Læs om vigtigheden af drænbarhed i både våde og tørre produktioner og hvordan vi arbejder på mulige løsninger til mere bæredygtig produktion via metoder til identificering af manglende drænbarhed.

Af Kristian Kolbye Jensen, Anders Bonde Kentved, Kim Albert Schmidt & Annette Baltzer Larsen

Drænbarhed - hvor vigtigt er det for en produktion og produktionsudstyret? Kan man ligefrem tale om en mere bæredygtig produktion, når produktionsudstyret er drænbart? JA - det kan man godt.

Drænbarhed - en vigtig del af hygiejnisk design

Drænbarheden er altså en vigtig del af det hygiejniske design og defineres som et anlægs evne til at udtørres efter rengøringen. Man taler om drænbarhed i henholdsvis våd og tør produktion. Men hvad kan der ske, hvis udstyr ikke er drænbart? 

Vigtighed af drænbarhed - våd produktion

Våde produktioner er karakteriseret ved produktioner med en almindelig rengøringsprocedure med vand og rengøringskemikalier. Afhængig af hvor lang tid der går mellem rengøringens afslutning og opstart af ny produktion, er der forskellige scenarier, der kan udspille sig på de ikke drænbare steder i produktionsudstyret.

De overordnede scenarier er: opstart af produktion umiddelbart efter endt rengøring og ikke opstart af produktion lige efter endt rengøring.

Er der opstart umiddelbart efter endt rengøringsprocedure, vil der ved ikke drænbart produktionsudstyr være risiko for rester af anvendte rengøringskemikalier. Disse rester vil kontaminere produktet, dog med en betydelig fortyndingsgrad. Det er specielt kritisk for produktioner, der skal ende som et tørt produkt.

Kontamineringen vil ofte ske i den våde del af produktionen. Den efterfølgende tørring af produktet kan opkoncentrere det kemiske rengøringsmiddel til detekterbarhed - selvom detektion af kontamineringen ikke var muligt i den våde (måske opkoncentrerede) halvfabrikata.

Er der ikke opstart af ny produktion lige efter endt rengøring, kan følgende scenarier udfolde sig pga. manglende drænbarhed.

En opformering af de mikroorganismer, der måtte være til stede på det ikke drænbare sted pga. de gode vækstbetingelser som fugt og med stor sandsynlighed en lille mængde restprodukt giver. 

I stilstandstiden mellem rengøring og fornyet produktionsstart fordamper vandet ofte fra det ikke drænbare sted. Er der rester af rengøringskemikalie i vandet, vil koncentrationen stige.  Den øgede koncentration kan nedbryde det passive oxidlag på det rustfrie stål - og korrosion er en realitet. For kompositmaterialer vil der i de fleste tilfælde også ske uoprettelig skade på overfladen. 

Uanset opkoncentrering af det kemiske rengøringsmiddel, kan der forekomme en kontaminering til produktet ved opstart af produktionen. 

Vigtigheden af drænbarhed - tør produktion

Tørre produktioner er karakteriseret ved, at der ikke - eller ikke særlig ofte - anvendes rengøring med vand og rengøringskemikalier. Dog vil det oftest - også ved de tørre produktioner - fra tid til anden være nødvendigt at foretage en våd rengøring.

For alle tørre produktioner er det vigtigt, at produktionsudstyret er fuldstændig udtørret inden opstart af ny produktion - også udtørret helt ned i den mindste sprække, eller eventuel grube/pit. 

Hvis ikke der er fuldstændig tørt på disse ikke drænbare steder, er der nu pludselig gode vækstbetingelser for de mikroorganismer, der måtte være til stede. En kontaminering af produktet er en realitet.

Udfordringen med rester af kemiske rengøringsmidler, fordampning af vand og dermed en øget koncentration af rengøringskemikaliet gælder også i den tørre produktion. Det øger risikoen for korrosion på rustfrit stål eller giver uoprettelig skade på kompositmaterialer. Derfor kan det give udfordringer både i forhold til at opretholde hygiejne og fødevare- og produktsikkerhed, men også i forhold til levetiden for produktionsudstyret.

Af ovenstående grunde er drænbarheden af produktionsudstyr vigtig for alle produktioner - såvel tørre som våde. Grunde som i alle tilfælde vil udmøntes i en mere bæredygtig produktion. 

Mulige løsninger til mere bæredygtig produktion

I projektet: ”Kompetencecenter for hygiejne, sundhed og produktsikkerhed”, som er støttet af Uddannelses og Forskningsstyrelsen, arbejder FORCE Technologies med netop at finde mulige løsninger til mere bæredygtige produktioner. 

Kompetencecenteret arbejder bl.a. med:

  • ressourceforbrug ved rengøringsproceduren.
  • drænbarhed af produktionsudstyr.
  • anvendelse af nye materialer.
  • mere intelligent overvågning, hvor der bl.a. er fokus på en forbedret rengøringsverificering. 

Identificering af manglende drænbarhed

Identifikation af manglende drænbarhed er essentiel for at minimere både nedetid samt risikoen for mikrobiologisk vækst i produktionsanlægget.

Der er pt. ingen let måde til at identificere manglende drænbarhed andet end fra erfaring af kendte problemområder i anlægget. Problemer bliver i de fleste tilfælde først identificeret, når der detekteres mikrobiologisk kontaminering af produktet, eller der opstår udfordringer med grubetærring i anlægget. 

I første del af projektet vedrørende detektion af manglende drænbarhed er der fundet frem til mulige løsninger til hurtig og præcis afklaring af problemer med drænbarhed.

Som udgangspunkt faldt angrebsvinklen på fugt- og infrarødmålinger.

