Пивоваренный насос представляет собой насос санитарного назначения, предназначенный для перекачки сусла, пива, воды или чистящих химикатов без их загрязнения. Практически все крафтовые пивоварни используют насосы двух типов: центробежные насосы для воды, сусла и промывки CIP, а также насосы прямого вытеснения для перекачки густых, деликатных или высоковязких жидкостей. Выбор зависит от расхода, напора, температуры и типа уплотнения.
Чем отличается «санитарный» насос от обычного насоса из нержавеющей стали?
Корпус насоса из нержавеющей стали марки 304 или 316L является отправной точкой, а не определяющим критерием. Санитарная конструкция подразумевает, что контакты с рабочей средой можно очищать на месте и осматривать без использования специальных инструментов: отсутствие мёртвых зон, в которых скапливается осадок, отсутствие резьбовых соединений внутри зоны контакта с рабочей средой, использование эластомеров, рассчитанных на воздействие щелочей и на фактические рабочие температуры, а также корпус, из которого рабочая среда полностью сливается при остановке насоса.
Настоящий пивоваренный насос отличается от обычного насоса из нержавеющей стали двумя особенностями. Во-первых, это качество обработки поверхности внутри спиральной камеры — на полированных внутренних поверхностях не задерживаются остатки белка и хмеля, в то время как на шероховатых литых поверхностях они остаются. Во-вторых, это конструкция уплотнения, с которой начинаются практически все нарушения гигиенических норм и практически все споры по поводу гарантийных обязательств.
По сравнению с универсальными насосами из нержавеющей стали, предлагаемыми в промышленных каталогах, насосы, предназначенные для пивоваренной промышленности, жертвуют частью гидравлического КПД ради простоты очистки и способности выдерживать присутствие твердых частиц. Именно в этом и заключается их суть. Насос, КПД которого на 6 % выше, но в котором за гайкой рабочего колеса скапливаются остатки сусла, станет серьезной проблемой во время планового технического обслуживания в понедельник утром.
Центробежный или поршневой? Выбор зависит от того, что вы перекачиваете
Центробежные насосы ускоряют жидкость с помощью вращающегося рабочего колеса. Расход снижается по мере увеличения сопротивления, что делает их устойчивыми к перегрузкам: даже если закрыть клапан ниже по потоку, насос не выйдет из строя. Насосы прямого вытеснения (PD) — лопастные, с гибким рабочим колесом или мембранные — захватывают фиксированный объем за один оборот и проталкивают его вперед независимо от сопротивления. Расход остаётся примерно постоянным, а давление растёт до тех пор, пока что-либо не выйдет из строя, поэтому насосам с положительным смещением необходим канал сброса давления.
| Размер | Санитарная центрифуга | Объемные насосы (лопастные/с гибким рабочим колесом) |
| Типичные обязанности сотрудника пивоваренного завода | Подача горячей воды в заторный чан, подача сусла в вихревую ванну, подача сусла в ферментер, подача воды для CIP | Сбор дрожжей, осадок и хмелевая суспензия, пиво с высокой плотностью или фруктовое пиво, дозирование |
| Зависимость расхода от давления | Расход уменьшается по мере увеличения напора | Расход практически постоянный; давление повышается до момента срабатывания предохранительного клапана |
| Допуск по вязкости | Низкое — при вязкости выше примерно 200–300 сП | Подходит для работы с густыми суспензиями и твердыми частицами |
| Сдвиг на изделии | Более выраженный при полной скорости; заметно в пиве на дрожжах и с сухим хмелеванием | Низкая интенсивность при пониженной частоте вращения; щадящее воздействие на клетки и хмелевую массу |
| Ограничение пропускной способности | Только со стороны нагнетания, с соблюдением мер безопасности | Ни в коем случае не ограничивайте расход; требуется установка перепускного или сбросного клапана |
| Самовсасывающий | Нет (требуется всасывание с затоплением) | Некоторые модели обладают самовсасывающей способностью и способны перекачивать воду на небольшую высоту |
| Стоимость приобретения и восстановления | Ниже | Более высокие значения, а зазоры ротора необходимо периодически проверять |
| Типы отказов при ненадлежащем использовании | Кавитация, перегорание уплотнения при работе всухую | Контакт ротора с корпусом, сброс давления, остановка двигателя |
Большинство пивоваренных заводов объемом от 7 до 30 баррелей эксплуатируют две или три центрифуги, а затем добавляют один насос PD — как правило, в тот день, когда они впервые пытаются перекачать дрожжевой осадок или фруктовое пюре и становятся свидетелями того, как центрифуга впадает в кавитацию и останавливается.
