壓縮空氣系統節能技術在制藥行業的應用分析

胡櫻子， 候溫儒， 張貴賓

（1.大連海事大學專業學位教育學院， 遼寧 大連 116026；2.西安迪賽生物藥業有限責任公司， 陜西 西安 710016；3.杜爾涂裝系統工程有限公司， 上海 201709）

引言

隨著我國經濟的快速發展，能源消耗越來越大，對能源的進口依存度不斷提高，能源安全與節能可持續發展是當今國家發展的重要原則。壓縮空氣作為第四大動力源在制藥企業中應用廣泛，主要用于生物原料制備，物料輸送等。在制藥企業中，壓縮空氣系統的能耗最高能達到全部能耗的40%，但壓縮空氣系統的總效率較低，只有20%左右。壓縮空氣系統存在著能源利用效率低，浪費嚴重的問題。因而在制藥行業針對整個壓縮空氣系統進行研究并推廣節能技術，對提升企業經濟效益，降低能耗比有著重要意義。

現有學者針對節能減排技術在制藥行業的應用分別進行了大量的研究。李永剛[1]結合河南利華制藥公司的實際情況，對制藥企業中的泵類、空壓機等設備電機的變頻改造及應用進行了研究。王曉東[2]以某制藥企業離心式空壓機為研究對象，結合實際運行工況等方面，對壓縮機本體進行節能改造，實現了系統化的節能目標。孟憲晶[3]分別從潔凈廠房節能設計、車間凈化空調系統節能設計等方面研究了節能技術在制藥企業的應用和發展。但是，現有文獻對制藥企業所用的壓縮空氣系統的節能方法，以及限制企業節能改造的制約因素等方面研究還不充分。

本文結合制藥企業使用壓縮空氣系統的組成以及工作流程，提出幾種切實可行的節能改造方案，為制藥企業節能改造提供新思路。

1 壓縮空氣系統工作原理

制藥行業常用的壓縮空氣系統由空壓機主機，后處理設備（干燥機和過濾器），儲氣罐以及末端用氣設備所組成。空氣通過空氣過濾器進入到空壓機主機內，空壓縮機主機內的陰陽轉子會壓縮空氣體積，對這部分空氣做功，使其勢能增加。同時后處理設備通過不間斷向主機內噴淋冷卻油，對螺桿進行冷卻和潤滑。主機腔內產生的高溫油氣混合物在油氣分離筒體內實現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行冷卻降溫。

此時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。需要通過多重過濾器對雜質和微油滴進行過濾及干燥機除水后，進入儲氣罐進行存儲，以備末端用氣隨時使用。

圖1 壓縮空氣系統示意圖

2 壓縮空氣系統節能方案

2.1 余熱回收系統

由空壓機工作原理可知，空壓機運行中會產生大量的熱量，并通過冷卻器排出。在空壓機后冷卻器前添加熱交換機，使冷卻油在進入后冷卻器前，首先和軟化循環水進行熱量交換后再流經原有的散熱系統。通過此種方式可以將空壓機壓縮空氣產生的巨大熱量最終轉化到循環水中，用于加熱常溫水。進而可以將此部分熱水利用起來，用于員工洗浴，鍋爐補水預加熱以及反滲透水的制取，余熱回收系統將大大減少能源的消耗，節約成本。

2.2 采用壓力梯度調節或集控系統來控制多臺空壓機的啟停

所謂壓力梯度，是通過人為設定不同空壓機的啟停壓力，使空壓機系統節能運行。壓力設置高的空壓機作為主力機，滿負荷運行，如仍不能滿足末端用氣需求，導致系統壓力跌到下一區間時，作為備用的空壓機可自動加載運行。據現有數據顯示，每降低1 bar的壓力，可以帶來7%的能源節省。

