ZBIORNIKI PROCESOWE DLA PRZEMYSŁU

Wymienniki ciepła na zbiornikach procesowych znajdują zastosowanie w różnorodnych procesach technologicznych – w tym w obróbce cieplnej produktów magazynowanych lub mieszanych. Tego typu zbiorniki znajdują zastosowanie w przemyśle spożywczym, chemicznym, petrochemicznym i farmaceutycznym.

Te zbiornikowe wymienniki ciepła służą do grzania, chłodzenia i regulacji temperatury w procesach technologicznych, takich jak pasteryzacja, fermentacja, upłynnianie zacieru, gotowanie, synteza chemiczna i temperowanie. Firma FME Food Machinery Europe Sp. z o.o. działa w Polsce od 2007 roku jako producent maszyn, urządzeń i linii technologicznych wykorzystywanych w przemyśle spożywczym – przetwórstwie owoców i warzyw.

Automatyzacja produkcji wymienników ciepła wężownicowych na zbiornikach procesowych

1. Zastosowanie wymienników ciepła w zbiornikach

Wymienniki ciepła na zbiornikach procesowych znajdują zastosowanie w różnorodnych procesach technologicznych – w tym w obróbce cieplnej produktów magazynowanych lub mieszanych. Zbiorniki tego typu znajdują zastosowanie w przemyśle spożywczym, chemicznym, petrochemicznym i farmaceutycznym. Zbiornikowe wymienniki ciepła służą do ogrzewania, chłodzenia i regulacji temperatury w procesach technologicznych, takich jak pasteryzacja, fermentacja, upłynnianie zacieru, gotowanie, synteza chemiczna i temperowanie. Firma FME Food Machinery Europe Sp. z o.o. działa w Polsce od 2007 roku jako producent maszyn, urządzeń i linii technologicznych wykorzystywanych w przemyśle spożywczym, w tym w przetwórstwie owoców i warzyw.

Ciągłe doskonalenie i podnoszenie jakości naszych produktów i usług wymaga inwestycji w nowe rozwiązania technologiczne, aby sprostać oczekiwaniom klientów, wejść na nowe rynki i zdobyć przewagę konkurencyjną. Dlatego firma zdecydowała się na udoskonalenie produkcji zbiorników procesowych stosowanych w przemyśle spożywczym, w tym w liniach technologicznych do produkcji napojów, soków, ketchupów, przecierów owocowych, dżemów, nadzień cukierniczych, musów owocowych, czekolady i syropów. Zbiorniki procesowe należą do najczęściej stosowanych urządzeń w produkcji żywności, a przemysł spożywczy wykazuje stałe zapotrzebowanie na innowacyjne rozwiązania produktowe i technologiczne. Ze względu na charakter procesu, zbiorniki mogą pełnić funkcję magazynową, buforową lub być wykorzystywane do termicznych procesów technologicznych. Potrzeba zastosowania zbiornika do mieszania, podgrzewania, chłodzenia, utrzymywania temperatury lub magazynowania medium pojawia się na różnych etapach procesu technologicznego. Dlatego zbiorniki procesowe są niezbędnym elementem większości linii produkcyjnych w przemyśle spożywczym.

2. Symulacja komputerowa elementów cewek w zbiorniku procesowym

Dzięki zastosowaniu w biurze konstrukcyjnym oprogramowania CAD SolidWorks wykonano szereg symulacji komputerowych, które pozwoliły na skrócenie czasu potrzebnego na opracowanie optymalnego przekroju poprzecznego cewki kształtowej i obniżenie kosztów jej wytworzenia.

Założenia zastosowane do przeprowadzenia symulacji komputerowych w celu uzyskania prawidłowego profilu wężownicy obejmowały: odporność na ciśnienie co najmniej 6 barów, możliwość formowania plastycznego (walcowania i nawijania na płaszcz zbiornika), niską wrażliwość na zmiany ciśnienia i temperatury, wysoką odporność na osadzanie się kamienia kotłowego, niskie opory przepływu czynnika grzewczego i chłodzącego, wysoką odporność na korozję oraz niską masę. Symulacje komputerowe pozwoliły na uzyskanie optymalnego przekroju wężownicy.

