引言

制造业迅猛发展背景下，制药提取是生产的一个重要环节，直接影响产品质量、产量。但这一环节会消耗较高能源，特别是使用蒸汽能源，一方面会让企业花销更多资金成本，另一方面造成能源供应紧张，进而为环境保护带来一定压力。随着节能减排理念的深化，制药行业也开始探寻有效的节能技术，而蒸汽蓄热器作为一种前沿装置，具有非常好的能量调节功能、存储功能，在优化制药提取设备能源层面有诸多优势。因此相关人员需清楚蒸汽蓄热器原理和结构，从多维度开展基于蒸汽蓄热器的制药提取设备节能技术研究和运用，一方面助力制药领域朝着绿色、高效方向进步，另一方面尽早实现节能降耗目标。

1 蒸汽蓄热器的工作原理与结构

1.1 工作原理

蒸汽蓄热器主要借助蒸汽的相变潜热开展能量储存与释放，内部装填了一定量的水当作蓄热介质，要是有多余蒸汽进行输入，高温蒸汽进入蓄热器里，跟水接触蒸汽迅速地凝聚成水液，排出大量的汽化潜热，让蓄热器内部的水温升高，实现热能的囤储^[1]。若制药提取设备需要蒸汽，采用调节蓄热器出口的压力控制装置，降低蓄热器里面的压力，压力降低让水重新沸腾产生蒸汽，这些蒸汽便依照需求供给提取设备，满足有关的加热、提取等工艺要求，以此达成蒸汽的灵活分配与能量高效利用。

1.2 结构组成

蒸汽蓄热器一般由外壳、内部的汽水分离设备、水位控制设备、进出汽管道以及压力控制部件等组成（如表一），外壳一般采用高强度的压力容器专用钢材制造，保证能承受一定的压力范围，保障设备平稳运行；汽水分离装置安装在蓄热器内部靠上的位置，其作用是把产生的蒸汽与水加以有效分离，避免水跟着蒸汽一同输出，影响到蒸汽品质与后续工艺的操作。水位控制装置实时对蓄热器内的水位状况进行监测，依靠与外部补水系统或排水系统相互配合，维持水位处于合理范围，保障蓄热器蓄热和释热功能正常，进汽及出汽管道分别和蒸汽供应源、制药提取设备相接，作为蒸汽进出的通路，而压力控制部件的作用是精准调节蓄热器内部的压力，实现按需求释放蒸汽^[2]。

2 基于蒸汽蓄热器的制药提取设备节能技术研究分析

2.1 聚焦余热资源，实现充分利用

制药提取设备运转期间，会产出大量可以利用的余热资源，待提取罐完成一次提取操作后，罐体及其相连管道内仍旧留存着高温蒸汽和热水，这些都蕴藏着可观的热量^[3]。蒸汽蓄热器借助其特有的工作原理，成为收集以及再利用这些余热的关键要点，凭借优化管道布局的操作，把提取设备排出的余汽、余水依序引导至蒸汽蓄热器内部，采用蓄热器内的水作为介质，把余热收纳起来，当后续制药提取阶段再次需要蒸汽供应之际，蓄热器内积攒的热量推动水发生相变，生成的蒸汽迅速补充进提取设备里，达到工艺要求。依靠智能控制系统，可依据提取流程各个阶段、不同的蒸汽用量要求，精准分配余热转化的蒸汽量，既让额外蒸汽的产出量降低，降低了对锅炉这样蒸汽源的依赖，提高了整体能源的利用水平，帮扶制药企业在节约能源降低损耗时，提升经济收益及环境效益。

