洞察2023 流體技術趨勢

文/ Dominik Stephan

確保流體技術的可持續發展——如果沒有泵、閥門和壓縮機的使用，液化天然氣（LNG）、氫氣、飲用水或二氧化碳等能源的生產是無法實現的。然而目前，流體機械卻被認為是造成巨大能源消耗的原因。在如今能源危機和去化石化的背景下，如何確保流體技術的可持續發展？

面對供應鏈的停滯、歐洲戰爭、能源價格振蕩和疫情的余波，德國工業的發展并不順利。令人驚訝的是，德國機械與設備制造業聯合會（以下簡稱“VDMA”）表示，對于泵、閥門和流體技術制造商來說，2023 年的表現“比預期要好”。不過目前數據與2022 年相比有所下降，訂單下降3 個百分點，銷售額下降2 個百分點。之前積壓的訂單也在緩慢清空：雖然在過去幾年里，訂單接收量超過銷售額（這表明存在交付困難），但這些訂單正在逐漸趨于平衡。

上述這些因素加上能源價格的極速上漲，給制造商帶來了沉重的打擊。而且目前能源需求很大，鑄件制造或大型泵的試運行成本也都很高。因此，提高效率成為當務之急。泵和壓縮機的能源消耗較大，據估計約1/4 的工業電力都是用于流體輸送。

然而，流體設備生產并非總是高效的：尺寸不當、磨損嚴重或未經調節的泵、低效率的壓縮機以及泄漏等因素都將造成能源消耗。不過在這方面，嚴格使用現代轉速控制技術可以幫助德國節省7.5×109kW·h 的能源，并減少400 萬t 二氧化碳的排放。

數字流體技術時代即將到來

在效率方面，VDMA 認為數字化工具使流體技術擁有很大的潛力，并且隨著Verwaltungsschale（管理外殼）的推出，流體技術將得到提升：通過數字孿生，泵、壓縮機或者閥門等流體設備可以讓參與該過程的人很快了解其工作原理和開始簡單操作。此外，還有OPC UA 配套規范，旨在確保不同制造商之間的互操作性。因此，如Samson 薩姆森等公司利用以太網擴展高級物理層，為定位控制器配備支持以太網的Profibus 通信和集成診斷功能。

在泄漏檢測方面，聲學攝像機將超聲波傳感技術與光學成像相結合：FLIR 菲力爾等制造商將分析技術集成到氣體攝像機中，這樣不僅可以檢測泄漏，還可以立即識別相應的氣體。

除了高效的驅動和控制之外，制造商還利用軟件輔助檢測異常情況發生，可以根據當前運行狀態預測未來的故障或異?，F象。據VDMA 稱，通過這種預測性維護，可以避免約70%的工廠意外停機。

由于在處理易爆或對環境有害的物質時，運營商不愿意承擔風險，因此磁力耦合泵備受歡迎。不 僅 如 此，像Richter 瑞希特這樣的制造商，還提供帶有PFA 或PTFE 介質接觸部件或內襯的磁力耦合泵。然而，由于磁力只能傳遞一定的扭矩，故需要連續運行的軸來支撐，這方面可以借助EagleBurgmann 伊格爾博格曼公司的無泄漏滑動密封件來解決這個問題。這些密封件應用于天然氣管道的壓縮機中，可以防止有害氣體甲烷的泄漏。

在未來的價值鏈中，流體設備的精度也需要格外注意。例如氫能領域對泵和壓縮機提出了特殊要求，因為氫氣是元素周期表中最小的分子，所以在選擇組件時需要特別仔細檢查。

然而關于材料和表面質量等細節要求通常沒有詳細規定。因此，像KSB 凱士比這樣的制造商必須依靠其在化學工業中處理氫氣項目方面的專業知識。不過目前仍然存在一些爭議點，例如關于液壓平衡和泵在不同氫氣生產工藝中的運行方式等問題，尚未得到解決。

助力能源轉型

生產大容量裝置時，通常都是使用由耐腐蝕材料或具有合適涂層制成的無密封標準化學泵、隔膜閥或蝶閥。比如某世界級集裝箱工廠，每小時生產約10 m3，但產量可達800 m3甚至更高，通過使用由耐腐蝕材料或具有合適涂層制成的流體設備可以節約能源、，防止泄漏污染，另外也能降低維護費用。