Fugtmålinger med fugtsensorer skal eftervise, om det er muligt at detektere vand/fugt i produktionsanlæg. Aktiviteten skal undersøge, om det er muligt at føre en fugtsensor gennem en rørstrækning og detektere ikke tilstrækkelig drænbarhed.

Dette vil vise sig som udsving i luftens dugpunkt pga. fordampning af vand fra en overflade (jf. tabel 1).

Ved infrarødmålinger skal et infrarødt kamera eftervise, hvorvidt vand kan detekteres. Et infrarødt kamera producerer billeder baseret på forskelle i termisk varmestråling, som et objekt udsender. Når en vandoverflade fordamper, sker der en afkøling. Der vil derfor forekomme temperaturforskelle i rørstrækningen, som det infrarøde kamera opfanger (jf. figur 2). 

Proof-of-concept

Ved hjælp af indledende forsøg i form af et Proof-of-concept set-up, har det været muligt at efterprøve de to måleprincipper og deres effektivitet i forbindelse med at detektere manglende drænbarhed. Proof-of-concept set-uppet består af sammensatte rørstykker, der tilsammen simulerer en rørstrækning i et produktionsanlæg (jf. figur 1). 

Rørstrækning anvendt til proof-of-concept
Figur 1: Illustration af rørstrækning anvendt til proof-of-concept forsøg for at
detektere fugt i røret. 

Ved at placere en vanddråbe (2-3 cm) under skiftende testkonditioner (jf. tabel 2) skal det eftervises, hvorvidt dråben kan detekteres ved hjælp af de to måleprincipper (jf. tabel 1 og figur 2):

Tabel 1: Fugtmålinger i rørstykke

Fugtmålinger (udvalgt fra ovenstående)
 Flow: 0.03 (m/s)
  Flow: 0.15 (m/s) 
     
 2-3 cm dråbe kan detekteres på udgangen
af rørstræk. Dette ses som 2-3°C
stigning i dug(frost)punkt. 
  2-3 cm dråbe kan detekteres på udgangen
af rørstræk. Dette ses som 0.5°C
stigning i dug(frost)punkt. 
     
Lige før dråben er luftfugtigheden uændret. 
  Lige før dråben er luftfugtigheden uændret. 
     
Lige efter dråbe er luftfugtigheden øget. 
7 til 8°C stigning i dug(frost)punktet. 
  Lige efter dråbe er luftfugtigheden øget. 
2.5-3.5°C stigning i dug(frost)punkt. 
     
Fugtfordelingen er homogen efter dråben.    Fugtfordeling fluktuerer efter dråben. 

Tabel 2: Testkonditioner for proof-of-concept set-up i rørstrækning

Vil vise, om de to måleprincipper (hhv. fugt- og infrarødmåling) kan anvendes til at detektere manglende drænbarhed. For de anførte ”tryk-indstillinger (bar)” er der tale om det tryk, der anvendes til at få den tørre trykluft ind i produktionsanlægget, og dermed ikke et udtryk for trykket i rørsystemet.

Testkonditioner i rørstykke

 Trykindstillinger
(bar)
  Flow
(m/s)
 
     
 0.0X   0.03 
 1.0   0.15
 2.2   0.31 
 4.2   0.40 
Figur 2. Infrarød måling: Fordampning ved ideelle tryk/flowhastigheder kan detekteres. Selv helt små dråber (se pil) kan detekteres med den infrarøde måling. Lufttemperatur: 23,6°C. Vandtemperatur: 19,6°C (målt gennem folie).

Test set-up detekterer manglende drænbarhed

Jf. tabel 1 og figur 2 har det vist sig, at det er muligt at detektere manglende drænbarhed ved hjælp af begge måleprincipper.

En fugtsensor kan detektere større akkumuleringer af vanddråber (>2-3 cm), mens der udluftes/renses med tør trykluft. Fugtsensorer kan også være brugbare til prætest/screening af et produktionsanlæg ved måling på udgangen af rørstrækningen. Mindre vanddråber kan være svære for fugtsensoren at opfange.

Infrarøde målinger kan detektere vanddråber ned til 1mm, hvor der er op til 4°C forskelle i vand- og lufttemperatur.

Fremtidsperspektiver 

Efter lovende indledende målinger skal der bygges videre på den viden, der er opnået. Eksempelvis ved at finde og anvende et mere egnet infrarødt kamera, som kan manøvrere inde i rørstrækninger. Figur 3 viser mulige kandidater til opgaven. 

Figur 3. Mulige infrarøde kamera, som kan manøvrere i rørstrækninger. 

Der skal foretages yderligere målinger som baggrundsinformation til et beregningsværktøj, der kan anvendes i produktionsindustrien. Værktøjet skal tage højde for bl.a. tørretider, akkumulering af vand, flowhastigheder, tryk, temperatur m.m. De nuværende målinger er foretaget delvist stationært. Det skal derfor eftervises, hvordan målingerne vil tage sig ud ved bevægende sensorer.

Med de første lovende resultater er der gode fremtidsperspektiver for at udvikle metode(r), der kan detektere manglende drænbarhed i produktionsudstyr, men også for at udvikle et værktøj, der kan afdække den bedst mulige fremgangsmåde i hvert enkelt tilfælde.

Det forventes, at metoder til at detektere manglende drænbarhed kan anvendes i såvel nyt - som i eksisterende produktionsudstyr. I forhold til det nye udstyr vil det være påvisning af, om kravet om drænbarhed er opfyldt, mens det i eksisterende udstyr ofte vil være i forbindelse med at skulle detektere ikke drænbare steder, hvorfra kontaminering til produktet kan ske. Det udviklede beregningsværktøj forventes at kunne identificere størrelsesordner af parametre som flow og nødvendig måletid.