Zawory higieniczne spożywcze

Higieniczny zawór bezpieczeństwa jest samoczynnym elementem zabezpieczającym instalację, zbiornik lub urządzenie technologiczne przed wzrostem ciśnienia ponad dopuszczalną wartość. W normalnych warunkach pracy pozostaje zamknięty, natomiast po osiągnięciu określonego ciśnienia otwarcia następuje pokonanie siły sprężyny i odprowadzenie części medium, co ogranicza dalszy wzrost ciśnienia. Po ustabilizowaniu warunków zawór powinien ponownie się zamknąć. W wykonaniu higienicznym szczególną uwagę zwraca się dodatkowo na materiały mające kontakt z medium, możliwość utrzymania czystości, ograniczenie obszarów retencji produktu oraz odporność materiałową na warunki charakterystyczne dla procesów spożywczych. Oferowane przez Pneumat System serie 400 i 4020 są kątowymi zaworami bezpieczeństwa wykonanymi ze stali nierdzewnej i wyposażonymi w mieszek, przy czym seria 400 ma DN20, a seria 4020 DN25.

W instalacji spożywczej zawór bezpieczeństwa nie powinien być traktowany wyłącznie jako urządzenie służące do redukcji nadmiernego ciśnienia. Może on znajdować się w strefie mającej kontakt z produktem, wodą procesową, parą technologiczną lub medium pomocniczym, dlatego ważna staje się również odporność na korozję, łatwość utrzymania czystości oraz odpowiedni dobór materiałów uszczelniających. Konstrukcja higieniczna ogranicza ryzyko powstawania trudno dostępnych przestrzeni, w których mogłyby gromadzić się resztki produktu lub zanieczyszczenia. Ma to szczególne znaczenie w produkcji żywności, napojów, mleczarstwie, browarnictwie i innych procesach, w których powtarzalność czyszczenia oraz ograniczenie ryzyka wtórnego zanieczyszczenia instalacji są równie istotne jak sama funkcja ciśnieniowa zaworu.

Podstawowym elementem decydującym o pracy zaworu jest sprężyna dociskająca element zamykający do gniazda. Dopóki siła wynikająca z ciśnienia medium działającego na powierzchnię zamknięcia jest mniejsza od siły nastawy sprężyny, zawór pozostaje zamknięty. Po osiągnięciu ciśnienia otwarcia układ równoważący zostaje przełamany, element zamykający unosi się i powstaje droga odpływu medium. W ten sposób ciśnienie w chronionym układzie może zostać ograniczone. Serie 400 i 4020 oferowane przez Pneumat System występują w wykonaniach o różnych fabrycznych wartościach ciśnienia otwarcia od 0,4 do 16 bar, dzięki czemu zawór można dopasować do parametrów konkretnego urządzenia lub instalacji.

Dobór powinien rozpocząć się od ustalenia maksymalnego dopuszczalnego ciśnienia roboczego zabezpieczanego urządzenia oraz warunków określonych w jego dokumentacji technicznej i wymaganiach dotyczących urządzeń ciśnieniowych. Następnie należy przeanalizować normalne wahania ciśnienia, możliwe stany awaryjne oraz wymagany przepływ podczas zadziałania zaworu. Niedopuszczalne jest przyjmowanie zbyt wysokiej nastawy tylko po to, aby wyeliminować sporadyczne otwieranie zaworu podczas procesu – mogłoby to pozbawić instalację wymaganej ochrony. Zbyt niska nastawa może z kolei prowadzić do częstego otwierania, strat medium i przyspieszonego zużycia uszczelnień. Dostępność serii 400 i 4020 w szerokim zakresie 0,4–16 bar ułatwia dopasowanie zaworu do wielu instalacji procesowych.

Najważniejsze różnice dotyczą przede wszystkim średnicy nominalnej, materiału korpusu i sprężyny, rodzaju uszczelnienia oraz dopuszczalnej temperatury pracy. Seria 400 ma DN20, korpus ze stali nierdzewnej 1.4305, sprężynę ze stali nierdzewnej 1.4310 oraz uszczelnienie FKM. Jej deklarowany zakres temperatury wynosi od -40°C do +200°C. Seria 4020 ma natomiast wejście i wyjście DN25, korpus i sprężynę ze stali nierdzewnej 316L oraz uszczelnienie EPDM; jej zakres temperatury wynosi od -40°C do +170°C. Obie serie są kątowymi zaworami z mieszkiem i oferują zakres ciśnienia otwarcia 0,4–16 bar.

