке увеличением количества промывок.

При работе с газосодержащими средами или в условиях возможного образования пузырьков необходимо также учитывать скопление газа в верхних точках. Задержка газа вызывает колебания показаний перепада давления и препятствует полному заполнению измерительной полости моющей средой. В жидкостных процессах, напротив, необходимо предотвращать скопление жидкости в нижних точках и осаждение твердых частиц. Простой, но практичный способ оценки: после остановки и опорожнения оборудования может ли вблизи точки измерения оставаться среда, которая не удаляется под действием силы тяжести? Если ответ «возможно», этот участок следует повторно оценить.

При установке также следует избегать размещения преобразователя в местах с сильной вибрацией, частыми механическими ударами или прямым тепловым излучением от источников тепла. Гигиеническая конструкция не означает, что необходимо обращать внимание только на гладкость поверхности: длительная вибрация может привести к ослаблению зажимов, прокладок или герметизации кабельных вводов, что, в свою очередь, влияет на герметичность и стабильность измерений.

Программа CIP-мойки должна охватывать прибор, а не обходить его

На некоторых производственных линиях при разработке программы CIP основное внимание уделяется резервуарам, магистральным трубопроводам и разливочному оборудованию, при этом предполагается, что соединения приборов «будут промыты попутно». На практике в местах установки гигиенических преобразователей перепада давления скорость потока часто ниже, особенно в байпасах фильтров, соединениях на верхней части резервуаров, концах ответвлений и соединениях малого диаметра, поэтому необходимо подтвердить, что моющая жидкость действительно покрывает эти участки.

Рекомендуется, чтобы специалисты по контролю качества и техническая команда совместно проверяли следующие пункты:

• может ли поток моющей жидкости проходить через все поверхности, контактирующие со средой, как со стороны высокого, так и со стороны низкого давления;
• соответствуют ли температура, концентрация, скорость потока и время циркуляции моющей жидкости характеристикам технологической среды;
• находятся ли условия кислотной мойки, щелочной мойки, горячей воды или паровой стерилизации в допустимых пределах для мембраны, уплотнений и системы заполнения;
• обеспечено ли после завершения очистки достаточное опорожнение во избежание смешивания и задержки моющей жидкости с остаточной технологической жидкостью;
• требуются ли дополнительная целенаправленная промывка и повторная проверка при смене партий, длительной остановке или после аномального засорения.

Здесь следует избегать распространенного заблуждения: более высокие параметры очистки не обязательно означают более высокую безопасность. Температура, давление или концентрация химических веществ, превышающие допустимый диапазон материалов прибора и уплотнений, могут вызвать деформацию мембраны, старение уплотнений или смещение нуля. Правильный подход заключается в согласовании параметров с фактической конструкцией гигиенического преобразователя перепада давления, материалами, контактирующими со средой, и технологическим регламентом очистки, а также во включении соответствующих параметров в документацию по оборудованию.

При проверке качества очистки не ограничивайтесь внешним видом и графиками трендов

При подтверждении результата очистки на месте нельзя опираться только на отсутствие загрязнений снаружи или восстановление нормального сигнала преобразователя. Для производственных линий с высоким уровнем риска рекомендуется включать точки присоединения приборов в санитарный контрольный перечень: проверять наличие изменения цвета, налета, налипших веществ или повреждений уплотнений на зажимах, прокладках, краях мембраны и соседних коротких патрубках; при плановом обслуживании целенаправленно осматривать контактирующие со средой участки после демонтажа.

Одновременно следует обращать внимание на «аномальный язык» самих измерительных данных. Например, если при близких значениях расхода и температуры базовое значение перепада давления на одном и том же фильтре постоянно завышено, причиной может быть как изменение нагрузки на фильтрующий элемент, так и локальное образование налета в точке отбора давления; повторяющееся смещение нуля или медленное восстановление после очистки требуют проверки загрязнения мембраны, остаточных пузырьков, монтажных напряжений либо скопления жидкости в соединительной конструкции. Совместный анализ технологических трендов, записей об очистке и результатов поверки приборов обычно позволяет выявить проблемы проще, чем рассмотрение какого-либо одного показателя отдельно.

Что необходимо уточнить на этапе выбора

При закупке гигиенического преобразователя перепада давления рекомендуется не ограничиваться базовой информацией, такой как «измерение перепада давления» и «выход 4-20mA». Более ценным будет сразу предоставить сведения о вязкости среды, наличии частиц, рабочей температуре и давлении, условиях CIP/SIP, действующих стандартах соединений, монтажном пространстве, направлении потока при очистке и необходимости использования выносной разделительной мембраны.

Компания Xi'an Shenghongchuang Instrumentation Co., Ltd. и ее производственная база Shaanxi Qinkong Sensor Technology Co., Ltd. предоставляют услуги по подбору, изготовлению и нестандартному заказному исполнению преобразователей перепада давления и сопутствующих приборов для промышленных систем измерения и управления. Для специальных требований к монтажу в гигиенических процессах можно обсудить конструкцию контактирующих со средой частей, технологическое соединение, соответствие диапазона измерения, способ выхода сигнала и условия установки на месте, чтобы избежать вынужденной адаптации изделия после поставки с помощью сложных переходных элементов.

В конечном итоге предотвращение зон, недоступных для очистки, с помощью гигиенического преобразователя перепада давления не может быть достигнуто за счет одного отдельного компонента; это результат совместной работы конструкции, соединений, установки, очистки и обслуживания. Только сделав точку измерения пригодной для очистки, опорожнения и проверки, можно одновременно обеспечить надежность данных и максимально устранить риск загрязнения до начала каждого производственного цикла.