Когда всё работает нормально, о гликолевом чиллере пивоварни легко забыть. Он бесшумно подаёт охлаждённый гликоль в бродильные чаны, отстойники и другое оборудование «холодной» линии, пока команда пивоваров сосредоточена на производстве.
Ситуация быстро меняется, когда происходит потеря холодопроизводительности.
В процессе брожения продолжает выделяться тепло. Емкости, в которых проводится резкое охлаждение, могут начать нагреваться. Пиво, ожидающее розлива, может потерять заданную температуру. В то же время операторам может потребоваться принять решение о том, какие емкости нуждаются в охлаждении в первую очередь, и как долго можно поддерживать оставшуюся холодопроизводительность.
По этой причине охлаждение на основе гликоля следует рассматривать как важнейшую составляющую технологического процесса пивоварения, а не просто как вспомогательную систему.
Понимание типичных точек отказа, признаков проблем с охлаждением и доступных вариантов проектирования систем может помочь пивоваренным заводам сократить как время простоя, так и риск возникновения производственных проблем, связанных с температурой.
Для чего нужна система охлаждения гликолем на пивоваренном заводе?
Система охлаждения пивоваренного завода с использованием гликоля представляет собой систему с замкнутым контуром холодильная система используется в основном для ферментации и регулирования температуры в холодильной части.
Типичная установка включает в себя гликолевый чиллер, изолированный резервуар или бак для гликоля, циркуляционный насос, распределительные трубопроводы, регулирующие клапаны, датчики температуры и охлаждающие рубашки на бродильных или созревательных резервуарах.
Сам по себе процесс довольно прост.
Сайт холодильная система отводит тепло от гликолевого раствора и понижает его температуру. Циркуляционный насос прокачивает охлажденный гликоль через охлаждающие рубашки бродильных чанов. Тепло от пива передается через стенку чана в гликоль, а нагретый гликоль возвращается в систему охлаждения.
Однако на практике потребность пивоваренных заводов в охлаждении постоянно меняется.
Погреб, в котором одновременно проходит несколько процессов брожения, может создавать гораздо большую нагрузку на холодильная система чем пустой подвал. Холодный воздух, проникающий внутрь, создаёт ещё одну значительную потребность в охлаждении, в то время как более тёплые условия окружающей среды увеличивают поступление тепла из окружающей среды.
Поэтому при выборе чиллеров для промышленных пивоваренных заводов обычно учитываются не только общий объём резервуаров, но и ожидаемая тепловая нагрузка, рабочие температуры, одновременная потребность в охлаждении, а также график производства. Гликолевые чиллеры, предназначенные специально для пивоваренных заводов, рассчитаны на работу при низких температурах и на более высокие требования к расходу, связанные с охлаждением бродильных чанов.
Почему выход из строя гликолевого чиллера может повлиять на работу всего погреба
Последствия выхода из строя холодильной установки зависят от того, что именно происходит в пивоварне в данный момент.
Активное брожение
В процессе брожения дрожжи преобразуют сахара в спирт и в результате своей жизнедеятельности выделяют тепло.
Без достаточного охлаждения температура пива может подняться выше пределов, предусмотренных для брожения. Конкретные последствия зависят от штамма дрожжей, сорта пива, стадии брожения и скорости изменения температуры.
По этой причине емкости с активным брожением, как правило, должны иметь приоритет, когда система охлаждения работает с мощностью ниже номинальной.
Резко охлаждаемые резервуары
Резервуар, который уже достиг заданной температуры охлаждения, обладает некоторой тепловой инерцией, особенно если он хорошо изолирован.
Однако как только охлаждение прекратится, пиво начнёт постепенно поглощать тепло из окружающей среды.
Это означает, что уже охлажденный резервуар иногда можно стратегически использовать в случае временной нехватки холодоагента, но не следует полагать, что запасы охлажденного материала могут заменить работающую холодильная система на неопределённый срок.