Według danych produktowych seria 4020 jest przeznaczona do pracy z powietrzem, parą, gazami i cieczami. Tak szeroko określona grupa mediów nie oznacza jednak automatycznej kompatybilności z każdą substancją procesową. Przy doborze należy sprawdzić przede wszystkim odporność chemiczną stali nierdzewnej 316L oraz uszczelnienia EPDM na konkretny produkt, koncentrat myjący, dezynfekant, temperaturę i czas ekspozycji. W instalacji spożywczej znaczenie może mieć również czystość medium, lepkość produktu, możliwość krystalizacji lub osadzania się substancji oraz wymagania zakładowe dotyczące materiałów mających kontakt z produktem.

Tak, seria 4020 jest przez producenta/ofertę Pneumat System wskazana między innymi do pracy z parą. Należy jednak przeanalizować rzeczywistą temperaturę pary odpowiadającą ciśnieniu procesu oraz porównać ją z maksymalną temperaturą pracy zaworu, wynoszącą dla tej serii +170°C. Dodatkowo trzeba uwzględnić oddziaływanie pary na EPDM, częstotliwość cykli grzania i chłodzenia oraz możliwe uderzenia kondensatu. Sam fakt zgodności rodzaju medium nie zastępuje pełnej analizy warunków eksploatacyjnych.

Mogą być wykorzystywane w instalacjach cieczowych pod warunkiem odpowiedniego dopasowania konstrukcji, materiałów i parametrów przepływowych do konkretnego produktu. Seria 4020 jest oficjalnie wskazana między innymi do cieczy. W przypadku produktów spożywczych trzeba jednak dodatkowo rozpatrzyć lepkość, obecność cząstek stałych, skłonność do wysychania, krystalizacji lub tworzenia osadów oraz możliwość skutecznego oczyszczania przestrzeni zaworu. Medium o dużej lepkości może zachowywać się podczas upustu zupełnie inaczej niż woda lub sprężone powietrze, dlatego dobór nominalnej średnicy i wymaganej przepustowości powinien być wykonany dla rzeczywistych parametrów procesu.

Stal nierdzewna zapewnia korzystne połączenie odporności korozyjnej, wytrzymałości mechanicznej oraz przydatności w instalacjach wymagających regularnego mycia i dezynfekcji. W środowisku spożywczym armatura może być wielokrotnie narażana na wodę, wilgoć, parę, środki myjące, zmiany temperatury i kontakt z produktami o różnym pH. Zastosowanie materiałów nierdzewnych ogranicza ryzyko korozji w porównaniu z wieloma zwykłymi stalami konstrukcyjnymi. W serii 400 korpus wykonano ze stali nierdzewnej 1.4305, natomiast seria 4020 wykorzystuje stal nierdzewną 316L zarówno w korpusie, jak i sprężynie.

EPDM jest elastomerem szeroko stosowanym w instalacjach wodnych, parowych i w wielu zastosowaniach procesowych. W serii 4020 jest standardowym materiałem uszczelniającym. Przy właściwym zastosowaniu zapewnia elastyczne i skuteczne zamknięcie zaworu, ale jego kompatybilność powinna być zawsze oceniona względem rzeczywistego medium i chemii myjącej. Szczególnie istotne są temperatura, stężenie środków CIP, czas kontaktu oraz ewentualna obecność olejów lub innych substancji mogących niekorzystnie wpływać na EPDM. Maksymalna temperatura pracy kompletnego zaworu 4020 została określona na +170°C.

