壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)在制藥行業(yè)的應(yīng)用分析

胡櫻子， 候溫儒， 張貴賓

（1.大連海事大學(xué)專業(yè)學(xué)位教育學(xué)院， 遼寧 大連 116026；2.西安迪賽生物藥業(yè)有限責(zé)任公司， 陜西 西安 710016；3.杜爾涂裝系統(tǒng)工程有限公司， 上海 201709）

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消耗越來越大，對(duì)能源的進(jìn)口依存度不斷提高，能源安全與節(jié)能可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)今國家發(fā)展的重要原則。壓縮空氣作為第四大動(dòng)力源在制藥企業(yè)中應(yīng)用廣泛，主要用于生物原料制備，物料輸送等。在制藥企業(yè)中，壓縮空氣系統(tǒng)的能耗最高能達(dá)到全部能耗的40%，但壓縮空氣系統(tǒng)的總效率較低，只有20%左右。壓縮空氣系統(tǒng)存在著能源利用效率低，浪費(fèi)嚴(yán)重的問題。因而在制藥行業(yè)針對(duì)整個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)進(jìn)行研究并推廣節(jié)能技術(shù)，對(duì)提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，降低能耗比有著重要意義。

現(xiàn)有學(xué)者針對(duì)節(jié)能減排技術(shù)在制藥行業(yè)的應(yīng)用分別進(jìn)行了大量的研究。李永剛[1]結(jié)合河南利華制藥公司的實(shí)際情況，對(duì)制藥企業(yè)中的泵類、空壓機(jī)等設(shè)備電機(jī)的變頻改造及應(yīng)用進(jìn)行了研究。王曉東[2]以某制藥企業(yè)離心式空壓機(jī)為研究對(duì)象，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行工況等方面，對(duì)壓縮機(jī)本體進(jìn)行節(jié)能改造，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)化的節(jié)能目標(biāo)。孟憲晶[3]分別從潔凈廠房節(jié)能設(shè)計(jì)、車間凈化空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)等方面研究了節(jié)能技術(shù)在制藥企業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展。但是，現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)制藥企業(yè)所用的壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能方法，以及限制企業(yè)節(jié)能改造的制約因素等方面研究還不充分。

本文結(jié)合制藥企業(yè)使用壓縮空氣系統(tǒng)的組成以及工作流程，提出幾種切實(shí)可行的節(jié)能改造方案，為制藥企業(yè)節(jié)能改造提供新思路。

1 壓縮空氣系統(tǒng)工作原理

制藥行業(yè)常用的壓縮空氣系統(tǒng)由空壓機(jī)主機(jī)，后處理設(shè)備（干燥機(jī)和過濾器），儲(chǔ)氣罐以及末端用氣設(shè)備所組成?？諝馔ㄟ^空氣過濾器進(jìn)入到空壓機(jī)主機(jī)內(nèi)，空壓縮機(jī)主機(jī)內(nèi)的陰陽轉(zhuǎn)子會(huì)壓縮空氣體積，對(duì)這部分空氣做功，使其勢能增加。同時(shí)后處理設(shè)備通過不間斷向主機(jī)內(nèi)噴淋冷卻油，對(duì)螺桿進(jìn)行冷卻和潤滑。主機(jī)腔內(nèi)產(chǎn)生的高溫油氣混合物在油氣分離筒體內(nèi)實(shí)現(xiàn)壓縮空氣與冷卻油的分離。冷卻油和壓縮空氣隨后通過后冷卻器進(jìn)行冷卻降溫。

此時(shí)的壓縮空氣中含有大量的水氣、冷卻油微油滴以及粉塵等雜質(zhì)。需要通過多重過濾器對(duì)雜質(zhì)和微油滴進(jìn)行過濾及干燥機(jī)除水后，進(jìn)入儲(chǔ)氣罐進(jìn)行存儲(chǔ)，以備末端用氣隨時(shí)使用。

