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第15章 食品工厂工艺设计(10)

(3)对于种子罐的排气管不能因要节约管材,而互相连接在一条总管上。其罐底排污管(下水管)也不能相互连接在一条总管上。否则在使用中会相互串通、相互干扰,引起污染的“连锁反应”。排气管道的串通连接尤其不利于污染的防治。一般以每台罐、缸具有独立的排气管、下水管道为宜。

(4)要避免冷凝水排入已灭菌的罐和空气过滤器中。冷凝水不是绝对无菌的,如进入罐内会导致污染,如进入空气过滤器会使空气过滤器失效。为此,蒸汽管道应尽可能包有保温层。此外,一些与无菌部分相连的蒸汽管道要有排冷凝水的阀门。

(5)为了避免压缩空气系统突然停气或罐的压力高于过滤器时,将罐内液体倒压至过滤器,引起生产事故,在空气过滤器和罐之间应装有单向阀(止逆阀)。

(6)蒸汽总管道应安装分水罐、减压阀和安全阀,以保证蒸汽的干燥及避免过高压力的蒸汽在灭菌时造成设备压损或爆炸事故。

4.消灭管道死角

所谓死角是指灭菌时因某些原因使灭菌温度达不到或不易达到的局部位置。管道中如有死角存在,必然会因死角内潜伏的杂菌没有杀死而引起连续染菌(有时整个乳品厂车间全部染菌),影响正常生产。管道中常发现的死角有下列几种。

(1)管道连接的死角。管道连接有螺纹连接,法兰连接和焊接等,如果对染菌的概念了解不够,按照一般管道的常规加工方法来连接和安装管道,就会造成死角。食品车间的有关管道的法兰加工、焊接和安装要保持连接处管道内壁畅通、光滑、密封性好,以避免和减少管道染菌的机会。例如法兰和管子焊接时受热不匀,使法兰翘曲密封面发生凹凸不平现象而造成渗漏与死角。垫片的孔径要和管内径一致,过大或过小均易积存物料,造成死角。法兰安装时没有对准中心,也会造成死角。螺纹连接容易产生松动而有缝隙,是微生物隐藏的死角,所以一般不采用螺纹连接。目前消灭管道死角的较好方法是采用焊缝连接法,但是焊缝必须光滑,焊缝有凹凸现象也会产生死角。

(2)储料罐放料管的死角。储料罐放料管的死角及改进如图2-17所示。图2-17(a)表示有一小段管道因灭菌时罐内有种子,阀3不能打开,存在蒸汽不流通的死角(与阀3连接的短管)。所以应在阀3上装设旁通,焊上一个小的放气阀4,如图2-17(b)所示。

此段管道即可得到蒸汽的充分灭菌。类似这种管的死角还有其他,解决的办法是在阀腔的一边或另一边装上一个小阀,以便使蒸汽通过管道而进行灭菌。阀门死角往往出现于球心阀阀座两面的端角,可以在进料管与储料罐连接的阀门两面均装有小排气阀,以利于灭菌。在需要分段灭菌的管道中,可在管道中安装一个带有旋塞的球心阀;或在两方向相反的球心阀之间安装支管和阀。

(3)排气管的死角。罐顶排气管弯头处如有堆积物,其中隐藏的杂菌不容易彻底消灭,当储罐受搅拌的震动和排气的冲击时就会一点点地剥落下来造成污染。另外排气管的直径太大,灭菌时蒸汽流速太小,也会使管中耐热菌不能全部杀死。所以排气管要与罐的尺寸有一定比例,不宜过大或过小。

5.车间管路设计的有关参数

(1)管道间距应考虑安装检修方便。平行管道间最突出物间的距离不能小于50~80mm;管道最突出部分距墙、管架边不能小于100mm。为了减少管间距,阀门、法兰,应尽量错开排列。

②C为管中心到墙面或管架边缘的距离。

③保温管与不保温管间的间距=(A+B)/2。

④螺纹连接管道间的距离,按表中数值减20mm。

(2)管道支架分布的距离,视管径、质量、作用力等因素,通过计算确定。室内管道支架,因多数利用建筑物或柱等固定,考虑建筑模数,一般可按下列数值选取:

管径/mm间距/m

保温管道DN≤322-0

DN=40~1003-0

DN≥1256-0

不保温管道DN≤403-0

DN≥506-0

(3)阀门及仪表的安装高度主要考虑操作的方便和安全。下列数据可供参考:

阀门(截止阀、闸阀及旋塞阀等)1-2m

安全阀2-2m

温度计1-5m

压力计1-6m

(4)管道布置安装原则上对不间断运行并没有沉积可能的管道可以没有坡度外,一般都应有坡度。对于食品工厂中的重力自流管道的坡度要求如下:

①物料管:3%~5%,顺流向,拐弯处设清洗弯头;

