企業(yè)水平衡測(cè)試探析

劉美玲，白 麗，呂佳品

（1.松遼水利委員會(huì)水文局（信息中心），吉林長(zhǎng)春 130021；2.江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，江西南昌 330029；3.長(zhǎng)春城市設(shè)施建設(shè)股份公司，吉林長(zhǎng)春 130033）

0 引言

水資源是人類生產(chǎn)生活的最關(guān)鍵資源。我國(guó)淡水資源總量為28 000億m3，占全球水資源的6%，人均僅2 200 m3，僅為世界平均水平的1/4，是全球13個(gè)人均水資源最貧乏的國(guó)家之一。從水資源對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐能力上來(lái)說(shuō)，我國(guó)是一個(gè)中度缺水的國(guó)家。由于缺水，制約了城鎮(zhèn)化、工業(yè)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的推進(jìn)與發(fā)展。

松遼流域水資源時(shí)空分布不均勻，局部地區(qū)存在嚴(yán)重的水資源供求矛盾?？傮w來(lái)看，流域供水能力不足，供水安全保證程度較低，并存在地下水超采、水資源利用效率不高等問(wèn)題。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，對(duì)水資源的供給提出了更高的要求。為了節(jié)約用水，提高水的重復(fù)利用率，減少?gòu)U污水排放，使企業(yè)的用水更加合理，對(duì)企業(yè)開(kāi)展水平衡測(cè)試是必要的。以某煤化工企業(yè)為實(shí)例，對(duì)其開(kāi)展水平衡測(cè)試，分析其用水水平，為提高該企業(yè)用水效率等提供可靠的專業(yè)數(shù)據(jù)。

1 概述

1.1 目的和意義

水量平衡是指在一個(gè)確定的用水單元內(nèi)，輸入水量和輸出水量之間遵守物質(zhì)守恒定律，各種水量之間存在著平衡關(guān)系。

企業(yè)水平衡是以企業(yè)為考察對(duì)象的水量平衡，就是該企業(yè)各用水系統(tǒng)輸入水量之和等于輸出水量之和，企業(yè)內(nèi)任一用水單元都存在著水量平衡關(guān)系。企業(yè)水平衡測(cè)試是對(duì)企業(yè)用水現(xiàn)狀進(jìn)行認(rèn)真摸底的基礎(chǔ)性工作，通過(guò)測(cè)試，可以健全企業(yè)用水計(jì)量?jī)x表，查堵給水管網(wǎng)漏水，掌握企業(yè)用水現(xiàn)狀和各生產(chǎn)工序用水之間的定量關(guān)系，找出節(jié)水潛力、制定用水和節(jié)水規(guī)劃，建立健全企業(yè)用水檔案，為制定用水定額積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)企業(yè)用水合理化水平，為創(chuàng)建節(jié)水型企業(yè)打基礎(chǔ)，并可以為區(qū)域、流域內(nèi)計(jì)劃用水、節(jié)約用水、合理配置水資源提供科學(xué)依據(jù)。

1.2 測(cè)試依據(jù)

《中華人民共和國(guó)水法》、GB/T12452-2008《企業(yè)水平衡測(cè)試通則》、GB/T7119-2006《節(jié)水型企業(yè)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》、CJ41-1999《工業(yè)企業(yè)水量平衡測(cè)試方法》、CJ42-1999《工業(yè)用水考核指標(biāo)及計(jì)算方法》。

1.3 基本原理

根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)流程和供水管路等特點(diǎn)，把具有相對(duì)獨(dú)立性的生產(chǎn)裝置、工序（設(shè)備）或生產(chǎn)車(chē)間、部門(mén)等，劃分為若干個(gè)用水系統(tǒng)（單元），即水平衡測(cè)試的子系統(tǒng)。用水單元水平衡示意圖見(jiàn)圖1。

輸入表達(dá)式：Vcy+Vf+Vs=Vt；輸出表達(dá)式：Vt=V′cy+Vco+V′s+Vd+Vl；輸入輸出平衡方程式：Vcy+Vf+Vs=V′cy+Vco+V′s+Vd+Vl。式中：Vf——新水量；Vcy，V′cy——循環(huán)水量；Vs，V′s——串聯(lián)水量；Vt——用水量；Vco——耗水量；Vd——排水量；Vl——漏失水量。