集中控制系統可通過通訊接口，讀取空壓機和干燥機的運行參數，并控制空壓機和干燥機的啟停。根據系統壓力需要，自動對相應的壓縮機進行加載或卸載控制，避免多臺機同時加卸載，減小壓縮空氣系統的壓力帶，從而顯著節省能源消耗，同時提供更穩定的系統壓力輸出。

2.3 變頻節能改造

制藥企業使用壓縮空氣的設備較多，用氣量會隨生產過程時刻發生變化，導致整個壓縮空氣系統的供氣壓力不穩定。而普通空壓機工作模式為“加載/卸載”，當系統壓力較高，空壓機處于卸載狀態時，空壓機不對外輸出有效壓縮空氣，但是仍需要消耗30%的能量，而這30%的能源就是被浪費的部分。同時在用氣量頻繁波動時，普通空壓機則出現頻繁加卸載的情況，也會對空壓機本體壽命造成影響。

通過對普通空壓機進行變頻改造，或者直接采用變頻空壓機可大大減少壓縮空氣系統壓力的變化量。變頻空壓機可以根據用氣量的變化，通過調節電機的轉速，改變空壓機主機內轉子轉速，來滿足不同的用氣需要，保證系統壓力穩定。當系統壓力過低，變頻空壓機 “軟啟動”，不會出現普通電機啟動對電網的沖擊而造成的能源的浪費。當空氣系統壓力過高，變頻空壓機直接停機，不存在空載過程，所以不存在空載造成的能量浪費。

2.4 選用兩級壓縮節能型空氣壓縮機

與常規的雙螺桿空壓機不同，兩級壓縮節能型螺桿主機工作時，先由第一級主機把自然狀態下的空氣壓縮到一定壓力，經冷卻油冷卻后，再進入第二級主機將壓縮空氣壓縮到所需的壓力。這樣壓縮空氣在進入二級壓縮階段前,就降低了溫度,大大節約了二級壓縮所需能量。使用兩級壓縮代替一級壓縮，可以取得較好的節能效果，其中上海英格索蘭壓縮機有限公司生產的二級壓縮空壓機相比于普通型壓縮機可帶來約15%的節能效果。

3 節能技術在制藥企業推廣的制約因素及對策措施

國內外不少空壓機生產企業，可為企業量身定制空壓機系統解決方案。但企業依舊對設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證，這些程序實行較復雜。改造期間停產停氣不但對生產進度造成延遲，同時也將帶來一定經濟損失。第二，雖然節能改造對企業具有長期節能效益，但效益顯現需要一定周期，且已進行節能改造的企業數量較少，未形成規模示范效應。第三，國內外存在眾多節能公司，企業辨別技術服務水平有一定難度，也讓企業都對節能改造持觀望態度。

為了提高企業節能改造積極性，作為行政部門有必要進行宏觀政策引導，加大宣傳鼓勵力度。第一，對企業改造進行一定財政補貼，減稅降費等措施，增強企業的環保意識，搭建起企業與節能公司的合作機制，努力促進節能項目的推廣效率。第二，減少不必要的審批流程，完善企業環保項目審批流程的科學性，在保證產品質量的前提下，提升行政部門工作效率，并制定相關法律法規，使企業在進行節能改造的同時有法可依，有規可循。第三，通過鼓勵，補貼，政策優惠等途徑，推進合同能源管理（EMC）項目，由第三方節能公司進行前期資本投入，共享節能收益。在設備運行一定期限之后，節能公司將設備所有權轉交企業，由企業來享有后續的節能收益。

4 結語

我國是能源投入產出比較低，空壓機的節能不但為企業帶來切身的經濟價值，且對社會帶來巨大的環境效益。但空壓機節能系統在制藥領域的應用仍然面臨諸多的制約因素，如何引導企業有效的開展節能減排，使更多的企業有條件進行科學的設備改造，是擺在我國行政部門面前的一大難題。空壓機系統的節能減排不但有利于減少我國能源消耗，也有利于提高企業能源投入的產出比。