一种阀门如何重塑食品和饮料的制作方式

一个阀门很容易被忽视。然而，它的开启、关闭和保持位置的方式，决定了整条生产线的运行状况：产量多少、能耗多少，以及生产过程的清洁程度如何。GEA 阀门产品系列中新增的一款产品，使食品和饮料生产商能够更好地利用现有的空间、能源和设备。

全世界喝啤酒的方式正在发生变化。全球产量已停止增长，维持在每年约 19 亿百升的水平。与此同时，单家啤酒厂需要生产的啤酒种类范围也在不断扩大，从高端风格到增长迅速的无酒精和低酒精啤酒领域。在成熟市场中，这种挤压更为明显。仅 2024 年，欧洲的啤酒产量就从 2019 年的 3.67 亿百升降至 3.45 亿百升，而运营中的啤酒厂数量则稳定在约 9700家左右。

无论在哪里，面临的挑战都是在现有的占地面积内创造出更多样化的空间。这种灵活性很大程度上是在流程中一个出人意料地深层环节——即阀门层面——决定的。在各类食品和饮料工厂中，阀门负责引导液体流经管道和储罐网络，调节流量，并确保产品与清洗液安全隔离。无论工厂生产的是啤酒、牛奶还是酸奶，它们都对确保生产安全、稳定和高效起着直接作用。只要改变这些阀门的操作方式，就能改变整个工艺所能实现的功能。

用水操作阀门

在食品和饮料工厂中，阀门通常使用压缩空气进行操作。GEA Hydract® Actuation Technology 则利用水在封闭的数字控制回路中驱动阀门。由此制成的阀门既能精确定位，又能以微调步长进行控制。这使得能耗降低，控制能力增强。结合来自每台阀门的实时数据，以及灵活利用现有储罐生产更多种类成品的优势，该解决方案为生产商提供了应对市场变化的必要选择。

这一构想源于一位工程师— Peter Espersen，他目前担任 GEA Pure Flow Processing 事业部业务发展高级总监。他以重型机械为例进行类比，其液压系统中使用的是油：“传统的油压技术是一种粗放型技术，其设计初衷基本上是为了驱动大型挖掘机。这涉及高压和大流量。在食品加工方面，我的团队深知，我们必须将一切微型化，包括液压思维。”

Espersen 用一个简单的比喻来解释这一点：“如果你有一只自行车打气筒，把手指放在气筒口上试着往里按，你会发现它很有弹性。如果你在两侧都注满水，你就什么也做不了。它锁上了。”由于水不可压缩，因此阀门能精确定位，而不仅仅是简单地开启和关闭。

然而，为了证明该技术在卫生级阀门层面可行，经历了数年默默无闻、不引人注目的研发工作。如今，座椅定位的精度可达目标位置的 0.03 毫米以内，而一个完整的调节周期仅需半秒。

GEA VARIVENT® 系列产品日益精进

GEA 正将该技术引入其专为食品和饮料生产设计的成熟产品系列—GEA VARIVENT® 阀门系列，首先从应用最广泛的阀门类型入手，并在此基础上逐步扩展。对于制造商而言，这意味着采用水-液压致动方式，而无需改用独立的阀门系统。

此次推广将从影响最为直接的领域开始：三种应用最广泛的 GEA VARIVENT® 阀门类型（截止阀、分流阀和防混阀），已覆盖了大多数液态食品加工工艺。在此基础上，计划将液压驱动技术推广至整个 GEA VARIVENT® 产品系列，无菌阀也已纳入此次升级的规划之中。

为什么啤酒厂重视阀门

啤酒市场正在萎缩，这促使啤酒商重新思考自己的产品定位。有些企业，比如Krombacher，正在将完全不同的饮料纳入其产品线。还有一些品牌，比如 Störtebeker，现在也提供种类繁多的低酒精和无酒精啤酒。除了产品种类日益丰富之外，啤酒厂还面临着更严格的可持续发展目标以及运营成本方面的持续压力。要高效地生产出如此丰富多样的啤酒，关键在于时机—即每款啤酒何时定型。精准的阀门控制使啤酒厂能够仅保留少量基础啤酒，并在装瓶前将它们调配成最终的啤酒品种。业内将此称为：后期产品差异化。这意味着需要填充和清洗的酒罐更少，且库存中的成品啤酒也更少。