圖1 用水單元水平衡示意圖

新水量是指取自任何水源被企業(yè)第一次利用的水量；循環(huán)水量是指在確定的系統(tǒng)內(nèi)生產(chǎn)過(guò)程中已用過(guò)的水無(wú)需處理或經(jīng)過(guò)處理，再用于原系統(tǒng)代替新水的水量；串聯(lián)水量是指在確定系統(tǒng)內(nèi)，生產(chǎn)過(guò)程中的排水不經(jīng)處理或經(jīng)處理后，被另一個(gè)系統(tǒng)利用的水量；耗水量是指在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)入產(chǎn)品、蒸發(fā)、飛濺、攜帶及生活飲用等所消耗的水量；排水量是指排出系統(tǒng)外的水量；漏失水量是指在確定的系統(tǒng)內(nèi)，設(shè)備、管網(wǎng)、閥門(mén)、水箱、水池等用水與儲(chǔ)水設(shè)施漏失或溢出的水量。

2 主要技術(shù)手段

2.1 工作程序

企業(yè)水平衡測(cè)試包括4個(gè)階段：準(zhǔn)備階段、實(shí)測(cè)階段、匯總階段、分析階段，具體步驟見(jiàn)圖2。

圖2 水平衡測(cè)試工作程序框圖

準(zhǔn)備階段即企業(yè)水平衡的測(cè)試準(zhǔn)備工作。首先制定企業(yè)水平衡測(cè)試方案，查清測(cè)試系統(tǒng)中各用水環(huán)節(jié)、用水工藝及用水設(shè)備的基礎(chǔ)情況等，然后提取企業(yè)用水技術(shù)檔案，編制各種記錄和統(tǒng)計(jì)空白表單，繪制用水流程圖等，最后根據(jù)生產(chǎn)檔案，整理、填寫(xiě)和校驗(yàn)企業(yè)取水水源情況表、企業(yè)生產(chǎn)情況統(tǒng)計(jì)表、全廠計(jì)量水表配備情況等基礎(chǔ)表格。

實(shí)測(cè)階段即根據(jù)實(shí)際情況，按照規(guī)定的測(cè)試方法，進(jìn)行各用水單元、各水量的測(cè)試。

匯總階段即匯總測(cè)試數(shù)據(jù)。按工藝流程或用水流程順序逐項(xiàng)填寫(xiě)用水單元水平衡測(cè)試表，匯總各生產(chǎn)用水單元水平衡測(cè)試表，填寫(xiě)企業(yè)水平衡測(cè)試統(tǒng)計(jì)表。繪制企業(yè)及各用水單元的水平衡方框圖。

分析階段即分析測(cè)試結(jié)果。按照GB/T 18916，GB/T 7119等標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)要求，計(jì)算企業(yè)內(nèi)各種用水評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括單位產(chǎn)品取水量、重復(fù)利用率、漏失率、冷卻水循環(huán)率等。根據(jù)水平衡測(cè)試分析結(jié)果，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提出改進(jìn)方案。

2.2 測(cè)試方法

采用逐級(jí)平衡法，即設(shè)備水平衡→車(chē)間水平衡→全廠水平衡。

測(cè)試期間要求各種設(shè)備要正常運(yùn)行，選取生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定的、有代表性的時(shí)段，每次連續(xù)測(cè)試時(shí)間為48～72 h，每24 h記錄1次，共取3～4次測(cè)試數(shù)據(jù)。

有可靠的水表統(tǒng)計(jì)資料直接使用，但必須保證二、三級(jí)水表的精度控制在允許誤差的范圍內(nèi)（精度不低于±2.5%）。

對(duì)4種水量（取、排、耗、循環(huán)水）必須進(jìn)行實(shí)測(cè)。如沒(méi)有水表資料，應(yīng)采用超聲波流量計(jì)法、流速儀法、容積法、浮標(biāo)法等測(cè)試方法。超聲波流量計(jì)對(duì)管道要求比較高，測(cè)試前需對(duì)所選擇的管道測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行打磨，除掉管皮上的油漆及銹蝕，使測(cè)試點(diǎn)光潔、平整，并涂好黏合劑。對(duì)從取水口進(jìn)入水庫(kù)和沖灰沖渣水流入灰漿泵井的明渠采用流速儀測(cè)流，對(duì)各排污水測(cè)點(diǎn)的流量采用密封式流速儀測(cè)流。對(duì)生活、生產(chǎn)及含油污水的較小排水量測(cè)試點(diǎn)采用容積法測(cè)試。當(dāng)排水明渠水深小于16 cm時(shí)，可采用小浮標(biāo)法測(cè)流，每個(gè)斷面投放2～3個(gè)浮標(biāo)，一般要求浮標(biāo)的漂浮時(shí)間大于30 s。

