啤酒行業(yè)板式換熱器食品安全管理

龐衛(wèi)珍 吳衛(wèi)群 吳鐵健 方迪縣

（百威亞太控股有限公司，湖北 武漢 430051）

1 啤酒廠薄板換熱器重要性

啤酒廠使用的大部分板換都與產(chǎn)品直接接觸，一旦板換發(fā)生內(nèi)漏現(xiàn)象，板換兩側(cè)的介質(zhì)有互相滲透的風(fēng)險(xiǎn)，產(chǎn)品有被冷媒介質(zhì)污染的風(fēng)險(xiǎn)。產(chǎn)品被污染未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致大量的產(chǎn)品損失，經(jīng)濟(jì)損失，消費(fèi)者投訴，食品安全問題，品牌公關(guān)風(fēng)險(xiǎn)等，這些后果是非常嚴(yán)重的。如何能夠快速發(fā)現(xiàn)板換泄漏的需求應(yīng)運(yùn)而生，通過在線檢測(cè)技術(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)板換的泄漏現(xiàn)象，把板換泄漏產(chǎn)生的影響控制在較小的影響范圍內(nèi)，避免重大食品安全事故。

根據(jù)啤酒廠板換不同工況下，按介質(zhì)類別將與產(chǎn)品接觸的板換大體分為3類：麥汁換熱板換，制水板換，啤酒換熱板換。

2 麥汁換熱板換可靠運(yùn)行措施

麥汁換熱板換主要用于啤酒廠糖化生產(chǎn)過程中麥汁的加熱和麥汁的冷卻工藝，按目前大部分啤酒廠糖化配置，包括麥汁-冰水（麥汁冷卻）和麥汁-熱能水（麥汁預(yù)熱和麥汁預(yù)冷）兩種不同工藝板換。

麥汁冷卻板換工藝要求是使用4℃～6℃的冰水將95℃的麥汁降溫至10℃，冰水經(jīng)過換熱后變成大于80℃的熱水，因麥汁的流速比較高（1100hl/h），工藝要求的溫差（85℃）也比較大，噸麥汁冰水消耗比要求低于1.15，導(dǎo)致麥汁冷卻板換的換熱面積比較大，所以麥汁冷卻板換一般是啤酒廠體積最大的板換。

麥汁-冰水板換因使用冰水作為冷媒介質(zhì)，啤酒廠的冰水使用釀造水經(jīng)過制冰水板換冷卻，冰水的pH值在5.5～6.5，氯離子濃度和釀造水一致，部分工廠釀造水氯離子含量比較高，麥汁-冰水板換的高溫側(cè)容易發(fā)生點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象。麥汁-冰水板換的板片材質(zhì)需要根據(jù)工廠釀造水中氯離子含量來選擇，若釀造水氯離子含量低于20ppm，則可以使用316不銹鋼板片，若釀造水氯離子含量高于20ppm且低于500ppm，則需要選擇使用254SMO不銹鋼板片。

麥汁-冰水板換處于糖化結(jié)束和發(fā)酵交接的工藝，麥汁經(jīng)過板換后還需要經(jīng)過麥汁充氧裝置、酵母添加裝置后進(jìn)入發(fā)酵罐，有些啤酒廠涉及多個(gè)接力泵，整個(gè)麥汁工藝管路較長也較復(fù)雜，各區(qū)域程序通信等問題，麥汁-冰水板換比較容易出現(xiàn)水錘和憋壓的現(xiàn)象[2]。目前針對(duì)麥汁-冰水板換的復(fù)雜工況，對(duì)板換兩側(cè)介質(zhì)的入口和出口都安裝壓力傳感器（PT），監(jiān)控生產(chǎn)過程中，麥汁側(cè)壓力超過8.5bar觸發(fā)停機(jī)和報(bào)警。冰水側(cè)在停產(chǎn)后監(jiān)控壓力超過6bar，打開排污閥短暫泄壓，避免冰水因溫升導(dǎo)致膨脹憋壓。麥汁側(cè)入口管道安裝泄壓安全閥，減小水錘對(duì)板換的破壞強(qiáng)度，麥汁和冰水都使用變頻泵控制，將麥汁泵變頻器加載時(shí)間設(shè)定40s，流速緩慢變化。麥汁側(cè)執(zhí)行泵和閥門的連鎖，待閥門開啟后再開麥汁泵，待麥汁泵停止后再關(guān)閉閥門，閥門異常關(guān)閉則泵需要連鎖關(guān)閉。執(zhí)行完這些措施后，可有效避免麥汁-冰水板換被水錘和憋壓沖擊損壞，減少故障，確保麥汁-冰水板換的可靠性。

