压缩空气系统节能技术在制药行业的应用分析

胡樱子， 候温儒， 张贵宾

（1.大连海事大学专业学位教育学院， 辽宁 大连 116026；2.西安迪赛生物药业有限责任公司， 陕西 西安 710016；3.杜尔涂装系统工程有限公司， 上海 201709）

引言

随着我国经济的快速发展，能源消耗越来越大，对能源的进口依存度不断提高，能源安全与节能可持续发展是当今国家发展的重要原则。压缩空气作为第四大动力源在制药企业中应用广泛，主要用于生物原料制备，物料输送等。在制药企业中，压缩空气系统的能耗最高能达到全部能耗的40%，但压缩空气系统的总效率较低，只有20%左右。压缩空气系统存在着能源利用效率低，浪费严重的问题。因而在制药行业针对整个压缩空气系统进行研究并推广节能技术，对提升企业经济效益，降低能耗比有着重要意义。

现有学者针对节能减排技术在制药行业的应用分别进行了大量的研究。李永刚[1]结合河南利华制药公司的实际情况，对制药企业中的泵类、空压机等设备电机的变频改造及应用进行了研究。王晓东[2]以某制药企业离心式空压机为研究对象，结合实际运行工况等方面，对压缩机本体进行节能改造，实现了系统化的节能目标。孟宪晶[3]分别从洁净厂房节能设计、车间净化空调系统节能设计等方面研究了节能技术在制药企业的应用和发展。但是，现有文献对制药企业所用的压缩空气系统的节能方法，以及限制企业节能改造的制约因素等方面研究还不充分。

本文结合制药企业使用压缩空气系统的组成以及工作流程，提出几种切实可行的节能改造方案，为制药企业节能改造提供新思路。

1 压缩空气系统工作原理

制药行业常用的压缩空气系统由空压机主机，后处理设备（干燥机和过滤器），储气罐以及末端用气设备所组成。空气通过空气过滤器进入到空压机主机内，空压缩机主机内的阴阳转子会压缩空气体积，对这部分空气做功，使其势能增加。同时后处理设备通过不间断向主机内喷淋冷却油，对螺杆进行冷却和润滑。主机腔内产生的高温油气混合物在油气分离筒体内实现压缩空气与冷却油的分离。冷却油和压缩空气随后通过后冷却器进行冷却降温。

此时的压缩空气中含有大量的水气、冷却油微油滴以及粉尘等杂质。需要通过多重过滤器对杂质和微油滴进行过滤及干燥机除水后，进入储气罐进行存储，以备末端用气随时使用。

图1 压缩空气系统示意图

2 压缩空气系统节能方案

2.1 余热回收系统

由空压机工作原理可知，空压机运行中会产生大量的热量，并通过冷却器排出。在空压机后冷却器前添加热交换机，使冷却油在进入后冷却器前，首先和软化循环水进行热量交换后再流经原有的散热系统。通过此种方式可以将空压机压缩空气产生的巨大热量最终转化到循环水中，用于加热常温水。进而可以将此部分热水利用起来，用于员工洗浴，锅炉补水预加热以及反渗透水的制取，余热回收系统将大大减少能源的消耗，节约成本。

2.2 采用压力梯度调节或集控系统来控制多台空压机的启停

所谓压力梯度，是通过人为设定不同空压机的启停压力，使空压机系统节能运行。压力设置高的空压机作为主力机，满负荷运行，如仍不能满足末端用气需求，导致系统压力跌到下一区间时，作为备用的空压机可自动加载运行。据现有数据显示，每降低1 bar的压力，可以带来7%的能源节省。

集中控制系统可通过通讯接口，读取空压机和干燥机的运行参数，并控制空压机和干燥机的启停。根据系统压力需要，自动对相应的压缩机进行加载或卸载控制，避免多台机同时加卸载，减小压缩空气系统的压力带，从而显著节省能源消耗，同时提供更稳定的系统压力输出。

2.3 变频节能改造

制药企业使用压缩空气的设备较多，用气量会随生产过程时刻发生变化，导致整个压缩空气系统的供气压力不稳定。而普通空压机工作模式为“加载/卸载”，当系统压力较高，空压机处于卸载状态时，空压机不对外输出有效压缩空气，但是仍需要消耗30%的能量，而这30%的能源就是被浪费的部分。同时在用气量频繁波动时，普通空压机则出现频繁加卸载的情况，也会对空压机本体寿命造成影响。

通过对普通空压机进行变频改造，或者直接采用变频空压机可大大减少压缩空气系统压力的变化量。变频空压机可以根据用气量的变化，通过调节电机的转速，改变空压机主机内转子转速，来满足不同的用气需要，保证系统压力稳定。当系统压力过低，变频空压机 “软启动”，不会出现普通电机启动对电网的冲击而造成的能源的浪费。当空气系统压力过高，变频空压机直接停机，不存在空载过程，所以不存在空载造成的能量浪费。

2.4 选用两级压缩节能型空气压缩机

与常规的双螺杆空压机不同，两级压缩节能型螺杆主机工作时，先由第一级主机把自然状态下的空气压缩到一定压力，经冷却油冷却后，再进入第二级主机将压缩空气压缩到所需的压力。这样压缩空气在进入二级压缩阶段前,就降低了温度,大大节约了二级压缩所需能量。使用两级压缩代替一级压缩，可以取得较好的节能效果，其中上海英格索兰压缩机有限公司生产的二级压缩空压机相比于普通型压缩机可带来约15%的节能效果。

3 节能技术在制药企业推广的制约因素及对策措施

国内外不少空压机生产企业，可为企业量身定制空压机系统解决方案。但企业依旧对设备改造的积极性不高，主要受几种因素制约：第一，改造涉及一系列工艺审批和验证，这些程序实行较复杂。改造期间停产停气不但对生产进度造成延迟，同时也将带来一定经济损失。第二，虽然节能改造对企业具有长期节能效益，但效益显现需要一定周期，且已进行节能改造的企业数量较少，未形成规模示范效应。第三，国内外存在众多节能公司，企业辨别技术服务水平有一定难度，也让企业都对节能改造持观望态度。

为了提高企业节能改造积极性，作为行政部门有必要进行宏观政策引导，加大宣传鼓励力度。第一，对企业改造进行一定财政补贴，减税降费等措施，增强企业的环保意识，搭建起企业与节能公司的合作机制，努力促进节能项目的推广效率。第二，减少不必要的审批流程，完善企业环保项目审批流程的科学性，在保证产品质量的前提下，提升行政部门工作效率，并制定相关法律法规，使企业在进行节能改造的同时有法可依，有规可循。第三，通过鼓励，补贴，政策优惠等途径，推进合同能源管理（EMC）项目，由第三方节能公司进行前期资本投入，共享节能收益。在设备运行一定期限之后，节能公司将设备所有权转交企业，由企业来享有后续的节能收益。

4 结语

我国是能源投入产出比较低，空压机的节能不但为企业带来切身的经济价值，且对社会带来巨大的环境效益。但空压机节能系统在制药领域的应用仍然面临诸多的制约因素，如何引导企业有效的开展节能减排，使更多的企业有条件进行科学的设备改造，是摆在我国行政部门面前的一大难题。空压机系统的节能减排不但有利于减少我国能源消耗，也有利于提高企业能源投入的产出比。