陶瓷企業(yè)水平衡測試意義及要點分析

徐建國

摘 要：本文闡述了陶瓷企業(yè)水平衡測試意義和各種水量參數(shù)測試方法，重點介紹了用水模型、耗水量及漏失水量測試的技術要點，并結合實際測試案例分析各單元用水量、新水量及耗水量等數(shù)據(jù)，對其他陶瓷企業(yè)開展水平測試具有較好的參考價值。

關鍵詞：陶瓷；水平衡測試；水量參數(shù)；用水系統(tǒng)模型

1 前言

建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)是中國重要的材料工業(yè)。我國的陶瓷總產(chǎn)量已經(jīng)連續(xù) 16年位居世界第一位，年產(chǎn)量約占全世界產(chǎn)量的 60％以上，已成為世界上最大的陶瓷生產(chǎn)國和出口國。依據(jù)行業(yè)權威數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2019 全國陶瓷磚總產(chǎn)量 82 億平方米，2019 年全國衛(wèi)生陶瓷總產(chǎn)量 2.37 億件，兩者取水量可達 7 億 立方米以上 [1]。

從2011年開始，我國對水資源管理的要求越來越高，陸續(xù)頒布了多項嚴格的水資源管理制度，倡導科學合理地開發(fā)和利用水資源 [2]。作為水資源管理的一項基礎性工作，水平衡測試不僅可以掌握用水現(xiàn)狀，還可以挖掘節(jié)水潛力，提高用水效率并降低生產(chǎn)成本，從而更有效地采取相應措施，達到節(jié)約用水和合理用水的目的 [3-4]。水平衡測試工作已經(jīng)涵蓋石油、化工、電力、冶金、紡織、食品、醫(yī)藥、電子等工業(yè)行業(yè)。酒店、學校、醫(yī)院、機關等服務行業(yè)也普遍需要開展水平衡測試。與一般行業(yè)不同，陶瓷行業(yè)雖不屬于高耗水行業(yè)，但其用水環(huán)節(jié)較多，且對水資源管理較粗放，因此開展水平測試更有必要性。

2017年頒布實施的《廣東省節(jié)約用水辦法》規(guī)定月均用水量1萬m3以上的非農(nóng)用水單位為重點用水單位。重點用水單位應根據(jù)國家規(guī)定和技術標準，對用水情況進行水平衡測試。絕大多數(shù)陶瓷企業(yè)月用水量均超過1萬m3，因此陶瓷企業(yè)開展水平衡測試勢在必行。

2 開展水平衡測試意義

2.1核定是否滿足取水定額要求

目前國家層面尚未正式發(fā)布陶瓷行業(yè)取水定額標準。2020年12月水利部、工業(yè)和信息化部聯(lián)合印發(fā)了《關于印發(fā)水泥等八項工業(yè)用水定額的通知》水節(jié)約 【2020】290號文，制定了《工業(yè)用水定額：建筑衛(wèi)生陶瓷》，具體規(guī)定如下。

廣東省地方標準《用水定額? 第2部分：工業(yè)》DB44/T 1461.2-2021規(guī)定建筑衛(wèi)生陶瓷用水定額如下表所示。

注： [1]標準未給定領跑值

根據(jù)《廣東省節(jié)約用水辦法》規(guī)定，企業(yè)用水實行總量控制和定額管理制度，對于單位產(chǎn)品用水超過用水定額的，行業(yè)主管部門應當責令其限期整改，降低耗水量，提高水重復利用率。逾期不整改或整改不符合要求的，縣級以上人民政府水行政主管部門可以依法核減其用水計劃。用水單位超計劃、超定額用水的，對超計劃、超定額用水部分，按照用水類別和超計劃用水幅度，以基本水價的1倍至3倍累進加價計收水費。

2.2挖掘節(jié)水潛力

水平衡測試是對用水單元和用水系統(tǒng)的水量進行系統(tǒng)的測試、統(tǒng)計、分析得出水量平衡關系的過程，需要測試的水量參數(shù)包括：新水量、循環(huán)水量、串聯(lián)水量、耗水量、排水量和漏水量，通過水平衡測試可發(fā)現(xiàn)企業(yè)是否存在以下問題及改進潛力。

