啤酒行業板式換熱器食品安全管理

龐衛珍 吳衛群 吳鐵健 方迪縣

（百威亞太控股有限公司，湖北 武漢 430051）

1 啤酒廠薄板換熱器重要性

啤酒廠使用的大部分板換都與產品直接接觸，一旦板換發生內漏現象，板換兩側的介質有互相滲透的風險，產品有被冷媒介質污染的風險。產品被污染未被及時發現，會導致大量的產品損失，經濟損失，消費者投訴，食品安全問題，品牌公關風險等，這些后果是非常嚴重的。如何能夠快速發現板換泄漏的需求應運而生，通過在線檢測技術，及時發現板換的泄漏現象，把板換泄漏產生的影響控制在較小的影響范圍內，避免重大食品安全事故。

根據啤酒廠板換不同工況下，按介質類別將與產品接觸的板換大體分為3類：麥汁換熱板換，制水板換，啤酒換熱板換。

2 麥汁換熱板換可靠運行措施

麥汁換熱板換主要用于啤酒廠糖化生產過程中麥汁的加熱和麥汁的冷卻工藝，按目前大部分啤酒廠糖化配置，包括麥汁-冰水（麥汁冷卻）和麥汁-熱能水（麥汁預熱和麥汁預冷）兩種不同工藝板換。

麥汁冷卻板換工藝要求是使用4℃～6℃的冰水將95℃的麥汁降溫至10℃，冰水經過換熱后變成大于80℃的熱水，因麥汁的流速比較高（1100hl/h），工藝要求的溫差（85℃）也比較大，噸麥汁冰水消耗比要求低于1.15，導致麥汁冷卻板換的換熱面積比較大，所以麥汁冷卻板換一般是啤酒廠體積最大的板換。

麥汁-冰水板換因使用冰水作為冷媒介質，啤酒廠的冰水使用釀造水經過制冰水板換冷卻，冰水的pH值在5.5～6.5，氯離子濃度和釀造水一致，部分工廠釀造水氯離子含量比較高，麥汁-冰水板換的高溫側容易發生點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕現象。麥汁-冰水板換的板片材質需要根據工廠釀造水中氯離子含量來選擇，若釀造水氯離子含量低于20ppm，則可以使用316不銹鋼板片，若釀造水氯離子含量高于20ppm且低于500ppm，則需要選擇使用254SMO不銹鋼板片。

麥汁-冰水板換處于糖化結束和發酵交接的工藝，麥汁經過板換后還需要經過麥汁充氧裝置、酵母添加裝置后進入發酵罐，有些啤酒廠涉及多個接力泵，整個麥汁工藝管路較長也較復雜，各區域程序通信等問題，麥汁-冰水板換比較容易出現水錘和憋壓的現象[2]。目前針對麥汁-冰水板換的復雜工況，對板換兩側介質的入口和出口都安裝壓力傳感器（PT），監控生產過程中，麥汁側壓力超過8.5bar觸發停機和報警。冰水側在停產后監控壓力超過6bar，打開排污閥短暫泄壓，避免冰水因溫升導致膨脹憋壓。麥汁側入口管道安裝泄壓安全閥，減小水錘對板換的破壞強度，麥汁和冰水都使用變頻泵控制，將麥汁泵變頻器加載時間設定40s，流速緩慢變化。麥汁側執行泵和閥門的連鎖，待閥門開啟后再開麥汁泵，待麥汁泵停止后再關閉閥門，閥門異常關閉則泵需要連鎖關閉。執行完這些措施后，可有效避免麥汁-冰水板換被水錘和憋壓沖擊損壞，減少故障，確保麥汁-冰水板換的可靠性。

麥汁-冰水板換因麥汁和冰水都是啤酒廠生產使用的過程產品，產生的熱水用于糖化生產工藝，板換發生內漏后在麥汁冷卻步驟的污染風險較小，但是當板換麥汁側進行CIP清洗時，若板換有內漏問題，則換熱冰水出口的熱水被CIP清洗液污染的風險極高。模擬泄漏現象，根據實驗顯示，CIP堿液少量加入熱水中，熱水的電導率有明顯的變化，針對防止麥汁-冰水板換因發生內漏被CIP工藝的堿液污染，做出了在線監控檢測方案。如圖1所示，在熱水出口側安裝在線電導率儀（AQ），在麥汁側CIP工藝時，通過監控熱水出口的電導率變化情況，根據設定的熱水電導率的變化，高于設定值5ms/cm 則觸發系統報警，當電導率值高于設定值10ms/cm，系統自動停機，提示操作工執行板換異常反應機制，需要停機檢查，對板換進行完整性測試。