二氧化碳捕集、利用和儲存（CCS 或CCUS）的工藝是備受泵專家們關注另一個點。在這方面，泵必須能夠迅速投入使用，適應不同的應用領域和環境條件，比如適用于高溫和高壓。此外，由于生產的特殊性，介質容易揮發，泵也需要具有密封性。

然而，上述這些挑戰是可以解決的，正如Sulzer 蘇爾壽等流體專家為大型示范項目提供的氨氣洗滌塔裝置，以及KSB 凱士比等公司提供的高壓泵和閥門（如雙偏心蝶閥、籠式單座調節閥和膜片閥）那樣，可以迅速投入不同環境條件下使用。例如，當涉及到二氧化碳或硫化氫的注入時，因硫化氫不僅含有毒性而且在高壓蒸汽條件下潤滑性很差，導致一般流體設備很難輸送。Lewa 里瓦流體等公司則采用膜片泵，可以將二氧化碳或硫化氫順利輸送。

此外，針對液化天然氣（LNG）也需要合適相對應的流體技術，特別是極端低溫條件下需要配套高性能的組件。例如，天然氣終端和加油站的需要低溫泵和閥門。這些組件必須能夠承受低于-160℃的溫度，并能隔離液化過程中產生的爆炸性蒸汽，保證生產的安全性。這種條件下，可以使用單級或多級離心泵，因為在極端環境條件下，這些流體設備如間隙轉子泵因為其無密封結構等特性，增加了安全性而被優先使用。而在流量波動較大的情況下，可以選擇適用于低黏度介質的齒輪泵，例如Sero 水龍泵的產品，在大范圍的轉速方面占有優勢。

流體技術專家們表示，隨著數字化智能生產加上選擇合適的流體部件，設備運營和維護效率也會大幅度增加，同時也會減少人工運維成本。現如今，對于未來是否會有足夠的技術工人（以及企業是否愿意為他們支付費用）的擔憂，已經逐漸蔓延到了流程工業。特別是在人力密集型的服務業以及制造業日益增長的研發領域，越來越多的公司抱怨崗位填補困難。雖然機械制造行業的就業人數最近略有增長（據相關統計總人數達到102.3萬，增長率為1.7%），但VDMA 估計VDMA成員企業中仍有1 400個職位空缺。

全氟和多氟烷基物質（PFAS）禁令影響

流體技術數字化：EagleBurgmann 伊格爾博格曼通過網絡化組件將密封件帶入工業4.0 時代

2023 年2 月，歐洲化學品管理局（ECHA）公布了一份限制提案，提出限制生產和使用全氟和多氟烷基物質（PFAS）涵蓋的范圍遠不止戶外服裝、化妝品、鐵氟龍鍋或農藥等領域。禁令提案將所有含有至少一個CF2 或CF3 基團的物質納入禁止范圍。FKM和其他氟化彈性體塑料（如PTFE、FFKM、FEPM、PFA 或FEP），也根據定義屬于全氟和多氟烷基物質（PFAS）。根據聯邦環境署的說法，限制可能最早要到2025 年就能實現。因此最壞的情況是從2026 年起將受到歐盟禁令的影響。

如果這一禁令按計劃實施，后果將是災難性的：目前沒有可以替代PFAS 密封件的替代材料。這對于工業和社會的影響將是巨大的：預計約80%的工業生產將受到影響，水和能源供應以及醫療領域也將面臨嚴重問題。因此，一些內部人士預計，該法律可能只以溫和的形式生效——但歐洲化學品管理局ECHA完全撤回該法案的可能性幾乎為零。無論PFAS問題如何發展，流體技術都不能忽視這一問題。因為至少在歐洲，將無法確定泵、閥門、執行器和氣動元件是否依然像今天一樣繼續這樣使用。

密封件在瞄準之列？根據歐洲化學品管理局ECHA 的定義，FKM 和其他氟化彈性體塑料，如PTFE、FFKM、FEPM、PFA或FEP 也屬于PFAS，因此在2026 年后有可能在歐盟范圍內被禁止。