張勝ZHANG Sheng；徐爍XU Shuo

（廣州白云山潘高壽藥業(yè)股份有限公司，廣州 510000）

0 引言

在制藥、食品、飲料、化妝品、生物、精細(xì)化工等眾多的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，經(jīng)常會(huì)遇到高黏稠、高敏感度、高硬度并帶有顆粒、或者氣-液或固-液混合輸送的問題。長期以來，針對(duì)這類產(chǎn)品的輸送難題，人們?cè)O(shè)計(jì)出了多種不同的輸送泵，如轉(zhuǎn)子泵、離心泵、螺桿泵、蠕動(dòng)泵、隔膜泵、柱塞泵等。但在工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，它們普遍存在兼容性差、使用和維護(hù)成本高、能耗大、設(shè)備性價(jià)比低等問題，很多時(shí)候不能滿足生產(chǎn)要求[1]。基于此，本文以某中成藥制造企業(yè)為研究對(duì)象，針對(duì)平行位移輸送泵的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用效果進(jìn)行分析討論。

1 平行位移輸送泵的工作原理

平行位移輸送泵也叫平行泵、平移泵。整個(gè)泵系統(tǒng)由泵體、傳動(dòng)箱體、驅(qū)動(dòng)電機(jī)三個(gè)主要部分組成。泵體是核心部件，由自吸負(fù)壓進(jìn)料腔體，無損物料輸送腔體，平行轉(zhuǎn)子，高壓排料腔體，雙機(jī)械密封腔體，高強(qiáng)度傳動(dòng)軸等部件組成。

工作原理：泵體特殊設(shè)計(jì)的螺旋系統(tǒng)，相互嚙合，與腔體內(nèi)壁緊密配合，形成一系列動(dòng)態(tài)的、空間曲面相互密封的平行小室。相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成的動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)曲面密封結(jié)構(gòu)，隨著連續(xù)的嚙合和分離運(yùn)動(dòng)，從前到后連續(xù)不斷重復(fù)發(fā)生，將腔體中的流體沿著螺旋方向連續(xù)推移，高壓平穩(wěn)輸出[2]。

2 平行位移輸送泵的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

平行泵作為衛(wèi)生級(jí)的輸送泵，特別適合高粘度、高敏感度、高顆粒物料的輸送[4]。與傳統(tǒng)的物料輸送泵相比，有較明顯的優(yōu)勢(shì)：①平行泵優(yōu)于轉(zhuǎn)子泵：不但可輸送中高粘度物料，也可輸送極低粘度物料；最高粘度可達(dá)2000000cps。②平行泵優(yōu)于齒輪泵，對(duì)物料沒有任何的擠壓、剪切、破壞；可輸送包含多種大小不同顆粒的物料，能夠進(jìn)行氣-液、固-液等不均勻相的混合穩(wěn)定輸送。③平行泵優(yōu)于螺桿泵：不但體積小，能耗低，效率高；只有非接觸螺旋轉(zhuǎn)子對(duì)，同步旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，沒有定子結(jié)構(gòu)，更沒有金屬間的直接接觸，因此沒有磨損，不需要定期更換轉(zhuǎn)子—定子。模塊化結(jié)構(gòu)，安裝維護(hù)方便。④平行泵優(yōu)于蠕動(dòng)泵，優(yōu)于柱塞泵，優(yōu)于隔膜泵，物料輸出平穩(wěn)連續(xù)，抗氣蝕，抗沖擊，沒有脈動(dòng)波動(dòng)，沒有震動(dòng)和噪音。⑤平行泵獨(dú)特的動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)曲面密封結(jié)構(gòu)，優(yōu)于液環(huán)自吸泵，自吸力非常強(qiáng)大；可形成-0.98bar真空負(fù)壓。⑥平行泵的輸送方向與物料流動(dòng)方向相同，沿軸向輸送，揚(yáng)程高，流量大：壓力約在6-25bar，流量可達(dá)235m3/h。⑦平行泵可以高速旋轉(zhuǎn)，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)4000轉(zhuǎn)/分，不需要減速電機(jī)，不但可以干轉(zhuǎn)，而且可以反轉(zhuǎn)，可根據(jù)工藝需要而任意改變流向。