3. Badania i rozwój, badania wewnętrzne

Przekrój ten wykonano techniką gięcia na prasie krawędziowej, a następnie ręcznie spawano metodą TIG do płaskiej blachy. Przygotowany element poddano próbie hydrostatycznej, podczas której oceniano odkształcenia i odporność na ciśnienie. Nasze własne badania wykazały, że zaprojektowany kształt cewki wytrzymał ciśnienie robocze w temperaturze otoczenia 140 barów bez uszkodzenia. Ciśnienie próbne było ograniczone możliwościami urządzenia do badań hydrostatycznych, które zostało zastosowane do przeprowadzenia badań w rzeczywistych warunkach odporności na ciśnienie. Na potrzeby badań wykonano cewkę o długości 1200 mm.

Po zakończeniu projektu badawczego, rozwiązania konstrukcyjne i technologiczne opracowane w toku prac badawczo-rozwojowych zostały przetestowane w warunkach rzeczywistych. W związku z tym opracowano i zaprojektowano zautomatyzowane stanowisko technologiczne do produkcji serii zbiorników procesowych.

4. Projekt zautomatyzowanego stanowiska do produkcji wymienników ciepła w formie wężownicy na płaszczach zbiorników procesowych.

Głównym założeniem tego projektu było to, aby w jednym cyklu technologicznym cewka została uformowana, zwinięta i jednocześnie zespawana z powłoką zewnętrzną.

Głównymi elementami tego stanowiska są: słupowysięgnik, na którego ramieniu zamontowany jest moduł spawalniczy zawierający dwa palniki spawalnicze TIG z podawaniem drutu do jeziorka spawalniczego; maszyna rolkowo-rolkowa do kształtowania kanałów, przymocowana do słupowysięgnika; oraz siłownik o regulowanej sile nacisku. Siłownik posiada rolkę dociskową przymocowaną do końca tłoczyska, która odpowiada za walcowanie kanału cewki do zewnętrznej powierzchni płaszcza zbiornika o zadanej średnicy. Pozwala to na automatyczne dopasowanie kształtu kanału cewki do zewnętrznej średnicy zbiornika. Profil cewki jest formowany za pomocą walcarki. Maszyna rolkowo-rolkowa stanowiska spawalniczego zawiera pięć par rolek walcowych, z których każda napędzana jest silnikiem przekładniowym. Pożądany kształt profilu cewki uzyskuje się poprzez przepuszczanie piaskarki przez kolejne pary rolek, które zwiększają odkształcenie plastyczne, skutkując prawidłową geometrią kanału. Ramię słupowysięgnika stanowiska spawalniczego jest obrotowo zamocowane na wózku zamontowanym na pierwszej szynie za pośrednictwem łożyska obrotowego. Obrót słupowysięgnika odbywa się za pomocą przekładni zębatej i serwonapędu. Drugi tor jezdny, na którym znajduje się aktywny i pasywny wspornik rolkowy, podtrzymuje zbiornik o średnicach od 1200 do 3200 mm. Aktywny wspornik rolkowy wymusza obrót zbiornika w zależności od prędkości spawania. Stanowisko spawalnicze jest wyposażone w pozycjoner uchylno-obrotowy do formowania zwojów na zbiornikach o średnicach od 780 do 1200 mm. Dozownik gazu jest zamontowany po stronie walcowni, aby chronić grań profilu zwoju, a także zawiera element uziemiający, który umożliwia zamknięcie obwodu spawania. Płaskownik w zwoju jest montowany przed walcownią. Spawanie odbywa się metodą GTAW w osłonie gazu obojętnego, z użyciem gazu azototwórczego, aby chronić grań spoiny w profilu zwoju w miejscu spawania. Zbiornik jest wprawiany w ruch obrotowy, a pozycje palnika są zmieniane wraz z suportem słupowysięgnika i walcarką, które poruszają się po linii prostej zsynchronizowanej z obrotem zbiornika. Jako źródła prądu do metody GTAW zastosowano dwa urządzenia o maksymalnym prądzie spawania 500 A, produkcji Closs Polska. Urządzenia te utrzymują stałą długość łuku między jeziorkiem spawalniczym a palnikiem, niezależnie od precyzji wykonania płaszcza zbiornika. Odległość ta zależy od napięcia podczas jarzenia. Im dłuższy łuk, tym wyższe napięcie. Sygnał ten jest przesyłany do sterownika PLC, który za pomocą odpowiedniego algorytmu przekazuje sygnał sterujący do serwonapędu, który wymusza ruch palnika, utrzymując w ten sposób żądaną długość łuku. Podczas wytwarzania cewki na zewnętrznej powierzchni płaszcza zbiornika sterownik PLC musi zsynchronizować prędkość obrotową zbiornika z prędkością liniową wózka słupowysięgnika, kątem słupowysięgnika, prędkością formowania kanału, prędkością podawania kanału na płaszcz zbiornika oraz mocą palnika.

