Die versteckten Kosten von Plattenwärmetauschern in der Lebensmittelindustrie

Gepostet: 18. November 2020 | Ben Green – Alfa Laval | Noch keine Kommentare

Ben Green, Food and Water Divisional Manager UK & Ireland bei Alfa Laval, geht eingehend darauf ein, warum viele Plattenwärmetauscher (PHEs) „untauglich“ sind.

Ben Green erörtert die Probleme rund um Plattenwärmetauscher und warum sie die Gewinne der Lebensmittelhersteller schmälern könnten

Als eine der sich am schnellsten entwickelnden Branchen der Welt sind Ausfallzeiten und Produktverderb für Lebensmittel- und Getränkeunternehmen, die effizient, verantwortungsbewusst und wettbewerbsfähig arbeiten möchten, einfach keine Option. Allerdings ist ein solches Tempo nicht ohne Herausforderungen, sodass einige Grundlagen oft übersehen werden.

Es wird geschätzt, dass Tausende von Plattenwärmetauschern aller Marken und Größen im Einsatz sind, die nicht vollständig optimiert sind und Unternehmen unnötig belasten könnten. Darüber hinaus werden Plattenwärmetauscher immer noch oft übersehen, obwohl es sich um ein präzisionsgefertigtes Gerät handelt, das eine durchdachte und proaktive Wartungsstrategie erfordert.

Es gibt vier Haupttypen von Plattenwärmetauschern: gedichtete, gelötete, geschweißte und halbgeschweißte. Gedichtete Plattenwärmetauscher (GPHEs) sind der gebräuchlichste Typ kompakter Wärmetauscher für die Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung. Bei einem GPHE sind die Metallplatten mit Elastomerdichtungen ausgestattet, die jede Flüssigkeit abdichten und in alternative Kanäle leiten. Heiße Kanäle werden an kühlen Kanälen platziert, wobei jede Flüssigkeit im Gegen- oder Gleichstrom fließt, um die Wärmeübertragung zu erleichtern. GPHEs werden für ihren hohen Wirkungsgrad aufgrund ihrer großen Oberfläche geschätzt.

Ironischerweise sind Lösungen die Hauptursache für Probleme. Wenn die Industrie Fortschritte macht und immer ausgefeiltere Technologien einführt, kann dies unbeabsichtigte Folgen haben. So verhält es sich mit der Verschmutzung und Reinigung von Plattenwärmetauschern. In den letzten Jahren hat die Wärmetauscherindustrie eine Reihe neuer Herausforderungen erkannt, mit denen sie konfrontiert war.

Beispielsweise hat die Diversifizierung bei Lebensmitteln und Getränken zu einer Zunahme von Naturprodukten geführt, was eine Reihe von Herausforderungen hinsichtlich der Wärmeübertragung mit sich bringt. Einige Naturprodukte haben eine geringere Hitzetoleranz als beispielsweise Zucker und andere bewährte Zutaten.

Aufgrund der Geschwindigkeit des Wandels und des Bevölkerungswachstums muss die Lebensmittel- und Getränkeindustrie ihre Anlagen erweitern, um größere Kapazitäten zu verarbeiten. Gleichzeitig muss bei möglichst geringer Ausfallzeit mehr produziert werden – das erhöht zwangsläufig das Risiko von Ausfällen und unbeabsichtigten Folgen.

Die Verschmutzung eines GPHE kommt in der Lebensmittelverarbeitung allzu häufig vor. Sie wird durch die Ablagerung von Partikeln, biologischem Material, Zersetzung und Kristallisation verursacht. Die Art der auftretenden Verschmutzung hängt von der Prozessflüssigkeit, dem Design des GPHE und der Häufigkeit der Reinigung ab.

Die Hauptursache für Verschmutzung liegt im Fließmuster einer Substanz. Wenn der GPHE jedoch nicht korrekt spezifiziert oder regelmäßig gewartet wird, kann es sein, dass die Substanz langsamer fließt oder manchmal überhaupt nicht fließt. Dies kann zu großen Problemen führen.

Im Laufe der Jahre gab es eine Reihe von Studien, die darauf abzielten, technologische Entwicklungen in den Bereichen Verschmutzungsminderung und Reinigungstechnologien für Plattenwärmetauscher in der Lebensmittelverarbeitung zu unterstützen. In einer Studie wurde beispielsweise untersucht, wie häufig Verschmutzungen in der Milchindustrie und insbesondere beim Pasteurisierungsprozess auftreten. Es wurde weiter auf Gelenkchemikalien eingegangen, die bei der Bildung von Molkenproteinablagerungen eine Rolle spielen.1 Leider besteht immer noch wenig Klarheit über den Zusammenhang zwischen der Bildung von Proteinverschmutzungsablagerungen und den chemischen Reaktionen, die in der Verschmutzungslösung stattfinden.

Korrosion ist ein großes Problem bei Plattenwärmetauschern, weshalb die Wahl des Materials von entscheidender Bedeutung ist

In einer anderen Studie wurden die Auswirkungen der wichtigsten industriellen Betriebsparameter auf die Entfernung einer gebackenen Eigelbschicht mithilfe einer optischen Detektionsmethode und eines Strömungskanals mit plötzlicher Ausdehnung untersucht.2 Untersuchungen zeigten, dass die Temperatur der relevanteste Parameter ist, insbesondere aber Natriumhydroxid in einer Konzentration von 1,5 Gewichtsprozent zeigt eine nachteilige Wirkung. Die Kombination der Prozessparameter beeinflusste die Art der Entfernung.