Seria 400 wykorzystuje uszczelnienie FKM, czyli elastomer fluorowy charakteryzujący się wysoką odpornością temperaturową i dobrą odpornością na wiele substancji chemicznych. Jest to jeden z powodów, dla których całkowity deklarowany zakres temperatury pracy tej serii sięga +200°C. Dobór FKM należy jednak zawsze odnosić do konkretnego medium. Materiał znakomicie sprawdzający się w jednej aplikacji może nie być optymalny w innej, dlatego szczególnie przy produktach spożywczych, gorącej wodzie, parze, olejach lub agresywnych środkach myjących należy sprawdzić kompatybilność chemiczną oraz wymagania dotyczące kontaktu materiału z produktem.

Według danych Pneumat System seria 400 może pracować w zakresie od -40°C do +200°C. Tak szeroki zakres pozwala stosować ją zarówno w instalacjach pracujących w obniżonych temperaturach, jak i w wielu procesach wysokotemperaturowych. Należy jednak pamiętać, że graniczna temperatura katalogowa nie powinna być utożsamiana z zalecaną temperaturą ciągłej pracy w każdej aplikacji. Przy ekstremalnych temperaturach trzeba sprawdzić oddziaływanie medium na FKM, wpływ rozszerzalności cieplnej oraz rzeczywistą temperaturę wszystkich elementów zaworu.

Seria 4020 ma podany zakres temperatury pracy od -40°C do +170°C. w praktyce parametr ten powinien być analizowany razem z medium, ciśnieniem, materiałem EPDM i charakterem cyklu technologicznego. Inne obciążenie materiału występuje przy stałej temperaturze przez wiele godzin, a inne podczas krótkiego procesu sterylizacji czy płukania. Szczególnie przy parze i procesach termicznych należy kontrolować nie tylko temperaturę medium w rurociągu, ale również temperaturę osiąganą w samym zaworze.

DN20 jest nominalnym oznaczeniem wielkości przepływowej/przyłączeniowej zaworu. Seria 400 w ofercie Pneumat System występuje właśnie jako higieniczny kątowy zawór bezpieczeństwa DN20. Wartości DN nie należy traktować wyłącznie jako informacji o średnicy rurociągu. Przy doborze zaworu bezpieczeństwa szczególnie istotna jest jego rzeczywista zdolność do odprowadzania medium w sytuacji awaryjnej. Dlatego sama zgodność DN z instalacją nie przesądza jeszcze o poprawnym doborze – konieczne jest również zweryfikowanie wymaganej przepustowości, rodzaju medium, ciśnienia i warunków odpływu.

W serii 4020 zarówno wejście, jak i wyjście mają oznaczenie DN25. Oznacza to, że zawór należy do większej klasy nominalnej niż seria 400 DN20. Może to być istotne z punktu widzenia integracji z instalacją oraz potencjalnej zdolności przepływowej, ale dobór nie powinien ograniczać się do prostego stwierdzenia, że „większe DN oznacza lepszy zawór”. Wymagana wielkość zaworu wynika z ilości medium, którą należy bezpiecznie odprowadzić w najgorszym przewidywanym scenariuszu wzrostu ciśnienia.

Konstrukcja kątowa pozwala zmienić kierunek przepływu medium podczas otwarcia zaworu i ułatwia poprowadzenie przewodu odprowadzającego. W instalacjach procesowych może to pozwolić na bardziej uporządkowane rozmieszczenie armatury oraz skierowanie medium z przestrzeni chronionej do bezpiecznego miejsca odbioru. Z punktu widzenia instalacji spożywczej sposób montażu powinien również ograniczać pozostawanie medium w przestrzeniach odpływowych. Obydwie serie opisane przez Pneumat System – 400 DN20 i 4020 DN25 – są wykonane jako higieniczne kątowe zawory bezpieczeństwa.

Mieszek stanowi element oddzielający określone przestrzenie mechanizmu zaworu i może ograniczać bezpośredni kontakt medium z mechanizmem sprężynowym. W rozwiązaniu higienicznym ma to duże znaczenie, ponieważ ułatwia kontrolę obszarów narażonych na kontakt z produktem i może ograniczać przenikanie zanieczyszczeń do części mechanicznej. Zarówno warianty serii 400, jak i 4020 są na stronach Pneumat System opisane jako zawory „z mieszkiem”. Stan techniczny mieszka jest istotny dla prawidłowego działania urządzenia i powinien być uwzględniany podczas przeglądów.