5. Zbiorniki z wymiennikami ciepła na zewnętrznej powierzchni płaszcza wykonane na stanowisku zrobotyzowanym.

Wymienniki ciepła produkowane na tym stanowisku pozwalają na wysoką powtarzalność i wysoką jakość całych jednostek procesowych, eliminując jednocześnie lub minimalizując niekorzystne zjawiska występujące przy spawaniu ręcznym. Optymalne wymiary geometryczne spawanej cewki pozwalają na jej zasilanie wysokim lub niskim ciśnieniem. Taka metoda wykonania wymiennika ciepła na płaszczu zbiornika procesowego pozwala na zachowanie nienaruszonej powierzchni wewnętrznej zbiornika procesowego poniżej chropowatości Ra 0,8 um. Rozwiązanie to pozwala na zastosowanie jako półproduktu (płaskownika) do wykonania jednolitej cewki o długości do 300 metrów. Zastosowanie optymalnych parametrów spawania, zależnych od grubości płaszcza zbiornika, grubości profilu cewki i prędkości spawania, pozwala na wykonywanie powtarzalnych połączeń spawanych z materiałów AISI 316L i AISI 304 o wysokiej odporności korozyjnej, małej strefie wpływu ciepła, wyższej udarności oraz możliwości stosowania wyższych ciśnień mediów grzewczych lub chłodzących. Co więcej, spawana cewka na zewnętrznej powierzchni płaszcza zbiornika wzmacnia konstrukcję, ponieważ jest wykonana z jednego kawałka materiału, który nie przegrzewa się i charakteryzuje się niskimi odkształceniami spawalniczymi. Dzięki temu do budowy płaszcza można zastosować cieńsze blachy, co zwiększa przewodność cieplną między medium grzewczym lub chłodzącym a płynem wewnątrz zbiornika.

Zbudowane w ten sposób stanowisko technologiczne zostało zgłoszone do ochrony patentowej nr P433821 w dniu 8 maja 2020 r.

Seria typów zbiorników z płaszczem wężownicy przyspawanym obustronnie do płaszcza bocznego zbiornika na stanowisku automatycznym

Podane w tabeli wartości mogą się różnić w zależności od konstrukcji zbiornika.

Powyższe dane odnoszą się do skoku cewki wynoszącego 150 mm, co ze względów technologicznych jest skokiem minimalnym.

Możliwe jest wykonanie wężownicy o skoku płaszcza większym niż 150 mm, a także z grubszą izolacją 100 lub 150 mm.

Możliwy jest montaż wężownicy na dnie zbiornika, ale tylko wtedy, gdy dolna część zbiornika jest stożkowa. To rozwiązanie konstrukcyjne jest wyceniane indywidualnie.
Inne rozmiary zbiorników, konstrukcje z mieszadłami, układy dysz i inne wymagania są dostępne i wyceniane indywidualnie.