（1）企業(yè)用水管理制度是否健全，是否設立節(jié)水管理崗位，制訂用水定額考核制度等；

（2）企業(yè)用水計量器具配備是否符合國家相應的法律法規(guī)或技術規(guī)范的要求，是否滿足企業(yè)自身節(jié)水管理的要求；

（3）企業(yè)近幾年節(jié)水改造落實情況，取得哪些節(jié)水成效；

（4）另外通過水平測試后，可以完善供排水管網(wǎng)布局，計算企業(yè)各種用水指標，并與相關標準或同行業(yè)水平進行比較，分析節(jié)水潛力；

（5）對于一些老舊企業(yè)，尤其是供水管網(wǎng)為地埋式的，通過開展水平衡測試可發(fā)現(xiàn)企業(yè)是否存在地下管網(wǎng)漏水現(xiàn)象，從而及時修復地下管網(wǎng)漏水點，達到很好的節(jié)水效果。

2.3擴大計劃用水量

根據(jù)《廣東省節(jié)約用水辦法》規(guī)定，申請認定節(jié)水型單位或者要求增加用水計劃的用水單位，應當先開展水平衡測試。根據(jù)佛山市人民政府辦公室關于印發(fā)佛山市非居民用水累進加價實施方案的通知（佛府辦【2018】25號）文件規(guī)定，企業(yè)完成水平衡測試可擴大10%計劃用水量，完成水平衡測試且按照測試報告要求完成改造的可擴大20%計劃用水量，獲得省級以上節(jié)水型企業(yè)稱號的，計劃用水量可擴大40%。

2.4證明用水合理性

目前絕大多數(shù)陶瓷企業(yè)廢水都實現(xiàn)了零排放，然而陶瓷企業(yè)用水量根據(jù)產(chǎn)品類型、生產(chǎn)規(guī)模不同，每年用水量少則十幾萬噸，多則上百萬噸，如此大規(guī)模用水量最終去向如何，大部分陶瓷企業(yè)很難說清楚，因此借助第三方開展水平衡測試，掌握用水去向，是陶瓷企業(yè)急需證明用水合理性的重點工作。

3 水平衡測試要點

3.1 水量參數(shù)測定清單及測試方法

陶瓷企業(yè)由于其生產(chǎn)工藝的特點，整個生產(chǎn)過程用水流向相對較復雜，尤其是涉及水的損耗環(huán)節(jié)較多，因此耗水量測試是陶瓷企業(yè)開展水平衡測試的重點和難點。一般需測定的水量參數(shù)包括新水量（含原料帶水、煤粉帶水）、循環(huán)水量、串聯(lián)水量（含漿料含水量、釉料含水量、粉磚含水量等）、耗水量（含蒸發(fā)量、清凈下水量、煙氣帶水量、污泥帶水量等）、排水量、漏失水量等，各單元水量參數(shù)測試清單及測試方法見表3。

3.2 建立用水系統(tǒng)模型

用水系統(tǒng)模型的建立是企業(yè)開展水平測試最關鍵的一步，可以分析企業(yè)新水、循環(huán)水、串聯(lián)水、回用水、耗水、排水、漏水等的流向，并確定數(shù)據(jù)的測試方法。陶瓷企業(yè)一般可建立原料車間用水系統(tǒng)、成型車間用水系統(tǒng)、燒成車間用水系統(tǒng)、拋光磨邊車間用水系統(tǒng)、廢水處理用水系統(tǒng)、廢氣處理用水系統(tǒng)及辦公生活用水系統(tǒng)等模型。

3.2.1 原料車間用水系統(tǒng)

該系統(tǒng)用水主要包括球磨機用水、除鐵過篩用水、柱塞泵用水、噴霧塔用水以及原料車間設備、地面清洗用水。原料車間用水系統(tǒng)模型可見圖1。

從上圖可見，原料車間用水系統(tǒng)進水為自來水、回用水、原料含水、煤粉帶水，而水的輸出主要包括煙氣帶水、廢水、粉料含水、煤渣含水和蒸發(fā)等。

3.2.2 成型車間用水系統(tǒng)

