Processfiltrering vid höga temperaturer: Så matchar du tätning, medium och cykel

I en filtreringsprocess är det inte stålet du behöver oroa dig för. Ett filterhus i rostfritt stål tål 150 °C utan problem. Den lilla packningen för union som håller sammanfogningen tät arbetar under exakt samma förhållanden – men med en helt annan materialfysik bakom sig. Den kan ge vika långt innan stålet visar tecken på slitage. Så när filtret väl börjar läcka beror det sällan på stålet. Det är packningen. 

I vår ultimata guide till filtrering inom processindustrin gick vi igenom vanliga filtertyper och de övergripande rekommendationerna. Här går vi ett steg djupare. Vi tittar på vad som faktiskt händer med tätningen när temperaturen stiger – från typiska temperaturgränser och materialval till termisk expansion och praktiska rekommendationer. 

Innan vi går in på materialen är det värt att ha de faktiska siffrorna i åtanke. Inom processindustrin arbetar man vanligtvis inom fyra ganska olika temperaturintervall, och vart och ett av dem ställer sina egna krav på filtret: 

• Pasteurisering: Vanligtvis 85–90 °C vid högpasteurisering. Filteret sitter sällan i själva enheten, utan omedelbart före eller efter.  
• CIP-rengöring: Vanligtvis 75–85 °C med kaustiksoda eller syra. Utförs dagligen eller flera gånger om dagen. Belastningen är cyklisk, inte konstant. 
• Ren ånga och SIP: Upp till 140–150 °C. Den mest krävande termiska påverkan som filtret vanligtvis utsätts för.  
• Varmvattenbehandling: 80–95 °C, används ofta som alternativ till kemisk CIP i mejerier. 

Poängen är att det inte bara är topptemperaturen som spelar roll. Det är kombinationen av temperatur, kemisk belastning och antalet cykler över tid som avgör hur länge tätningen håller. 

Gummimaterialen utgör filtrets termiska flaskhals och valet mellan dem sätter gränsen för vad filtret klarar. De fyra vanligaste materialen, EPDM, NBR, FPM och PTFE, har var och en sitt temperaturintervall och sina styrkor: 

EPDM är standardvalet i de allra flesta livsmedelsapplikationer och balanserar värmebeständighet och kemisk hållbarhet mot CIP-vätskor. Men oavsett vilket material du väljer måste du specificera tätningen utifrån två parametrar samtidigt. Om du endast väljer utifrån mediet kan du förbise den termiska gränsen. Väljer du enbart utifrån temperaturen kan mediet bryta ned tätningen vid samma temperatur som den annars skulle ha klarat.

Alla material expanderar vid uppvärmning, men långt ifrån i samma takt. Gummi expanderar ungefär 10 gånger mer än stål vid samma temperaturökning, och det är just den skillnaden som skapar den dolda belastningen i er fog. 

Vid uppvärmning pressas elastomeren extra hårt mot tätningsytan, och tätningskraften ökar. Det är sällan ett problem i sig. Men vid avkylning drar sig elastomeren samman snabbare än stålet, tätningskraften minskar och risken för läckage är som störst under denna övergångsfas. Efter ett visst antal cykler återfår elastomeren inte längre sin ursprungliga form. Detta kallas permanent deformation (compression set), och resultatet blir att tätningen inte sluter ordentligt igen – inte ens när anläggningen når driftstemperatur. 

Ett räkneexempel illustrerar detta konkret: Om ni utsätter ert filter för två dagliga CIP-cykler vid 85 °C och efterföljande nedkylning till 5 °C, genomgår tätningen cirka 700 termiska cykler per år. Det är den typen av belastning som sliter på tätningar, även när de håller sig inom sina specifikationer. Därför är antalet cykler ett bättre mått på ert bytesintervall än själva kalendern. 

De branscher vi vanligtvis arbetar med utsätter sina filter för sina egna kombinationer av temperatur, kemikalier och cykelfrekvens – och det påverkar materialvalet. I bryggerier är själva processen måttlig, med vörtkokning vid cirka 100 °C och kalla jäsnings- och lagringstankar i den andra änden. Det är den dagliga CIP-rengöringen vid 75–85 °C som utgör den stora slitagefaktorn för tätningarna. 