Możliwość pracy w instalacji poddawanej Cleaning w Place należy ocenić na podstawie konkretnej procedury CIP. Kluczowe są temperatura, skład i stężenie środków myjących, czas kontaktu, prędkość przepływu oraz materiał uszczelniający. Seria 4020 wykorzystuje stal nierdzewną 316L oraz EPDM, a seria 400 stal 1.4305 i FKM, dlatego ich zachowanie w konkretnym cyklu może być różne. Samo określenie „higieniczny” nie zwalnia projektanta z weryfikacji kompatybilności chemicznej i możliwości skutecznego wymycia wszystkich zwilżanych powierzchni zaworu.

Proces SIP, czyli "Sterilization w Place", często wykorzystuje wysoką temperaturę, dlatego podstawowym kryterium jest zgodność parametrów zaworu z rzeczywistą temperaturą i czasem trwania sterylizacji. Seria 400 ma temperaturę pracy do +200°C, natomiast seria 4020 do +170°C. Nie oznacza to automatycznie dopuszczenia każdego procesu SIP. Konieczna jest kontrola odporności FKM lub EPDM na konkretny profil temperaturowy oraz określenie czy warunki sterylizacji mieszczą się w wymaganiach producenta kompletnego zaworu.

Takie rozwiązanie jest często technicznie uzasadnione, ponieważ ograniczenie długości przewodu pomiędzy chronioną przestrzenią a zaworem zmniejsza ryzyko powstawania dodatkowych oporów i niedopuszczalnego spadku ciśnienia na doprowadzeniu. Każdy przypadek musi jednak uwzględniać konstrukcję zbiornika, jego dopuszczalne ciśnienie, sposób przyłączenia oraz wymagania obowiązujące dla urządzenia ciśnieniowego. Należy również zapewnić możliwość odprowadzenia medium z wylotu zaworu w sposób bezpieczny dla personelu, produktu i otoczenia technologicznego.

W typowym układzie zabezpieczającym należy unikać sytuacji, w której przypadkowe zamknięcie armatury może odizolować zawór bezpieczeństwa od chronionego urządzenia. Takie odcięcie pozbawiłoby zbiornik podstawowego zabezpieczenia przed nadciśnieniem. Jeżeli określona konfiguracja technologiczna wymaga stosowania armatury przełączającej lub odcinającej, musi być ona zaprojektowana w sposób uniemożliwiający pozostawienie chronionego urządzenia bez aktywnego zabezpieczenia i zgodnie z wymaganiami właściwymi dla danej instalacji ciśnieniowej.

Duże opory na odcinku pomiędzy chronioną przestrzenią a zaworem powodują spadek ciśnienia, przez co ciśnienie oddziałujące bezpośrednio na zawór może różnić się od ciśnienia panującego w zbiorniku. Może to wpływać na dynamikę otwarcia i zdolność zabezpieczenia instalacji. Problem staje się szczególnie istotny przy krótkotrwałych, gwałtownych wzrostach ciśnienia oraz przy mediach o dużej lepkości. Dlatego przewód doprowadzający powinien być projektowany odpowiednio do wymaganej przepustowości, bez zbędnych zwężeń, długich odcinków i elementów generujących wysokie straty miejscowe.

Przewód powinien umożliwiać swobodne odprowadzenie wymaganej ilości medium bez wytwarzania nadmiernego przeciwciśnienia wpływającego na pracę zaworu. Jego przekrój, długość, liczba kolan i sposób zakończenia należy dobrać do medium i maksymalnego przewidywanego przepływu. W instalacjach spożywczych ważne jest także uniknięcie miejsc, w których może gromadzić się kondensat lub produkt. Jeżeli odprowadzana jest para, gorąca ciecz lub agresywne medium, wylot powinien znajdować się w strefie bezpiecznej dla personelu.