Техническое задание: что именно следует указать в запросе на предоставление коммерческого предложения
Данный раздел предназначен для передачи информации вашему поставщику. Шесть цифр и два материала определяют характеристики насоса.
- Расчетный расход. Рассчитывайте, отталкиваясь от времени перекачки, а не от каталожных данных насосов. Перекачка партии объемом 15 баррелей за 45 минут соответствует примерно 2 400 литрам за 45 минут, что составляет около 53 литров в минуту.
- Общий динамический напор (TDH). Статический напор от уровня жидкости до самой высокой точки в линии, а также потери на трение в шланге, фитингах, пластинчатом охладителе и клапанах. Наибольший вклад в это значение вносят пластинчатые теплообменники, о которых, как правило, забывают.
- Температура изделия. Рабочие условия в камере измельчения и гидромассажной камере предполагают температуру 75–100 °C. При температуре выше 80 °C изменяются как эластомер уплотнения, так и запас NPSH.
- Вязкость и содержание твердых частиц. Сусло с цельными шишками хмеля ведет себя совершенно не так, как фильтрованное пиво.
- Размер и длина всасывающего трубопровода. Наиболее распространённой причиной низкой производительности насосов на небольших пивоварнях является использование всасывающего трубопровода, диаметр которого на один размер меньше, чем диаметр впускного отверстия насоса.
- Тип и размер соединения. Стандартным является соединение типа «Tri-clamp»; подбирайте его в соответствии с выпускным патрубком резервуара, а не с корпусом насоса.
- Тип уплотнения. Одинарное механическое уплотнение для большинства условий эксплуатации; двойное уплотнение с промывкой для горячего сусла или работы в условиях воздействия абразивных веществ.
- Управление. Фиксированная скорость или частотно-регулируемый привод (VFD), если один и тот же насос должен выполнять как щадящие, так и интенсивные режимы работы.
Диапазоны планирования в зависимости от области применения
Используйте эти данные в качестве ориентировочных значений при обсуждении предложения, а не в качестве заказа на поставку. Фактический напор полностью зависит от конфигурации вашего трубопровода.
| Заявка | Диапазон размеров партий | Ориентировочный расход | Ориентировочный показатель TDH | Размер порта | Типовое уплотнение | Серия насосов |
| HLT → заторный чан (загрузка/промывка) | 7–15 бар | 40–80 л/мин | 10–15 м | DN32–DN40 (1,5 дюйма) | Одинарный механический, EPDM | Центробежный |
| Рециркуляция сусла (vorlauf) | 7–30 баррелей | 20–50 л/мин, с дросселированием | 8–12 м | DN32–DN40 | Одинарный механический, EPDM | Центробежный, предпочтительно с частотно-регулируемым приводом |
| Чайник → гидромассажная ванна | 10–30 баррелей | 80–150 л/мин | 12–18 м | DN40–DN50 (2″) | Промывка или механическое воздействие при высокой температуре | Центробежный |
| Охладитель с проходным охлаждением через пластины | 15 баррелей | 45–60 л/мин | 15–22 м | DN40 | Одинарный механический, EPDM | Центробежный |
| Перекачка холодного пива в брит-танк | 10–30 баррелей | 30–60 л/мин | 8–14 м | DN40 | Одномеханический | Центробежный при пониженной частоте вращения |
| Дрожжевой осадок / осадок | любой | 10–30 л/мин | 6–12 м | DN40–DN50 | Комплект ротора с двойным уплотнением или лопастного ротора | Объемный насос |
| Подача и обратный контур системы CIP | Емкости объемом 10–30 баррелей | 100–200 л/мин | 15–25 м | DN50 | Устойчивый к высоким температурам и воздействию щелочей | Центробежные (обратный трубопровод часто имеет увеличенный диаметр) |
Система CIP является исключением. Очистка — это вопрос скорости, а не давления: типичная целевая скорость в обратной линии, обеспечивающая удаление загрязнений, составляет около 1,5 м/с, поэтому обратный насос часто выбирают на один размер больше, чем подающий, несмотря на то что он перекачивает ту же жидкость.
Горячая сторона: кавитация — это проблема системы водоснабжения, а не проблема насоса
Жидкость, находящаяся в состоянии, близком к кипению, мгновенно превращается в пар при падении локального давления. Внутри впускного отверстия насоса давление снижается в соответствии с конструкцией. Это и есть кавитация: образуются паровые пузырьки, которые разрушаются при ударе о рабочее колесо и создают характерный шум, напоминающий звук гравия в ведре, который знаком каждому пивовару.
Решением проблемы почти никогда не является установка насоса большей мощности. Решением является:
- Установите насос ниже выпускного отверстия резервуара таким образом, чтобы всасывающий трубопровод был затоплен и оставался затопленным.