Carlsberg：产品种类更多，储罐更少

“在丹麦 Fredericia 的 Carlsberg 啤酒厂，他们重新思考了啤酒从储罐到瓶中的输送方式，”阀门与泵业务部业务发展与数字化副总裁 Bastian Tolle 解释道，“该工厂目前在啤酒流向灌装线的过程中，将几种浓缩基酒与水及其他原料进行混合，而各混合物的比例均由阀门严格控制，确保完全符合配方要求。”

这一变化体现在罐的数量上：Carlsberg 曾将 39 种啤酒储存在 26 个浅色啤酒罐中。他们在包装前将啤酒存放了起来，但平均装填率仅为 54%。经过重新设计的生产线仅使用 14 个储罐（填充量为容积的 90%），即可生产 8 至 10 种相同的基酒。这意味着需要清洗的储罐数量大大减少，空间利用率也大大提高。随着发酵罐数量的减少，清洗成本下降了约 55%，而该啤酒厂在未增加任何发酵罐的情况下，可用产能预计增加了 86% 至 160%。

“液压阀的测试结果超出了我们的预期，”嘉士伯丹麦供应公司啤酒厂总监 Anders Kokholm 表示，“与压缩空气相比，液压阀所实现的精度和可靠性，为高效啤酒生产开辟了一条全新的途径。这将从根本上改变我们未来酿造啤酒的方式。”

其战略价值正源于此。在用储罐数量减少意味着清洁工作量减少，从而减少了用水量、能耗和化学品用量，因此运营成本降低，同时可持续性表现也得到提升。液压致动系统虽然前期投资较高，但通常在五到六年内就能收回成本；对于从未安装过压缩空气管网的新建工厂而言，回收期会更短。

当压缩机退居次要地位时，节能效果显著提升

使用水代替压缩空气来驱动阀门，使 Carlsberg 所需的电力消耗减少了 90% 以上。原因很简单：压缩空气需要压缩机全天候运转，而供水系统每天只需让一台小水泵运行几分钟即可。在 Carlsberg，这意味着将一台 250 千瓦的压缩机更换为一台 2.2 千瓦的电动机—其功率约等于一台电水壶—每天可节省约 5700 千瓦时。一年下来，总计约为 200 万千瓦时。

每个阀门都是一个实时数据源

精度还带来第二个优势。由于液压执行器能够精确保持其位置，并通过数字方式控制该位置，因此它始终清楚自身所在的位置以及已执行的操作。每个动作都会被记录下来，这使得每个阀门都成为关于工艺过程及其自身状态的实时数据源。“我们完全清楚阀门在任何时刻的运行状况，以及系统是否正常工作，”Espersen 说道，“这是对我们自身产品的状态监测。”这种可视性使工厂能够在密封件失效之前发现其磨损迹象，并根据实际状况而非固定时间表来规划维护工作。在生产多种不同产品的工厂中，这种程度的透明度有助于操作人员提前规划维护工作，从而减少生产停机时间。

为什么阀门在乳制品加工中至关重要

在乳制品行业，起点则有所不同。牛奶是一种高价值、易腐且具有生命力的原料。零废弃和严格的工艺控制是我们始终关注的问题。乳品厂实行严格的清洁制度，并须遵守其他食品行业鲜有能比拟的卫生标准。这意味着，任何引入该工艺的技术都必须在可靠性和可控性方面证明其价值。

“这正是液压致动的数字化方面最为关键之处，”GEA Hydract Technology 销售总监 Frederik Wellendorph 表示，“由于每个阀门的动作都会被记录下来，该技术将阀门位置数据传输至工厂的监控系统，从而加强了工艺可追溯性，并使操作人员能够持续掌握每个阀门的运行状况。正是这些数据为基于状态的维护提供了支持。”

精确的调节带来了额外的价值。将阀门精确维持在设定点，有助于实现连续计量，并使成品的标准化程度更高。它还可以在工艺流程的特定环节实现后期产品差异化，例如在灌装环节混合不同等级的脂肪，或向基础酸奶中添加水果。“在乳制品行业，这些收益往往集中在工厂的特定环节，而不是像在酿酒行业那样重塑整条生产线。但我们正在积极探索这些技术的应用领域。”

重新思考工厂的需求

起初，这只是为了以更少的能量驱动一个阀门，但后来却引发了一场关于工厂如何建造以及它实际上能生产什么的更广泛讨论。从酿造到乳制品行业，GEA 阀门工程中一个简单的“从空气到水”的转变，将在客户最需要的时候为他们提供更多选择，并带来巨大的成本节约。