該系統(tǒng)用水為壓磚機冷卻水池補水、冷卻循環(huán)用水、場地清洗用水等。成型車間用水系統(tǒng)模型可見圖2。

從上圖可見，成型車間進水為自來水和粉料帶水，而輸出水量主要為粉磚帶水和蒸發(fā)等。

3.2.3 燒成車間用水系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括施釉工段和燒成工段，其中施釉工段用水主要包括磚坯降溫用水、淋釉印花用水、設備場地清洗用水，燒成工段用水主要包括窯爐風機冷卻用水、磚坯降溫用水、場地清洗用水等，燒成車間生產(chǎn)系統(tǒng)模型可分別見圖3和圖4。

從上圖可見，燒成車間生產(chǎn)系統(tǒng)輸入水量包括自來水、回用水、釉料含水、花釉含水、粉磚含水，而輸出水量主要包括廢水、水蒸發(fā)、煙氣帶水等。

3.2.4 拋光車間用水系統(tǒng)

該系統(tǒng)用水主要包括拋光機用水和拋光車間地面清洗用水，拋光車間生產(chǎn)系統(tǒng)模型可分別見圖5。

從上圖可見，拋光車間生產(chǎn)系統(tǒng)輸入水量為經(jīng)廢水處理站處理后的回用水（廢水），而輸出水量主要是拋光廢水和水蒸發(fā)。

3.2.5 輔助生產(chǎn)用水系統(tǒng)

該系統(tǒng)用水主要包括技術空壓機冷卻循環(huán)用水和自來水補水，研發(fā)部、品管部、廢氣治理、廢水治理等輔助部門自來水用水，各輔助部門地面沖洗用水。附屬生產(chǎn)系統(tǒng)的水流向可見圖6。

從上圖可見，附屬生產(chǎn)系統(tǒng)輸入水量為自來水、回用水和循環(huán)水，而輸出水量包括廢水、水的蒸發(fā)、煙氣帶水等。

3.3 耗水量測試

3.3.1 水池液面蒸發(fā)量測試

陶瓷企業(yè)水的損耗部分是來自敞開水池液面造成的蒸發(fā)損耗，包括污水處理水池、廢氣處理循環(huán)水池、冷卻塔循環(huán)水池等，液面蒸發(fā)損耗與水溫、環(huán)境溫度和風速、大氣壓力、敞開面積等因素有關，可以通過對以上參數(shù)進行測試，然后根據(jù)理論公式計算得出液面蒸發(fā)量。同時也可以根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)估算液面蒸發(fā)量，不同液面溫度蒸發(fā)強度可見表4。

3.3.2 冷卻塔蒸發(fā)吹散量測試

壓機、空壓機等設備一般配備冷卻塔，用于降低設備運行溫度，敞開式冷卻塔工作時產(chǎn)生的水損耗包括吹散量和蒸發(fā)量，計算公式如下。

吹散量=循環(huán)冷卻水量×吹散系數(shù)

蒸發(fā)量=循環(huán)冷卻水量×蒸發(fā)損耗系數(shù)×冷卻水進出水溫度差

根據(jù)《企業(yè)水平衡測試通則》可獲得吹散損失系數(shù)和蒸發(fā)損失系數(shù)，另外利用測試設備可獲得循環(huán)冷卻水量、進出水溫度差等數(shù)據(jù)，因此可計算得出冷卻塔系統(tǒng)耗水量。

3.3.3 沖洗地面耗水量

與大部分行業(yè)不同的是，陶瓷企業(yè)日常生產(chǎn)過程中為了保持車間地面整潔，需要定期沖洗生產(chǎn)車間和通道地面，沖洗水量較大，由于水泥地面具有較大的吸水性能，因此地面沖洗后吸附的水分最終以蒸發(fā)的形式損耗掉。根據(jù)測試，地面沖洗耗水量約為0.69L/m2，詳見表5。

