Modernizácia sušičiek stlačeného vzduchu v liekárskom závode na systém adsorpčných sušičiek so vzduchovým ventilátorom bez purgovania

Prípadová štúdia: Veľký liekársky závod vyriešil problémy s vlhkosťou a kontamináciou pomocou nových adsorpčných sušičiek regenerovaných ventilátorom (rosný bod –40 °C, bez oleja). Podrobnosti o dodanom zariadení, inštalácii a ukazovateľoch návratnosti investícií (ROI).  

Pozadie klienta:  Yunnan Baiyao Group Co., Ltd., vedúci výrobca farmaceutických výrobkov v provincii Jün-nan, vyrába široké spektrum produktov vrátane tradičnej čínskej medicíny a moderných farmaceutických výrobkov, niektoré z ktorých vyžadujú ultračistý, suchý stlačený vzduch. Stávajúci systém stlačeného vzduchu zákazníka obsluhoval viacero výrobných línií, avšak opotrebované sušičky už nedokázali spĺňať prísne požiadavky normy ISO 8573-1. Závod je prevádzkovaný 24 hodín denne, 7 dní v týždni a dokonca aj krátky výpadok spôsobuje obrovské straty a odpad výrobkov.

Bolové body:  Zákazník čelil opakujúcej sa kontaminácii vzduchových vedení vlhkosťou. Existujúce chladiace sušičky občas umožňovali prenos kondenzátu, čo ohrozovalo sterilitu. Keďže pôvodný systém využíval malé suché sušičky bez ohrevu, dochádzalo k obrovským stratám vyfukovacieho vzduchu (20–25 % prietoku), čo spôsobovalo energetické straty. V extrémnych letných podmienkach sa rosný bod zvýšil nad –20 °C, čo je pod špecifikovanou hodnotou. Zákazník potreboval modernizáciu sušičky, ktorá by:

• Dosiahla stabilný nízky rosný bod (≤ –40 °C) za všetkých prevádzkových zaťažení.
• Eliminovala straty vyfukovacieho vzduchu (prevádzka bez vyfukovania) na zníženie spotreby energie.
• Zabezpečila olejový vzduch (keďže olejový špirálový kompresor vzduchu umiestnený v predchádzajúcej časti systému nemohol riskovať kontamináciu).
• Zapadla do existujúcej priestorovej úpravy kompresorového sálneho priestoru bez väčších zmien v potrubí.

Náš riešenie:  Navrhli sme adsorpčný sušič s regeneráciou pomocou ventilátora a dvojvežovou konštrukciou  prispôsobený prietoku v továrni. Rozsah dodávky zahŕňal:

• Vybavenie:  Štyri veľké modely HR-350SGRD  adsorpčné sušičky (2100 m³/h každá, čo zodpovedá 35 m³/min) s regeneráciou pomocou vyhrievaného ventilátora. Každá sušička má dve veže z nehrdzavejúcej ocele naplnené vysokovýkonným suchým prostredím (aktivovaná hliníková oxidová zmes + molekulové sito). Regenerácia sa vykonáva elektrickým ohrievačom (150–200 °C) v kombinácii s vysokoúčinným ventilátorom, ktorý nasáva okolitý vzduch, čím sa eliminuje potreba stlačeného vzduchu počas procesu purgácie. Chladenie sa dosahuje pomocou neohrievaného okolitého vzduchu cez rovnaký ventilátor. V dôsledku toho sa počas prevádzky spotrebuje takmer nulové množstvo stlačeného vzduchu. Systém je schopný konzistentne dosiahnuť bod rosy pod tlakom ≤ –40 °C za štandardných prevádzkových podmienok, čím spĺňa požiadavky normy ISO 8573-1 triedy 2 na obsah vody.
• Filtračný systém pre vzduch:  Boli dodané predfiltr a postranný filter (koalescenčné filtre triedy FDA s účinnosťou 0,01 μm), aby sa zabezpečilo úplné odstránenie oleja.
• Ovládací systém:  Pokročilý PLC riadiaci systém (Sigma Electric Controls) riadi prepínanie veží, monitoruje rosný bod (online senzor) a tlak a optimalizuje rýchlosť ventilátora. Pre zobrazenie stavu a poplachov bolo poskytnuté dotykové rozhranie. Systém je integrovaný do DCS závodu na diaľkové monitorovanie.
• Technické špecifikácie:  Sušičky zaručujú rosný bod pod tlakom –40 °C pri plnom zaťažení (pri čiastkovom zaťažení je možný rosný bod –70 °C) s kvalitou vzduchu bez oleja (ISO trieda 1 po filtroch). Ventilátor spotrebuje len 0,10 kW na m³/min, čo je výrazne menej ako straty purgovaného vzduchu u sušičiek bez ohrevu.
• Filtračný systém pre vzduch:  Predfiltre (časticové filtre s účinnosťou 0,01 μm, materiály vyhovujúce požiadavkám FDA) odstraňujú akýkoľvek zvyškový prach z potrubia alebo častice opotrebovania kompresora; postranné filtre (0,01 μm) zachytávajú potenciálne jemné častice suchového prostredia z veží sušičky, čím zabezpečujú sterilnú kvalitu vzduchu pre farmaceutické linky.
• Ovládací systém:  Pokročilý PLC regulátor (napr. Siemens S7-1200 alebo ekvivalent) riadi prepnutie veží, monitoruje rosný bod (online senzor) a tlak a optimalizuje rýchlosť ventilátora. Dotyková obrazovka HMI zobrazuje stav a poplachy. Systém je integrovaný do DCS závodu na diaľkové monitorovanie.
• Technické špecifikácie:  Sušičky zaručujú stabilný tlakový rosný bod ≤ –40 °C pri plnom zaťažení a typických vonkajších podmienkach. Regeneračný ventilátor spotrebuje zvyčajne 0,10–0,12 kW na m³/min kapacity sušičky, čo je výrazne menej ako straty stlačeného vzduchu pri bezteplotnej sušičke, ktoré predstavujú 15–25 %. Kvalita výstupného vzduchu spĺňa normu ISO 8573-1 trieda 1 pre olej (≤ 0,01 mg/m³) a trieda 2 pre vlhkosť (≤ –40 °C PDP).

