Głowice myjące do zbiorników – kule statyczne, głowice rotacyjne i dwuosiowe

Zbiornik myje się od środka cieczą podawaną pod ciśnieniem przez głowicę wprowadzoną przez właz lub króciec. Od typu głowicy zależy, czy roztwór tylko spływa po ścianach, czy uderza w nie strumieniem zdolnym oderwać osad, ile cieczy trzeba przepompować i jak długo trwa cały cykl.

Poniżej opisujemy trzy podstawowe konstrukcje, parametry decydujące o wyniku mycia oraz dane, które warto przygotować do doboru. Przykłady liczbowe oparliśmy na głowicach z katalogu B4S, EUSPRAY i IKEUCHI.

Trzy typy głowic myjących

Kule zraszające (statyczne)

Kula zraszająca nie ma części ruchomych. Ciecz wypływa przez wiele otworów rozmieszczonych na kuli i zrasza ściany stale w tych samych miejscach, a resztę powierzchni myje film spływający w dół. Działanie mechaniczne jest niewielkie, więc kula sprawdza się przy zabrudzeniach łatwo rozpuszczalnych: resztkach napojów, mleka, świeżych syropów. Zaletą jest prostota i brak łożysk, wadą – duże zużycie cieczy, bo mycie opiera się na ilości roztworu, a nie na sile strumienia. Kule pracują zwykle przy niskim ciśnieniu, rzędu 1–⁠3 bar.

Głowice rotacyjne

W głowicy rotacyjnej obraca się część z dyszami lub szczelinami, napędzana reakcją wypływającej cieczy. Strumień przesuwa się po ścianie, więc każde miejsce dostaje okresowe uderzenie, a nie tylko spływający film. Przy podobnym efekcie głowice rotacyjne zużywają zwykle mniej cieczy niż kule i domywają większe zbiorniki. Mają jednak łożysko lub tuleję ślizgową, które źle znoszą cząstki stałe w roztworze i pracę bez cieczy. Głowice rotacyjne oferujemy m.in. z katalogów EUSPRAY i IKEUCHI.

Głowice dwuosiowe (strumieniowe)

Głowica dwuosiowa obraca się jednocześnie wokół dwóch osi: korpus wokół osi pionowej, a piasta z dyszami wokół poziomej. Skupione strumienie kreślą na ścianach siatkę, która po kilkudziesięciu obrotach zamyka się w pełne pokrycie. Uderzenie zwartego strumienia usuwa osady przywarte, zaschnięte i lepkie: pozostałości po fermentacji, farby, żywice, osady w cysternach. Takie głowice pracują zwykle przy wyższym ciśnieniu i są najdroższe w tej grupie, ale w dużych zbiornikach skracają cykl i zmniejszają zużycie chemii.

Porównanie konstrukcji

Promień mycia a wymiary zbiornika

Producenci podają zwykle dwa zasięgi: maksymalny, na jaki doleci strumień, i efektywny promień mycia, w którym strumień ma jeszcze siłę, aby usunąć zabrudzenie. Do doboru bierze się ten drugi. Odległość od głowicy do najdalszego punktu zbiornika – najczęściej dolnego narożnika przy dnie albo końca zbiornika poziomego – powinna mieścić się w promieniu efektywnym z zapasem.

Zasięg rośnie z ciśnieniem, ale wolniej niż ciśnienie. Promień mycia konkretnej głowicy odczytujemy z karty katalogowej – szacowanie go z samego przepływu prowadzi do błędów.

Osobna sprawa to strefy cienia. Mieszadło, wężownica, przegrody, króćce i czujniki zasłaniają część ściany przed strumieniem. Jedna głowica w osi zbiornika może nie wystarczyć nawet przy dobrym zasięgu – wtedy stosuje się dwie głowice albo przesuwa głowicę poza oś. W zbiornikach poziomych i długich cysternach głowice rozmieszcza się wzdłuż osi tak, aby ich strefy się nakładały.