根據(jù)各車間沖洗地面的面積及每天沖洗次數(shù)，則可計算出全廠地面沖洗耗水量。

3.3.4 煙氣帶水量

陶瓷企業(yè)最大的耗水量來源于噴霧塔及窯爐煙氣帶走的水量，這部分耗水量與煙氣治理方式有關。對于采用布袋除塵和干法脫硫的治理工藝，噴霧塔煙氣帶水量來源于泥漿干燥時蒸發(fā)的水量和煤粉或水煤漿或煤粉含水量。窯爐煙氣帶水量近似等于磚坯含水量及釉料含水量，即為原料球磨及釉料球磨時加入的總水量。

對于采用濕法噴淋的治理工藝，煙氣帶水量可以根據(jù)排煙量、煙氣溫度、煙氣含水率等參數(shù)計算耗水量，循環(huán)水池的蒸發(fā)水量可參照水池液面蒸發(fā)量進行測試。

3.3.5 其他耗水量

（1）大功率風機冷卻水損耗

陶瓷企業(yè)噴霧塔、窯爐、廢氣治理等使用的大功率風機的軸承需要采用水冷降溫，目前大多數(shù)陶瓷企業(yè)都是采用新鮮水直接冷卻，雖然單臺風機的冷卻水量較小，但全廠需冷卻的風機數(shù)量較多，風機冷卻總用水量較大，但由于風機分布較分散，大多數(shù)風機冷卻水未循環(huán)利用，而是作為清凈下水排出廠外。

（2）車間降溫水損耗

為了降低操作崗位的溫度，改善車間工作環(huán)境，部分陶瓷企業(yè)安裝水冷空調(diào)或高壓霧化降溫設備，這些設備消耗的水量最終以蒸發(fā)形式損耗掉。

（3）污泥帶水損耗

陶瓷企業(yè)廢水處理產(chǎn)生的污泥含水率約60%，污泥處置也造成少量水的損耗。

3.4 漏水量測試

陶瓷企業(yè)漏水量測試包括管道漏水測試和設備或器具漏水測試，后者相對較簡單，對所用用水設施進行全面巡查即可發(fā)現(xiàn)是否漏水點，并采用量杯、流量計等儀器即可測得漏水量，而地下管網(wǎng)漏水測試相對較復雜，根據(jù)《企業(yè)水平衡測試通則》（GB/T 12452-2008），漏失水量的測試方法如下：

（1）靜態(tài)測試法，即對于有條件停水的系統(tǒng)和單元，可選擇適當?shù)臅r間，如公 休日等，關閉全部用水閥門末端，若總水表繼續(xù)走動，測試表明有漏水，水表的讀數(shù)可近似認定是該區(qū)的漏失水量；

（2）動態(tài)測試法，即采用容積法或現(xiàn)場安裝超聲波流量計等方法對全部水表進行校驗，當二級水量的計量率為 100%時，一級表計量數(shù)值與二級表計量數(shù)值之差即為漏失水量；當無條件對全部水表進行校驗時，當二級水量計量率為100%時，一級表比二級表計量大于3%-5%時，可近似認為其大于部分就是漏失水量。

對陶瓷企業(yè)而言，靜態(tài)測試法往往難于實現(xiàn)，大多數(shù)采用動態(tài)測試法開展漏水量測試。

第一步，合理確定二級計量點位，有條件的企業(yè)可以加裝二級計量表，無條件的企業(yè)可用采用外夾式超聲波流量計作為二級計量表，確保二級水量計量率為100%。

第二步，利用在線讀表設備，對一級水表和二級水表定時進行抄表，獲得前一天一二級用水量，在線讀表器可以消除抄表時間差而產(chǎn)生的誤差，更有利于數(shù)據(jù)精準度。

第三步，連續(xù)獲得8天數(shù)據(jù)后，即可計算一級和二級計量水量的差值，再根據(jù)上述標準判定管網(wǎng)是否漏水。

第四步，通過以上方法判斷管網(wǎng)存在漏水現(xiàn)象時，則需要進行精準探漏，利用聽漏棒、超聲波探漏儀等設備沿著管網(wǎng)走向進行測試，發(fā)現(xiàn)有疑似漏水點時則進行打孔取土樣，進一步鎖定漏水點。