2.2 知晓负荷波动影响，有效手段平衡变化

制药提取工艺由多个环节组成，各个环节在蒸汽需求量上差异突出，如蒸煮环节需要大量蒸汽，而后续到了静置阶段，需求大幅缩减，这让蒸汽负荷频繁出现高低落差。蒸汽蓄热器类似一个能量调节站，当蒸汽负荷进入低负荷阶段，也就是蒸汽供给量多于需求量的时候，它能吸收多余的蒸汽并进行储存，依靠汽水两者间的热交换，把能量以水的焓值形式保留在蓄热器里头；要是进入了蒸汽需求的高峰阶段，提取设备急切地需要大量蒸汽维持正常工作，蓄热器就能迅速把之前储存的蒸汽释放出来，填充到用汽系统里面，使蒸汽供应平稳跟提取设备的实际需求相匹配，避免因负荷瞬间增大，造成蒸汽供应不足，进而影响提取效率；或者若负荷骤降，就会造成能源白白地浪费掉，采用蒸汽蓄热器有效平抑蒸汽负荷的波动，同时显著增进了能源的整体利用效率，协助制药企业实现节能降耗的目的。

2.3 重视蒸汽供应关键，巧妙优化供应环节

制药提取工艺往往展现出间歇性和蒸汽用量波动大的特点，传统的蒸汽供应途径很难精准契合，易引起能源方面的浪费。蒸汽蓄热器的介入有效扭转了这一态势，在蒸汽使用的低谷期间，如制药提取的某些预备阶段，多余蒸汽可由蓄热器收集并进行储存，防止锅炉因蒸汽无处消耗出现频繁启动和关停现象，降低了启动时的能量消耗，以及频繁启停引起的设备损耗；当提取过程步入蒸汽需求的高峰阶段，如浓缩等关键工序，蓄热器能及时把所存的蒸汽释放，添加到供应系统里，保障制药提取设备可以获得稳定又足量的蒸汽供应，保障提取作业高效开展。采用自动化的控制模式，可依照不同提取阶段提前预设的蒸汽参数，精准驾驭蓄热器的充放汽操作流程，保证蒸汽压力、流量等处于规定区间，进一步优化整个蒸汽供应链条，增强能源利用效率，助力制药提取环节在稳定、节能的状态下顺利开展，实现经济与环保效益双赢局面^[4]。

3 基于蒸汽蓄热器的制药提取设备节能技术的运用

3.1 关闭截止阀

关闭截止阀B的时候，锅炉与蓄热器形成串联，为锅炉产生的蒸汽，提供一个规定的流动方向。蒸汽从锅炉产生，经过1#区域，再经过止回阀A，最终进入蓄热器容器饱和水空间，蒸汽能够与饱和水产生热交换，促使蒸汽更加饱和；之后蒸汽回到饱和器空间，该区域的饱和蒸汽持续增加，任何时候都能提供用户所需热量，通过与饱和器交换，蒸汽会相继通过止回阀C，保证蒸汽朝着规定方向流动，汇聚到2#点，最后为用户提供。整个过程中，蓄热器起到重要作用，若用户热需求降低，或者是锅炉蒸发量变多的时候，锅炉产生蒸汽要超过用户消耗量，正是这种工序不平衡，会导致各点压力持续升高，各处压力也随时上升。因日蓄热器中一直存储饱和蒸汽、饱和水，温度与压力二者是固定关系。所以，若蓄热器中的3#压力呈现上升趋势，内部饱和蒸汽、水温度也会持续升高，一些多余蒸汽会存储在蓄热器，让系统压力、温度处于平衡状态，用户任何时候都能得到蒸汽供应，进一步彰显其缓冲、调节优势，促使系统处于高效运行状态^[5]。