圖1 麥汁-冰水板換配置

3 制冰水板換可靠運行措施

制冰水板換主要用于啤酒廠中糖化麥汁-冰水板換中冰水介質的制備，根據冷媒介質不同，可以分為制冰水-氨板換和制冰水-丙二醇冷媒板換，大部分工廠選擇使用氨作為媒介給水降溫。

制冰水板換屬于換冷板換，當溫度控制不穩定時或停機時若冷媒側有泄漏，板換有結冰風險，若有長期頻繁的結冰現象，板片有局部反復受力不均導致漲裂現象。當水側控制或者通信不穩定時，閥門和泵控制不同步時，制冰水板換容易受到水錘沖擊，板片出現疲勞裂紋[1]。針對制冰水板換的工況，在板換的兩側介質都配置壓力傳感器（PT），檢測板換在生產狀態和CIP狀態下的壓力變化情況，如有超壓工況，則系統報警停機。在冰水側安裝溫度傳感器，并增加低溫保護功能。

制冰水-氨板換是目前最普遍的制冰水板換，使用氨作為冷介質，對釀造水進行換冷，達到工藝要求的冰水溫度。通過實驗測試，釀造用的冰水pH值控制在5.5～6.5，冰水偏酸性，氨易溶于水成氨水，氨水為堿性，當氨泄漏進水系統時，水的pH值有明顯變化。

通過分析氨水滴定實驗結果，在不同電導率水樣下增加氨水濃度，電導率變化不明顯，pH變化較明顯，pH計對氨水較靈敏。如圖2所示，對制冰水-氨板換的冰水入口和出口側增加在線pH計，在線監控冰水在板換出入口pH的變化情況，當板換出口pH值比入口值上升0.5且持續時間15s則產生報警，若pH差值持續30s以上系統報警停機，提示操作工執行板換異常反應機制，需要停機檢查，對板換進行完整性測試，

圖2 制冰水-氨板換配置

4 啤酒換熱板換可靠運行措施

啤酒換熱板換也是啤酒廠最普遍的板換，主要根據啤酒生產工藝要求，對啤酒加熱或者降溫到設定溫度。啤酒-氨板換和啤酒-丙二醇冷媒板換都是用于啤酒的冷卻，目前所有啤酒廠都有配置。

4.1 啤酒-氨板換

啤酒特性與脫氧水的特性類似，啤酒-氨板換配置和控制方式可參考脫氧水-氨板換，如圖3所示，在啤酒側安裝pH和電導率儀。啤酒-氨板換一般選擇使用316不銹鋼作為板片。

圖3 啤酒-氨板換配置

滴定實驗：在啤酒樣品下增加少量低濃氨水濃度，低濃度的氨水容易被啤酒中CO2碳酸中和pH和電導率變化均不明顯。在激冷啤酒樣品下低濃度氨水pH和電導率均不明顯，當氨水濃度達到一定程度后，電導率和pH均有明顯變化，如圖4 所示。

圖4 氨-啤酒滴定實驗

4.2 啤酒-丙二醇冷媒板換

啤酒-丙二醇冷媒板換如圖5所示，與啤酒-氨板換或脫氧水-冷媒板換都不相同。根據實驗結果，啤酒加入丙二醇冷媒溶液中時，相應的pH和電導率有變化趨勢，啤酒-丙二醇冷媒板換的在線儀表檢測設計在冷媒側，在板換的冷媒側出口安裝電導率儀和pH計，在冷凍站冷媒總管安裝在線pH和電導率，在線對比板換出入口的電導率和pH值的變化，根據變化情況判斷板換是否有泄漏。板換啤酒出口側管路和冷媒入口側管路安裝壓差傳感器，當啤酒側和冷媒側壓差為零時，系統報警；當啤酒側壓力小于冷媒側壓力時，系統報警停止，并運行頂脫氧水排污程序。

圖5 啤酒-丙二醇冷媒板換配置

為了更全面地管理冷媒的使用，啤酒廠的冷凍站冷媒的液位和指標也做相關的連鎖報警。冷凍站冷媒的pH和電導率若有相關變化，或冷媒罐液位的異常變化，也做丙二醇冷媒泄漏判斷的依據，執行冷媒泄漏應急反應機制，全面排查丙二醇冷媒泄漏。

5 啤酒行業板式換熱器食品安全管理結論

啤酒廠的板換使用工況比較多，不同工位的板換面對的工藝不同，板換的失效形式也不同，以板換可靠性運行為中心，需要針對不同的板換故障定制化每臺板換的維護策略，避免對板換產生破壞的工況，板換即可穩定運行。

通過不斷對板式換熱器的運行穩定工況的研究，標準工況的硬件和軟件保護的配置升級，結合目前智能化工廠的建設，大大提升了板式換熱器的可靠性，減少了因板式換熱器的故障導致的啤酒損失，達到板式換熱器對食品安全零影響的目標。