Modernizacja suszarek do sprężonego powietrza w zakładzie farmaceutycznym – przejście na system suszarek adsorpcyjnych z dmuchawą bez odpływu

Studium przypadku: duży zakład farmaceutyczny rozwiązał problemy związane z wilgocią i zanieczyszczeniami dzięki nowym suszarkom adsorpcyjnym z regeneracją za pomocą dmuchawy (punkt rosy –40 °C, bezolejowe). Szczegóły dotyczące dostarczonego sprzętu, montażu oraz wskaźników zwrotu z inwestycji (ROI).  

Tło klienta:  Yunnan Baiyao Group Co., Ltd., wiodący producent produktów farmaceutycznych w prowincji Yunnan, wytwarza szeroką gamę produktów, w tym tradycyjne chińskie leki oraz nowoczesne produkty farmaceutyczne, dla których wymagane jest nadzwyczaj czyste i suche sprężone powietrze. Istniejący system powietrza w zakładzie obsługiwał wiele linii produkcyjnych, jednak zużyte suszarki nie były już w stanie spełniać surowych wymagań normy ISO 8573-1 klasy. Zakład działa 24 godziny na dobę, a nawet krótkotrwała przerwa w pracy powoduje ogromne straty oraz marnowanie produktów.

Ból Punktów:  Klient doświadczał powtarzających się przypadków zanieczyszczenia przewodów powietrza wilgocią. Istniejące suszarki chłodzone dopuszczają czasem przenoszenie skroplin, co zagraża sterylności. Ponieważ oryginalny system wykorzystywał małe suszarki bezcieplne, znaczne ilości powietrza purgingowego były tracone (20–25% przepływu), powodując marnowanie energii. W warunkach szczytowych temperatur letnich punkt rosy wzrastał powyżej –20 °C, co było poniżej wymaganej specyfikacji. Klient potrzebował modernizacji suszarki, która spełniałaby następujące kryteria:

• Osiągała stabilny niski punkt rosy (≤ –40 °C) przy wszystkich warunkach obciążenia.
• Eliminowała utratę powietrza purgingowego (działanie bez purgingu), aby zmniejszyć zużycie energii.
• Zapewniała powietrze wolne od oleju (ponieważ umieszczony w górnej części układu sprężarka śrubowa bezolejowa nie mogła być narażona na ryzyko zanieczyszczenia).
• Miała zmieścić się w istniejącej układzie pomieszczenia sprężarek bez konieczności dokonywania istotnych zmian w instalacji rurociągów.

Nasze rozwiązanie:  Zaproponowaliśmy suszarkę adsorpcyjną z regeneracją za pomocą dmuchawy i dwoma wieżami  dostosowaną do przepływu w zakładzie. Zakres dostawy obejmował:

• Wyposażenie:  Cztery duże modele HR-350SGRD  suszniki adsorpcyjne (po 2100 m³/h, co odpowiada 35 m³/min) z regeneracją wspomaganą nagrzewanym dmuchawą. Każdy susznik wyposażony jest w dwie wieże ze stali nierdzewnej wypełnione wysokowydajnym środkiem osuszającym (aktywowana glinokrzemianowa żelaza + sito molekularne). Regeneracja odbywa się przy użyciu grzałki elektrycznej (150–200 °C) połączonej z wysoce wydajną dmuchawą pobierającą powietrze otoczenia, co eliminuje konieczność stosowania powietrza sprężonego w trakcie procesu odsysania. Chłodzenie realizowane jest za pomocą nieogrzewanego powietrza otoczenia przez tę samą dmuchawę. W rezultacie zużycie powietrza sprężonego w trakcie pracy jest praktycznie zerowe. System umożliwia uzyskanie stałej temperatury punktu rosy ciśnieniowej ≤ –40 °C w standardowych warunkach eksploatacyjnych, spełniając wymagania normy ISO 8573-1 klasy 2 dotyczące zawartości wody.
• Filtracja powietrza:  Dostarczono filtry wstępne i końcowe (koalescencyjne filtry klasy FDA o stopniu filtracji 0,01 μm), zapewniające całkowite wykluczenie przenoszenia oleju.
• System kontrolny:  Zaawansowany sterownik PLC (Sigma Electric Controls) kontroluje przełączanie wież, monitoruje punkt rosy (czujnik online) oraz ciśnienie oraz optymalizuje prędkość dmuchawy. Do wyświetlania stanu systemu i alarmów dostarczono interfejs dotykowy. System jest zintegrowany z systemem DCS zakładu w celu zdalnego monitoringu.
• Specyfikacje wydajnościowe:  Susarki gwarantują punkt rosy pod ciśnieniem na poziomie –40 °C przy pełnym obciążeniu (przy częściowym obciążeniu możliwy jest punkt rosy –70 °C) przy jakości powietrza bezolejowego (klasa ISO 1 po filtrach). Dmuchawa pobiera zaledwie 0,10 kW na m³/min, co jest znacznie mniej niż straty purgingowe susarek bezcieplnych.
• Filtracja powietrza:  Filtry wstępne (filtry cząstek o rozmiarze 0,01 μm, wykonane z materiałów zgodnych z wymaganiami FDA) usuwają pozostałe cząstki pyłu z rurociągów lub zużyte cząstki pochodzące z kompresora; filtry końcowe (o rozmiarze cząstek 0,01 μm) pozwalają usunąć potencjalne drobinki sucharu z wież suszących, zapewniając powietrze o jakości sterylnego stopnia dla linii farmaceutycznych.
• System kontrolny:  Zaawansowany sterownik PLC (np. Siemens S7-1200 lub odpowiednik) steruje sekwencją przełączania wież, monitoruje punkt rosy (czujnik online) i ciśnienie oraz optymalizuje prędkość dmuchawy. Ekran dotykowy HMI wyświetla stan systemu i alarmy. System jest zintegrowany z systemem DCS zakładu w celu zdalnego monitorowania.
• Specyfikacje wydajnościowe:  Susarki zapewniają stabilny ciśnieniowy punkt rosy na poziomie ≤ –40 °C przy pełnym obciążeniu i typowych warunkach otoczenia. Dmuchawa regeneracyjna pobiera zwykle 0,10–0,12 kW na m³/min mocy susarki, co jest znacznie mniej niż straty powietrza sprężonego wynoszące 15–25% w przypadku susarek bez ogrzewania. Jakość powietrza wyjściowego spełnia normę ISO 8573-1: klasa 1 dla oleju (≤ 0,01 mg/m³) oraz klasa 2 dla wilgoci (≤ –40 °C PDP).