麥汁-冰水板換因麥汁和冰水都是啤酒廠生產(chǎn)使用的過程產(chǎn)品，產(chǎn)生的熱水用于糖化生產(chǎn)工藝，板換發(fā)生內(nèi)漏后在麥汁冷卻步驟的污染風(fēng)險(xiǎn)較小，但是當(dāng)板換麥汁側(cè)進(jìn)行CIP清洗時(shí)，若板換有內(nèi)漏問題，則換熱冰水出口的熱水被CIP清洗液污染的風(fēng)險(xiǎn)極高。模擬泄漏現(xiàn)象，根據(jù)實(shí)驗(yàn)顯示，CIP堿液少量加入熱水中，熱水的電導(dǎo)率有明顯的變化，針對(duì)防止麥汁-冰水板換因發(fā)生內(nèi)漏被CIP工藝的堿液污染，做出了在線監(jiān)控檢測(cè)方案。如圖1所示，在熱水出口側(cè)安裝在線電導(dǎo)率儀（AQ），在麥汁側(cè)CIP工藝時(shí)，通過監(jiān)控?zé)崴隹诘碾妼?dǎo)率變化情況，根據(jù)設(shè)定的熱水電導(dǎo)率的變化，高于設(shè)定值5ms/cm 則觸發(fā)系統(tǒng)報(bào)警，當(dāng)電導(dǎo)率值高于設(shè)定值10ms/cm，系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)，提示操作工執(zhí)行板換異常反應(yīng)機(jī)制，需要停機(jī)檢查，對(duì)板換進(jìn)行完整性測(cè)試。

圖1 麥汁-冰水板換配置

3 制冰水板換可靠運(yùn)行措施

制冰水板換主要用于啤酒廠中糖化麥汁-冰水板換中冰水介質(zhì)的制備，根據(jù)冷媒介質(zhì)不同，可以分為制冰水-氨板換和制冰水-丙二醇冷媒板換，大部分工廠選擇使用氨作為媒介給水降溫。

制冰水板換屬于換冷板換，當(dāng)溫度控制不穩(wěn)定時(shí)或停機(jī)時(shí)若冷媒側(cè)有泄漏，板換有結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn)，若有長期頻繁的結(jié)冰現(xiàn)象，板片有局部反復(fù)受力不均導(dǎo)致漲裂現(xiàn)象。當(dāng)水側(cè)控制或者通信不穩(wěn)定時(shí)，閥門和泵控制不同步時(shí)，制冰水板換容易受到水錘沖擊，板片出現(xiàn)疲勞裂紋[1]。針對(duì)制冰水板換的工況，在板換的兩側(cè)介質(zhì)都配置壓力傳感器（PT），檢測(cè)板換在生產(chǎn)狀態(tài)和CIP狀態(tài)下的壓力變化情況，如有超壓工況，則系統(tǒng)報(bào)警停機(jī)。在冰水側(cè)安裝溫度傳感器，并增加低溫保護(hù)功能。

制冰水-氨板換是目前最普遍的制冰水板換，使用氨作為冷介質(zhì)，對(duì)釀造水進(jìn)行換冷，達(dá)到工藝要求的冰水溫度。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，釀造用的冰水pH值控制在5.5～6.5，冰水偏酸性，氨易溶于水成氨水，氨水為堿性，當(dāng)氨泄漏進(jìn)水系統(tǒng)時(shí)，水的pH值有明顯變化。

通過分析氨水滴定實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在不同電導(dǎo)率水樣下增加氨水濃度，電導(dǎo)率變化不明顯，pH變化較明顯，pH計(jì)對(duì)氨水較靈敏。如圖2所示，對(duì)制冰水-氨板換的冰水入口和出口側(cè)增加在線pH計(jì)，在線監(jiān)控冰水在板換出入口pH的變化情況，當(dāng)板換出口pH值比入口值上升0.5且持續(xù)時(shí)間15s則產(chǎn)生報(bào)警，若pH差值持續(xù)30s以上系統(tǒng)報(bào)警停機(jī)，提示操作工執(zhí)行板換異常反應(yīng)機(jī)制，需要停機(jī)檢查，對(duì)板換進(jìn)行完整性測(cè)試，