Ciśnienie i przepływ – jak liczyć

Przepływ głowicy podaje się przy określonym ciśnieniu na wejściu do głowicy, a nie na pompie. Przy innym ciśnieniu można go w przybliżeniu przeliczyć tym samym wzorem co dla dysz: Q₂ = Q₁ × √(P₂ / P₁). Dla głowic z częściami ruchomymi wynik jest orientacyjny, bo opory łożyska i ewentualnego hamulca obrotów zmieniają charakterystykę – dokładne wartości zawiera tabela producenta.

Przykład: głowica B4S ROT D46-⁠1.2 ma według katalogu 92 l/⁠min przy 2 bar. Dwie takie głowice w jednym zbiorniku potrzebują 2 × 92 = 184 l/⁠min, czyli 11,04 m³/h przy 2 bar na wejściu każdej z nich. Jeśli przez straty w rurociągu, zaworach i filtrze do głowic dotrze tylko 1,5 bar, przepływ jednej spadnie do około 92 × √(1,5 / 2) = 79,7 l/⁠min, a razem z przepływem spadną siła strumienia i zasięg.

Wniosek dla doboru pompy: wydajność liczy się z sumy przepływów głowic przy ich ciśnieniu roboczym, a wysokość podnoszenia – z tego ciśnienia powiększonego o straty na drodze od pompy do zbiornika i różnicę wysokości. Drugi warunek to odbiór cieczy z dna: pompa powrotna musi odprowadzać co najmniej tyle, ile podają głowice, inaczej na dnie zbiera się warstwa roztworu.

Zapotrzebowanie dla kul statycznych często szacuje się z obwodu zbiornika – w praktyce przyjmuje się rząd 30–⁠35 l/⁠min na metr obwodu. To reguła orientacyjna, nie norma. Dla zbiornika o średnicy 1,2 m obwód wynosi π × 1,2 = 3,77 m, co daje około 113–⁠132 l/⁠min. Głowice rotacyjne i dwuosiowe potrzebują zwykle mniej.

Przykładowe głowice myjące z katalogu

W katalogu są głowice ze stali nierdzewnej AISI 316L i AISI 304, z przyłączami od M6 do 2 cali (F – gwint wewnętrzny, M – zewnętrzny). Poniżej pozycje z różnych zakresów przepływu. Kolumna „Przy 3 bar” pokazuje przepływ przeliczony do jednego ciśnienia, aby można było porównać głowice między sobą.

Typ konstrukcji, efektywny promień mycia i wymiary gabarytowe konkretnej pozycji podajemy razem z kartą katalogową. Dane z tabeli wystarczą do wstępnego bilansu pompy, ale nie do oceny, czy głowica przejdzie przez właz i domyje dany zbiornik.

Średnica włazu i sposób montażu

Głowica musi przejść przez otwór, przez który się ją wprowadza – właz, króciec w pokrywie lub tuleję w ścianie. Liczy się największa średnica zewnętrzna razem z elementami wystającymi: nakrętką, adapterem, osłoną. Przy małych króćcach wybiera się głowice o małym korpusie albo montaż stały od wewnątrz.

• Montaż stały – głowica zostaje w zbiorniku na rurze zasilającej. Wygodny przy częstym myciu i automatyce, ale głowica nie może przeszkadzać w procesie i sama musi się domywać.
• Montaż na czas mycia – głowicę na lancy lub wężu wprowadza się przez właz tylko na czas cyklu. Sprawdza się przy zbiornikach mytych rzadko i przy kilku zbiornikach obsługiwanych jedną głowicą.
• Pozycja – głowicę umieszcza się zwykle w górnej części zbiornika, tak aby strumień sięgał pokrywy i ścian, a dno domywał także spływający roztwór. Rura zasilająca powinna być sztywno zamocowana, bo reakcja strumienia potrafi nią kołysać.
• Położenie pracy – część głowic ma określone położenie (w dół, w górę lub dowolne). Trzeba to sprawdzić przed zamówieniem, zwłaszcza przy montażu z boku zbiornika.

