Модернизация осушителей сжатого воздуха на фармацевтическом предприятии: переход на систему осушителей с адсорбентом с принудительной циркуляцией воздуха и нулевой продувкой

Кейс-стади: крупное фармацевтическое предприятие устранило проблемы влажности и загрязнения с помощью новых адсорбционных осушителей с регенерацией воздуходувкой (точка росы –40 °C, безмасляный воздух). Подробно описаны поставленное оборудование, монтаж и показатели окупаемости инвестиций (ROI).  

Информация о клиенте:  Yunnan Baiyao Group Co., Ltd. — ведущий фармацевтический производитель провинции Юньнань, выпускающий широкий ассортимент продукции, включая традиционные китайские лекарственные средства и современные фармацевтические препараты, часть из которых требует сверхчистого сухого сжатого воздуха. Существующая система сжатого воздуха предприятия обслуживала несколько производственных линий, однако устаревшие осушители более не соответствовали строгим требованиям стандарта ISO 8573-1 класса. Завод работает круглосуточно, и даже кратковременный простой приводит к значительным финансовым потерям и порче продукции.

Проблемные точки:  У клиента возникала повторяющаяся проблема загрязнения воздушных линий влагой. Существующие холодильные осушители иногда допускали унос конденсата, что создавало риск нарушения стерильности. Поскольку в исходной системе использовались небольшие осушители без подогрева, терялось огромное количество продувочного воздуха (20–25 % от производительности), что приводило к неоправданным энергозатратам. В пиковых летних условиях точка росы повышалась выше –20 °C, то есть выходила за пределы требуемых спецификаций. Клиенту требовалась модернизация осушителя, которая бы:

• Обеспечивала стабильную низкую точку росы (≤ –40 °C) при всех режимах нагрузки.
• Исключала потери продувочного воздуха (режим работы без продувки) для снижения энергопотребления.
• Гарантировала подачу воздуха, свободного от масла (поскольку маслосвободный винтовой компрессор, установленный на входе, не мог допустить риска загрязнения маслом).
• Размещалась в существующем помещении компрессорной станции без необходимости проведения масштабных работ по перепланировке трубопроводов.

Наше решение:  Мы предложили систему адсорбционного осушителя с регенерацией при помощи воздуходувки и двумя башнями  специально адаптированную под расход воздуха на данном предприятии. Объём поставки включал:

• Оборудование:  Четыре крупных осушителя модели HR-350SGRD  адсорбционные осушители (по 2100 м³/ч каждый, что эквивалентно 35 м³/мин) с регенерацией при помощи нагретого вентилятора. Каждый осушитель оснащён двумя башнями из нержавеющей стали, заполненными высокопроизводительным осушающим веществом (активированный глинозём и молекулярное сито). Регенерация осуществляется электрическим нагревателем (150–200 °C) в сочетании с высокоэффективным вентилятором, подающим окружающий воздух, что исключает необходимость использования сжатого воздуха на этапе продувки. Охлаждение достигается за счёт не нагретого окружающего воздуха, подаваемого тем же вентилятором. В результате практически нулевое потребление сжатого воздуха в процессе эксплуатации. Система способна стабильно обеспечивать точку росы по давлению ≤ –40 °C при стандартных условиях эксплуатации, соответствует классу 2 по ISO 8573-1 по содержанию воды.
• Фильтрация воздуха:  Поставлены предварительные и конечные фильтры (коалесцентные фильтры пищевого качества FDA, 0,01 мкм) для полного исключения переноса масла.
• Система управления:  Современный программируемый логический контроллер (PLC) компании Sigma Electric Controls управляет последовательностью переключения башен, контролирует точку росы (онлайн-датчик) и давление, а также оптимизирует скорость вращения воздуходувки. Для отображения состояния системы и сигнализации аварийных ситуаций предусмотрена сенсорная панель управления. Система интегрирована в распределённую систему управления предприятием (DCS) для удалённого мониторинга.
• Технические характеристики:  Осушители гарантируют достижение точки росы при избыточном давлении –40 °C при полной нагрузке (при частичной нагрузке возможна точка росы –70 °C) и обеспечивают качество воздуха без масла (класс ISO 1 после фильтров). Потребляемая мощность воздуходувки составляет всего 0,10 кВт на м³/мин, что значительно ниже потерь продувочного воздуха у осушителей без нагрева.
• Фильтрация воздуха:  Предварительные фильтры (фильтры твёрдых частиц с размером пор 0,01 мкм, выполненные из материалов, соответствующих требованиям FDA) удаляют остаточную пыль из трубопровода или частицы износа компрессора; фильтры после осушителя (с размером пор 0,01 мкм) задерживают возможные мелкие частицы адсорбента из осушительных башен, обеспечивая стерильное качество воздуха для фармацевтических линий.
• Система управления:  Современный программируемый логический контроллер (ПЛК) (например, Siemens S7-1200 или аналогичный) управляет последовательностью переключения башен, контролирует точку росы (онлайн-датчик) и давление, а также оптимизирует скорость работы воздуходувки. Сенсорный интерфейс человек–машина (HMI) отображает текущее состояние системы и сигнализирует о неисправностях. Система интегрирована в распределённую систему управления предприятием (DCS) для удалённого мониторинга.
• Технические характеристики:  Осушители обеспечивают стабильную точку росы по давлению ≤ –40 °C при полной нагрузке и типичных условиях окружающей среды. Мощность, потребляемая воздуходувкой регенерации, составляет обычно 0,10–0,12 кВт на 1 м³/мин производительности осушителя, что значительно ниже потерь сжатого воздуха при продувке, характерных для осушителей без подогрева (15–25 %). Качество выходного воздуха соответствует стандарту ISO 8573-1: класс 1 по содержанию масла (≤ 0,01 мг/м³) и класс 2 по содержанию воды (точка росы по давлению ≤ –40 °C).