Nie. DN zaworu jest parametrem istotnym, ale podstawą doboru zabezpieczenia powinna być wymagana zdolność odprowadzania medium w sytuacji awaryjnej. Trzeba określić najbardziej niekorzystny scenariusz, np. awarię regulatora, ogrzewanie zamkniętej objętości cieczy, dopływ pary, reakcję generującą gaz lub uszkodzenie wymiennika. Następnie należy oszacować strumień masowy, który musi zostać odprowadzony. Serie 400 i 4020 różnią się nominalną wielkością – odpowiednio DN20 i DN25 – dlatego ich zastosowanie must wynikać z obliczeń i parametrów chronionej instalacji.

Gaz, para i ciecz mają całkowicie odmienne właściwości podczas rozprężania i przepływu przez zawór. W gazach trzeba uwzględniać ściśliwość i możliwość przepływu krytycznego, w parze dodatkowo właściwości termodynamiczne, natomiast dla cieczy istotne są między innymi gęstość, lepkość i potencjalna kawitacja. Dlatego dwóch instalacji o obciążeniu i DN nie można uznać za równoważne, jeżeli pracują z innymi mediami. Seria 4020 jest przeznaczona do powietrza, pary, gazów i cieczy, co daje szerokie możliwości zastosowania, ale nie eliminuje konieczności wykonania odpowiedniego doboru przepływowego.

Tak. Wzrost lepkości zwiększa opory przepływu i może ograniczać ilość medium odprowadzaną przez zawór oraz rurociąg zrzutowy. Produkty takie jak syropy, koncentraty, kremy lub gęste półprodukty mogą wymagać zupełnie innego podejścia niż woda. Dodatkowym zagrożeniem jest możliwość zasychania produktu w obszarze gniazda. Jeżeli lepki produkt po incydentalnym otwarciu pozostanie na powierzchniach zaworu i ulegnie wysuszeniu, może pogorszyć szczelność lub swobodę ruchu elementu zamykającego. Z tego względu analiza higieniczna powinna obejmować również zachowanie produktu po zatrzymaniu instalacji.

Tak. Zamknięta objętość cieczy może wskutek wzrostu temperatury generować bardzo duży wzrost ciśnienia, mimo stosunkowo niewielkiej zmiany objętości. Zjawisko jest szczególnie niebezpieczne w odciętych odcinkach rurociągów, płaszczach grzewczych, wymiennikach lub urządzeniach napełnionych cieczą. Odpowiednio dobrany zawór bezpieczeństwa może chronić taki układ, ale parametry jego otwarcia i wymagana wydajność muszą zostać określone na podstawie charakterystyki cieczy, jej rozszerzalności, dostępnego źródła ciepła i objętości zamkniętej przestrzeni.

Zawór bezpieczeństwa jest urządzeniem ochronnym, a nie regulatorem ciśnienia przeznaczonym do ciągłej modulacji przepływu. Regularne otwieranie podczas normalnej produkcji wskazuje zwykle na problem z regulacją procesu, niewłaściwą nastawę albo niewystarczający margines pomiędzy ciśnieniem roboczym a ciśnieniem otwarcia. Wielokrotne cykle mogą prowadzić do zużycia powierzchni uszczelniających, osadzania produktu, zmęczenia elementów ruchomych i pogorszenia szczelności. Przy częstych zadziałaniach należy przede wszystkim znaleźć przyczynę procesową zamiast traktować zawór bezpieczeństwa jako zwykły zawór upustowy.

Nie. Reduktor jest elementem regulacyjnym, którego zadaniem jest utrzymywanie określonego ciśnienia po stronie instalacji w trakcie normalnej pracy. Zawór bezpieczeństwa jest natomiast urządzeniem ochronnym, którego zadziałanie następuje po przekroczeniu określonej wartości ciśnienia. Oba urządzenia mogą pracować w tej samej instalacji, ale pełnią inne funkcje. Jeżeli reduktor ulegnie awarii i ciśnienie za nim zacznie rosnąć, odpowiednio dobrany zawór bezpieczeństwa może stanowić dodatkową warstwę ochronną.

Nie powinien być w ten sposób wykorzystywany. Zawór regulacyjny lub przelewowy może być zaprojektowany do częstych zmian położenia i utrzymywania określonych parametrów procesu. Zawór bezpieczeństwa ma natomiast interweniować przede wszystkim w przypadku powstania stanu niebezpiecznego. W instalacji spożywczej ma to dodatkowe znaczenie, ponieważ częste otwieranie zwiększa ryzyko zalegania produktu, szybszego zużycia uszczelnienia oraz konieczności dodatkowego mycia.

