隨著啤酒工業(yè)自動化程度越來越高，泵和自動閥門應(yīng)用越來越多，相應(yīng)地水錘現(xiàn)象也增多。嚴重的水錘有很大的破壞性，可導(dǎo)致管道破裂、閥板變形、換熱器泄露、泵葉輪損壞、儀表變形、設(shè)備撕裂等等，交鑰匙項目調(diào)試的重要任務(wù)之一就是消除其發(fā)生。樂惠國際與百威集團多次進行糖化系統(tǒng)和發(fā)酵系統(tǒng)的項目合作，雙方群策群力，找到了不少應(yīng)對水錘的方法。

一、排查方法

水錘發(fā)生的時間很短且極難捕捉，常用的檢查方式有兩種。

根據(jù)工藝步驟全面排查。將生產(chǎn)步驟和CIP 步驟制成檢查清單，每次生產(chǎn)和CIP 時安排人員到正在運行的設(shè)備和管路附近監(jiān)聽，并人工記錄水錘發(fā)生的時間，然后再將水錘發(fā)生的時間反饋給自動化工程師，由自動化工程師對照工藝執(zhí)行記錄查找分析該時間點設(shè)備運行具體工況，再判斷可能導(dǎo)致水錘的原因。

根據(jù)設(shè)備狀態(tài)查找。根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的情況判斷，通過排查管卡松動脫落的情況，分析閥門密封圈和閥板損壞泄露的數(shù)據(jù)等方法判斷水錘發(fā)生的地點，再由自動化工程師查看相應(yīng)程序和工藝步驟。

使用噪聲和振動傳感器來捕捉。以上兩種方法工作量大，時效性差，而利用噪聲傳感器和振動傳感結(jié)合的方式來檢測，高效且節(jié)約時間，24 小時不間斷監(jiān)測避免了人為因素影響。這種方法應(yīng)用大致分為三步。

定位水錘發(fā)生時間。安裝噪聲傳感器，并接入PLC，數(shù)據(jù)接入上位機操作系統(tǒng)中。創(chuàng)建噪聲模擬量曲線，在操作系統(tǒng)中增加模擬量曲線。噪聲曲線的分析，曲線制作后每周定期查看，對于噪聲值高的點進行分析，噪聲設(shè)置上限報警，輸出報警信號。根據(jù)噪聲的報警時間以及傳感器的安裝位置，可以判斷出水錘發(fā)生的時間，工程師進入程序后臺可以查看在這個時間點上噪聲傳感器附近的哪些管路和閥門發(fā)生過狀態(tài)的改變，也可以判斷出水錘可能發(fā)生在哪些管道閥門上，再在這些可能的管道閥門上安裝振動傳感器。

圖. 1

定位水錘發(fā)生位置。安裝振動傳感器，并將噪聲傳感器接入現(xiàn)場PLC，數(shù)據(jù)接入上位機操作系統(tǒng)中。創(chuàng)建振動模擬量曲線，在操作系統(tǒng)中增加模擬量曲線。振動曲線的分析，對振動值高的點進行分析，振動值設(shè)置上限報警。

輸出水錘報警信息。在系統(tǒng)中制作與工藝生產(chǎn)步驟關(guān)聯(lián)的報警信息，振動監(jiān)測超上限時輸出報警信息。此水錘檢測的新方法就是利用噪聲和振動傳感器基于原有控制系統(tǒng)，捕捉出導(dǎo)致水錘產(chǎn)生的工藝步驟。噪聲傳感器捕捉到水錘發(fā)生時間，振動傳感器測量該時間點有動作切換的管道振動，識別水錘具體發(fā)生的管道、閥門和工藝步驟，這樣自動化工程師就能準確判斷導(dǎo)致水錘的原因，及時調(diào)整工藝或硬件控制來消除水錘的影響。