Рисунок: Производственная линия чистых помещений на фармацевтическом предприятии (для иллюстрации).

Поставка и монтаж:  Проект осуществлялся в соответствии с установленным графиком: система проектирования и инженерные чертежи были утверждены в течение 4 недель. Заводские приемо-сдаточные испытания (FAT) собранных осушителей были завершены на нашем заводе до отгрузки. Поставка на объект состоялась через 3 недели после FAT. Монтаж (показан ниже) занял 2 недели: установка оборудования, прокладка трубопроводов, подключение электропитания и монтаж кабелей систем управления.

После завершения монтажа мы провели семидневный этап пусконаладочных работ и ввода в эксплуатацию, включая приемо-сдаточные испытания на объекте (SAT) и документирование квалификации эксплуатации (OQ) в соответствии со стандартами фармацевтической промышленности. Параметры (точка росы, энергопотребление) регистрировались автоматически и сразу же соответствовали установленным требованиям. Клиенту были предоставлены обучение операторов и окончательный акт приёмки.

Результаты / Преимущества:  Новые осушители без продувки полностью устранили все проблемы. Ключевые преимущества включают:

• Стабильная точка росы:  Теперь точка росы сжатого воздуха стабильно составляет –45 °C при полной нагрузке, а кратковременные пики не превышают –40 °C (ранее — –20 °C).
• Экономия энергии:  Устранение продувки сжатым воздухом позволило сократить потребление энергии на генерацию сжатого воздуха примерно на 15 % (то есть энергию, которая иначе была бы потрачена впустую на продувочный воздух). Измеренная мощность воздуходувки составляет лишь около 10 % дополнительной энергии компрессора, которую потреблял бы осушитель без подогрева из-за потерь на продувку. Оценка годовой экономии электроэнергии составляет ≈¥160,000 (на основе местного промышленного тарифа на электроэнергию — 0,8 юаня/кВт·ч). Для справки: устранение потерь на продувку обычно позволяет сэкономить 15–20 % энергии компрессора, что значительно превышает экономию в 10–12 %, обеспечиваемую методами рекуперации тепла.
• Уменьшенное обслуживание:  Цикл регенерации с помощью воздуходувки работает непрерывно при минимальном износе (отсутствует циклирование клапанов продувки). Срок службы адсорбента увеличен. В течение первых шести месяцев непрерывной круглосуточной эксплуатации не зафиксировано ни одного случая внепланового технического обслуживания или отказов, что свидетельствует о высокой надёжности.
• Устранение загрязнений:  При использовании безмасляных компрессоров и тонкой фильтрации заказчик отмечает, что ноль  с момента ввода в эксплуатацию не было зафиксировано ни одного случая попадания масла или влаги. Качество продукции улучшилось.

Заказчик очень доволен решением «под ключ». Показатели производительности  были зафиксированы для подтверждения рентабельности инвестиций: затраты на энергию снизились примерно на 12 %. По сравнению с предыдущими безтепловыми осушителями удельное энергопотребление новой системы (кВт на м³/мин) улучшилось на 50 %. Система окупилась менее чем за 3 года.

Как отметил один из инженеров завода: « Новые осушители обеспечивают стабильно сухой воздух и снижают потребление электроэнергии — именно это нам и требовалось. ”