第五步，對漏水點進行修復。

4 案例分析

4.1 測試概況

該企業(yè)是一家陶瓷墻地磚生產(chǎn)企業(yè)，主要生產(chǎn)工序包括球磨、噴霧干燥、壓制成型、干燥、施釉印花、燒成、拋光磨邊等，輔助生產(chǎn)設施包括廢水處理、廢氣處理、技術中心等。企業(yè)設有兩個市政自來水取水點，年取水量約40萬m3，單位產(chǎn)品取水量達到《用水定額 第2部分 工業(yè)》（DB44/T 1461.2-2021）先進值水平。該企業(yè)重視用水管理，建立節(jié)水管理領導小組，制度節(jié)水管理、用水定額考核等制度，定期開展用水分析，一級、二級水計量器具配備率基本滿足《用水單位水計量器具配備和管理通則》（GB 24789-2009）。

測試前，按照《企業(yè)水平衡測試通則》的要求，開展了以下準備工作。

（1）收集企業(yè)近三年用水數(shù)據(jù)及相關資料，建立用水技術檔案；

（2）對全廠供水管理、計量網(wǎng)絡及用水設備進行詳細調(diào)研，繪制了供水管網(wǎng)圖、計量網(wǎng)絡圖和用水系統(tǒng)圖，并制定了詳細的測試方案；

（3）對企業(yè)全廠二級水表和三級水表進行了校驗，對個別不符合測試要求的水表進行了更換，根據(jù)測試需要臨時增加3個機械水表及3個在線超聲波流量計。

4.2 水平衡測試

4.2.1 測試結果

水量平衡統(tǒng)計表見表6，水量平衡圖見圖7。經(jīng)數(shù)據(jù)整理和分析后，統(tǒng)計獲得各系統(tǒng)用水量、新水量、重復利用水量、漏水量、排水量及耗水量。

（1）用水量最大的部門是拋光車間，占總用水量的56%，主要原因是拋光車間循環(huán)水用量較大；

（2）新水消耗量較大的部門包括原料車間、釉線車間、廢氣處理、燒成車間以及輔助生產(chǎn)，約占總新水量的15%-17%；

（3）原料車間漏水量較大，說明企業(yè)應加強用水管理，及時修復漏水點；

（4）耗水量最大的部門為燒成車間和原料車間，絕大部分水的損耗來源于煙氣帶水。

4.2.2 測試結果分析

（1）單位產(chǎn)品取水量

測試期間，取水量為1051.4m3/d，產(chǎn)量為3.5萬平方米，則單位產(chǎn)品取水量=全廠取水量÷產(chǎn)品產(chǎn)量=1051.4 m3÷35000 m2=0.03m3/m2，優(yōu)于《工業(yè)用水定額：建筑衛(wèi)生陶瓷》先進值0.05m3/m2的水平，說明該企業(yè)用水水平達到行業(yè)先進水平。

（2）重復利用情況分析

測試期間，重復水量為18654.6m3/d，總用水量為19923.0m3/d，則水重復利用率為：重復利用水量÷總用水量×100%=18654.6m3/d÷19923.0m3/d×100%=94.4%。

（3）漏失率分析

測試期間，漏失水量為12.5m3/d，則漏失率為：漏失水量÷取水量×100%==12.5 m3÷1051.4 m3×100%=1.2%，小于《廣東省水利廳關于進一步做好我省縣域節(jié)水型社會達標建設工作的通知》（粵水資源〔2018〕1889號）中的企業(yè)用水綜合漏失率≤5%的要求。

5 總結

目前我國正在大力推進節(jié)水型社會建設，而開展水平衡測試、創(chuàng)建節(jié)水型企業(yè)是推動企業(yè)節(jié)水的重要抓手。陶瓷企業(yè)用水量較大，用水單元較多，各用水系統(tǒng)相對較復雜，要全面準確做好各水量參數(shù)的測定，不僅需要掌握水平衡測試理論知識和實踐方法，還需要對陶瓷企業(yè)用水系統(tǒng)進行詳細調(diào)研，結合實際情況制定合理可行的測試方案，科學嚴謹開展現(xiàn)場測試。

參考文獻

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