Резервуары Brite и другие емкости холодной стороны
Резервуары для светлого пива и другие емкости с регулируемой температурой могут подключаться к одному и тому же гликолевому контуру.
Если система не способна поддерживать требуемую температуру, графики упаковки могут задерживаться даже в том случае, если сам процесс ферментации уже завершился.
Именно поэтому пивоваренному заводу следует учитывать приоритеты охлаждения каждой подключенной емкости, а не рассматривать все нагрузки на систему охлаждения как равнозначные.
Распространенные проблемы с гликолевым охлаждением на пивоваренных заводах
Не каждая проблема с охлаждением означает, что компрессор вышел из строя.
Эффективный подход к устранению неисправностей заключается в комплексном анализе всей системы: системы охлаждения, циркуляции гликоля, распределительной системы, теплообмена со стороны резервуаров и систем управления.
1. Мощность гликолевого чиллера недостаточна
Холодильная установка недостаточной мощности может нормально работать в периоды низкой производительности, но при этом стать серьёзным ограничивающим фактором в часы пикового спроса.
Это может произойти в следующих случаях:
- Одновременно работают несколько ферментеров
- Несколько резервуаров проходят процесс охлаждения
- Рост объемов производства
- Устанавливаются дополнительные бродильные чаны
- Пивоваренный завод расширяет производство лагера
- Температура окружающей среды становится значительно выше
- Частота варки увеличивается
Поэтому может показаться, что у пивоваренного завода установлен “холодильный агрегат подходящего размера” исходя из первоначального перечня оборудования, в то время как фактический объем производства превысил исходные допущения, использованные при первоначальном расчете охлаждения.
Практические симптомы часто проявляются постепенно:
- Гликоль слишком долго нагревается до заданной температуры
- Компрессоры работают в течение длительного времени
- Охлаждение бака происходит медленнее
- Некоторые суда с трудом достигают заданных значений
В данной ситуации замена отдельных компонентов может не решить основную проблему. Необходимо пересчитать холодовую нагрузку с учетом текущего графика варки.
2. Выход компрессора из строя
Компрессор является основным элементом холодильного контура.
Компрессор может отключиться из-за неисправностей в электросистеме, перегрузки, чрезмерного давления в конденсаторе, механической неисправности или проблем в других частях холодильная система.
Прежде чем сделать вывод о выходе из строя самого компрессора, операторы должны проверить сигналы тревоги и защитные устройства агрегата и убедиться, что квалифицированный ремонтный персонал установил причину неисправности.
Компрессор, который постоянно отключается, не следует просто перезапускать до тех пор, пока он не начнет работать стабильно. Повторные перегрузки или частые циклы работы могут свидетельствовать о более серьезной неисправности.
Если пивоваренный завод использует только один компрессор, его выход из строя может привести к потере большей части или всей имеющейся холодопроизводительности. Поэтому в более крупных системах, в зависимости от стоимости простоев, может быть целесообразно предусмотреть несколько холодильных контуров или другие формы резервирования.
3. Недостаточный отвод тепла от конденсатора
Холодильная установка должна отводить тепло, извлечённое из пивоварни.
В случае системы с воздушным охлаждением это означает, что конденсатор должен обеспечиваться достаточным потоком воздуха и находиться в подходящих условиях эксплуатации.
Загрязненные поверхности конденсатора, затрудненная циркуляция воздуха, чрезмерно высокая температура окружающей среды или неправильное расположение оборудования могут привести к повышению температуры конденсации и снижению холодопроизводительности.
К возможным симптомам относятся:
- Сигналы тревоги высокого давления
- Снижение холодопроизводительности
- Повышенная рабочая температура компрессора
- Частые отключения
- Более длительные сроки восстановления
Эта проблема особенно актуальна для пивоваренных заводов, расположенных в регионах с жарким климатом, либо там, где холодильные установки размещены в закрытых технических помещениях.