Filtracja roztworu myjącego

Roztwór w obiegu CIP wraca ze zbiornika z resztkami produktu, włóknami, kawałkami uszczelek czy rdzą z rurociągu. Kula statyczna zniesie więcej, ale przy wielu małych otworach także się zatyka – a zatkany otwór to niedomyty pas ściany. W głowicach rotacyjnych i dwuosiowych cząstki trafiają ponadto do łożysk i przekładni, co przyspiesza zużycie i może zatrzymać obrót.

• Filtr montuje się na zasilaniu, możliwie blisko zbiornika, za wszystkimi źródłami zanieczyszczeń.
• Stopień filtracji dobiera się do najmniejszego przekroju w głowicy według zaleceń producenta: oczko siatki musi być wyraźnie mniejsze od tego przekroju.
• Filtr dobiera się także na przepływ – za mały daje duży spadek ciśnienia, który od razu skraca zasięg głowicy.
• Po montażu lub przeróbce instalacji rurociąg płucze się bez głowicy, aby wióry i resztki po spawaniu nie trafiły do mechanizmu.

Mycie CIP w ogólnym zarysie

CIP (cleaning in place) to mycie instalacji bez jej rozbierania: zbiorniki, rurociągi i armaturę myje się roztworami podawanymi ze stacji myjącej. Typowy cykl składa się z kilku etapów:

1. Płukanie wstępne wodą – usuwa luźne resztki produktu.
2. Mycie roztworem alkalicznym – rozpuszcza tłuszcze, białka i osady organiczne.
3. Płukanie pośrednie – usuwa ług przed kolejnym etapem.
4. Mycie roztworem kwaśnym – usuwa kamień i osady mineralne; nie w każdym cyklu jest potrzebne.
5. Płukanie końcowe, a w razie potrzeby dezynfekcja.

Wynik zależy od czterech czynników: temperatury, czasu, stężenia chemii i działania mechanicznego. Głowica odpowiada za ten ostatni. Gdy działanie mechaniczne jest słabe, trzeba je nadrobić temperaturą, stężeniem albo dłuższym cyklem – czyli energią i chemią. Dlatego przy zabrudzeniach przywartych zamiana kuli statycznej na głowicę rotacyjną lub dwuosiową często skraca cały cykl. Materiał głowicy musi przy tym wytrzymać chemię i temperaturę mycia; w katalogu dominują stale AISI 316L i AISI 304.

Najczęstsze błędy przy myciu zbiorników

• Ciśnienie mierzone na pompie zamiast przed głowicą – rzeczywisty przepływ i zasięg są mniejsze od zakładanych.
• Głowica dobrana do średnicy zbiornika bez uwzględnienia mieszadła i przegród – zostają niedomyte strefy cienia.
• Za słaby odbiór z dna – głowica pracuje, a dno stoi pod warstwą brudnego roztworu.
• Brak filtra przed głowicą z łożyskiem – głowica może przestać się obracać i myje wtedy tylko jeden pas.

Jakie dane przygotować do doboru

• wymiary i kształt zbiornika (pionowy, poziomy, dno stożkowe) oraz wyposażenie wewnętrzne: mieszadło, wężownice, przegrody;
• średnicę włazu lub króćca, przez który głowica będzie wprowadzana, i planowany sposób montażu;
• rodzaj zabrudzenia i to, jak mocno przywiera;
• ciśnienie i wydajność pompy oraz odległość od pompy do zbiornika;
• skład, stężenie i temperaturę roztworów;
• wymagania materiałowe, np. dla materiałów mających kontakt z żywnością.

Jak B4S pomaga w doborze głowic

Na podstawie tych danych inżynier B4S zestawia przepływ, ciśnienie i zasięg z wymiarami Państwa zbiornika, sprawdza, czy głowica przejdzie przez właz, i proponuje jeden lub kilka wariantów z katalogu B4S, EUSPRAY i IKEUCHI. Razem z ofertą przesyłamy kartę katalogową z tabelą przepływów i wymiarami. Jeśli w zbiorniku pracuje już głowica innego producenta, dobierzemy zamiennik, a gdy pełnego odpowiednika nie ma, powiemy, czym proponowana głowica się różni.