Odpowiedni margines umożliwia stabilną pracę instalacji bez przypadkowego otwierania zaworu przy normalnych pulsacjach i krótkotrwałych wzrostach ciśnienia. Jeżeli wartości są zbyt zbliżone, zawór może okresowo przepuszczać medium lub wykonywać częste cykle otwarcia i zamknięcia. Z drugiej strony ciśnienie otwarcia nie może zostać podniesione powyżej wartości dopuszczalnej dla chronionego urządzenia. Dlatego właściwa nastawa jest kompromisem wynikającym nie z wygody prowadzenia procesu, lecz z wymagań bezpieczeństwa i charakterystyki urządzenia.

Nie należy samodzielnie ingerować w nastawę bez zachowania procedur właściwych dla danego urządzenia. Zmiana napięcia sprężyny wpływa bezpośrednio na ciśnienie zadziałania i może spowodować, że zawór przestanie prawidłowo zabezpieczać instalację. Serie 400 i 4020 są oferowane jako konkretne warianty z określonym ciśnieniem otwarcia, np. 0,4; 0,7; 1; 1,5; 2 bar i kolejne nastawy. Przy zmianie parametrów procesu właściwsze jest dobranie odpowiednio skonfigurowanego zaworu niż przypadkowa ingerencja w fabryczne ustawienie.

Najczęstsze przyczyny to zabrudzenie lub osad na gnieździe, mechaniczne uszkodzenie powierzchni uszczelniającej, zużycie elastomeru, starzenie termiczne uszczelnienia, korozja, odkształcenie elementów, nieprawidłowa nastawa albo częste zadziałania. W branży spożywczej dodatkowym problemem może być wyschnięty produkt lub osad po środkach myjących. W przypadku pojawienia się wycieku zaworu nie powinno się jedynie „dokręcać” mechanizmu. Trzeba ustalić przyczynę oraz zweryfikować stan elementów odpowiedzialnych za bezpieczeństwo.

Gniazdo jest jednym z kluczowych elementów odpowiadających za szczelność zaworu w stanie zamkniętym. Nawet niewielka cząstka produktu, kryształ soli, osad mineralny lub pozostałość po procesie może znaleźć się pomiędzy elementami uszczelniającymi i utworzyć mikroszczelinę. W efekcie może pojawić się stały wyciek medium. W aplikacjach higienicznych odpowiednie zaprojektowanie procedury mycia oraz kontrola stanu powierzchni gniazda są więc ważne zarówno z punktu widzenia higieny, jak i niezawodności zabezpieczenia ciśnieniowego.

Nie można wskazać jednej uniwersalnej częstotliwości dla wszystkich instalacji. Harmonogram powinien wynikać z dokumentacji urządzenia, lokalnych wymagań, oceny ryzyka, częstotliwości zadziałań, rodzaju medium oraz warunków mycia i temperatury. W instalacji pracującej z czystym powietrzem obciążenie zaworu może być zupełnie inne niż przy lepkim produkcie spożywczym lub agresywnych cyklach CIP. Kontrola powinna obejmować stan mechaniczny, szczelność, elementy mające kontakt z medium i zdolność zaworu do zadziałania przy wymaganych warunkach.

Jeżeli wystąpiło rzeczywiste przekroczenie ciśnienia powodujące otwarcie zaworu, wskazana jest przynajmniej ocena przyczyny zdarzenia i sprawdzenie, czy zawór po zamknięciu zachowuje szczelność. W instalacji spożywczej warto również określić, czy w obszarze gniazda lub odpływu nie pozostał produkt. Wielokrotne lub gwałtowne zadziałania powinny skłonić do szerszej diagnostyki procesu. Jeżeli zawór otwiera się regularnie, problem prawdopodobnie znajduje się w sterowaniu ciśnieniem, doborze urządzenia albo samym procesie.