Поэтому при проектировании планировки пивоваренного завода следует учитывать место установки чиллера, в том числе обеспечение доступа для очистки и технического обслуживания.
4. Проблемы с гликолевым насосом или расходом
Холодильный контур может работать исправно, но при этом погреб по-прежнему не охлаждается должным образом.
Причиной может быть недостаточная циркуляция гликоля.
К возможным причинам относятся:
- Отказ насоса
- Неправильный расчет мощности насоса
- Чрезмерная потеря давления в трубопроводе
- Воздух, застрявший в контуре
- Засоренные сетчатые фильтры
- Неправильное положение клапанов
- Недостаточная гидравлическая сбалансированность
Одним из признаков является неравномерное охлаждение между резервуарами.
Ферментатор, расположенный рядом с коллектором гликоля, может охлаждаться относительно нормально, в то время как другой резервуар, находящийся на конце длинного отвода, с трудом достигает нужной температуры.
По этой причине насос и распределительная сеть должны проектироваться одновременно с холодильной установкой.
5. Неправильная концентрация гликоля
Смесь гликоля и воды является частью теплообменной системы, и её необходимо подбирать с учётом требуемой рабочей температуры.
Концентрация влияет как на защиту от замерзания, так и на свойства жидкости.
Недостаточное количество гликоля может снизить запас прочности системы по замерзанию. Чрезмерная концентрация гликоля может повысить вязкость и снизить теплопередающие характеристики, а также эффективность перекачки жидкости.
Поэтому концентрация раствора должна соответствовать рекомендациям производителя чиллера и фактической рабочей температуре системы.
Рабочая жидкость также должна соответствовать условиям эксплуатации. В системах охлаждения пивоваренных заводов для регулирования температуры на «холодной стороне» обычно используются жидкости на основе пропиленгликоля.
6. Ограничивающим фактором являются бродильные чаны
Холодильная установка может обладать достаточной холодопроизводительностью, при этом эффективность охлаждения резервуара оставаться недостаточной.
Теплообмен зависит от взаимодействия гликолевой системы и охлаждающей рубашки сосуда.
К числу таких факторов относятся:
- Эффективная площадь кожуха
- Конструкция куртки
- Расход гликоля
- Изоляция резервуара
- Положение датчика температуры
- Устройство клапана регулирования температуры
Если охлаждающая поверхность недостаточна или циркуляция гликоля в рубашке слабая, увеличение холодопроизводительности может дать меньший эффект, чем ожидалось.
Именно поэтому при проектировании бродильных чанов и системы циркуляции гликоля следует учитывать их взаимосвязь.
На что следует обратить внимание операторам при снижении эффективности охлаждения?
Когда на пивоварне замечают, что резервуары охлаждаются медленнее, чем обычно, полезно сравнить текущие условия эксплуатации с нормальным поведением системы.
Проверьте температуру гликоля
Если резервуар с гликолем не нагревается до нормальной температуры, проблема может заключаться в системе охлаждения.
Если температура в резервуаре соответствует ожидаемой, но отдельные емкости не охлаждаются, следует обратить внимание на циркуляцию, клапаны, трубопроводы или теплообмен со стороны емкостей.
Проверьте насосы
Убедитесь, что соответствующий циркуляционный насос работает и что обеспечивается поток жидкости.
Сигналы тревоги насоса, необычные шумы, усиление вибрации или изменение давления могут служить полезными подсказками.
Проверьте клапаны и систему управления
Система регулирования температуры зависит от слаженной работы датчиков, регулирующих клапанов и средств автоматизации.
Неисправный датчик или неправильно работающий клапан могут помешать поступлению гликоля в резервуар, даже если сам чиллер работает.
Проверьте конденсатор
В случае системы с воздушным охлаждением проверьте конденсатор на наличие загрязнений и убедитесь, что поток воздуха не затруднен.
Любые ремонтные работы на стороне холодильной установки должны выполняться квалифицированным персоналом.