3.2 打开截止阀

打开截止阀B的时候，锅炉和蓄热器就变成并联形式，若系统负荷处于平衡，蒸汽就会依据主要路径为用户提供，根本就不用进入蓄热器，这时候蓄热器就不用参与蒸汽传输流程。但系统负荷已经高于锅炉蒸发量，系统就无法保持平衡状态，各压力点就会慢慢下降，压力也随时降低，蓄热器内部原本存储的饱和蒸汽、饱和水、水温度也会降低。因为压力降低，在饱和水中的水蒸气，会经过止回阀C进入系统，这些蒸汽可弥补负荷超出带来的压力降低影响，降低对系统产生的不良效果。所以并联前提下，蓄热器能充当备用能源，为系统稳定运行提供支持。有一点需要注意，若A止回阀没有紧密关闭，一旦出现压力急剧下降的时候，会造成蓄热器中的饱和水被冲出，造成无法估量的水击现象，一方面损坏设备，另一方面威胁人员生命安全，由此说明关闭A止回阀至关重要。若系统负荷<锅炉蒸发量，压力就会持续升高，各压力点也会升高，一旦蓄热器上层的其空间压力小于P1/P2的时候，一些蒸汽会反方向经过A止回阀进入蓄热器，然后与蓄热器中的水完成热交换，一部分成为饱和水，可提升蓄热器内的温度、压力等，为系统保留更多整齐。面对这一情况，蒸汽无法从C止回阀进入，只能排出蒸汽，若出现较大的压力差，蒸汽会与压力梯度相反，通过A止回阀最终回到蓄热器内部。

Figure 1.

• 表一：蒸汽蓄热器结构
• 图一 应用过程

4 基于蒸汽蓄热器的制药提取设备节能技术控制策略​

4.1 压力与温度控制

依靠安装压力传感器及温度传感器，实时监控蒸汽蓄热器、制药提取设备以及蒸汽管道里的压力和温度参数，按照设定的压力及温度范围，采用闭环控制手段，自动调整蒸汽蓄热器蒸汽进出端口阀门的开度，倘若系统压力过高的时候，把蒸汽蓄热器蒸汽出口的阀门打开，降低系统的压强；若压力变得过低的时候，把蒸汽出口阀门关掉，与此同时打开进口的阀门，使锅炉生成的蒸汽进入蓄热器，让系统压力升高，温度控制的原理近似一致，保障整个系统在稳定的压力与温度条件下顺利运行，适应制药提取设备的工艺要求^[6]。​

4.2 智能预测控制

采用智能化算法——如人工智能、机器学习等类，对制药提取设备的蒸汽需求做出预估，以分析历史生产数据、工艺参数、时间因素等，构建蒸汽需求预测模型，依照预测结果，预先变更蒸汽蓄热器的运行情形，优化蒸汽的存储与释放方案。在预估即将进入提取过程蒸汽需求高峰时间段前，事先把蒸汽蓄热器充入蒸汽至满，保障在高峰时段能及时、稳定地输出蒸汽，杜绝因蒸汽供应不足而影响生产效率与产品质量。

4.3 多设备协同控制

做到蒸汽蓄热器、锅炉、制药提取设备及其他相关设备间的协同控制，构建设备间的通信网络，实时分享设备的运转状态和参数资讯，按照各设备的运行情形，对蒸汽生产、储存和使用实施协调控制，要是锅炉出现故障或者需维护的时候，系统会自动对蒸汽蓄热器的运行模式进行调整，优先保障制药提取设备的蒸汽消耗需求，维持生产的连贯性；当制药提取设备完成生产，蒸汽需求下降的时候，系统要求锅炉降低蒸汽产出量，并把多出的蒸汽存到蓄热器里面，做到能源的合理安排与高效运用。

结语

基于蒸汽蓄热器的制药提取设备节能技术，将其用于制药行业有很大的发展潜能，通过上文分析中提到的利用余热、平衡负荷波动等，可有效提升能源利用，助力制药企业更好的实现节能降耗目标。今后相关人员也要持续关注该技术，真正发挥该技术优势，助力制药企业尽早实现绿色可持续发展目标。

参考文献

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[3]单文亮,徐宪东,孙文强,穆云飞,吴建中,贾宏杰.含蒸汽蓄热器的工业蒸汽系统发电灵活性量化[J].全球能源互联网,2021,4(02):107-114.

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作者简介：王志敏，1976.01.19，男，江西省抚州市，本科，工程师，研究方向或从事工作:从事设备管理和工艺设计。