圖1 壓縮空氣系統(tǒng)示意圖

2 壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能方案

2.1 余熱回收系統(tǒng)

由空壓機(jī)工作原理可知，空壓機(jī)運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，并通過冷卻器排出。在空壓機(jī)后冷卻器前添加熱交換機(jī)，使冷卻油在進(jìn)入后冷卻器前，首先和軟化循環(huán)水進(jìn)行熱量交換后再流經(jīng)原有的散熱系統(tǒng)。通過此種方式可以將空壓機(jī)壓縮空氣產(chǎn)生的巨大熱量最終轉(zhuǎn)化到循環(huán)水中，用于加熱常溫水。進(jìn)而可以將此部分熱水利用起來，用于員工洗浴，鍋爐補(bǔ)水預(yù)加熱以及反滲透水的制取，余熱回收系統(tǒng)將大大減少能源的消耗，節(jié)約成本。

2.2 采用壓力梯度調(diào)節(jié)或集控系統(tǒng)來控制多臺(tái)空壓機(jī)的啟停

所謂壓力梯度，是通過人為設(shè)定不同空壓機(jī)的啟停壓力，使空壓機(jī)系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行。壓力設(shè)置高的空壓機(jī)作為主力機(jī)，滿負(fù)荷運(yùn)行，如仍不能滿足末端用氣需求，導(dǎo)致系統(tǒng)壓力跌到下一區(qū)間時(shí)，作為備用的空壓機(jī)可自動(dòng)加載運(yùn)行。據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)顯示，每降低1 bar的壓力，可以帶來7%的能源節(jié)省。

集中控制系統(tǒng)可通過通訊接口，讀取空壓機(jī)和干燥機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，并控制空壓機(jī)和干燥機(jī)的啟停。根據(jù)系統(tǒng)壓力需要，自動(dòng)對(duì)相應(yīng)的壓縮機(jī)進(jìn)行加載或卸載控制，避免多臺(tái)機(jī)同時(shí)加卸載，減小壓縮空氣系統(tǒng)的壓力帶，從而顯著節(jié)省能源消耗，同時(shí)提供更穩(wěn)定的系統(tǒng)壓力輸出。

2.3 變頻節(jié)能改造

制藥企業(yè)使用壓縮空氣的設(shè)備較多，用氣量會(huì)隨生產(chǎn)過程時(shí)刻發(fā)生變化，導(dǎo)致整個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)的供氣壓力不穩(wěn)定。而普通空壓機(jī)工作模式為“加載/卸載”，當(dāng)系統(tǒng)壓力較高，空壓機(jī)處于卸載狀態(tài)時(shí)，空壓機(jī)不對(duì)外輸出有效壓縮空氣，但是仍需要消耗30%的能量，而這30%的能源就是被浪費(fèi)的部分。同時(shí)在用氣量頻繁波動(dòng)時(shí)，普通空壓機(jī)則出現(xiàn)頻繁加卸載的情況，也會(huì)對(duì)空壓機(jī)本體壽命造成影響。

通過對(duì)普通空壓機(jī)進(jìn)行變頻改造，或者直接采用變頻空壓機(jī)可大大減少壓縮空氣系統(tǒng)壓力的變化量。變頻空壓機(jī)可以根據(jù)用氣量的變化，通過調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，改變空壓機(jī)主機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，來滿足不同的用氣需要，保證系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。當(dāng)系統(tǒng)壓力過低，變頻空壓機(jī) “軟啟動(dòng)”，不會(huì)出現(xiàn)普通電機(jī)啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊而造成的能源的浪費(fèi)。當(dāng)空氣系統(tǒng)壓力過高，變頻空壓機(jī)直接停機(jī)，不存在空載過程，所以不存在空載造成的能量浪費(fèi)。

2.4 選用兩級(jí)壓縮節(jié)能型空氣壓縮機(jī)

