СЖАТЫЙ ВОЗДУХ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Последние годы пищевое производство в нашей стране развивается весьма динамично, во многом благодаря экономическим санкциям и необходимости импортозамещения. Многие производители всё более ответственно подходят к вопросу качества и соответствия мировым стандартам, которые позволят отечественным продуктам занимать нишу продуктов категории “премиум”. Параллельно с этим усиливается контроль за качеством пищевой продукции со стороны государства, что не только обеспечивает дополнительную конкуренцию, но и заставляет технологов-пищевиков постоянно искать пути повышения качества выпускаемой продукции.

Сжатый воздух в пищевом производстве используется практически повсеместно: ни одна фасовочная и упаковочная линия не может обойтись без его применения. И при проектировании пневмосистем для пищевой промышленности очень важно учитывать особенности этого производства: ведь сжатый воздух здесь непосредственно контактирует (причём, в большинстве случаев, очень активно) с пищевыми продуктами. Поэтому требования к чистоте этого сжатого воздуха будут особенно высоки. Особенно это будет касаться загрязнений, которые через сжатый воздух могут попасть в готовые продукты и привести к браку.

Хлебное производство

Теперь представьте себе: в сжатом воздухе, используемом для производства хлебобулочных изделий, содержится доля мельчайшей аэрозольной взвеси машинного масла или других нефтепродуктов, которые в процессе прохождения муки через автоматизированную линию подачи, попадают в тесто и остаются в готовом продукте. То есть выпеченный на такой линии хлеб будет содержать мельчайшие примеси машинного масла и нефтепродуктов, попадая таким образом на прилавки магазинов! Большинство покупателей и даже производителей продуктов чаще всего даже не задумываются о том, какой риск для здоровья потребителей приносит употребление продуктов, изготовленных на таких линиях. Естественно, при прохождении любого контроля качества продуктов - обнаружение следов нефтепродуктов может привести к отбраковке всей партии и, соответственно, к серьезным финансовым потерям для производителя. Хотя конечно, вопрос финансовых убытков стоит не так остро, как сам факт того, что каждый из нас абсолютно не защищён от того, чтобы купить в магазине для себя и своих детей продукты, содержащие опасные для здоровья масляные загрязнения.

Как избежать этого? Конечно же, с помощью использования только чистого от масляных примесей сжатого воздуха. Согласно стандарту ГОСТ ISO 8573-1 этот воздух должен соответствовать классу “1” по содержанию масляных примесей - то есть их содержание должно быть не более 0,01 мг/м³. Иногда используется ещё понятие “класс 0” - но его определение, данное в тексте стандарта, весьма размыто: “В соответствии с требованиями пользователя или поставщика оборудования, но более жесткие, чем для класса 1”. При этом необходимо учесть, что максимально допустимая погрешность у большинства измерений как раз устанавливается в размере вышеупомянутых 0,01 мг/м³, что делает такой норматив ещё более условным. А если определение не является определенным, то это уже не “определение” - поэтому мы предпочитаем говорить именно о первом классе сжатого воздуха. Любое отклонение от этого параметра может привести к появлениям следов нефтепродуктов в готовой продукции. Собственно, каждому технологу, работающему в пищевой промышленности эта проблема знакома. Теперь давайте рассмотрим способы её решения.

Чтобы устранить проблему, необходимо сначала понять её причину - в нашем случае, причину появления масляных загрязнений в сжатом воздухе. Как известно, самые распространённые в современной промышленности винтовые компрессоры используют машинное масло для смазки винтовой пары - наличие его в винтовом блоке обеспечивает герметичное прилегание пары винтов друг к другу во избежание утечек воздуха в процессе его сжатия. Естественно, что при непосредственном контакте масла с воздухом внутри компрессора мельчайшие частички масла распыляются в виде аэрозоля в сжатом воздухе и поступают вместе с ним дальше в систему.

Конечно же, любой сжатый воздух, а особенно тот, что используется в пищевой промышленности, после выхода из компрессора проходит многоступенчатую фильтрацию - сначала в фильтрах грубой очистки, потом в фильтрах тонкой очистки. В ходе этого процесса сжатый воздух избавляется от большинства примесей, которые могут быть вредны для производства и продукта и которые учитываются при определении класса сжатого воздуха по стандарту ГОСТ ISO 8573-1. Этот класс определяется тремя цифрами, разделенными точками и соответствующими трем параметрам возможных загрязнений:

1.  твёрдые частицы (пыль и песок),
2. относительная влажность,
3. масляные примеси (аэрозольная взвесь масла / углеводородов).