圖2 制冰水-氨板換配置

4 啤酒換熱板換可靠運(yùn)行措施

啤酒換熱板換也是啤酒廠最普遍的板換，主要根據(jù)啤酒生產(chǎn)工藝要求，對(duì)啤酒加熱或者降溫到設(shè)定溫度。啤酒-氨板換和啤酒-丙二醇冷媒板換都是用于啤酒的冷卻，目前所有啤酒廠都有配置。

4.1 啤酒-氨板換

啤酒特性與脫氧水的特性類似，啤酒-氨板換配置和控制方式可參考脫氧水-氨板換，如圖3所示，在啤酒側(cè)安裝pH和電導(dǎo)率儀。啤酒-氨板換一般選擇使用316不銹鋼作為板片。

圖3 啤酒-氨板換配置

滴定實(shí)驗(yàn)：在啤酒樣品下增加少量低濃氨水濃度，低濃度的氨水容易被啤酒中CO2碳酸中和pH和電導(dǎo)率變化均不明顯。在激冷啤酒樣品下低濃度氨水pH和電導(dǎo)率均不明顯，當(dāng)氨水濃度達(dá)到一定程度后，電導(dǎo)率和pH均有明顯變化，如圖4 所示。

圖4 氨-啤酒滴定實(shí)驗(yàn)

4.2 啤酒-丙二醇冷媒板換

啤酒-丙二醇冷媒板換如圖5所示，與啤酒-氨板換或脫氧水-冷媒板換都不相同。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，啤酒加入丙二醇冷媒溶液中時(shí)，相應(yīng)的pH和電導(dǎo)率有變化趨勢(shì)，啤酒-丙二醇冷媒板換的在線儀表檢測(cè)設(shè)計(jì)在冷媒側(cè)，在板換的冷媒側(cè)出口安裝電導(dǎo)率儀和pH計(jì)，在冷凍站冷媒總管安裝在線pH和電導(dǎo)率，在線對(duì)比板換出入口的電導(dǎo)率和pH值的變化，根據(jù)變化情況判斷板換是否有泄漏。板換啤酒出口側(cè)管路和冷媒入口側(cè)管路安裝壓差傳感器，當(dāng)啤酒側(cè)和冷媒側(cè)壓差為零時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警；當(dāng)啤酒側(cè)壓力小于冷媒側(cè)壓力時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警停止，并運(yùn)行頂脫氧水排污程序。

圖5 啤酒-丙二醇冷媒板換配置

為了更全面地管理冷媒的使用，啤酒廠的冷凍站冷媒的液位和指標(biāo)也做相關(guān)的連鎖報(bào)警。冷凍站冷媒的pH和電導(dǎo)率若有相關(guān)變化，或冷媒罐液位的異常變化，也做丙二醇冷媒泄漏判斷的依據(jù)，執(zhí)行冷媒泄漏應(yīng)急反應(yīng)機(jī)制，全面排查丙二醇冷媒泄漏。

5 啤酒行業(yè)板式換熱器食品安全管理結(jié)論

啤酒廠的板換使用工況比較多，不同工位的板換面對(duì)的工藝不同，板換的失效形式也不同，以板換可靠性運(yùn)行為中心，需要針對(duì)不同的板換故障定制化每臺(tái)板換的維護(hù)策略，避免對(duì)板換產(chǎn)生破壞的工況，板換即可穩(wěn)定運(yùn)行。

通過不斷對(duì)板式換熱器的運(yùn)行穩(wěn)定工況的研究，標(biāo)準(zhǔn)工況的硬件和軟件保護(hù)的配置升級(jí)，結(jié)合目前智能化工廠的建設(shè)，大大提升了板式換熱器的可靠性，減少了因板式換熱器的故障導(dǎo)致的啤酒損失，達(dá)到板式換熱器對(duì)食品安全零影響的目標(biāo)。