與常規(guī)的雙螺桿空壓機(jī)不同，兩級(jí)壓縮節(jié)能型螺桿主機(jī)工作時(shí)，先由第一級(jí)主機(jī)把自然狀態(tài)下的空氣壓縮到一定壓力，經(jīng)冷卻油冷卻后，再進(jìn)入第二級(jí)主機(jī)將壓縮空氣壓縮到所需的壓力。這樣壓縮空氣在進(jìn)入二級(jí)壓縮階段前,就降低了溫度,大大節(jié)約了二級(jí)壓縮所需能量。使用兩級(jí)壓縮代替一級(jí)壓縮，可以取得較好的節(jié)能效果，其中上海英格索蘭壓縮機(jī)有限公司生產(chǎn)的二級(jí)壓縮空壓機(jī)相比于普通型壓縮機(jī)可帶來約15%的節(jié)能效果。

3 節(jié)能技術(shù)在制藥企業(yè)推廣的制約因素及對(duì)策措施

國內(nèi)外不少空壓機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，可為企業(yè)量身定制空壓機(jī)系統(tǒng)解決方案。但企業(yè)依舊對(duì)設(shè)備改造的積極性不高，主要受幾種因素制約：第一，改造涉及一系列工藝審批和驗(yàn)證，這些程序?qū)嵭休^復(fù)雜。改造期間停產(chǎn)停氣不但對(duì)生產(chǎn)進(jìn)度造成延遲，同時(shí)也將帶來一定經(jīng)濟(jì)損失。第二，雖然節(jié)能改造對(duì)企業(yè)具有長期節(jié)能效益，但效益顯現(xiàn)需要一定周期，且已進(jìn)行節(jié)能改造的企業(yè)數(shù)量較少，未形成規(guī)模示范效應(yīng)。第三，國內(nèi)外存在眾多節(jié)能公司，企業(yè)辨別技術(shù)服務(wù)水平有一定難度，也讓企業(yè)都對(duì)節(jié)能改造持觀望態(tài)度。

為了提高企業(yè)節(jié)能改造積極性，作為行政部門有必要進(jìn)行宏觀政策引導(dǎo)，加大宣傳鼓勵(lì)力度。第一，對(duì)企業(yè)改造進(jìn)行一定財(cái)政補(bǔ)貼，減稅降費(fèi)等措施，增強(qiáng)企業(yè)的環(huán)保意識(shí)，搭建起企業(yè)與節(jié)能公司的合作機(jī)制，努力促進(jìn)節(jié)能項(xiàng)目的推廣效率。第二，減少不必要的審批流程，完善企業(yè)環(huán)保項(xiàng)目審批流程的科學(xué)性，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，提升行政部門工作效率，并制定相關(guān)法律法規(guī)，使企業(yè)在進(jìn)行節(jié)能改造的同時(shí)有法可依，有規(guī)可循。第三，通過鼓勵(lì)，補(bǔ)貼，政策優(yōu)惠等途徑，推進(jìn)合同能源管理（EMC）項(xiàng)目，由第三方節(jié)能公司進(jìn)行前期資本投入，共享節(jié)能收益。在設(shè)備運(yùn)行一定期限之后，節(jié)能公司將設(shè)備所有權(quán)轉(zhuǎn)交企業(yè)，由企業(yè)來享有后續(xù)的節(jié)能收益。

4 結(jié)語

我國是能源投入產(chǎn)出比較低，空壓機(jī)的節(jié)能不但為企業(yè)帶來切身的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，且對(duì)社會(huì)帶來巨大的環(huán)境效益。但空壓機(jī)節(jié)能系統(tǒng)在制藥領(lǐng)域的應(yīng)用仍然面臨諸多的制約因素，如何引導(dǎo)企業(yè)有效的開展節(jié)能減排，使更多的企業(yè)有條件進(jìn)行科學(xué)的設(shè)備改造，是擺在我國行政部門面前的一大難題?？諌簷C(jī)系統(tǒng)的節(jié)能減排不但有利于減少我國能源消耗，也有利于提高企業(yè)能源投入的產(chǎn)出比。