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泵（当然还有压缩机）是耗能设备：据估计，约四分之一的工业用电用于泵送液体。就全球电力生产而言，这占世界总发电量的 10% - 这意味着十分之一的发电站只是为了提供将液体从 A 地输送到 B 地所需的能源而运行。
这并不总是有效的：特别是，尺寸不合适、磨损或控制不佳的泵，以及效率低下的压缩机和压缩空气泄漏，都是众所周知的巨大能源浪费。此外，由于无知或不确定性，泵的尺寸往往过大。结果，这些设备无法达到最佳效率，必须节流，磨损更快。然而，仅在德国，持续使用现代速度控制系统就可以帮助节省 7.5 太瓦时的能源和 400 万吨二氧化碳排放量。由于受控驱动器的能耗较低、叶轮几何形状得到改进或间隙更小，新设备的额外成本很快就会被摊销。
另一个需要考虑的因素是高能源价格带来的巨大负担，特别是对于上游一体化程度较高的企业而言：专家警告称，诸如机器零件铸造或大型泵测试等生产过程成本高昂，能源需求达到兆瓦级，电力和天然气成本巨大，并指出，与消费者不同，工业企业无法从固定价格保证中受益。因此，能源和成本优化不仅将成为 2023 年泵制造商产品开发规范的一部分，也将成为其自身制造流程的核心。
连接性的需求持续增长：连接流体技术会成为下一个大热门吗？
能源效率的普遍影响力还体现在这样一个事实中：例如，德国机械设备制造业联合会 (VDMA) 认为数字工具在这一领域具有最大的潜力。毕竟，Fluidics 4.0 中发生了很多事情：资产管理外壳终于将数字孪生的概念带入了生活。现在可以指定泵、压缩机、真空泵甚至连接的配件，以便参与该过程的每个人都可以读取和使用这些信息。还提供 OPC UA 配套规范，以确保来自不同制造商的组件之间的互操作性。
数字解决方案在泄漏检测方面也表现出色：声学摄像机将超声波传感器与光学成像相结合，可检测管道或压缩空气系统中的泄漏。FLIR 等制造商更进一步，将气体分析集成到所谓的气体摄像机中。这些摄像机不仅可以检测泄漏，还可以识别相应的气体。如今，此类摄像机体积小到可以作为手持设备使用，但也可以永久安装。
预见到的危险已经避免了一半
除了高效驱动和精确控制外，越来越多的供应商正在使用基于软件的异常检测等方法，其中算法检查当前的运行条件。基于这些值，软件可以预测未来的故障或异常并提出适当的措施。根据 VDMA 的数据，预测性维护可以防止大约 70% 的计划外停机。越来越多的人呼吁集成状态监测——即使是相对简单的组件，例如阀门甚至密封件。当必要的传感器技术也必须在 Atex 区域工作时，这并不容易。甚至机械密封件也正在通过 EagleBurgmann 的无线智能密封传感器等产品进入数字世界。
操作员越来越不愿意冒险，尤其是在处理爆炸性或环境有害物质时。因此，无密封磁力耦合泵的需求量很大，特别是因为 Richter Chemie-Technik 等制造商为其提供由 PFA 或 PTFE 制成的湿润部件或衬里。然而，由于磁力只能传递一定量的扭矩，因此有时必须使用全长轴 - 可以使其更紧密，例如使用 EagleBurgmann 的无泄漏机械密封。氮气冲洗密封解决方案用于天然气管道的压缩机站，可防止温室气体甲烷的逸出。
氢和碳捕获：能源转型的新媒介
当然，未来的能源和原材料价值链也需要泵等设备：例如，作为元素周期表中最小的分子，氢气对泵和压缩机有特殊要求。这种气体极易挥发，可以穿透金属材料的晶格，导致氢脆。
因此，仔细检查所使用的组件（从泵到配件）非常重要。毕竟，诸如特定材料和表面质量等要求通常没有指定。出于这个原因，KSB 等泵制造商目前正在利用他们在化学工业中“经典”氢项目中的专业知识，尽管并非所有细节都已明确。例如，开发人员抱怨说，关于液压平衡或不同氢工艺中泵的运行仍存在未解决的问题。
这也适用于未来氢气项目的规模：虽然典型的模块化容器工厂目前每小时生产约 10 立方米，但大型世界级工厂可以生产 800 立方米甚至更多，工作压力也可以达到 6 至 40 巴。根据规模，使用无密封标准化化学泵、隔膜阀或蝶阀，这些阀门由耐腐蚀材料制成或带有适当的涂层。
泵送专家的议程还包括二氧化碳捕获和利用或储存（CCS 或 CCSU）工艺。制造商解释称，对于这些工艺，泵必须覆盖广泛的应用范围，能够在短时间内投入使用，并且能够承受极高的压力和温度。此外，二氧化碳作为介质还存在诸多挑战，例如其挥发性（二氧化碳在环境压力下以气相形式存在），这需要合适的密封。
然而，这些挑战是可以克服的：Sulzer 等流体专家为大规模 CO 2捕获示范项目提供胺洗涤塔内件，以及 KSB 等公司提供的用于处理液态 CO 2 的高压泵和阀门（如双偏心蝶阀、笼式单座控制阀和隔膜阀）。例如，Lewa 使用隔膜泵注入二氧化碳或硫化氢，因为有毒的 H 2 S由于其高蒸气压和差的润滑性能而特别难以泵送。
挖掘能源和效率潜力
