Zapewnienie odpowiedniego materiału rurociągu w instalacjach sprężonego powietrza przeznaczonych do kontaktu z żywnością jest kluczowe dla zachowania najwyższych standardów higienicznych, minimalizacji ryzyka zanieczyszczeń oraz utrzymania jakości produktowej. W branży spożywczej wybór tworzywa przewodów wpływa nie tylko na trwałość i czystość instalacji, lecz także na koszty inwestycyjne i operacyjne. Niniejszy artykuł kompleksowo omawia zalety i wady najczęściej stosowanych materiałów – stali nierdzewnej, aluminium, tworzyw sztucznych oraz stali ocynkowanej – z uwzględnieniem wymagań norm ISO 8573-1, wytycznych BCAS BPG 102 i praktycznych doświadczeń polskich laboratoriów, takich jak Biuro Naukowo-Techniczne SIGMA.

1. Wymagania branżowe i normatywne

Przemysł spożywczy – zwłaszcza w aplikacjach z bezpośrednim kontaktem sprężonego powietrza z produktami (np. transport proszków, nadmuchiwanie opakowań, napowietrzanie pianek) – podlega surowym wytycznym:

  • Norma ISO 8573-1:2010 określa klasę wilgotności i czystości cząstek oraz aerozoli olejowych. Dla kontaktu bezpośredniego zaleca się powietrze klasy 2:2:1.
  • BCAS Best Practice Guide 102 wyróżnia dwie kategorie kontaktu: bezpośredni (klasa 2:2:1) i pośredni (klasa 2:4:2), wymagające minimalnego spadku PDP (≤ –40 °C) oraz ograniczenia cząstek i oleju.
  • Regulacje FDA (Title 21 CFR) wymagają, by gazy procesowe „nie stwarzały ryzyka zanieczyszczenia” , co w praktyce oznacza implementację kaskady uzdatniania i zastosowanie czystych materiałów rurociągów.

Wymogi higieniczne i czystościowe wymagają, aby materiały rurociągów były:

  1. Gładkie i nieporowate, by zapobiegać zatrzymywaniu cząstek i mikroorganizmów;
  2. Odpornie na czyszczenie (CIP) i dezynfekcję;
  3. Niereaktywne chemicznie wobec żywności;
  4. Wytrzymałe mechanicznie i temperaturowo.

2. Stal nierdzewna

2.1 Właściwości

Stal nierdzewna – szczególnie gatunki 304L i 316L – uznawana jest za złoty standard w instalacjach spożywczych dzięki:

  • doskonałej odporności na korozję, w tym na agresywne środki czyszczące i myjki CIP;
  • gładkiej, nieporowatej powierzchni wewnętrznej (Ra ≤ 0,4 µm), utrudniającej przywieranie cząstek i biofilmów;
  • dużej wytrzymałości mechanicznej i termicznej (praca do ~400 °C);
  • łatwości spawania i montażu przy użyciu higienicznych złącz TRICLOVER.

2.2 Zalety

Stal nierdzewna gwarantuje stabilność klasy czystości sprężonego powietrza, minimalizuje ryzyko mikrobiologiczne i umożliwia stosowanie katalogowych procedur CIP. W praktyce pomiary cząstek i punktu rosy prowadzone przez Biuro Naukowo-Techniczne SIGMA potwierdzają, że instalacje stalowe utrzymują powietrze klasy 2:2:1 bez wzrostu zanieczyszczeń w ciągu wielu miesięcy eksploatacji.

2.3 Wady

Największą barierą jest wysoki koszt materiału i montażu – cena stali nierdzewnej jest 2–3 razy wyższa niż stali ocynkowanej czy tworzyw sztucznych. Ponadto duża masa i sztywność systemu utrudniają szybkie zmiany konfiguracji instalacji.

3. Aluminium

3.1 Właściwości

Aluminium, stosowane głównie w formie rur i kształtek z anodowaną lub lakierowaną powłoką, oferuje:

  • niską masę, ułatwiającą montaż i demontaż;
  • gładką powierzchnię wewnętrzną (choć podatną na zarysowania i mikrozarysowania);
  • dobrą odporność na korozję atmosferyczną, ale niższą wobec silnych alkaliów CIP;
  • przewodność cieplną ułatwiającą rozpraszanie ciepła w sieci.

3.2 Zalety

Lekka konstrukcja pozwala na oszczędności w zakresie wsporników i stelaży, a prefabrykowane złącza zaciskowe umożliwiają szybkie modyfikacje tras z minimalnym ryzykiem wycieków. Biuro SIGMA odnotowuje w firmach produkcyjnych z aluminium stabilność PDP i cząstek zbliżoną do stali, o ile przestrzegane są procedury czyszczenia i unika się zarysowań.

3.3 Wady

Anodowana warstwa ochronna może ulegać zniszczeniu podczas intensywnych procesów CIP, odsłaniając surowe aluminium, które z czasem koroduje i uwalnia tlenki do strumienia powietrza. Mikrodefekty powierzchni sprzyjają akumulacji zanieczyszczeń.