3 某中成藥制造企業(yè)的平行泵應(yīng)用

某中成藥制造企業(yè)主要生產(chǎn)膏劑產(chǎn)品，以葡萄糖漿作為原料，每年葡萄糖漿的使用量超2000噸，隨著產(chǎn)能的增加，且呈逐年遞增的趨勢(shì)。為了解決日益增加的產(chǎn)能需求與落后生產(chǎn)方式之間的矛盾，該企業(yè)新建了一套葡萄糖漿輸送系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效、綠色生產(chǎn)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和清潔生產(chǎn)改造，創(chuàng)建綠色工廠，提高自動(dòng)化程度，提升安全生產(chǎn)和經(jīng)營管理水平。

3.1 葡萄糖漿的特性

葡萄糖漿是一種以淀粉為原料在酶或酸的作用下產(chǎn)生的一種淀粉糖漿，主要成分有葡萄糖、麥芽糖、麥芽三糖、麥芽四糖及以上等。

葡萄糖漿作為一種粘稠性液體，其粘度不僅影響生產(chǎn)、運(yùn)輸時(shí)的泵送摩擦力，還與被加工產(chǎn)品的口感、粘度、成型均息息相關(guān)。粘度決定著流體的力學(xué)特征，是流體的重要物性參數(shù)之一，影響著流體的傳熱和傳質(zhì)特性，反映著流體在流動(dòng)過程中的內(nèi)部阻力[4]。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，葡萄糖漿會(huì)隨著溫度的增加，粘度呈下降趨勢(shì)，15℃時(shí)糖漿粘度為9220mPa·s，60℃時(shí)糖漿粘度下降至237.5mPa·s。這是因?yàn)橐后w分子的粘度主要來源于分子間內(nèi)聚力，當(dāng)溫度升高時(shí)，體積膨脹，分子間距離增大，分子間的摩擦力減小，糖漿的流動(dòng)性增大，表現(xiàn)為隨著溫度的升高，糖漿粘度下降。溫度與葡萄糖漿粘度的關(guān)系如圖1所示。

3.2 平行泵的應(yīng)用背景

該企業(yè)的葡萄糖漿由供應(yīng)商分裝成桶，經(jīng)貨車運(yùn)輸至企業(yè)倉庫。由于常溫下葡萄糖漿的流動(dòng)性差、粘度高，生產(chǎn)使用時(shí)，需要員工運(yùn)至生產(chǎn)大樓4樓，經(jīng)工業(yè)微波爐加熱后，用氣動(dòng)隔膜泵輸送至使用點(diǎn)。該企業(yè)平均每天需要8批葡萄糖漿，每批22桶計(jì)（40g/桶），人工每天至少需要搬抬176桶，勞動(dòng)強(qiáng)度大，操作繁瑣，而且采用工業(yè)微波爐進(jìn)行加熱，功率大（兩臺(tái)各90kW），能耗高，能源利用率低。

3.3 項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)

項(xiàng)目采用平行泵，建成一套自動(dòng)化葡萄糖漿輸送系統(tǒng)，有效容積60T，能力5-6T/H，實(shí)現(xiàn)葡萄糖漿的儲(chǔ)存輸送、定量分配、設(shè)備和管道系統(tǒng)的在線清洗及葡萄糖漿的水浴循環(huán)保溫。

3.4 平行泵的測(cè)試及選型

考慮到葡萄糖漿的特性，針對(duì)本項(xiàng)目的應(yīng)用背景及建設(shè)目標(biāo)，平行泵及轉(zhuǎn)子泵均可滿足葡萄糖漿的輸送要求。由于這兩種類型輸送泵在結(jié)構(gòu)及功能上具有一定的共性，為此針對(duì)平行泵及轉(zhuǎn)子泵的特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，如表1所示。

由表1可看出平行本整體的性能參數(shù)優(yōu)于轉(zhuǎn)子泵，且由于平行泵可輸送低、中、高各種粘度的物料，具備二合一的功能，既可作為葡萄糖漿的輸送泵，又可作為CIP的清洗泵，所以在本項(xiàng)目中選用平行泵作為輸送泵更為合適，可簡化系統(tǒng)，有效避免系統(tǒng)冗余。