Как правило, для очистки по каждому из параметров используются отдельные устройства: в случае с влажностью - осушители, а в случае с твердыми частицами и масляными загрязнениями - фильтры. С их помощью сжатый воздух доводится до желаемых показателей по каждому из трёх параметров.

Самым сложным в плане достижения является именно параметр “масляные примеси”, поскольку масляная аэрозольная взвесь в сжатом воздухе может быть настолько мелкой, что её не сможет удержать ни один из существующих фильтров. В стандарте ГОСТ Р 54762-2011, многие из нормативов которого были созданы еще в советское время, существует такая рекомендация: “Там, где в компрессорах используется масло и существует возможность контактирования воздуха с продукцией, используемое масло должно быть пригодным для применения в пищевом производстве.” Эта рекомендация как бы говорит между строк: “Как бы Вы ни старались с фильтрацией, у Вас не получится полностью удалить масляные загрязнения из сжатого воздуха, так что лучше даже не пытайтесь, а просто залейте в компрессор пищевое масло”.

Естественно, что такой совет у большинства технологов и инженеров по эксплуатации вызовет вопросы: ведь с одной стороны существующие моторные масла не являются пищевыми, а пищевые масла по своих рабочим характеристикам не могут быть использованы для винтовых узлов и\или их использование неминуемо приведёт к более быстрому износу и\или поломке. Поиск в Интернете по запросу “пищевое моторное масло” Вас может привести к некоторым типам и брендам пищевого масла, которое по своим свойствам сильно уступает синтетическим маслам при том, что его стоимость значительно выше. Из чего мы делаем вывод, что использование такого "безопасного" масла может быть использовано лишь как пиар для потребителей, а в реальности его использование не является эффективным с точки зрения эксплуатации машинного парка и невыгодно с коммерческой точки зрения.

Снова обратимся к ГОСТ Р 54762-2011, следующее предложение: “Рекомендуется использование компрессоров, не содержащих масла.” То есть, понимая абсурдность предыдущей рекомендации, создатели ГОСТа всё-таки решили сделать стандарт более современным и приближенным к жизни. Именно этот вариант получения безмасляного воздуха является на сегодняшний день самым распространённым. Мы помним, что главным источником масляной взвеси в сжатом воздухе является сам компрессор - надо устранить причину его появления, чтобы добиться нужного результата!

Итак, безмасляные компрессоры - это предлагаемый в большинстве случаев вариант решения проблемы содержания масляных примесей в сжатом воздухе. Главное их отличие от масляных - они значительно дороже. То есть, конечно же, главный принцип не в этом, а в том, что их винтовой механизм должен быть сделан так, чтобы винты не требовали уплотнения и при этом они были достаточно герметичными, чтобы обеспечить нужную производительность. Для этого на винты наносят дорогостоящее покрытие, плюс требуется гораздо более сложная сборка и калибровка машин, что естественно приводит к тому, что безмасляные компрессоры оказываются значительно дороже масляных. Бывают ещё поршневые, спиральные и зубчатые безмасляные компрессоры, которые могут стоить значительно дешевле, но и объёмы производимого ими сжатого воздуха будут гораздо ниже, что делает их выгодными только для небольших производств. Поэтому в данном случае мы говорим именно о винтовых безмасляных компрессорах, стоимость которых будет в 1,5-2 раза превышать аналогичный масляный компрессор. При этом продавцы таких компрессоров убедительно доказывают, что потраченные деньги быстро окупятся - ведь им не нужно будет тратиться на постоянную сдачу проб сжатого воздуха, который теперь будет гарантированно “OIL-FREE”.

Концентрация загрязнений при сжатии воздуха

“Но ведь эти частички абсолютно несущественны, - скажут многие, - и те доли миллиграммов нефтепродуктов, которые содержатся в уличном воздухе, не смогут отразиться на конечном результате!” Да... но нет... - давайте обратимся к физической стороне сжатия воздуха. Согласно закону Бойля-Мариотта, в процессе сжатия давление воздуха, как и любых других газов, увеличивается в обратной пропорции к объёму. То есть, чтобы добиться давления в 10 bar, мы сжимаем воздух в 10 раз, в итоге 10м³ уличного воздуха превращаются в 1м³ воздуха сжатого. Но ведь этот закон работает только для газов - а аэрозоли масел ими не являются. Поэтому если в 10м³ уличного воздуха содержался, допустим, 1 мг углеводородных загрязнений, то в 1 м³ сжатого воздуха тоже останется этот 1 мг, что уже является существенным процентом загрязнений. И этот процент совершенно не будет зависеть от того, масляный компрессор вы используете, или безмасляный. Да, большая часть загрязнений, безусловно, будет удержана фильтрами, но теперь мы понимаем, что

1. даже при использовании безмасляного компрессора необходимость использования фильтров тонкой очистки от масляных загрязнений никуда не исчезает 
2. всё равно нет никакой гарантии получения сжатого воздуха класса “1” на выходе.

