Ewolucja chłodnictwa w polskich zakładach mleczarskich
Przełom nowego i starego roku, to dobry czas na podsumowania i refleksje nad zmianami zachodzącymi w otaczającej nas rzeczywistości. Świadomość zmian, pozwala dostrzec ich przyczyny oraz kierunek, w jakim przebiegają. Pozyskana w ten sposób wiedza, pozwala jeszcze lepiej przygotować się na nadchodzące wyzwania w kolejnych latach.
W tym krótkim opracowaniu pokażemy, jak wyewoluowało chłodnictwo przemysłowe w polskich zakładach mleczarskich. Przyjrzymy się punktom wyjścia oraz kierunkowi zachodzących zmian. W rezultacie spróbujemy uchwycić kluczowe determinanty rozwoju chłodnictwa.
Kształt instalacji chłodniczych w polskich zakładach mleczarskich zdeterminowała dostępność urządzeń oraz replikowanie konkretnych projektów. W rezultacie powstawały podobne instalacje, zbudowane z tych samych komponentów. Dominowały agregaty tłokowe produkcji WUCh- Dębica model 6W92Sa i 10W92SA. Rzadziej stosowano agregaty śrubowe tegoż producenta. Chłodzenie wody lodowej odbywało się w oziębiaczach akumulacyjnych, zbiornikach z namrażaniem lodu na powierzchni wężownic. Najczęściej spotykane to AOW, ZZR czy ACW. Komory chłodnicze, zasilano bezpośrednio amoniakiem albo w układzie DX (praca sucha) lub w układzie pompowym. Odtajanie przeprowadzono ręcznie, chociaż często stacje zaworowe wyposażone były w elektrozawory Danfoss lub Szaniawskiego. Ze względu na niski poziom automatyzacji, temperatura wody lodowej w ciągu dnia była zmienna, a jej jakość, rozumiana jako wystarczające dochłodzenie, zależne od poziomu obsługi instalacji. Zdecydowanie mniejszy nacisk kładziono na temperatury w pomieszczeniach, gdzie składowano gotowe wyroby. Często magazyny te nie posiadały nawet izolacji zimnochronnej.
Zmiany, które mogliśmy obserwować i uczestniczyć w ich przeprowadzaniu, wynikały przede wszystkim z bolączek opisanych wyżej rozwiązań. Pojawiły się też wyższe oczekiwania co do prawidłowych temperatur w magazynach wyrobów gotowych, większy rygor produkcyjny w dojrzewalniach serów czy podczas procesów produkcji innego asortymentu nabiałowego. Na potrzeby niniejszego tekstu, przyjrzymy się zmianom w kształcie maszynowni chłodniczych, sposobie chłodzenia wody lodowej, szybkiemu wychładzaniu produktów oraz nowościom rynkowym: freecoolingowi i pompom ciepła.
Kluczową zmianą widoczną w maszynowniach jest pojawienie się nowoczesnych agregatów śrubowych i tłokowych, często wyposażonych w płynną regulację obrotów. Zmiana ta była rezultatem wzrostu kosztów energii elektrycznej oraz trendowi poszukiwania rozwiązań niezawodnych i efektywnych. Regulacja obrotów pozwala na pracę w optymalnym punkcie danego urządzenia: sprężarki tłokowe z minimalnym obrotami, agregaty ze sprężarkami śrubowymi z wyższymi, średnio 3600 rpm. Co do wymagań serwisowych, nowe agregaty wymagają zdecydowanie rzadszych przeglądów (nawet 6-7 krotnie). W maszynowniach chłodniczych zakładów mleczarskich zainstalowano również sporo używanych urządzeń importowanych z krajów UE.
Chłodzenie wody lodowej, wymaga dokonania wyboru między niezawodnym, prostym i mało efektywnym chłodzeniem w oziębiaczach akumulacyjnych a trudniejszym technicznie, ale wysoce sprawnych wymiennikach płytowych (specjalnego typu, zabezpieczających przed zamarznięciem wody wewnątrz wymiennika). W wielu przypadkach zdecydowano się na najlepsze, kombinowane połączeniu obu rozwiązań. Maksymalna ilość ciepła odbierana jest przy korzystnych parametrach pracy układu, a jedynie tyle ile niezbędne w procesie stopienia zakumulowanego lodu[1].
Utrzymanie właściwej temperatury (oraz jeśli to niezbędne wilgotności) w magazynach chłodniczych, coraz częściej realizuje się w układach pośrednich. Chiller schładza glikol lub inne chłodziwo, które jest pompowane do chłodnic powietrza w chłodzonych pomieszczeniach. Uzyskuje się w ten sposób wyższe bezpieczeństwo pracy układu, mniejszą bezwładność temperaturową, kosztem efektywności energetycznej (konieczność pompowania chłodziwa, straty na wymiennikach). Część zakładów, szczególnie większych pozostawiło chłodzenie magazynów w układzie bezpośrednim amoniakalnym. W celu poprawy bezpieczeństwa przesunięto stacje zaworowe na zewnątrz budynku, inwestując w nowe rurociągi, armaturę oraz parowniki.