In einem anderen Artikel wurde versucht, den Mechanismus der Milchverschmutzung mit der chemischen Denaturierungsreaktion in der Masse in Verbindung zu bringen, um innovative Kontrollen zur Begrenzung der Bildung von Verschmutzungsablagerungen vorzuschlagen.3

Aus jeder dieser Studien geht klar hervor, dass es nach Auftreten einer Verschmutzung äußerst schwierig sein kann, die Verschmutzung vollständig zu entfernen, was natürlich zu längeren Ausfallzeiten führt. Der beste Ansatz besteht darin, das Fouling-Potenzial von vornherein zu mindern.

Die Risiken eines GPHE-Ausfalls beschränken sich nicht auf die Verschmutzung. Korrosion und Dichtungsversagen stellen ebenfalls große Gefahren für den Betrieb dar. Trotz seiner Robustheit ist Korrosion im Laufe der Zeit eine unvermeidliche Folge der Verwendung von Metall. GPHEs erfordern eine umfassende Abdichtung entlang der Kanten jeder Platte, wodurch unter den Dichtungen Spaltkorrosion auftreten kann. Lokale Korrosion kann durch Chemikalien verstärkt werden, die aus den zur Herstellung von Dichtungen verwendeten Polymeren freigesetzt werden.

Zusätzlich zu den oben genannten Prozessen können Polymerdichtungen mit der Zeit auch kaputt gehen. Ob UV-Licht die Leistung beeinträchtigt, inkompatible Flüssigkeiten über einen längeren Zeitraum auf Höchsttemperaturen erhitzt werden oder übermäßiger Druck, kein Material ist völlig unbesiegbar, weshalb die Materialauswahl von entscheidender Bedeutung ist.

Die zuvor untersuchten unerwünschten Ablagerungen bilden eine Isolierschicht, die die Effizienz der Wärmeübertragung zwischen zwei Flüssigkeiten verringert, und Korrosion kann zu Undichtigkeiten und zur unbeabsichtigten Freisetzung von Schwermetallen in die Umwelt führen. Nach Ansicht von Alfa Laval hat die Sauberkeit eines Plattenwärmetauschers (PHE) zahlreiche Vorteile für Unternehmen und sollte als „niedrig hängende“ Frucht zur Erreichung globaler Nachhaltigkeitsziele angesehen werden. Insbesondere heißt es in einem wissenschaftlichen Bericht aus dem Jahr 2015, dass zahlreiche Studien gezeigt haben, dass die Verschmutzung von Wärmetauschern für ein bis 2,5 Prozent der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich sein könnte.4

Reaktive Wartung, manchmal auch „Run to Failure“ genannt, ist eine gängige Strategie zur Kostensenkung. Auch wenn es in manchen Fällen nützlich ist, ist es aufgrund seiner Einschränkungen letztendlich eine falsche Wirtschaftlichkeit für Unternehmen, die sich einen langfristigen Wettbewerbsvorteil verschaffen möchten. Es kann schwierig sein, Wartungsbudgets effektiv zu verwalten und kann die Zahlung einer Prämie für Reparaturen erfordern

Außerdem kann es schwierig sein, die Ursache der Probleme zu erkennen, was im Grunde zu weiteren Problemen führen und eine Gefahr für die Gesundheit und Sicherheit des Personals darstellen kann. Ungeplante Ausfallzeiten sind natürlich in jeder Branche eine unerwünschte Herausforderung – etwas, das ein Verfahrenstechniker nicht erleiden möchte, insbesondere wenn sie sich aufgrund von Produktionsausfällen auf das Endergebnis auswirken.

Höhere Erträge und ein effizienter Energieverbrauch sind nur mit einer durchdachten Wartungsstrategie, die auf technischem Know-how basiert, möglich. Aber vielleicht ist eine der besorgniserregendsten Überlegungen, dass Lebensmittel- und Getränkeunternehmen Opfer der Gefahr werden könnten, dass Versicherungsunternehmen für durch Leckagen verursachte Chargenkontaminationen keine Kosten zahlen, wenn kein Nachweis über die Wartung vorliegt.

Die fachmännische Wartung kann als „marginaler Gewinn“ betrachtet werden. Die Fähigkeit, einen unterbrechungsfreien Service zu gewährleisten, ist in einer Zeit, in der die Margen weiter sinken und die Märkte mit der Kommerzialisierung zu kämpfen haben, von entscheidender Bedeutung. Doch im Gegensatz zu anderen inkrementellen Verbesserungen sind die Auswirkungen eines sauberen GPHE im gesamten Produktionsprozess spürbar. Selbstzufriedenheit wird nur zu weiteren Problemen führen.

Verweise

Über den Autor

Ben Green ist Leiter der britischen und irischen Lebensmittel- und Wasserabteilung von Alfa Laval und arbeitet seit über 20 Jahren in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie. Ben verfügt über ein tiefes Verständnis der Kundenprozesse und -herausforderungen und hat viele Jahre damit verbracht, Kunden wichtige Geschäftsempfehlungen für die Wartung und Reparatur der Fluid Handling-, GPHE- und Dekanterprodukte von Alfa Laval zu geben.

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