- Всасывающий трубопровод должен быть коротким, прямым и иметь диаметр как минимум на один размер больше, чем диаметр нагнетательного трубопровода.
- Полностью откройте выпускной клапан, запустите насос, а затем регулируйте подачу только на стороне нагнетания.
- Перед запуском удалите воздух из спиральной камеры; насос, заполненный воздухом, — это насос, работающий всухую.
Работа всухую приводит к выходу из строя механических уплотнений за считанные секунды, а не минуты. Если за год дважды происходит перегорание уплотнения, причина кроется в технологическом процессе, и никакое улучшение материала уплотнительных поверхностей не поможет решить эту проблему.
«Холодная сторона»: сдвиг и кислород — это две вещи, которые невозможно отменить
В зоне нагрева ошибка приводит к снижению эффективности. В зоне охлаждения — к порче пива.
Ущерб наносится двумя механизмами. Поступление растворённого кислорода происходит везде, где насос всасывает воздух через ослабленный зажим, изношенную прокладку или частично опорожнённый шланг — впускное отверстие насоса является точкой с самым низким давлением в системе и, следовательно, наиболее вероятным местом всасывания воздуха. Сдвиговое воздействие возникает, когда рабочее колесо, вращающееся с высокой частотой вращения, многократно перемешивает пиво, содержащее дрожжи и частицы хмеля, разрушая клетки и лишая напиток аромата.
Практические меры по снижению рисков, расположенные в порядке убывания их эффективности:
- Перед открытием клапана прочистите приемный резервуар и перекачивающий трубопровод с помощью CO₂.
- Осуществляйте перекачку по «холодной» линии на пониженной скорости с помощью частотно-регулируемого привода (VFD), а не путем резкого ограничения потока при закрытом клапане.
- Заменяйте прокладки в соответствии с графиком, а не по мере их износа; утечка, через которую проникает кислород, как правило, незаметна.
- Пиво с интенсивным добавлением хмеля в сухом виде или с фруктовыми добавками следует перекачивать с помощью PD-насоса на низких оборотах.
Необычный случай, который стоит учесть при планировании: пиво с фруктовыми добавками и пиво кондитерского типа. Центробежный насос, идеально рассчитанный на сусло, заглохнет или начнёт сильно срываться при перекачке фруктового пюре с содержанием алкоголя 8 %. Пивоварни, которые через восемнадцать месяцев после открытия запускают линию по производству фруктового пива, часто сталкиваются с тем, что самое дешёвое решение — снижение скорости работы имеющегося насоса — снижает расход настолько, что перекачка занимает три часа, а пиво при этом нагревается.
Распространенное заблуждение: «Один хороший насос способен на все»
Да, это возможно — примерно в течение года. Аргументы в пользу использования одного насоса вполне обоснованы: более низкие капитальные затраты, один комплект запасных частей, одна процедура для обучения персонала. Небольшие пивоварни объемом 3–7 BBL часто успешно работают с одним насосом.
Эти затраты проявляются в трёх аспектах. Риск нарушения санитарных норм возрастает, поскольку один и тот же насос перекачивает как кипящий сусло, так и готовое пиво, поэтому вероятность перекрёстного загрязнения полностью зависит от соблюдения режима CIP между циклами работы. Проблемы возникают при планировании, поскольку циклы вихревой ванны и CIP не могут пересекаться. Износ уплотнений ускоряется, поскольку уплотнение, рассчитанное на работу с суслом при температуре 100 °C, подвергается циклическому воздействию в условиях холодного режима с высоким риском окисления и наоборот.
Стоимость второго насоса, как правило, составляет несколько тысяч, тогда как стоимость варочного цеха исчисляется десятками тысяч. Большинство пивоваренных заводов, которые сначала обходятся без него, в любом случае приобретают его в течение двух лет — обычно после потери партии продукции, ущерб от которой превышает стоимость самого насоса.
Как компания MICET подходит к выбору насосов при создании систем
Компания MICET не выпускает отдельного каталога насосов с техническими характеристиками по конкретным моделям. Насосы включаются в коммерческое предложение в рамках общей схемы системы, их размеры рассчитываются с учетом конфигурации варочного цеха, ферментера и системы CIP, указанной на чертежах заказчика, поскольку размеры присоединительных патрубков и требуемый напор определяются трассой трубопроводов, а не самими насосами.
С нашей стороны документально подтверждено, к каким сосудам и оборудованию, работающему под давлением, подключаются насосы. Пивоварное оборудование и сосуды под давлением компании MICET прошли проверку в соответствии с Директивой 2014/68/ЕС (сертификат 3N231110).Сертификат SICS093, выданный компанией Ente Certificazione Macchine Srl 10 ноября 2023 года и действительный до 9 ноября 2028 года. Системы «под ключ», такие как наша полностью автоматизированная пивоварня объёмом 1000 л, объединяют в единый комплекс систему управления на базе ПЛК, контуры CIP и гликолевое охлаждение, причём перекачивающие контуры разрабатываются специально для этих сосудов, а не закупаются в готовом виде.