Сравнение характеристик баков
Если неисправность затронула лишь один или два резервуара, а остальная часть хранилища работает в штатном режиме, вероятность общей аварии системы охлаждения на предприятии снижается.
После этого расследование можно сосредоточить на поврежденном резервуаре, ответвлении трубопровода, клапане, датчике или расходе насоса.
Что может сделать пивоваренный завод в случае временного отключения системы охлаждения?
План аварийного охлаждения следует подготовить заранее, до того как он понадобится.
В случае потери холодопроизводительности первоочередной задачей, как правило, является защита резервуаров, температура в которых наиболее чувствительна к изменениям.
Резервуар, температура жидкости в котором ниже температуры имеющегося гликоля, не должен автоматически оставаться подключенным к контуру. Циркуляция более теплого гликоля через более холодный резервуар может привести к передаче тепла в резервуар, а не к его отводу.
Поэтому изоляция отдельных резервуаров становится чрезвычайно полезной во время остановки установки.
Пивоваренный завод может снизить несущественные нагрузки на систему охлаждения и сконцентрировать имеющуюся холодопроизводительность на активных процессах брожения или других важных емкостях.
Некоторые пивоваренные заводы также обеспечивают возможность аренды временных чиллеров или альтернативного охлаждающего оборудования. Другие устанавливают соединительные линии между различными контурами охлаждения, чтобы часть погреба могла продолжать работу, когда другой участок отключен.
Конкретная стратегия действий в чрезвычайных ситуациях зависит от планировки пивоварни и имеющихся инженерных сетей, но принцип остается тем же:
Система охлаждения должна предоставлять операторам различные варианты действий в случае, если нормальный режим работы невозможен.
Проектирование резервирования в системе циркуляции гликоля на пивоваренном заводе
Резервирование не обязательно означает установку двух полных холодильных установок одинаковой мощности.
Выбор оптимального решения зависит от масштабов пивоваренного завода, объема производства, условий эксплуатации и затрат, связанных с простоями.
К возможным подходам относятся:
Резервные насосы
Резервный циркуляционный насос может обеспечить относительно простую защиту на случай выхода насоса из строя.
Несколько холодильных контуров
В более крупных системах может использоваться более одного компрессора или холодильного контура, благодаря чему выход из строя одного из них не обязательно приводит к полной потере холодопроизводительности.
Отдельные зоны охлаждения
Погреб можно разделить на зоны с помощью запорных клапанов, что позволяет управлять различными группами резервуаров независимо друг от друга.
Перекрестные связи
В соответствующих случаях перекрестные соединения между контурами охлаждения могут обеспечить дополнительную гибкость при проведении технического обслуживания или в случае выхода оборудования из строя.
Аварийные подключения
Стратегически выбранное место подключения может упростить подключение временного холодильного оборудования в чрезвычайной ситуации без необходимости перепроектирования погреба.
Оптимальный уровень резервирования следует определять еще на этапе проектирования, а не вводить его уже после того, как пивоваренный завод столкнется с дорогостоящим простоем.
Мощность системы охлаждения должна рассчитываться исходя из пиковой нагрузки
Охладительная нагрузка пивоваренного завода изменяется в динамике.
При выполнении конструктивных расчетов необходимо учитывать не только номинальный объем бродильного погреба.
К числу таких факторов относятся:
- Количество действующих ферментеров
- Тепловая нагрузка, связанная с брожением
- Температура ферментации
- Требования к холодному осаждению
- Количество резервуаров, охлаждаемых одновременно
- Требования к резервуарам Brite
- Требования к охлаждению сусла
- Температура подачи гликоля
- Условия окружающей среды
- Частота варки пива
- Будущее расширение
У пивоварни, производящей в основном лагер, потребности в холодильном оборудовании могут значительно отличаться от потребностей пивоварни, выпускающей преимущественно эли с теплым брожением.
Аналогичным образом, пивоварня, производящая одну партию в день, может иметь иной пиковый спрос, чем завод, выпускающий несколько партий в день.