二、檢測傳感器的選擇和安裝

傳感器的選擇。建議至少配置一套噪聲傳感器和四套振動傳感器。噪聲傳感器的規(guī)格選擇輸出4-20 毫安，便于接入PLC 中，檢測范圍20-130 分貝。振動傳感選用了IFM 的VTV121，量程0-50，或者VTV122，量程0-25。帶有磁力底座的振動傳感器，便于安裝和移動。如圖1。

圖. 2

噪聲傳感器安裝。安裝到需要檢測區(qū)域的中間位置，建議安裝到配電柜下方備用穿線孔，傳感器前端避免覆蓋和遮擋影響噪聲采集效果，如圖2。

振動傳感器安裝。根據(jù)噪聲傳感器檢測到的噪聲值高點時間，程序中自動關(guān)聯(lián)在該時間點運行的設(shè)備管路有哪些，根據(jù)程序提示的管路清單將振動傳感器安裝到相應(yīng)位置并進行命名或編號，根據(jù)管路流向?qū)⒄駝觽鞲衅靼惭b的需要檢測的閥門前端，可同時安裝多個振動傳感器進行多路檢測。如圖3。

圖. 3

三、消除方法

1.恒壓供水導(dǎo)致的水錘

生產(chǎn)中存在如釀造水、熱水、脫氧水、冷凍站供冷媒等等大量的恒壓管路，恒壓供水時，因為管網(wǎng)用水點多且輸送距離長短不一，在泵出口雖然有變頻恒壓供水，但在各用水點閥門開啟時往往極易產(chǎn)生水錘，如何解決恒壓供水的水錘？經(jīng)理論結(jié)合實際有如下有效的解決方法。

氣動閥門使用雙向氣管節(jié)流閥，使氣動閥門的開啟和關(guān)閉時間可控，避免快速開啟或關(guān)閉閥門時產(chǎn)生水錘。控制閥門的開啟和關(guān)閉速度（DN100 閥控制8-10S），防止閥門開啟或者關(guān)閉太快導(dǎo)致的水錘或者大的管道振動；或者背靠背安裝串聯(lián)兩個單向節(jié)流閥實現(xiàn)雙向可調(diào)節(jié)流功能，注意不單獨使用單向節(jié)流閥。見圖4.

圖. 4

優(yōu)化恒壓供水泵的控制邏輯。

固定開度和PID 調(diào)節(jié)相結(jié)合的智能控制方法：當某個大流量使用點要關(guān)閉時，如果此時突然關(guān)閉此控制點，由于慣性和泵出口壓力反饋有滯后性，很易在總管路內(nèi)憋壓并產(chǎn)生水錘，此時最好的方法是根據(jù)此使用點對應(yīng)的固定泵開度（如20%）,泵開度先行減少此開度，再 關(guān)此閉此控制點閥門，最后泵PID 微調(diào)節(jié)出口壓力在設(shè)定的壓力上進行恒壓供水，這種方法可以最大化減少水錘的發(fā)生。

當無用水時（出水流量小于50hl/h），恒壓供水管路壓力下降到1bar；有用水時（出水流量大于100hl/h），恢復(fù)原設(shè)定供水壓力；恒壓供水設(shè)定壓力需要根據(jù)管道工況計算，參考控制在4.5bar 以下，不宜過高；有條件的情況下管道內(nèi)介質(zhì)流速建議不超過1.5m/s，流速超過1.5m/s 時水錘發(fā)生的頻率會增加。

如果閥門后的用水點20 米，需要調(diào)整延長節(jié)流時間，根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)節(jié)，逐漸增加節(jié)流時間直至水錘現(xiàn)象消除。若閥門后用水管路超過50 米，使用雙向節(jié)流閥無法解決水錘現(xiàn)象，需要將氣動執(zhí)行器更換為帶比例調(diào)節(jié)功能的氣動執(zhí)行器。如圖5。

如上圖蝶閥使用閥門控制器，階段控制閥門開度，緩慢開啟和關(guān)閉閥門，建議閥門開過程：閥門20%開度保持50S（根據(jù)管路長度調(diào)整），閥門30%開度保持5S，閥門50%保持5S，100%；閥門關(guān)過程：閥門50%保持5s,閥門35%保持5s，閥門20%保持5s，閥門10%保持5s，閥門關(guān)閉。