Многие могут возразить, что в любом случае моторное масло из компрессора будет давать львиную долю загрязнений сжатого воздуха, и перейдя на безмасляный компрессор Вы застрахуете себя как минимум от 90% рисков появления масляных примесей. Да, это действительно так. Но теперь представьте себе, что какой-нибудь злополучный Камаз со старым смердящим мотором проедет мимо воздухозаборника вашего цеха именно в тот момент, когда с помощью сжатого воздуха будут производиться именно тот образец вашей продукции, который пойдет на тест в Роспортебназдор. И тогда вся партия уйдет в брак, не говоря уже о возможных репутационных рисках. Риск того, что все эти обстоятельства совпадут, конечно, может быть не так велик, но всё-таки он есть.

Как же можно предотвратить подобные риски, если мы знаем, что ни один из существующих фильтров не может обеспечить 100% гарантию отсутствия масляных примесей в сжатом воздухе? В первую очередь, это непрерывный мониторинг качества сжатого воздуха. Ведь мы понимаем, что при стабильной и отлаженной системе резкое повышение содержания углеводородов может произойти только при наличии существенных внешних факторов и при появлении неполадок в работе одного из элементов системы (безмасляного компрессора или одного из фильтров). Таким образом, при условии постоянного мониторинга, который обнаружит повышение содержания вредных примесей в сжатом воздухе, можно будет оперативно остановить конвейер и избежать попадания существенной доли продукции в брак.

К сожалению, существующая система контроля качества сжатого воздуха, регламентированная по ГОСТ ISO 8573-2 (Методы контроля содержания масел в виде аэрозолей) не предусматривает непрерывного мониторинга. Согласно этому стандарту, из разных мест пневмосистемы должны забираться пробы сжатого воздуха, которые должны быть отправлены в лабораторию, где уже будет получен результат. Такой метод контроля, который был единственным ещё десять-пятнадцать лет назад, к сожалению не может позволить оперативно подавать сигнал о неисправности, чтобы успеть остановить производство до устранения неполадок и избежать, таким образом, попадания большого количества продукции в брак. Поэтому он, конечно, является несовершенным.

Приборы, которые позволяют измерять содержание углеводородов в сжатом воздухе в непрерывном режиме, появились на рынке относительно недавно. Самым популярным из таких приборов является комплекс измерения содержания масляных примесей в сжатом воздухе METPOINT OCV от немецкой компании BEKO Technologies (не путать с турецким брендом бытовой техники с похожим названием!) Эта компания занимается технологиями обработки, подготовки и очистки сжатого воздуха с 1982 года, самым известным её продуктом являются автоматические конденсатоотводчики BEKOMAT.

Измеритель остаточного масла Metpoint OCV

Принцип действия измерителей основан на ионизации углеводородных частиц под воздействием ультрафиолетового излучения. Часть сжатого воздуха отбирается через зонд и поступает в сенсорный модуль, где подвергается воздействию ультрафиолетового излучения. Фотоионизационный датчик фиксирует электрический ток, источником которого являются ионизированные под воздействием ультрафиолета частички углеводородов. Этот ток будет пропорционален содержанию углеводородов в воздухе - данные об этом постоянно выводятся на монитор. Также METPOINT OCV может сохранять данные за несколько лет и быть интегрированными в более сложные системы контроля качества сжатого воздуха (смотрите другие устройства семейства METPOINT). Ещё одним неоспоримым достоинством METPOINT OCV является точность измерений до 0,0001 мг/м³. Правда, чтобы гарантировать эту точность, устройство должно раз в год отправляться для калибровки в лабораторию производителя в Германии. Чтобы наглядно ознакомиться с принципом действия METPOINT OCV, мы предлагаем посмотреть видео об этом устройстве.