表1 平行泵及轉(zhuǎn)子泵對(duì)比

同時(shí)為了確保葡萄糖漿在極寒天氣下的輸送效果，對(duì)不同型號(hào)的平行泵在極端條件下的輸送性能進(jìn)行了模擬測(cè)試，測(cè)試效果如表2所示。

表2 葡萄糖漿針對(duì)不同型號(hào)平行泵的測(cè)試效果

通過上述測(cè)試，葡萄糖漿在溫度6℃的工況下，達(dá)到揚(yáng)程0.2MPa及以上的壓差要求，可很好的完成葡萄糖漿低溫常壓條件下，銜接室外儲(chǔ)罐進(jìn)行出料并輸送至四樓車間的工作。

3.5 項(xiàng)目建設(shè)主要內(nèi)容

葡萄糖漿輸送系統(tǒng)整體工藝流程實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化控制，系統(tǒng)按照模塊化控制理念設(shè)計(jì)，劃分為葡萄糖漿儲(chǔ)存單元和分配單元。

物料儲(chǔ)存前輸送：物料經(jīng)運(yùn)輸車到廠區(qū)后，經(jīng)過一樓平行泵輸送至三個(gè)儲(chǔ)存罐內(nèi)（15T一個(gè)）。通過平行泵將一樓儲(chǔ)罐內(nèi)的物料輸送至四樓（層高20m）潔凈區(qū)緩存罐，緩存罐通過液位計(jì)檢測(cè)，達(dá)到要求后自動(dòng)停止一樓平行泵，關(guān)閉進(jìn)料閥門。一樓兩臺(tái)平行泵通過管道和閥門的配置達(dá)到物料儲(chǔ)存前輸送和前置送料兩個(gè)功能。

物料分配系統(tǒng)：使用時(shí)，四樓緩存罐中葡萄糖漿經(jīng)四樓平行泵輸送至需要加料的儲(chǔ)罐內(nèi)，通過質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)量。質(zhì)量流量計(jì)信息通過PLC系統(tǒng)處理，自動(dòng)控制四樓供料泵啟停，實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)儲(chǔ)罐的加料。主管道系統(tǒng)中的壓力是實(shí)時(shí)監(jiān)控的，并由PLC與平行泵的工作狀況聯(lián)動(dòng)，通過編程—識(shí)別—啟動(dòng)這種工作方式控制，衛(wèi)生，安全，可靠。

水浴系統(tǒng)：葡萄糖漿的粘度及流動(dòng)性受溫度的影響極大，為確保冬季極寒天氣物料的正常輸送，避免對(duì)平行泵造成過大負(fù)載，需對(duì)一樓3個(gè)15T儲(chǔ)罐及一樓至四樓的物料管道采用循環(huán)水浴電加熱保溫，溫度恒定在20度±5度，保證低溫天氣下正常的生產(chǎn)活動(dòng)不受影響。

清洗系統(tǒng)：一樓三個(gè)儲(chǔ)罐的清洗通過二樓下放沸水進(jìn)入三個(gè)儲(chǔ)存罐頂部洗罐器，罐內(nèi)沸水到達(dá)一定量后，一樓平行泵啟動(dòng)，罐內(nèi)沸水經(jīng)平行泵進(jìn)行清洗循環(huán)，達(dá)到清洗效果，節(jié)約用水。一樓到四樓物料管道的清洗可通過平行泵將一樓儲(chǔ)存罐內(nèi)潔凈的沸水輸送至四樓緩存罐，沸水再經(jīng)緩存罐排放，從而達(dá)到管道清洗的效果。

項(xiàng)目所用主要設(shè)備及規(guī)格型號(hào)如表3所示。

表3 項(xiàng)目平行泵型號(hào)

4 平行泵的應(yīng)用效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

人工成本：

改造前該司用于葡萄糖漿搬運(yùn)崗位共有3人，項(xiàng)目建成后基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，可節(jié)省2個(gè)人工，該企業(yè)在該崗位平均每年為每人支出的薪酬為8萬元計(jì)算，則每年可節(jié)約人工費(fèi)：2×8=16萬元