測(cè)試結(jié)果應(yīng)隨時(shí)計(jì)算、分析，指導(dǎo)測(cè)試工作順利進(jìn)行。

3 實(shí)例

3.1 企業(yè)概況

某煤化工企業(yè)，采用德國(guó)PKM煤炭加壓氣化技術(shù)生產(chǎn)城市煤氣，是為城市居民及多個(gè)工業(yè)、商服用戶供應(yīng)生產(chǎn)、生活用氣的國(guó)家大I型企業(yè)。公司主要生產(chǎn)的化工產(chǎn)品包括：工業(yè)用甲醇、煤中油、煤輕油、粗品酚、回收液氨、工業(yè)氧、工業(yè)氮、煤基瀝青、人工天然氣等。

3.2 用水工藝

該企業(yè)共有8個(gè)生產(chǎn)分廠。企業(yè)用水全部由供水車(chē)間提供，取水水源為松花江地表水，經(jīng)取水泵房送至供水車(chē)間，經(jīng)處理達(dá)到生產(chǎn)用水和生活用水的要求后，由綜合泵房?jī)?nèi)的機(jī)泵將生產(chǎn)水和生活水送至各分廠生產(chǎn)裝置及各生活區(qū)。

各分廠中造氣、凈化、甲醇和熱電分廠生產(chǎn)用水量較大，用水量占廠內(nèi)用水總量的50%以上。各分廠間串聯(lián)回用水較多，重復(fù)利用水量大。

該企業(yè)排水系統(tǒng)包括三部分：生產(chǎn)排水、生活排水、雨水排水。企業(yè)生產(chǎn)排水為熱電分廠的灰渣管線排水，其他各分廠無(wú)單獨(dú)外排生產(chǎn)污水；企業(yè)生活污水管和雨水管在廠區(qū)西北處交匯，生活污水和雨水混合沿同一管道直接排入松花江。

3.3 測(cè)試結(jié)果

測(cè)試期間企業(yè)工況正常，各用水車(chē)間、單元的補(bǔ)水閥門(mén)、排水閥門(mén)等均被調(diào)至常規(guī)工況下的開(kāi)閉狀態(tài)。測(cè)試方法采用3種。①水表法。經(jīng)由超聲波流量計(jì)同步比測(cè)，若計(jì)量水表安裝完好準(zhǔn)確（精度不低于±2.5%），以水表的讀數(shù)為準(zhǔn)。②超聲波流量計(jì)法。雖然大部分車(chē)間安裝了計(jì)量水表，但是完好率低，因此使用超聲波流量計(jì)測(cè)量，24 h和監(jiān)測(cè)。對(duì)于水量穩(wěn)定的用水單元，監(jiān)測(cè)時(shí)間根據(jù)實(shí)際情況縮減。③流速儀法。在供水分廠的供水車(chē)間內(nèi)采用流速儀測(cè)流，計(jì)算供水車(chē)間的入流量。

根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)繪制該企業(yè)水平衡圖，見(jiàn)圖3。測(cè)試數(shù)據(jù)成果，見(jiàn)表1。

3.4 綜合分析

1）用水指標(biāo)分析

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，企業(yè)用水重復(fù)利用率為94.4%，達(dá)到《石油和化學(xué)工業(yè)“十二五”發(fā)展指南》中要求所有化工企業(yè)2015年重復(fù)利用率達(dá)到92%的規(guī)劃目標(biāo)；間接冷卻水循環(huán)率為97.1%，達(dá)到《節(jié)水型企業(yè)（單位）目標(biāo)導(dǎo)則》（建城（1997）45號(hào)）規(guī)定的間接冷卻水循環(huán)率應(yīng)不小于95%的標(biāo)準(zhǔn)。