I mejeriet liknar CIP-temperaturen den i bryggeriet, men kemin är annorlunda. Mjölksten kräver mer aggressiv kaustisk rengöring än ölerester, och pastörisering – särskilt UHT (ultra high temperature) vid upp till 135 °C – sätter en högre termisk gräns. EPDM är fortfarande standardvalet på båda ställena, men i mejerilinjer med frekvent UHT eller särskilt aggressiv CIP pressas materialet närmare sin gräns, och bytesintervallen måste ofta vara kortare. Här är unionsspackningar med filter en självklar lösning, eftersom tätning och filterelement byts ut samtidigt. 

Inom läkemedels- och bioprocesser ser situationen annorlunda ut. Här är det inte rengöringen, utan steriliseringen, som sätter den termiska gränsen. SIP med mättad ånga körs vanligtvis vid 121–135 °C i minst 15–30 minuter per cykel, vilket för EPDM nära dess övre gräns. I tillförselrörledningar med ren ånga är därför FPM eller PTFE ofta det självklara valet, eftersom de har större marginal upp till driftstemperaturen och bättre tål upprepad ångexponering. Om ni väljer EPDM för SIP-tillämpningar bör leverantören dokumentera hållbarheten för just den cykeltid, temperatur och frekvens som ni arbetar med. Annars riskerar ni att nå materialets gräns tidigare än väntat.

Det rätta filtret för hög temperatur börjar med tre val som ni kan ta med er till leverantören: 

1. Ange den termiska cykeln, inte bara topptemperaturen: Berätta vad filtret utsätts för under en hel driftscykel i er anläggning – uppvärmning, drift, nedkylning och vila. 
2. Anpassa tätningsmaterialet efter både medium och temperatur: Begär dokumentation om kompatibilitet vid den faktiska driftstemperaturen, inte vid 20 °C. 
3. Byt tätningar efter cykler, inte efter kalender: Anpassa underhållsplanen efter anläggningens faktiska termiska belastning – i många mejerier innebär det kortare intervall än i ett bryggeri. Elastomerer är slitdelar och bör ingå i ert reservdelslager så att ni inte står där med en läcka och en tom hylla. 

Filterhuset tål utan problem de höga temperaturerna. Det är däremot själva tätningen som avgör hur länge ert filter klarar temperaturen utan att gå sönder. Och valet mellan EPDM, NBR, FPM och PTFE handlar lika mycket om cykeln som om topptemperaturen. 

Om du är osäker på materialval eller temperaturtolerans är du mer än välkommen att kontakta oss. Ring oss på +46 (0) 406 450 071 eller skriv till forfragan@alfotech.se, så hjälper vi dig att nå ditt mål. 

Välj FPM när driftstemperaturen överstiger 150 °C eller när mediet är kemiskt aggressivt på ett sätt som EPDM inte tål. Vid SIP över 121 °C och vid kombinationer av hög temperatur och olja eller fett är FPM ofta det rätta valet för er process. Tänk dock på att FPM inte är kompatibelt med alla CIP-vätskor. Särskilt varm, koncentrerad kaustiksoda kan utgöra ett problem. 

Ja, om ni har valt materialet för det. EPDM klarar 85 °C utan problem inom sina specifikationer, men det är den cykliska belastningen som sliter – inte temperaturen i sig. Med två dagliga cykler når ni lätt upp till 700 cykler per år, och även en tätning som ligger inom sitt temperaturintervall kommer att få bestående deformationer med tiden. Håll koll på differenstrycket och planera era bytesintervall utifrån antalet cykler. 

Det finns inget enhetligt intervall, eftersom belastningen varierar så mycket från anläggning till anläggning. Tumregeln är att ert bytesintervall bör baseras på antalet cykler och på observationer: differenstryck, tecken på deformation, härdning eller läckage vid uppstart.  

Ja. SIP körs vanligtvis vid 121–140 °C och utsätter EPDM för extrema påfrestningar. Om ni kör upprepade SIP-cykler bör ni överväga FKM eller PTFE, och materialet bör verifieras för just den cykel ni kör. Samtidigt blir den termiska expansionen mer uttalad, och risken för läckage under avkylningsfasen ökar.  

Ja, termisk chock är en reell påfrestning. När ett varmt filter möter det kalla vattnet i slutet av CIP-programmet drar sig elastomeren samman mycket snabbare än stålet, vilket påskyndar bestående deformation i tätningen. Med tiden kan det också uppstå mikrosprickor i svetsfogarna. Denna typ av chock kan ni sällan undvika helt, men ni kan ta hänsyn till den genom att använda tätningsmaterial som tål de temperaturskillnader som förekommer i er produktion.