Поэтому чиллер, резервуар для гликоля, насосы, трубопроводы и рубашки резервуаров следует рассматривать как единую тепловую систему.
Почему так важен гликолевый буфер или резервуар
Бак для гликоля служит не только для хранения жидкости.
Он выступает в качестве теплового буфера между холодопроизводительностью и изменяющейся потребностью технологического процесса.
Когда одновременно возникает потребность в охлаждении нескольких резервуаров, накопленный холодный гликоль служит источником немедленного охлаждения, пока холодильная система отводит тепло из контура.
Резервуар подходящего объёма также может способствовать стабилизации температуры гликоля при переменных нагрузках. Именно по этой причине в системах охлаждения пивоваренных заводов резервуар для гликоля обычно устанавливается в комплекте с чиллером и циркуляционными насосами.
Размер резервуара следует выбирать с учетом нагрузки на систему охлаждения, производительности чиллера, рабочей температуры и стратегии управления, а не на основе фиксированного соотношения, одинакового для всех пивоваренных заводов.
Схема расположения системы охлаждения имеет такое же значение, как и производительность чиллера
Пивоваренный завод может располагать достаточной холодильной мощностью, но при этом сталкиваться с низкой производительностью резервуаров из-за особенностей распределительной системы.
Длинные трубопроводные трассы, трубы недостаточного сечения, избыточное количество фитингов, ненадлежащая теплоизоляция или неправильная сбалансировка отводов могут привести к увеличению потерь давления и снижению доступного расхода в отдельных емкостях.
При проектировании новой пивоварни магистраль гликоля следует планировать одновременно с планировкой бродильного цеха.
При проектировании следует учитывать:
- Расстояние между холодильной установкой и погребом
- Количество ветвей охлаждения
- Будущие места размещения танков
- Головка насоса
- Изоляция труб
- Слив и доступ для технического обслуживания
- Изоляция отдельных сосудов
По мере роста пивоварни это приобретает всё большее значение.
На начальном этапе в погребе может быть четыре бродильные чана. Спустя несколько лет их количество может увеличиться до пятнадцати или двадцати. Если изначально система распределения не была спроектирована с учётом возможности расширения, то ограничивающим фактором может стать сама трубопроводная сеть.
Системы охлаждения гликолем на пивоваренном заводе «Тяньтай»
Компания Tiantai проектирует системы гликолевого охлаждения как составную часть полного технологического процесса пивоварения, а не рассматривает чиллер как отдельное устройство.
Комплект оборудования для охлаждения пивоваренного завода может включать:
- Резервуар для гликолевой воды
- Гликолевый чиллер для пивоваренного завода
- Циркуляционные насосы
- Трубопровод для распределения гликоля
- Охлаждающие рубашки для бродильных и отстойных резервуаров
- Датчики температуры и регулирующие клапаны
- Резервуар для холодного раствора
- Теплообменник для охлаждения сусла
- Шкаф управления
Фактическая конфигурация зависит от мощности пивоварни, графика производства, требований к брожению, планировки здания, местных климатических условий и запланированного расширения.
Проекты пивоваренных заводов компании «Тяньтай» демонстрируют различные конфигурации систем охлаждения, включая гликолевые резервуары, чиллеры, трубопроводы, бродильные чаны, отстойники и оборудование для охлаждения сусла, работающее в составе комплексной пивоваренной системы.
Например, в проекте пивоваренного завода в Тяньтае можно использовать несколько гликолевых чиллеров вместо одной холодильной установки, при этом сеть охлаждения проектируется с учетом необходимой мощности брожения и графика производства.
Цель заключается не просто в производстве холодного гликоля.
Наша цель — обеспечить необходимую холодопроизводительность для нужных судов в нужное время, с достаточным уровнем контроля и гибкости для обеспечения нормальной эксплуатации, технического обслуживания и будущего расширения.
