制药企业在蒸汽和 空调系统的节能分析

作者:王滨江、李军、张耀玲(本文作者王滨江、张耀玲供职于上海海利生 文章来源:《制药业》 发布时间:2015-08-26

节能和应对气候变化是当前和未来一段时期我国面临的重大战略任务,也是上海率先转变发展方式的重要抓手和突破口,事关全局和长远发展。根据《上海市节能和应对气候变化“十二五”规划》,在“十二五”期间,上海市单位生产总值能源消耗降低18%,企业在节能减排方面面临巨大的压力和挑战。

制药企业的能耗设备种类繁多,除了制冷系统、蒸汽系统、压缩空气系统外,还有多种制药行业所独有的纯水系统、生产厂房的“微压”控制系统。新版GMP实施之后,对一些设备和生产条件提出了更高的要求,如何在满足生产要求的前提下,尽可能的降低能源消耗,这成了众多制药企业的头痛难题。企业各种设备使用规律各不相同,且运行时间长短不一,有的设备每日24小时、全年365天都运行,有的设备则需要定时运行。由于涉及到节能项目太多,无法一一阐述,本文结合本企业内的设备使用情况,着重阐述蒸汽冷凝水回收、制冷系统的变频控制节能措施。

现状分析

在制药企业,工业蒸汽和纯蒸汽是不可或缺的生产条件,主要用于产品的加热和设备的消毒。蒸汽主要由天然气等燃料加热产生,锅炉每年消耗大量的燃料费用。目前很多企业将蒸汽产生的冷凝水直接排放,这不仅污染了环境,还损失了大量的热量和宝贵的水资源。如果能够进行回收利用,既可以产生经济效益,也可以保护环境。

另外,空调系统作为GMP车间的关键设备,每年消耗大量的电能。目前众多企业的水泵和风机仍采用定频(工频)方式运转,无法根据环境温度的变化做出相应的调节,这就导致了大量的电能消耗。如果可以采取变频改造,将为企业节约大量的电费,降低企业的生产成本,提高产品的价格竞争优势。

为了实现企业的节能减排目标,本公司与英国斯派莎克公司和上海脉慧能源科技有限公司一起实施了众多的节能改造措施,取得了显著的节能效果。

节能措施分析

蒸汽冷凝水和不合格注射用水回收

制药企业需要用大量的工业蒸汽和纯蒸汽对原材料、器械和设备进行高温灭菌。伴随着工业蒸汽和纯蒸汽的使用,会大量的高温低压的蒸汽凝结水,这部分高温冷凝水在一般情况下,都是通过疏水阀作为废水直接排到了室外。但是,通过疏水阀排放的这部分蒸汽凝结水处于汽水混合物状态,仍然具有很高的热量,温度都在80 ℃左右,直接排放,使得这部分热量白白浪费,同时也对周围环境造成污染。

同时,作为制水设备的注射用水发生器和纯蒸汽发生器是工业蒸汽使用量比较大的设备,并且注射用水发生器在生产过程中所产生的不合格注射用水就是高温的纯化水,水质比一般的锅炉用软化水要高很多,但是一般情况下也是白白排掉。所以我们把这部分不合格水也进行了回收。

本项目有3台2.5 t/h的注射用水发生器和2台1.5 t/h的纯蒸汽发生器,每天产生大量的高温冷凝水和不合格注射水,将这些高温水通过不锈钢管道收集到英国斯派莎克公司生产的专门用于回收高温冷凝水的机械泵里,通过机械泵将收集的高温冷凝水通过特制的阳离子软水再处理装置,输送到锅炉的软水箱中,作为锅炉生产工业蒸汽的原料水使用。

收集到锅炉软水箱中的热水温度仍然可以维持在80 ℃以上,这样用80 ℃热水替代20 ℃的常温水作为蒸汽燃气锅炉的原料水生产工业蒸汽,节约了锅炉把水从20 ℃加热到80 ℃的过程,缩短了将水加热变为饱和工业蒸汽的过程,减少了锅炉燃烧器的燃烧时间,从而节约了燃烧器运行所需要的天然气用量,节能的效果十分明显。

中央空调系统变频节能

对于GMP车间,为维持净化厂房的正常运行,保证正常生产所需要的净化级别和洁净度,净化厂房必须进行连续运转。所以,中央空调是公司各种运行设备中的耗电大户之一,中央空调的节能改造显得尤为重要。

中央空调主要有两大部分组成:冷冻水及冷却水系统和通风系统。

变频节电效果简图

由于设计院在为公司进行厂房设计时,一般中央空调系统必须按天气最热、负荷最大的工况进行设计,并且一般还会留 10%~20%设计余量。然而实际上绝大部分时间空调是不会运行在满负荷状态下,这样就存在较大的富余。

根据现场实际测试,中央空调设备90%的时间在70%负荷以下波动运行,所以实际平均负荷小于设备满负荷,特别是冷气需求量较少的情况下,主机实际负荷量就更低。这样就使得空调机组的两个水循环系统长期处于“大流量小温差”的现象,使大量的电能白白浪费。造成实际需要负荷与最大功率输出之间的矛盾,给中央空调使用单位造成巨额电费支出,增加了运营成本。

按照GMP的规定,净化厂房必须24 h保证规定的压差,以保证进化厂房内的无菌状态。空调风机虽然单台的功率不高,但是由于数量众多,导致总的功率较大,本工厂二期厂房空调风机的总功率达到500 KW。

本工厂现有3台制冷量为1 376 KW的水冷螺杆冷水机组和3台制冷量为385 KW的低温螺杆冷水机组。对相应的冷却水泵、冷冻水泵和空调风机进行变频改造,使得系统能够根据环境温度的变化自动调整,降低电机的电耗。

经过改造之后,每年节约130万度电,直接节省资金91万元,一年内可以收回投资,节能效果显著。

小结

与其它行业相比,制药企业在空调和蒸汽系统的要求比较高,其所占企业的能耗比重也比较大。为了实现节能减排指标,降低企业运行成本,本文对制药企业的蒸汽冷凝水、注射水废水和空调系统进行了节能措施的阐述。对蒸汽冷凝水和注射水废水进行回收,作为锅炉的补水使用;对空调系统的水泵和风机进行变频改造,使水泵和风机的转速根据实际负荷的需要自动调节,从而降低电耗。

经过以上节能改造之后,蒸汽锅炉的天然气消耗费用每年可降低20万元,空调系统的电耗每年可降低91万元,两项节能措施总计可以节约110万元,投资回收在1年以内,节能效果非常显著。

希望我厂的节能措施能够对同行有所启发和借鉴,共同推动行业的节能减排行动,既保护大气环境,又为企业降低运行成本,一举两得。

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功能/优点

● 探头可耐受高温灭菌温度至180 ℃(356 °F)的灭菌过程;

● 可对安装探头的恒温箱进行灭菌处理——节省时间,降低交叉污染风险;

● 采用新一代CARBOCAP®传感器,具有耐热性和卓越的长期稳定性;

● 专为二氧化碳恒温箱的OEM应用而设计–可提供安装方案;

● 针对5% CO2测量浓度优化设计的二氧化碳传感器,量程范围可达20% CO2;

● 4点NIST二氧化碳可追溯校准(含证书);

● 内部压力及温度测量提升精度及稳定性;

● 全温度及压力补偿设计;

● 传感器头部抗冷凝加热设计

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