Rysunek: Linia produkcyjna do pomieszczeń czystych w obiekcie farmaceutycznym (do ilustracji).

Dostawa i montaż:  Projekt przebiegał zgodnie ze strukturalnym harmonogramem: projekt systemu i rysunki inżynieryjne zostały zatwierdzone w ciągu 4 tygodni. Testy akceptacyjne fabryczne (FAT) zmontowanych suszarek zostały przeprowadzone w naszej fabryce przed wysyłką. Dostawa na miejsce odbyła się 3 tygodnie po przeprowadzeniu testów FAT. Montaż (przedstawiony poniżej) trwał 2 tygodnie: zamocowanie, prowadzenie rurociągów, podłączenia elektryczne oraz okablowanie sterujące.

Po zakończeniu montażu przeprowadziliśmy 7-dniową fazę uruchomienia i wprowadzania do eksploatacji, obejmującą testy akceptacyjne na miejscu (SAT) oraz dokumentację kwalifikacji eksploatacyjnej (OQ) zgodnie ze standardami farmaceutycznymi. Parametry (punkt rosy, zużycie energii) były rejestrowane i od razu spełniały wymagane normy. Przeprowadzono szkolenie operatorów oraz dostarczono klientowi końcowy raport akceptacyjny.

Wyniki / Korzyści:  Nowe suszarki bez odpływu rozwiązały wszystkie problemy. Kluczowe korzyści obejmują:

• Stabilny punkt rosy:  Punkt rosy powietrza wynosi teraz stałe –45°C przy pełnym obciążeniu, a szczyty pozostają nadal poniżej –40°C (wcześniej wynosił on –20°C).
• Oszczędność energii:  Usunięcie oczyszczania sprężonym powietrzem pozwoliło na oszczędzenie ok. 15% energii zużywanej do wytwarzania sprężonego powietrza (czyli energii, która w przeciwnym razie została by zmarnowana jako powietrze oczyszczające). Zmierzona moc dmuchawy stanowi jedynie ok. 10% dodatkowej energii elektrycznej, jaką zużywałby suszarka bezgrzewcowa z powodu strat powietrza oczyszczającego. Szacunkowa roczna oszczędność energii elektrycznej wynosi ≈¥160,000 (na podstawie lokalnej ceny przemysłowej energii elektrycznej w wysokości 0,8 ¥/kWh). Dla porównania: eliminacja strat związanych z oczyszczaniem pozwala zwykle zaoszczędzić 15–20% energii zużywanej przez sprężarki, co jest znacznie więcej niż oszczędności wynikające z metod odzysku ciepła (10–12%).
• Zmniejszony koszt konserwacji:  Cykl regeneracji z wykorzystaniem dmuchawy przebiega w sposób ciągły przy minimalnym zużyciu (brak cyklowania zaworów oczyszczających). Życie adsorbentu zostało wydłużone. W ciągu pierwszych sześciu miesięcy nieprzerwanej pracy 24/7 nie wystąpiły żadne awarie ani konieczność serwisu poza harmonogramem, co świadczy o wysokiej niezawodności.
• Eliminacja zanieczyszczeń:  Dzięki sprężarkom bezolejowym oraz dokładnej filtracji klient stwierdził, że zero  nie wystąpiły żadne incydenty związane z olejem lub wilgocią od momentu wprowadzenia instalacji do eksploatacji. Jakość produktu uległa poprawie.

Klient jest bardzo zadowolony z rozwiązania klucz-w-rękę. Wskaźniki wydajności  zostały zarejestrowane w celu udowodnienia zwrotu z inwestycji: koszty energii obniżyły się o ok. 12%. W porównaniu z poprzednimi suszarkami bez ogrzewania zużycie energii nowego systemu (kW na m³/min) poprawiło się o 50%. System spłacił się w ciągu <3 lat.

Jak stwierdził jeden z inżynierów zakładu: „ Nowe suszarki zapewniają niezawodne, suche powietrze i zmniejszają nasze zużycie energii elektrycznej – dokładnie to, czego potrzebowaliśmy. ”