4. Stal ocynkowana

4.1 Właściwości

Stal ocynkowana to tradycyjny, tańszy materiał, w którym powłoka cynkowa chroni przed korozją. Używa się jej głównie w instalacjach ogólnego przeznaczenia.

4.2 Zalety i wady

Potencjalne zalety obejmują niską cenę i łatwość dostępności. Jednak ocynkowanie wewnątrz rurociągu utrudnia uzyskanie gładkiej powierzchni – cynk może łuszczyć się pod wpływem ciśnienia i temperatury, generując opiłki i zwiększając cząstki stałe. Z tego powodu stal ocynkowana minimalnie pasuje do branży spożywczej.

5. Tworzywa sztuczne (PE, PA, kompozyty)

5.1 Rodzaje i właściwości

Polietylen (PE), poliamid (PA) czy nowoczesne kompozyty aluminiowo-polimerowe dostarczają lekkich i stosunkowo tanich rozwiązań:

  • odporne na korozję i chemikalia,
  • łatwe w cięciu i montażu przy użyciu złączek gwintowanych lub wciśniętych,
  • gładkie wewnętrzne powierzchnie, lecz wrażliwe na promieniowanie UV i wyższe temperatury.

5.2 Zalety i wady

Nowoczesne materiały PE-PA umożliwiają uzyskanie gładkości wnętrza rurociągu z Ra ≈ 0,5 µm oraz są odporne na niektóre środki CIP. W aplikacjach mobilnych czy tymczasowych mogą pełnić zastępczą rolę. Jednak ich zmienna rozszerzalność termiczna i niższa wytrzymałość mechaniczna czynią je mniej trwałymi niż metal.

6. Dobór materiału – kryteria decyzyjne

Przy podejmowaniu decyzji o materiale rurociągu należy uwzględnić:

  1. Krytyczność aplikacji (kontakt bezpośredni z produktem vs. narzędzia wspomagające).
  2. Koszt inwestycyjny – budżet projektu i poziom zwrotu z inwestycji.
  3. Harmonogram zmian – potrzeba elastyczności instalacji.
  4. Warunki czyszczenia – częstotliwość CIP i agresywność chemiczna.
  5. Temperatury pracy – od –20 do +80 °C (metale) vs. +5 do +60 °C (tworzywa).
  6. Wymagana klasa czystości – stal nierdzewna i aluminium najlepiej zachowują klasę 2:2:1.

W praktycznych wdrożeniach polskich zakładów spożywczych rurociągi z aluminium i stali nierdzewnej spotykają się najczęściej – pierwsze z nich w sekcjach pomocniczych, drugie w strefach krytycznych. Pomiar cząstek i punktu rosy wykonany przez Biuro SIGMA potwierdza, że aluminium sprawdza się przy zachowaniu procedur utrzymania czystości, lecz dla absolutnego bezpieczeństwa w strefach bezpośredniego kontaktu ze spożywczymi produktami rekomendowana jest stal nierdzewna.

7. Praktyczne przykłady zastosowań

7.1 Linia napełniania proszków

W zakładzie farmy spożywczej stosowano aluminiowe rurociągi od separatora wlotowego do rozdzielni, a następnie stal nierdzewną od odgałęzień do wtryskarek proszku. Taki podział obniżył koszty montażu o 30%, przy zachowaniu powietrza klasy 2:2:1 w całej sieci.

7.2 System pneumatyczny do wydmuchiwania butelek PET

W odcinkach transportowych i sprężarkowni użyto stal ocynkowaną, gdyż potrzebna była głównie wytrzymałość mechaniczna. Za kompresorem i przed wydmuchiwarką zainstalowano zociśnięte sekcje z aluminium z powłoką antyadhezyjną, aby zmniejszyć zużycie filtra dokładnego i zapobiegać wzrostowi Δp.

8. Podsumowanie

W projektowaniu instalacji sprężonego powietrza spożywczego wybór materiału rurociągów ma kluczowe znaczenie dla utrzymania jakości, bezpieczeństwa i efektywności ekonomicznej. Stal nierdzewna pozostaje materiałem referencyjnym w strefach wysokiego ryzyka mikrobiologicznego i bezpośredniego kontaktu z żywnością, podczas gdy aluminium sprawdza się w odcinkach pomocniczych, oferując niższe koszty i prostszą instalację. Pozostałe materiały – stal ocynkowana czy tworzywa sztuczne – mogą znaleźć zastosowanie w specyficznych, mniej krytycznych fragmentach sieci. Dzięki pomiarom i analizom prowadzonym przez polskie Biuro Naukowo-Techniczne SIGMA przedsiębiorstwa mogą optymalnie dobrać materiały oraz potwierdzić osiąganą jakość sprężonego powietrza, zgodnie z ISO 8573 i wytycznymi branżowymi.

Dodaj komentarz