萬(wàn)元產(chǎn)值取水量為95.7 m3/萬(wàn)元，達(dá)到國(guó)家規(guī)定的化工行業(yè)120 m3/萬(wàn)元的標(biāo)準(zhǔn)。萬(wàn)元工業(yè)增加值取水量為637.4 m3，高于黑龍江省122 m3的平均水平，建議企業(yè)改善經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，增加工業(yè)增加值，改進(jìn)用水工藝，提高用水水平。

圖3 企業(yè)水平衡圖

表1 企業(yè)水平衡測(cè)試成果

單位甲醇取水量為21.8 m3/t，高于黑龍江省地方標(biāo)準(zhǔn)DB23/T 727-2010《用水定額》中生產(chǎn)甲醇取水定額為15 m3/t的標(biāo)準(zhǔn)；職工生活取水量為39.8 L/人·d，在黑龍江省地方標(biāo)準(zhǔn)DB23/T 727-2010中規(guī)定的職工生活用水定額范圍之內(nèi)?？傮w來(lái)看，水平衡測(cè)試成果基本合理。

2）節(jié)水潛力分析

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，主要化工產(chǎn)品甲醇的單位取水量為21.8 m3/t，處于國(guó)內(nèi)同類行業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)中等水平，但高于黑龍江省地方標(biāo)準(zhǔn)，因此具有一定的節(jié)水潛力。建議通過(guò)改進(jìn)生產(chǎn)工藝，增加全廠重復(fù)利用水量，提高生產(chǎn)用水回用率，降低單位產(chǎn)品取水量。

生化車(chē)間稀釋水采用的是凈水車(chē)間的新鮮水，水量為930 m3/d。若生化車(chē)間回收利用雨水作為稀釋水，則每年可節(jié)約新水約27萬(wàn)m3。

全廠的生產(chǎn)排水即熱電分廠的沖灰排水量為21 464 m3/d，若將該部分水沉淀、處理后回收利用，則每年可增加重復(fù)利用水量約640萬(wàn)m3。

廠區(qū)綠化用水使用新水，用水量較小，若將雨水等作為綠化用水，每年可節(jié)約新水約4萬(wàn)m3。

3）節(jié)水措施與建議

建議改進(jìn)高耗水工藝，大力推廣工業(yè)節(jié)水新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備。

建議將灰壩的沖渣廢水沉淀處理，水質(zhì)達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后經(jīng)管道引進(jìn)廠區(qū)，再次用于電廠沖灰或其他可采用回用水的用水系統(tǒng)。

改善不合理的用水分配，如采用廠內(nèi)的重復(fù)利用水替換生化車(chē)間沖洗污水的新水，采用重復(fù)利用水替換選煤車(chē)間洗煤所用新水。

建議完善水量計(jì)量管理體系，加強(qiáng)水量計(jì)量?jī)x表管理，提高對(duì)水量計(jì)量的重視程度。

4 結(jié)語(yǔ)

水資源是寶貴的，也是有限的，作為工業(yè)生產(chǎn)的原料和載體，有著無(wú)可替代的作用，工業(yè)企業(yè)應(yīng)把水平衡測(cè)試作為企業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)工作。通過(guò)對(duì)一個(gè)企業(yè)的水平衡測(cè)試，可以基本摸清企業(yè)用水現(xiàn)狀、生產(chǎn)用水參數(shù)之間的定量關(guān)系，建立健全用水檔案，培養(yǎng)一批熟悉企業(yè)用水情況的管理人員，制定較為合理的用水定額，能夠取得一定的節(jié)水實(shí)效，是企業(yè)加強(qiáng)用水科學(xué)管理、合理用水的有效辦法和措施。

在企業(yè)水平衡測(cè)試工作中，應(yīng)注意以下幾項(xiàng)：

1）測(cè)試人員需熟練掌握企業(yè)的用水工藝、流程及水表安裝情況等，據(jù)此制定測(cè)試方案，設(shè)計(jì)測(cè)試儀器布置圖；

2）測(cè)試人員需熟練掌握測(cè)試儀器的使用方法，并保證測(cè)試過(guò)程中儀器完好，運(yùn)轉(zhuǎn)無(wú)誤；

3）測(cè)試過(guò)程中需保證工況正常；

4）技術(shù)人員需做到計(jì)算分析與測(cè)試同步，及時(shí)整理測(cè)試數(shù)據(jù)，完成測(cè)試報(bào)告。