Описание работы METPOINT OCV

На установленном в пневмосистеме комплексе METPOINT OCV можно задать максимально допустимое содержание масляных примесей на 1 м³ сжатого воздуха. При его превышении система подаст сигнал, что позволит оперативно остановить производство до устранения неполадки и возврата к заданным параметрам качества сжатого воздуха. Это даст 100% гарантию того, что вся партия продукции не попадет в брак по причине содержания примесей технических масел. Таким образом, компактное устройство, стоимостью примерно от 6000 евро, может предотвратить отбраковку партии стоимостью в десятки или даже сотни тысяч евро. METPOINT OCV уже стали весьма востребованы в Европе, где требования к качеству являются довольно высокими, однако в России всё ещё являются новым и достаточно редким продуктом. Существуют некоторые модификации этого устройства, что позволит Вам подобрать подходящее для Вашего бизнеса решение.

Как мы выяснили, непрерывный мониторинг чистоты сжатого воздуха на предмет отсутствия масляных загрязнений даёт отличный результат в тех случаях, когда необходимо предотвратить риски попадания этих загрязнений в готовую продукцию. Но также понятно, что мониторинг не сможет до конца решить проблему - а если конвейер придётся останавливать слишком часто из-за превышения содержания углеводородов в сжатом воздухе? Фильтрация, как мы уже выяснили, не может гарантировать на 100% их отсутствие, равно как и использование безмасляных компрессоров. А для крупных производств с непрерывным циклом частые остановки конвейера будут крайне невыгодны, и для них, конечно, было бы важно получить гарантию чистоты сжатого воздуха. Есть ли решение?

Там, где методов физической очистки (фильтрация) не хватает, на помощь приходит химия. Ещё один метод, появившийся в сфере подготовки сжатого воздуха сравнительно недавно и уже получивший массовое распространения и признание в определенных секторах - это катализ, избирательное ускорение одного из возможных термодинамически разрешенных направлений химической реакции под действием катализатора(ов), который многократно вступает в промежуточное химическое взаимодействие с участниками реакции и восстанавливает свой химический состав после каждого цикла промежуточных химических взаимодействий. В нашем случае - это катализация распада молекул углеводородов на углекислый газ и воду. Под воздействием катализатора то относительно небольшое количество масляных примесей, которое содержится в промышленном сжатом воздухе, может быть расщеплено достаточно быстро, а главное - полностью! И это как раз обеспечит тот самый результат, который невозможно достичь, используя только физический метод фильтрации - 100% очистка сжатого воздуха от масляных загрязнений. Подробно и наглядно принцип действия каталитического конвертера BEKOKAT от компании BEKO Technologies описывается в приведённом ниже видео:

Принцип работы METPOINT OCV

Каталитический нейтрализатор Bekokat

Не желая говорить ничего плохого про конкурентов, мы можем отметить, что каталитические конвертеры BEKOKAT, пока ещё практически не использующиеся в нашей стране, были закуплены и успешно используются компанией Nestle на их линии по производству гипоаллергенного детского питания в Шверйцарии. Таким образом, применение этих современных устройств очистки сжатого воздуха от масляных примесей рекомендовано для крупных производств, рассчитанных на безостановочную работу с применением значительных объемов сжатого воздуха. BEKOKAT имеет сертификаты “TÜV Nord” ( Немецкое общество по контролю качества товаров) и GfPS mbH (Немецкое общество по контролю гигиены и стерильности на производстве), что является гарантией эффективности, безопасности и экологичности этих устройств.

Важным отличием этого решения от остальных способов обеспечения чистоты сжатого воздуха от масляных примесей является то, что каталитический конвертер BEKOKAT может дать реально подтвержденную гарантию 100% очистки сжатого воздуха от масляных загрязнений. Применительно в пищевому производству это даст гарантию безостановочной работы производственных линий без риска брака, вызванного появлением в продукции следов нефтепродуктов. Стоимость такого устройства в самой компактной комплектации начинается примерно от 8000 евро. Мощный безмасляный компрессор, способный обеспечить работу крупной пневматической линии на большом производстве, обойдётся значительно дороже. Таким образом, приобретение BEKOKAT может стать реальной альтернативой приобретению и содержанию дорогостоящих безмасляных компрессоров. Ведь в отличие от последних, использование BEKOKAT ещё и даёт гарантию чистоты продукции на выходе.

Более подробную информацию о системах очистки сжатого воздуха от масляных и других примесей на пищевом производстве вы можете получить на сайте beko-rus.ru, а также в офисе компании “ПНЕВМОМАШ” - официальном представителе BEKO Technologies в России.