Как клапан меняет подход к производству продуктов питания и напитков

Клапан — это компонент, которому части не уделяют должного внимания. Однако то, как он открывается, закрывается и удерживает заданное положение, определяет работу всей производственной линии — какой объем продукта выпускается, сколько энергии потребляется и насколько чистой она остается. Новое решение в ассортименте клапанов GEA позволяет производителям продуктов питания и напитков более эффективно использовать имеющиеся площади, энергоресурсы и оборудование.

Привычки людей в отношении потребления пива меняются по всему миру. Объемы мирового производства перестали расти и остаются на уровне примерно 1,9 миллиарда гектолитров в год. Наряду с этим ассортимент продукции, выпускаемой одной пивоварней, продолжает расширяться — от сортов премиум-класса до быстрорастущего сегмента безалкогольных и слабоалкогольных напитков. На зрелых рынках это давление ощущается сильнее. Объем производства в Европе сократился с 367 миллионов гектолитров в 2019 году до 345 миллионов только за 2024 год, в то время как количество действующих пивоварен стабилизировалось на уровне около 9 700 предприятий.

Общая задача состоит в том, чтобы обеспечить большее разнообразие на уже имеющихся площадях. Во многом эта гибкость определяется на очень низком уровне внутри процесса — на уровне клапанов. На предприятиях пищевой промышленности и в производстве напитков клапаны обеспечивают прохождение жидкостей по сети трубопроводов и резервуаров, регулируют расход и обеспечивают надежное разделение продукта и очищающих жидкостей. Независимо от того выпускаемого предприятием продукта — пиво, молоко или йогурт — они напрямую обеспечивают безопасность, стабильность и эффективность производства. Измените принцип работы этих клапанов, и вы измените возможности всего процесса.

Управление клапанами с помощью воды

На предприятиях по производству продуктов питания и напитков клапаны, как правило, приводятся в действие с помощью сжатого воздуха. GEA Hydract® Actuation Technology обеспечивает привод клапанов с помощью воды в замкнутом контуре с цифровым управлением. Результатом стал клапан, который можно точно зафиксировать в нужном положении и регулировать с высокой точностью. Это обеспечивает снижение энергопотребления и повышение уровня контроля. В сочетании с эксплуатационными данными по каждому клапану и возможностью использовать имеющиеся резервуары для хранения более широкого ассортимента готовых продуктов данное решение предоставляет производителям необходимые им возможности для адаптации к меняющимся рыночным условиям.

Эта идея возникла благодаря инженеру Питеру Эсперсену, который сегодня занимает должность старшего директора по развитию бизнеса в подразделении Pure Flow Processing компании GEA. Он проводит аналогию с тяжелой техникой, в гидравлических системах которой используется масло: «Традиционная гидравлика, работающая на масле, — это технология грубой силы, предназначенная в основном для приведения в действие массивных экскаваторов. Речь идет о высоком давлении и большом расходе. Когда дело дошло до пищевой промышленности, моя команда поняла, что нам нужно все уменьшить в размерах, в том числе и гидравлическую систему».

Эсперсен объясняет это с помощью простого примера: «Если у вас есть велосипедный насос, приложите палец к его концу и попробуйте надавить — он гибкий. Если заполнить его водой с обеих сторон, ничего не получится. Он будет просто заблокирован». Поскольку вода не сжимается, клапан точно удерживает свое положение, а не просто открывается и закрывается.

Однако потребовались годы тихих и незаметных разработок, чтобы доказать, что эта технология может работать на уровне гигиенического клапана. Сегодня точность позиционирования седла составляет 0,03 миллиметра от заданного положения, а полный цикл регулирования занимает полсекунды.

Линейка GEA VARIVENT® становится все лучше

Компания GEA внедряет эту технологию в линейку своих существующих клапанов GEA VARIVENT®, предназначенных для производства продуктов питания и напитков — от наиболее широко используемых типов клапанов и постепенно расширяет их ассортимент. Для производителей это означает внедрение водно-гидравлических приводов без использования отдельной системы клапанов.

Внедрение начинается с тех областей, где эффект будет ощутим в первую очередь — три наиболее распространенных типа клапанов GEA VARIVENT® (запорные, переключающие и предотвращающие смешивание) уже используются в большинстве технологических процессов с обработкой жидких пищевых продуктов. Далее планируется расширить применение гидравлического привода на всю линейку клапанов GEA VARIVENT®, при этом в планах модернизации также предусмотрена интеграция асептических клапанов.

Почему клапаны так важны для пивоварен

Рынок пива сокращается, и это заставляет пивоварни пересматривать ассортимент своих продуктов. Некоторые компании, например Krombacher, вводят в свой ассортимент совершенно новые напитки. Другие компании, например, Störtebeker, теперь предлагают широкий ассортимент пива с низким содержанием алкоголя и безалкогольные сорта пива. Помимо роста ассортимента пивовары сталкиваются с более строгими целевыми показателями в области устойчивого развития и постоянным ростом эксплуатационных расходов. Эффективное производство всего этого разнообразного ассортимента зависит от правильного выбора момента, когда каждое пиво приобретает свою окончательную форму. Точное управление клапанами позволяет пивоварне ограничиться небольшим количеством базовых сортов пива и смешивать их в готовые сорта непосредственно перед розливом в бутылки. В отрасли это называется поздней дифференциацией продуктов. Это означает, что нужно заполнять и очищать меньше резервуаров, а на складе хранится меньше готового пива.