Ciekawe zmiany obserwujemy w procesach wymagających szybkiego chłodzenia produktów (na przykład jogurtów w celu zatrzymania procesów fermentacji). Schładzanie stacjonarne w pomieszczeniu nie zapewniały wystarczająco krótkiego czasu. Stosowano więc różne sposoby, mające na celu poprawienie przepływu powietrza przez paletę z produktami. Między innymi poprzez dodatkowe wentylatory, wymuszające przepływ powietrza (o odpowiedniej prędkości) przez paletę. Coraz częściej także, budujemy tunele do szybkiego wychładzania produktu na paletach. Rozwiązanie to automatyzuje cały proces, skracając i standaryzując czas chłodzenia każdej palety produktu. Ze względu na wysokie koszty inwestycyjne, jedynie nieliczne zakłady wprowadziły w pełni automatyczny system magazynowania gotowych wyrobów.
Obecnie, kiedy większość zakładów posiada już zmodernizowane instalacje chłodnicze, dominują dwa trendy: stosowanie freecoolingu oraz pomp ciepła. Pierwsze to wykorzystanie niskich temperatur w okresach jesień/zima/wiosna[2]. Drugie rozwiązanie, pozwala zutylizować ciepło (przede wszystkim skraplania), zapewniając wodę o temperaturze nawet 95°C. Przy rosnących cenach gazu, jest to sposób na zwiększenie autonomii zakładu i obniżenie kosztów. Ze względu na to, że dotychczas dominowały instalacje pary, wykorzystanie gorącej wody często wymaga dodatkowych inwestycji.
Jakie rezultaty przyniosły opisane wyżej zmiany w kształcie instalacji chłodniczych. Przede wszystkim poprawę bezpieczeństwa eksploatacji, wzrost efektywności, liczonej jako nakłady energii elektrycznej niezbędne do osiągniecia tego samego rezultatu chłodniczego[3]. Zapewniono również stabilność temperatur w pomieszczeniach magazynowych oraz tzw. wody lodowej.
W tym miejscu warto również przyjrzeć się popełnianym błędom, tak, aby uniknąć ich na przyszłość. Ze względu na niższą efektywność, nieopłacalne okazało się stosowanie szczególnie w przypadku większych instalacji układów opartych o inne czynniki chłodnicze niż amoniak. Błędem była także próba wykorzystania chillerów klimatyzacyjnych (o przykładowych parametrach pracy 12/7°C) do schładzania wody lodowej w wymiennikach płytowych. Bezwładność układu lub awarie automatyki wyłączały nieraz na wiele godzin całą instalację chłodniczą na czas niezbędny do rozmrożenia parownika. Wydaje się więc, że w swojej masie, zakłady mleczarskie nie popełniły zbyt wielu istotnych błędów w projektowaniu i modernizowaniu instalacji chłodniczych.
Obecnie, dostępność automatyki oraz urządzeń pomiarowych pozwala projektować układy o wysokim stopniu zaawansowania. Popularność zdalnego dostępu do urządzeń, ułatwia nie tylko codzienną obsługę, ale również pracę serwisu. Proces ten często opisywany mianem przemysłu 4.0, pozwala nam integrować urządzenia ze sobą i komunikować poszczególne procesy występujące w zakładach. Dzięki temu osiągają swoją maksymalną efektywność i wydajność.
W tym miejscu nie sposób nie wspomnieć o wzrastających kwalifikacjach obsługi instalacji amoniakalnych. Nowoczesne rozwiązania, wymagają często dodatkowych umiejętności, programowania przetwornic częstotliwości, sterowników. Można powiedzieć, że padł mit „instalacji bezobsługowej”[4]. Wiemy, że pewne czynności musi wykonać wykwalifikowany personel.
Podsumowując, zmiany zachodzące w zakładach mleczarskich można określić mianem intensywnej ewolucji. Umiejętność uczenia się na błędach oraz odporność na próby manipulacji przez sprzedawców ochroniły liczne zakłady przed implementacją rozwiązań nietrafionych. Na pewno, istotne znaczenie w tym zakresie miała silna integracja środowiska oraz współpraca między poszczególnymi zakładami, nie tylko na szczeblu zarządu, ale przede wszystkim działów technicznych.
Przyszły kierunek rozwoju to poprawa bezpieczeństwa oraz efektywności zainstalowanych urządzeń[5]. Świadczy o tym rosnąca świadomość wśród osób zarządzających zakładami mleczarskimi. Myślę, że należy również spodziewać się licznych inwestycji w pompy ciepła i układy freecoolingu. W ten sposób można wykorzystać bardzo istotne ilości energii cieplnej, bezpowrotnie traconej w stacji skraplania oraz skorzystać ze sprzyjających warunków klimatycznych.
Jakub J. Pietrzak