За шестнадцать лет опыта строительства варочных цехов, ферментеров и розливных линий вопросы по насосам, возникающие при вводе в эксплуатацию, почти всегда касаются геометрии всасывания и расчета размеров обратного трубопровода системы CIP — именно поэтому мы предпочитаем определять их размеры на основе чертежа схемы установки, а не исходя исключительно из технического паспорта.
Стоимость: цены на насосы и сопутствующее оборудование не публикуются. Они указываются индивидуально для каждого проекта вместе со стоимостью системы. Для справки: опубликованный компанией MICET ценовой диапазон для коммерческой пивоваренной системы минимальной производительностью 10 баррелей составляет 50 000–80 000 долларов США, а для оборудования для микропивоварни — 30 000–80 000 долларов США; насосы и оборудование для перекачки включены в стоимость этих комплектаций. Для получения информации о стоимости отдельных насосов необходимо направить запрос.
Перед отправкой запроса на предложение
Подготовьте три документа: изометрическую схему трубопроводов или, как минимум, набросок от руки с отметками вертикальных расстояний; схему самого длинного и наиболее сложного маршрута перекачки, включая пластинчатый охладитель; а также предполагаемую схему CIP с указанием объемов емкостей. Поставщик, который предлагает насос, не запросив этих данных, просто указывает каталожный номер, а не предлагает реальное решение.
В данной статье не были затронуты две темы, заслуживающие отдельного рассмотрения: выбор шлангов и фитингов (поскольку шланг неподходящего сечения может незаметно свести на нет правильно подобранный насос) и стратегия управления частотно-регулируемым приводом (ВFD), в том числе вопрос о том, следует ли применять плавный пуск при каждом режиме работы или только при перекачке с холодной стороны. Оба этих фактора настолько существенно влияют на технические характеристики насоса, что их следует уточнить до оформления заказа.
ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ
Вопрос: Какой мощности насос необходим для пивоварни объемом 15 баррелей?
Ответ: Для достижения полного охлаждения примерно за 45 минут требуется расход около 50–60 л/мин при напоре 15–22 м с использованием соединения DN40 (1,5–2 дюйма), при условии, что в линии установлен пластинчатый охладитель. Для работы гидромассажной системы требуется больший расход при аналогичном напоре. Проверьте данные с учётом фактической конфигурации трубопровода, поскольку пластинчатый теплообменник может составлять большую часть общего напора.
Вопрос: Можно ли использовать центробежный насос для сбора дрожжей?
Ответ: Он способен перекачивать жидкую суспензию, однако при сгущении дрожжевого осадка происходит сдвиг клеток, и насос начинает испытывать затруднения. Если вы планируете повторное засевание, для сохранения жизнеспособности дрожжей рекомендуется использовать насос с лопастным или гибким рабочим колесом, работающий на низких оборотах. Многие пивоварни начинают с использования центробежного насоса, а затем, когда повторное засевание становится регулярной процедурой, добавляют насос PD.
Вопрос: Почему мой насос издает стучащий звук при перекачке горячего сусла?
Ответ: Практически всегда это кавитация, вызванная недостаточным давлением всасывания. Убедитесь, что насос установлен ниже выпускного отверстия котла, что всасывающий трубопровод полностью открыт и имеет диаметр как минимум на один размер больше, чем нагнетательный, и что в спиральной камере нет воздуха. Регулируйте пропускную способность только на стороне нагнетания.
Вопрос: Должны ли насосы для пивоваренных заводов быть изготовлены из нержавеющей стали марки 316L, или допустимо использовать сталь марки 304?
Ответ: Сталь марки 304 является стандартным материалом для контакса с суслом и пивом при выполнении большинства операций в варочном цехе. Сталь марки 316L предпочтительна в условиях повышенного воздействия хлоридов, в том числе при использовании некоторых химических составов для CIP и при подаче воды из прибрежных источников, благодаря содержанию молибдена и повышенной стойкости к точечной коррозии.
Вопрос: Как часто следует заменять механические уплотнения?
0A: Универсального интервала не существует; это зависит от наработки, температурных циклов и частоты работы насоса всухую. На практике рекомендуется иметь на складе по одному запасному комплекту уплотнений на каждый насос и производить замену при первых признаках протечки, а не дожидаться полного выхода из строя. Повторные преждевременные выходы из строя указывают на проблемы с режимом всасывания или работой всухую.