Uszczelnienie jest podczas CIP wielokrotnie poddawane działaniu temperatury, środków alkalicznych, kwaśnych, środków dezynfekcyjnych i zmian pH. Nawet jeżeli elastomer jest zgodny z daną substancją, powtarzające się cykle mogą prowadzić do stopniowej zmiany elastyczności, pęcznienia, twardnienia lub utraty właściwości mechanicznych. Ponieważ seria 400 wykorzystuje FKM, a 4020 EPDM, ich odporność na konkretną chemię procesową może być różna. Dobór należy więc przeprowadzać nie tylko względem produktu, lecz również względem pełnej procedury mycia.

Odporność temperaturowa to tylko jeden z parametrów. Elastomer może dobrze znosić wysoką temperaturę w powietrzu, a znacznie gorzej zachowywać się w kontakcie z określonym środkiem chemicznym, parą lub olejem. Znaczenie ma również stężenie medium i czas ekspozycji. Przykładowo seria 400 z FKM ma zakres do +200°C, a seria 4020 z EPDM do +170°C, ale nie oznacza to, że pierwszy zawór zawsze będzie lepszym wyborem do każdego wysokotemperaturowego procesu spożywczego. Należy sprawdzić cały układ: materiał korpusu, uszczelnienia, medium, chemię CIP oraz temperaturę.

Zmiana temperatury wpływa na właściwości sprężyny, elastomeru, materiałów konstrukcyjnych oraz medium. Dlatego rzeczywista charakterystyka urządzenia może zależeć od warunków pracy, zwłaszcza w pobliżu granicznych temperatur. W procesach spożywczych zawór może przechodzić cyklicznie od warunków produkcyjnych do wysokiej temperatury mycia lub sterylizacji. Projektant powinien uwzględnić te zmiany, a jeżeli dokładność ciśnienia zadziałania ma szczególne znaczenie, oprzeć się na danych i dokumentacji właściwych dla konkretnego modelu oraz warunków procesu.

Pozycja montażowa powinna odpowiadać zaleceniom producenta i konstrukcji zaworu. Ma ona wpływ nie tylko na mechanikę działania, ale także na odpływ cieczy, kondensatu i zdolność samoopróżniania. W instalacji higienicznej szczególnie niekorzystne mogą być ustawienia powodujące tworzenie kieszeni, w których pozostaje produkt lub roztwór myjący. Projektując zabudowę serii 400 lub 4020, należy więc analizować zarówno wymagania bezpieczeństwa ciśnieniowego, jak i możliwość skutecznego drenażu i mycia.

Zależy to od rodzaju medium, ale w wielu przypadkach nie jest to bezpieczne rozwiązanie. Zawór bezpieczeństwa może w krótkim czasie uwolnić znaczną ilość gorącej pary, cieczy, gazu albo medium procesowego. Powstaje ryzyko oparzeń, poślizgnięcia, kontaktu produktu z otoczeniem lub zanieczyszczenia strefy produkcyjnej. Odpływ powinien być zaprojektowany tak, aby zrzut odbywał się do miejsca bezpiecznego i nie generował niedopuszczalnego przeciwciśnienia na zaworze.

Jeżeli podczas zrzutu w przewodzie wylotowym powstaje wysokie ciśnienie, może ono oddziaływać na mechanizm zaworu i ograniczać zdolność odprowadzania medium. W konsekwencji zabezpieczany układ może osiągać wyższe ciśnienie niż zakładano. Dlatego nie należy projektować przewodów odpływowych jako bardzo długich, mocno przewężonych tras z wieloma kolanami bez analizy hydraulicznej lub gazodynamicznej. Szczególnie istotne jest to w instalacjach parowych i gazowych, gdzie podczas gwałtownego zrzutu występują wysokie prędkości przepływu.

Tak. Dla obu serii Pneumat System podaje dolną temperaturę pracy -40°C. Nie oznacza to jednak automatycznej możliwości zastosowania w każdym procesie chłodniczym. Należy sprawdzić zachowanie medium, uszczelnienia i pozostałych elementów instalacji. W niskiej temperaturze elastomer może zmieniać sztywność, a skraplająca się lub zamarzająca wilgoć może wpływać na swobodę ruchu. Przy projektowaniu zabezpieczenia instalacji chłodniczej trzeba więc uwzględnić nie tylko katalogowy zakres temperatury, lecz również rzeczywiste warunki otoczenia i procesu.