適用的案例位置：CIP站使用熱水/釀造水進行水洗時。

2.CIP 站供應(yīng)和步驟切換時產(chǎn)生的水錘

圖. 5

CIP 站路徑需要切換，嚴禁直接程序切換，需要等待上個程序結(jié)束后再重新檢查新的CIP 路徑的再次啟動；若CIP 介質(zhì)需要切換，也要執(zhí)行先停泵后再切換介質(zhì)閥門程序。

CIP 站壓力和流量需要連鎖檢查，避免閥門或管路堵塞，導(dǎo)致水錘產(chǎn)生并且清洗不干凈或者超壓，如常規(guī)罐體清洗是控制出口壓力，但如果洗球脫落，這時壓力往往無法達到設(shè)定值，泵會開至最大運行，但如果此時連鎖流量控制，就能發(fā)現(xiàn)此時有異常，流量超限會報警，壓力與流量不匹配，提供操作工去檢查處理。

對于舊生產(chǎn)線，由于無接近開關(guān)無法對每個閥門路徑確認，建議在CIP 站供出管路安裝安全閥，即使產(chǎn)生水錘也可以及時泄壓，以至不會對設(shè)備產(chǎn)生損壞。

3.大流量泵盡量采用變頻控制，并且泵開啟/關(guān)閉全部采用爬坡形式控制，避免流量、壓力大幅度跳動，造成水錘或流量波動。

4.管路安裝的正確方法

管廊上管路采用滑動式的管托，并設(shè)置滑動點和固定點，避免水錘造成管路偏移、變形；

長距離輸送管路每50-100m 間設(shè)置U 型膨脹彎，滿足溫度、應(yīng)力距離補償。

大閥陣間設(shè)置衛(wèi)生型膨脹節(jié)，滿足拉力應(yīng)力補償，并具備防漏檢測功能。

雙座閥安裝時盡可能滿足以下條件：閥門開啟方向與酒體流向保持一致，有利于閥門開啟；閥門關(guān)閉方向與酒體流向保持相反，利于閥門緩慢關(guān)閉，避免水錘產(chǎn)生。

蒸汽總管一定距離安裝管路疏水點，蒸汽端進設(shè)備前安裝集水井，從總管取蒸汽需從總管頂部取，忌從底部取等等。

5.閥門開關(guān)慢導(dǎo)致的水錘

對于較大閥門氣缸，氣缸有時無法及時排氣，導(dǎo)致閥門無法及時開關(guān)到位而導(dǎo)致水錘，如：糖化麥汁/醪液管道閥門氣缸開關(guān)緩慢，導(dǎo)致水錘產(chǎn)生，產(chǎn)生閥板變形、閥體裂痕。

解決方法：閥門氣缸的控制氣管靠近氣缸處增加快速排氣閥，讓閥門氣缸能夠快速排氣，閥門開關(guān)順暢。

6.手動閥門開關(guān)時導(dǎo)致的水錘

部分系統(tǒng)水錘來自操作工開關(guān)手動閥門太快，需要培訓(xùn)員工操作手動閥門時緩慢開關(guān)（控制在6S-8S 左右）。

以上只列舉了部分水錘的消除方法，實踐中還發(fā)現(xiàn)了大量設(shè)計、安裝、調(diào)試、維護的細節(jié)經(jīng)驗，不再贅述。

水錘的發(fā)生隨著壓力、溫度、流速、介質(zhì)、設(shè)備等各種因素的影響不斷的變化，釀造工藝的改變往往帶來新的水錘發(fā)生，所以消除水錘的工作是一項長期的活動，需要釀造團隊、維護團隊、設(shè)備供應(yīng)商不斷的檢查發(fā)現(xiàn)，并分析消除，避免潛在的設(shè)備故障，提升整體釀造設(shè)備的可靠性和效率，最終提升產(chǎn)品質(zhì)量，保證啤酒質(zhì)量的一致性。