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浅谈CIP系统的节能改造

来源: 2009-05-16 11:18:00
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[导读] ...

 
时间:2009-4-16    作者:广东轻工业机械有限公司 陈挺    文章来源:《酒•饮料技术装备》杂志
 
 
    节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针,也是当前一项极为紧迫的任务。笔者在CIP系统设计中,通过变更换热方式及使用变频调节等方法达到了节能的目的。
一、前言
    CIP,是英文Clean-In-Place的缩写,即就地清洗或称为原位清洗。其定义为不拆卸设备或元件,在密闭的条件下,用一定温度和浓度的清洗液对清洗装置加以强力作用,使食品生产设备与食品(产品)接触的表面洗净和杀菌的方法。CIP清洗装置作为既不分解生产设备,又可用简单操作方法安全自动的清洗系统,几乎被引进到所有的食品、饮料及制药等工厂。节能从小处做起,当每台机器在设计的时候都考虑到节能的问题时,那么整条生产线甚至整个工厂在一定程度上都可以减少能源的消耗。作为多年从事CIP系统开发设计的技术人员,笔者在此对如何节能改造CIP系统提出自己的一些看法。
二、CIP系统简介
    该系统由热水罐、碱罐、浓碱罐、换热器、清洗泵、管道系统及控制系统等组成。该系统可以完成自动调配清洗液、自动清洗生产设备、自动清洗系统自身管道、自动清洗CIP系统与转换板之间的管道等。在上述自动流程中,每一步骤又有不同的时间、温度要求,用户可以根据自身清洗要求进行设定。整个系统的工作过程为典型的时间顺序控制过程,各阀门、和泵根据程序控制顺序动作。
三、改造方法
    1、清洗泵选择变频控制
    根据比例定律和切割定律,改变泵的转速、改变泵结构(如切削叶轮外径法等)两种方法都能改变离心泵的特性曲线,从而达到调节流量(同时改变压头)的目的。但对于已经工作的泵,改变泵结构不太方便,并且改变结构会降低泵的通用性,尽管它在某些时候调节流量经济方便,但在生产中很少采用。
    变速调节是先进的离心泵调节方式之一,它的优越性主要体现在通过调节水泵转速以适应不同工况下的节能需求。这种节能效应表现在所对应的轴功率参数随转速变化以三次方形式而变化,即比例定律中的N1/N2=(n1/n2)3。采用变频调速泵供水,可以显著降低节流损耗,具有明显的节能效果。由于水泵耗电功率与电机转速的三次方成正比关系,所以水泵调速运行的节能效果非常明显,平均耗电量较通常供水方式节省40%。通过泵变速调节来减小流量还有利于降低离心泵发生汽蚀的可能性。当流量越小时,变速调节的节能效率就越大,即阀门调节损耗功率越大。但是,泵变速过大时又会造成泵效率降低,超出泵比例定律范围,因此,在实际应用时应从多方面考虑,在二者之间综合出最佳的流量调节方法。
     2、合理选择合适的管径
    在确定了清洗泵流量的情况下,合理选择清洗管径也很重要。管径若选取得太大,会造成管道投资费用的增加。特别当管道比较长的时候,容纳的清洗液增多,加热时间也要相应变长,导致能源消耗增大。若管径选取得过小,需增加泵的扬程才能抵消清洗液的动力损耗造成的清洗压力不足,否则会影响清洗效果。所以,清洗管径的设置须综合考虑各方面因素,选择最经济有效的管径。
    3、改变加热方式
    早期的CIP系统常用内置于罐体的列管式加热或直接通蒸汽加热等加热形式,优点是:(1)结构简单;(2)价格低廉;(3)可用的制造材料范围大;(4)能承受高的压力,常用于高压流体的冷却。缺点是:(1)传热效率低;(2)设备笨重,不适于在大型设备中配置选用。
    现在CIP系统一般采用板式换热器加热。优点是:(1)传热效率高:一般情况下,板式换热器的传热系数K值可达到3000W/m2℃~7000W/m2℃。这表明板式换热器只需要列管式换热器加热面积的1/2~1/4即可达到同样的换热效果。(2)投资低:在相同工况下,板式换热器由于换热面积及设备占地面积少,使设备投资和动力消耗等费用大大降低。结构紧凑,在工况相同条件下,板式换热器所占空间仅为列管式换热器的1/2~1/3。(3)维修方便,只需松开夹紧螺杆,在原空间范围内即可拆装,不必像列管式换热器需预留很大空间来检修。
    4、清洗后的残液回收
    在回流管上安装电导率传感器和温度传感器,对于达到相应浓度和温度要求以上的残液进行回收再调配,可以节省大量的水及能源。
    5、更改PLC控制参数以达到更优化的工艺流程
    对温度、浓度、时间等参数,通过编程使其可根据工艺的需要在人机界面上进行修改,以达到节能的目的。升温时,可以在人机界面上设定一个数值,通过PID算法后输出一个4mA~20mA的电流信号给开度调节阀,控制调节阀的开度达到控制温度的目的。无论是调配碱液循环时间,还是管道和生产设备清洗时间,都可以通过人机界面设定,甚至还可通过人机界面设定流量,通过变频器控制电机的转速达到控制流量的目的。这样,可以跟据现场的不同情况,修改不同的PLC参数以达到节能的目的。
四、结束语
    能源安全问题,已经成为影响我国经济可持续发展和国家安全的重大战略问题。从目前和长远来看,如何节能都是国民经济发展的重要课题之一。节能不是要降低生活品质,而是要让生活质量稳步提升。解决好节能这一难题,用能大户也可变成节能大户。

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