Carlsberg: Больший ассортимент продукции, меньше резервуаров

«На пивоваренном заводе Carlsberg в Фредериции (Дания) переосмыслили путь пива из резервуара в бутылку, — объясняет Бастиан Толле, вице-президент по развитию бизнеса и цифровизации бизнес-подразделения «Клапаны и насосы». — В настоящее время на заводе несколько видов концентрированного базового пива смешиваются с водой и другими ингредиентами по мере их поступления на линию розлива, при этом клапаны обеспечивают точное соблюдение рецептуры каждой смеси».

Это изменение отражается на количестве танков: Раньше компания Carlsberg хранила 39 сортов пива в 26 танках для хранения пива. Пиво хранилось в них до розлива, но в среднем они были заполнены лишь на 54 процента. Модернизированная линия позволяет производить те же самые сорта из 8–10 базовых сортов пива всего в 14 танках, заполненных на 90 процентов от их объема. Это означает, что очищать гораздо меньше танков, а пространство будет использоваться гораздо эффективнее. Расходы на очистку сократившегося числа танков снизились примерно на 55%, а пивоваренный завод получает, по оценкам, на 86–160% больше полезной емкости без необходимости установки дополнительных танков.

«Результаты испытаний гидравлических клапанов превзошли наши ожидания, — говорит Андерс Кокхольм (Anders Kokholm), директор пивоваренного завода, Carlsberg Supply Company, Дания. — Точность и надежность, достигаемые благодаря использованию гидравлических клапанов, в сравнении с пневматическими клапанами открывают совершенно новый подход к эффективному производству пива. Это коренным образом меняет подход к производству пива в будущем».

Этим и определяется их значимость со стратегической точки зрения. Меньшее количество используемых танков означает меньший объем очистки, а значит, и меньшее потребление воды, энергии и химикатов, благодаря чему снижаются эксплуатационные расходы и улучшаются показатели экологической устойчивости. Более высокие первоначальные инвестиции в клапаны с гидравлическим приводом, как правило, окупаются в течение пяти–шести лет, а на новых предприятиях, где изначально не предусматривается установка сети сжатого воздуха, даже быстрее.

Энергосбережение резко возрастает, если можно отказаться от использования компрессоров

Использование воды вместо сжатого воздуха для привода клапанов позволяет компании Carlsberg сократить потребление электроэнергии более чем на 90 процентов. Причина проста — для подачи сжатого воздуха требуется круглосуточная работа компрессора, тогда как для работы системы водоснабжения достаточно небольшого насоса, работающего всего несколько минут в день. Это позволило заменить на заводе Carlsberg компрессор мощностью 250 киловатт на электродвигатель мощностью 2,2 киловатта — это примерно столько же, сколько у электрического чайника — что обеспечило экономию около 5 700 киловатт-часов в день. То есть, за год получается около двух миллионов киловатт-часов.

Каждый клапан — это источник данных в режиме реального времени

Точность дает еще одно преимущество. Поскольку гидравлический привод точно удерживает свое положение, а управлением им осуществляется с помощью цифровой системы управления, всегда известно, где он находится и что он делает. Каждое движение фиксируется, благодаря чему каждый клапан становится источником эксплуатационных данных о технологическом процессе и о его состоянии. «Мы точно знаем, что делал клапан в любой момент времени и работает ли система или нет, — говорит Эсперсен. — Это мониторинг состояния нашего собственного продукта». Такая наглядность позволяет предприятию выявлять износ уплотнений до того, как они выйдут из строя, и планировать техническое обслуживание с учетом фактических данных, а не по календарному графику. На предприятии, выпускающем широкий ассортимент продуктов, такая степень прозрачности помогает операторам заблаговременно планировать техническое обслуживание, что позволяет сократить простои в производстве.

Почему клапаны играют решающую роль в переработке молока

В молочной промышленности исходная ситуация иная. Молоко — это ценное скоропортящееся и «живое» сырье. Нулевой уровень отходов и строгий контроль производственных процессов остаются постоянной задачей. На молочных предприятиях действуют строгие правила в отношении очистки, а также соблюдаются санитарные нормы, которые поддерживаются лишь в нескольких других отраслях пищевой промышленности. Это означает, что любая технология, внедряемая в производственный процесс, должна быть оправданна с точки зрения надежности и контроля.

«Именно здесь цифровая составляющая гидравлических приводов имеет ключевое значение, — говорит Фредерик Веллендорф (Frederik Wellendorph), директор по продажам подразделения Hydract Technology компании GEA. — Поскольку каждое движение клапана фиксируется, эта технология обеспечивает передачу данных о положении клапанов в системы мониторинга предприятия, что повышает прослеживаемость технологического процесса и позволяет операторам постоянно контролировать работу каждого клапана. Эти же данные используются при проведении профилактического технического обслуживания».

Точное регулирование является вторым важным фактором. Поддержание клапана точно на заданной уставке обеспечивает непрерывное дозирование и более точную нормализацию готового продукта. Кроме того, это позволяет осуществлять дифференциацию продукции на поздних этапах в определенных частях технологического процесса, например, при смешивании продуктов с различной плотностью на линии розлива или при дозировании фруктов в базовый йогурт. «В молочной промышленности такие усовершенствования, как правило, внедряются на отдельных участках предприятия без необходимости перестройки всей линии, как это часто бывает в пивоваренной промышленности. Но мы активно изучаем, в каких случаях они применимы».

Новый взгляд на то, что нужно предприятию

То, что изначально задумывалось как способ приведения клапана в действие с меньшими затратами энергии, вызвало широкую дискуссию о том, как строится предприятие и что оно на самом деле способно производить. От пивоварения до молочной промышленности — простое переключение с воздуха на воду в конструкции клапанов GEA предоставляет клиентам больше возможностей и обеспечивает значительную экономию средств именно тогда, когда это более всего необходимо.