Dla serii 4020 Pneumat System podaje między innymi: długość L = 52 mm, L1 = 132 mm, wysokość H = 177 mm, H1 = 212 mm, H2 = 350 mm, parametr h = 29 mm oraz d0 = 24,5 mm. Masa zaworu wynosi około 1,8 kg. Dane te są ważne podczas projektowania zabudowy na zbiorniku lub w rurociągu, ponieważ nad zaworem trzeba pozostawić miejsce umożliwiające jego obsługę, kontrolę i ewentualny demontaż. Równie ważne jest odpowiednie podparcie instalacji, tak aby naprężenia od rurociągu nie były przenoszone na korpus armatury.

Zawór bezpieczeństwa nie powinien być poddawany nadmiernym obciążeniom mechanicznym pochodzącym od źle podpartego rurociągu. Masa samego urządzenia, masa przewodu odpływowego oraz dynamiczne siły pojawiające się podczas zadziałania mogą generować znaczne obciążenia przyłącza. Seria 4020 waży około 1,8 kg, dlatego już na etapie projektowania należy zapewnić odpowiednią przestrzeń montażową i przemyśleć sposób prowadzenia przewodów. Nieprawidłowe naprężenia montażowe mogą pogorszyć szczelność, utrudnić serwjest lub w skrajnych przypadkach prowadzić do uszkodzenia armatury.

Seria 400 może być korzystna tam, gdzie wymagane jest DN20, uszczelnienie FKM oraz podwyższona maksymalna temperatura pracy do +200°C. Seria 4020 może być preferowana tam, gdzie potrzebne jest DN25, stal nierdzewna 316L i uszczelnienie EPDM; producent przewiduje ją do powietrza, pary, gazów i cieczy, a jej maksymalna temperatura wynosi +170°C. Nie należy jednak wybierać wyłącznie według średnicy lub temperatury. Ostateczna decyzja powinna uwzględniać rodzaj produktu, wymagany przepływ awaryjny, ciśnienie otwarcia, chemię CIP, warunki termiczne oraz wymagania materiałowe instalacji.

Do prawidłowego doboru warto przygotować co najmniej rodzaj medium, jego temperaturę minimalną i maksymalną, ciśnienie robocze, maksymalne dopuszczalne ciśnienie chronionego urządzenia, wymagane ciśnienie otwarcia oraz najgorszy możliwy scenariusz wzrostu ciśnienia. Potrzebne mogą być także gęstość, lepkość i wymagany strumień zrzutu, średnice i długości przewodów, możliwe przeciwciśnienie oraz charakterystyka CIP/SIP. W aplikacji spożywczej trzeba ponadto ustalić wymagania materiałowe i kompatybilność elastomerów. Dopiero na tej podstawie można świadomie zdecydować np. pomiędzy serią 400 DN20 z FKM a serią 4020 DN25 z EPDM.

Najważniejsze jest traktowanie zaworu jako elementu bezpieczeństwa całego układu, a nie wyłącznie armatury o określonej średnicy. Należy zweryfikować ciśnienie otwarcia, wymaganą wydajność zrzutu, rodzaj medium, temperaturę, lepkość, sposób montażu, przeciwciśnienie oraz materiały mające kontakt z medium. W instalacjach spożywczych dochodzą wymagania związane z czyszczeniem, kompatybilnością chemiczną, eliminacją przestrzeni retencyjnych i trwałością uszczelnień podczas CIP/SIP. W ofercie Pneumat System seria 400 zapewnia DN20, korpus 1.4305, sprężynę 1.4310, FKM i temperaturę do +200°C, natomiast seria 4020 – DN25, korpus i sprężynę 316L, EPDM, temperaturę do +170°C oraz możliwość stosowania z powietrzem, parą, gazami i cieczami. W obu seriach dostępny jest szeroki zakres ciśnień otwarcia 0,4–16 bar. Właściwy wariant powinien być zawsze dobrany do rzeczywistych warunków konkretnej instalacji.