Obrázok: Výrobná linka čistých miestností v farmaceutickej výrobnej prevádzke (na ilustráciu).

Dodávka a inštalácia:  Projekt sledoval štruktúrovaný časový plán: návrh systému a technické výkresy boli schválené do 4 týždňov. Skúšky prijatia výrobku (FAT) zostavených sušičiek boli dokončené v našom závode pred expedíciou. Dodávka na miesto sa uskutočnila 3 týždne po FAT. Inštalácia (znázornená nižšie) trvala 2 týždne: montáž, potrubné pripojenia, elektrické pripojenia a zapojenie riadiaceho systému.

Po inštalácii sme vykonali 7-dňovú fázu uvádzania do prevádzky a uvedenia do prevádzky, vrátane skúšok prijatia na mieste (SAT) a dokumentovania kvalifikácie prevádzky (OQ) v súlade so štandardmi pre farmaceutický priemysel. Parametre (rosný bod, spotreba energie) boli zaznamenané a okamžite preukázali splnenie požiadaviek. Zákazníkovi sme poskytli školenie obsluhy a finálnu správu o prijatí.

Výsledky / výhody:  Nové sušičky bez odvzdušňovania vyriešili všetky problémy. Kľúčové výhody zahŕňajú:

• Stabilný rosný bod:  Rosný bod vzduchu je teraz za plného zaťaženia stále –45 °C, pričom vrcholy stále zostávajú pod –40 °C (predtým –20 °C).
• Úspora energie:  Odstránenie odvlhčovania stlačeným vzduchom eliminuje približne 15 % energie potrebnej na výrobu stlačeného vzduchu (t. j. energiu, ktorá by inak bola stratená ako odvlhčovací vzduch). Meraný príkon ventilátora predstavuje len približne 10 % dodatočnej energie kompresora, ktorú by spotreboval suchý chladič bez zásahu tepla kvôli stratám odvlhčovacieho vzduchu. Odhadované ročné úspory elektrickej energie sú ≈¥160,000 (na základe miestnej priemyselnej tarify za elektrinu 0,8 ¥/kWh). Pre porovnanie: odstránenie straty odvlhčovacieho vzduchu zvyčajne ušetrí 15–20 % energie kompresora, čo je výrazne viac ako úspory 10–12 % dosiahnuté metódami zotavenia tepla.
• Zmenšené údržby:  Cyklus regenerácie pomocou ventilátora prebieha neustále s minimálnym opotrebovaním (bez cyklenia odvlhčovacích ventilov). Životnosť suchých činidiel sa predĺži. Počas prvých šiestich mesiacov nepretržitej prevádzky 24/7 nedošlo k žiadnym neplánovaným údržbám ani poruchám, čo naznačuje vysokú spoľahlivosť.
• Eliminácia kontaminácie:  Zákazník uvádza, že pri použití kompresorov bez oleja a jemnej filtrácie nula  nedošlo k žiadnym incidentom s olejom alebo vlhkosťou od uvedenia do prevádzky. Kvalita výrobkov sa zlepšila.

Zákazník je veľmi spokojný s kompletným riešením. Metriky výkonnosti  boli zaznamenané, aby sa preukázala návratnosť investície: náklady na energiu klesli približne o 12 %. V porovnaní s predchádzajúcimi suchými chladičmi bez ohrevu sa špecifická spotreba energie nového systému (kW na m³/min) zlepšila o 50 %. Systém sa vrátil do investície za menej ako 3 roky.

Ako povedal jeden technik z výrobného závodu: „ Nové suché chladiče dodávajú veľmi kvalitný suchý vzduch a znížili našu spotrebu elektrickej energie – presne to, čo sme potrebovali. ”