物料成本：

項(xiàng)目建成后，葡萄糖漿由桶裝改為槽罐車運(yùn)輸，每噸葡萄糖漿的單價(jià)可降低50元。按照年使用量為2000噸計(jì)算，每年節(jié)約物料成本：50×2000=10萬元

能耗成本：

改造前葡萄糖漿輸送前需采用工業(yè)微波爐加熱，每臺(tái)工業(yè)微波爐功率為90kW，項(xiàng)目建成后，原工業(yè)微波爐取消，新設(shè)備總功率為20kW，改造前后各半年的用電量如表4所示。

表4 改造前后上半年的用電量 單位：kW·h

本項(xiàng)目于2019年12月開始申請(qǐng)立項(xiàng)，至2020年6月開始施工，同年8月全部完工，施工周期3個(gè)月。通過上述實(shí)際用電數(shù)據(jù)分析，項(xiàng)目改造后年節(jié)約用電量：

106600kW·h-10440kW·h=96160kW·h

設(shè)備維護(hù)成本：

原工業(yè)微波爐的發(fā)熱管為易損件，需定期進(jìn)行維護(hù)，每年備件的購置費(fèi)用約5萬元。

改造后，能耗成本顯著降低，自動(dòng)化程度提升，有效降低勞動(dòng)程度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、降本增效，達(dá)到了項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)。同時(shí)隨著公司生產(chǎn)產(chǎn)量的不斷增加，節(jié)省電量能耗更多，經(jīng)濟(jì)效益更加顯著。

4.2 社會(huì)效益

①項(xiàng)目淘汰老舊、高能耗設(shè)備，建成自動(dòng)化、智能化的物料輸送系統(tǒng)，有助于推進(jìn)中成藥制造數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化建設(shè)，加強(qiáng)技術(shù)集成和工藝創(chuàng)新，提升企業(yè)中成藥裝備制造水平，加速中成藥生產(chǎn)流程的標(biāo)準(zhǔn)化、現(xiàn)代化，有效推動(dòng)我國中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)朝著更加規(guī)范、高質(zhì)量的方向發(fā)展，為行業(yè)中眾多急需進(jìn)行設(shè)備升級(jí)改造的老工廠提供成功的樣本，由此促進(jìn)整個(gè)行業(yè)的新一輪轉(zhuǎn)型升級(jí)和淘汰落后產(chǎn)能。因此，項(xiàng)目的建設(shè)對(duì)中藥制造業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展起到一定的推動(dòng)作用。②新版GMP及近年來相關(guān)法律法規(guī)的修訂，旨在督促企業(yè)建立起嚴(yán)密的生產(chǎn)管理體系和完善的質(zhì)量保障體系。改造前該企業(yè)葡萄糖漿采用桶裝，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，改造后，所有物料采用衛(wèi)生級(jí)管道密閉輸送，降低了質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，確保適應(yīng)相關(guān)法律法規(guī)的最新要求[5]。③項(xiàng)目建成投產(chǎn)后，節(jié)能降耗，響應(yīng)國家的節(jié)能減排降耗政策，同時(shí)生產(chǎn)工序得到簡化，生產(chǎn)用時(shí)減少，產(chǎn)能增加，在原有生產(chǎn)用地不變的情況下，提高設(shè)備的效率及時(shí)間的利用率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)裝備效益的最大化，即公司效益的最大化。

5 結(jié)論

平行泵有獨(dú)特的設(shè)計(jì)和優(yōu)異的性能，通過實(shí)際應(yīng)用可以看出，平行泵適用各種流體介質(zhì)，揚(yáng)程高、噪音小、能耗低、輸送平穩(wěn)等特點(diǎn)。平行泵作為新型物料輸送泵，一泵多能，隨著各行各業(yè)生產(chǎn)的逐漸精細(xì)化，人們對(duì)平行泵的認(rèn)識(shí)會(huì)逐步加深，平行泵本身也可以與傳統(tǒng)的輸送泵形成有效的互補(bǔ)，未來在制藥、乳制品、食品、肉制品、飲料、化妝品、化工等行業(yè)會(huì)有更加廣闊的應(yīng)用前景。