②污水管:1%,顺流向,拐弯处应设清洗弯头。

对于有压力管道的坡度要求如下:

①清水管:0-1%~0-2%,反流向;

②蒸汽管:0-2%,反流向,最高处或积水处安装放(疏)水阀;

③压缩空气管:0-2%,顺流向,最低处安装排油水阀;

④物料管:气体及易流动物料的管道坡度为0-3%~0-5%,黏度较大物料的管道坡度为≥1%。

五、管路的热膨胀及补偿

(一)管路的热膨胀

由于食品工厂管道的工作温度与安装时的温度有差异,往往管道投入使用之后,产生热胀冷缩现象。其伸缩变化的数值ΔL与材质、温度变化范围以及管道长度有关,可按下式计算:

ΔL=αL(t2-t1)

式中:ΔL——管道长度变化值,m;

α——管材的线膨胀系数(表2-36);

L——管道长度,m;

t2-t1——管道工作温度与安装温度差,℃。

若管道两端固定,管道受到拉伸或压缩时,由温度变化而引起热应力,热应力产生的轴向推力p为:

p=σF=EαΔtF

式中:E——材料的弹性模数,Pa;

Δt——管路工作温度与安装温度差,℃;

σ——压缩应力,钢管σ=800kg/cm2,聚氯乙烯管σ=100kg/cm2;

α——管材的线膨胀系数,℃-1;

F——管子截面积,m2。

由上述公式可知,热应力和轴向推力与管道长度无关,所以不能因为管道短而忽视这个问题。一般使用温度低于100℃和直径小于DN50的管道可不进行热应力计算。直径大,直管段长,管壁厚的管道,要进行热应力计算。如食品工厂锅炉房蒸汽管道,制冷管道等就需要进行热变形计算,并采取相应措施将它限定在许可值之内,这就是管道热补偿的任务。

(二)管道热补偿

1.管道热补偿计算

所谓热补偿,就是在某管路上有热应力产生时,应人为地把管路设计成非直线形,用来吸收热变形产生的应力,防止管路由于热应力而遭破坏。这种方法就是热补偿,热补偿的计算采用“弹性中心法”,可参照《火力发电厂汽水管道应力计算技术规程》(DL/T5366-2006)中的计算方法,结合具体情况进行计算。

2.管道热补偿器类型

从上面的计算公式可以看出,管路的热伸长量ΔL与管长、温度差的大小成正比。在直管中的弯管处可以自行补偿一部分伸长的变形,但对较长的管路往往是不够的,所以,须设置补偿器来进行补偿。如果达不到合理的补偿,则管路的热伸长量会产生很大的内应力,甚至使管架或管路变形损坏。常见的补偿器有n型、Ω型、波型、填料式几种。其中,波型补偿器使用在管径较大的管路中,n型和Ω型补偿器制作比较方便,在蒸汽管路中采用较为普遍,而填料式多用于铸铁管路和其他脆性材料的管路。

六、管路的保温及标志

(一)管路保温

管路保温的目的是使管内介质在输送过程中,不冷却、不升温,也就是不受外界温度的影响而改变介质的状态。管路保温有采用保温材料包裹管外壁的方法。管路保温常采用导热性差的材料作保温材料。常用的有毛毡、石棉、玻璃棉、矿渣棉、珠光砂及其他石棉水泥制品等。管路保温层的厚度要根据管路介质热损失的允许值(蒸汽管道每米热损失允许范围见表2-37)和保温材料的导热性能通过计算来确定。

在保温层的施工中,必须使保温材料充满被保温的管路周围,充分填满,保温层要均匀、完整、牢固。保温层的外面还应采用石棉水泥抹面,防止保温层开裂。在有些要求较高的管路中,保温层外面还需缠绕玻璃布或加铁皮外壳,以免保温层受雨水侵蚀而影响保温效果。

(二)管路的标志

食品工厂生产车间需要的管道较多,一般有水、蒸汽、真空、压缩气和各种流体物料等管道。为了区分各种管道,往往在管道外壁或保温层外面涂有各种不同颜色的油漆。油漆既可以保护管路外壁不受环境大气影响而腐蚀,同时也用来区别管路的类别,可醒目地知道管路输送的是什么介质,这就是管路的标志。这样,既有利于生产中的工艺检查,又可避免管路检修中的错误和混乱。

七、管路布置图

(一)概述

1.管路布置设计的图样

管路布置设计是施工图设计阶段中工艺设计的主要内容之一。它通常以带控制点的工艺流程图、设备布置图、有关的设备图以及土建、自控、电器专业等有关图样和资料为依据,对管道做出适合工艺操作要求的合理布置设计,绘制出下列图样。

(1)管路布置图:表达车间内管道空间位置等的平、立面布置情况的图样。

(2)蒸汽伴管系统布置图:表达车间内各蒸汽分配管与冷凝液收集系统平、立面布置的图样。

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