然后是液化天然气：短期内，液化天然气有望满足欧洲对能源的需求，并弥补俄罗斯供应的损失。全球天然气投资总额为 270 亿美元，2022 年对天然气项目和终端的投资将是 2020 年的十倍以上。这还包括相应的流体技术，特别是因为低温介质的极端条件需要高性能组件。
例如，天然气终端和加油站对低温泵和阀门的依赖程度与船舶加油一样。这些部件必须能够承受低于 -160 °C 的温度，并安全地容纳蒸发过程中产生的爆炸性蒸汽。为此目的，使用单级或多级离心泵，但极端条件使得无密封设计（例如罐装电动泵）更合适。
有充分理由的是，防爆和 Atex 认证对所使用的组件提出了很高的要求。由于涉及极端压力，LNG 再气化尤其需要合适的安全阀。对于波动的流速，最适合低粘度介质设计的侧通道泵，例如 Sero Pump Systems 的泵，它们的速度范围很广。流体专家表示，有了合适的组件——并且随着生产变得更加互联和数字化支持——操作和维护可以简化，并且需要更少的人力。
毕竟，过程工业现在也担心未来是否有足够的技术工人，以及公司是否有能力支付他们的工资。特别是在劳动密集型服务业，以及制造业和越来越多的发展行业，越来越多的公司抱怨填补职位的困难。尽管机械工程行业的员工人数最近略有增加 1.7%，达到 102 万，但德国工程联合会 (VDMA) 估计其会员公司仍有 1,400 个职位空缺。
PFAS 禁令：如何应对达摩克利斯之剑？
事实上，没有人怀疑泵、阀门、执行器和压缩空气组件在未来仍将是必不可少的。仅工业泵一年的全球营业额就达到约 700 亿美元，这一数字相当于爱沙尼亚 GDP 的两倍。但它们未来是否会像今天一样可靠和安全，这绝不是定论，至少在欧洲是这样：欧盟计划禁止所谓的持久性化学品或 PFA（全氟和多氟化学品），其范围远不止户外服装、化妆品、特氟龙锅或杀虫剂。欧洲化学品管理局提议的禁令涵盖所有含有至少一个 CF2 或 CF3 基团的物质。FKM 和其他氟化弹性塑料（如 PTFE、FFKM、FEPM、PFA 或 FEP）也属于 PFAS，因此很可能从 2026 年开始被禁止。
因此，一些最重要的密封材料可能会从市场上消失。如果这项禁令按计划实施，后果将是巨大的：目前没有替代材料可以取代 PFAS 密封件。这将对工业和社会产生重大影响：据估计，约 80% 的工业生产将受到影响。不仅如此，水和能源供应以及卫生部门也将遭受巨大问题。因此，业内人士预计这项法律将被淡化，甚至可能被淡化。然而，ECHA 完全让步几乎是不可能的。无论 PFAS 问题如何发展，流体处理行业都不能忽视它。
制造商唯一的选择就是主动出击：供应商希望通过提供多样化的产品来减少对化学工业的依赖。但这也需要超越已经高度发达的流体技术的创新和理念。这包括数字服务以及定制解决方案，以满足贴近客户的市场和监管要求。
陷入订单积压、供应瓶颈和能源冲击
能源价格冲击、供应链停滞和乌克兰战争：欧洲工业的处境并不好。因此，德国机械设备制造业联合会 (VDMA) 表示，2022 年对于泵、阀门和流体技术制造商来说“远好于预期”，这可以说是一个小奇迹。但这可能意味着很多：VDMA 报告“2023 年全球市场的泵和压缩机”中的原始数据显示，尽管前景乐观，但订单 (-3%) 和销售额 (-2%) 仍比上一年下降。与此同时，在疫情期间积累的订单积压正在慢慢消失——这对运营商来说是一个优势，但供应商却依赖新订单。
但一切照旧越来越不现实：即使是像中国这样可靠的市场似乎也无法跟上巨大的发展速度。虽然中国再次对泵的需求增加（+8%），但越来越多的中国供应商正带着高质量的产品进入德国和欧洲市场。因此，德国的泵进口量增长了 12%。压缩空气技术的情况也类似，对中国的出口增长了 17%，进口增长了 14%。
供应链不稳定：电子元件持续引发问题
虽然前几年订单量超过实际销量（这是供应瓶颈的典型指标），但这种情况开始逐渐淡出人们的视线。标准部件（如盖子或金属板）已基本回归市场，但电子元件（如芯片或半导体）仍然令人担忧。球阀和蝶阀制造商的情况并非如此，但执行器供应商的情况肯定如此——尤其是在数字化、连接性和模块化趋势持续不减的情况下。例如，Samson 等公司正在利用以太网标准的扩展来包括高级物理层 (Ethernet-APL)，为定位器配备基于以太网的 Profibus 通信和集成阀门诊断功能。
然而，这种附加智能只有在所需的电子元件（尤其是半导体）及时到位的情况下才会发挥作用。专家预计这在 2023 年底之前不会实现，这对泵制造商来说尤其具有挑战性，因为他们对将设备集成到信息物理系统中寄予厚望。
毫无疑问，未来的流体系统将不再只是泵或压缩机等单纯的组件，而是数字化的系统解决方案。无论是人工智能帮助设计泵、实现基于状态的维护的算法，还是“泵即服务”订阅来补充当前的商业模式，没有泵、阀门或压缩机的未来都是不可想象的。
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