水資源是重要的基礎(chǔ)性自然資源，同時(shí)也是應(yīng)用最普遍、應(yīng)用范圍最為廣泛、和我們每個(gè)人、每個(gè)企業(yè)團(tuán)體的生產(chǎn)生活都密切相關(guān)的戰(zhàn)略性經(jīng)濟(jì)資源。我國(guó)水資源總量為28000億m3，居世界第6位，可人均水資源占有量卻位列123位，全國(guó)600個(gè)大城市中300個(gè)缺水，108個(gè)嚴(yán)重缺水，每年因?yàn)樗Y源問(wèn)題導(dǎo)致影響的工業(yè)產(chǎn)值達(dá)到2000多億元。
相對(duì)而言，電解鋁企業(yè)是較大的水資源消耗單位，水資源作為電解鋁企業(yè)不可或缺的生產(chǎn)輔助原料和載體，起著不可替代的重要作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示：僅水平衡管理做好，就可節(jié)約用水5%-10%。不論是從長(zhǎng)遠(yuǎn)還是從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，電解鋁企業(yè)摸清自身用水情況，挖掘節(jié)約用水的潛力，制定適合本企業(yè)較為合理的用水定額，提高自身水資源利用效率，具有積極地經(jīng)濟(jì)意義和戰(zhàn)略意義。
以中孚實(shí)業(yè)園區(qū)為例：實(shí)施水平衡之前，每月工業(yè)用水量基本在90 000-110 000噸，實(shí)施水平衡之后，每月用水量及實(shí)際的水耗制表有明顯的下降，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)下：
圖1：中孚實(shí)業(yè)園區(qū)實(shí)施水平衡工作前后對(duì)比
注：以上數(shù)據(jù)來(lái)源于中孚實(shí)業(yè)隨機(jī)抽取的水平衡測(cè)試數(shù)據(jù)，實(shí)施前為2011年11月7-9日，實(shí)施后為2012年3月份數(shù)據(jù)。
由上表可以看出，實(shí)施水平衡工作使該企業(yè)的水資源利用率由原來(lái)79.0%上升到96.4%，得以很大的提升，跑、冒、滴、漏現(xiàn)象得以有效遏制，為公司生產(chǎn)成本的控制和精細(xì)化管理提供了可靠的依據(jù)。
由此可以看出，水平衡工作對(duì)于像電解鋁這樣的高耗能企業(yè)有著非常重要的意義。
1水平衡測(cè)試工作的定義及基本原理
水平衡測(cè)試工作是指對(duì)用水體系進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，確定其用水參數(shù)的水量值，并根據(jù)其輸入量與輸出量之間的平衡關(guān)系，分析其用水合理程度的一系列工作。
水平衡測(cè)試的核心工作是搞好水平衡測(cè)試，也就是以整體為水量考察對(duì)象，采用儀表儀器，通過(guò)容積法、流速法、堆堰法等途徑對(duì)各個(gè)用水單元進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，確定各個(gè)用水單元的用水參數(shù)水量值，測(cè)量該企業(yè)各用水系統(tǒng)輸入水量之和等于輸出水量之和之間的關(guān)系，根據(jù)其平衡關(guān)系分析用水合理程度。
由于各個(gè)企業(yè)的規(guī)模不同，其用水單元、分布，以及企業(yè)內(nèi)部的管網(wǎng)鋪設(shè)都各不相同。但如果把企業(yè)看做一個(gè)獨(dú)立個(gè)體，將取、用水分類后，采用區(qū)域平衡和逐級(jí)平衡法進(jìn)行水平衡測(cè)試和計(jì)算，也就是先對(duì)整個(gè)企業(yè)用水系統(tǒng)進(jìn)行平衡，然后對(duì)各個(gè)用水子系統(tǒng)進(jìn)行平衡，其基本的原理都可概括為下圖所示：
圖2：企業(yè)水平衡測(cè)試基本原理圖
由上圖可知：
系統(tǒng)輸入表達(dá)式：Vcy+Vf+Vs=Vt
系統(tǒng)輸出表達(dá)式：Vt=Vcy+Vco+Vd+Vi
水 平 衡方程式：Vcy+Vf+Vs=Vcy+Vco+Vd+Vi
上式中：
Vcy----循環(huán)用水量; Vf----取新水量;
Vs-----串聯(lián)用水量; Vt-----總用水量;
Vco----耗水量; Vd-----排水量;
Vi-----漏溢水量。
2 水平衡測(cè)試工作的目的
對(duì)于電解鋁企業(yè)，做好水平衡測(cè)試工作是企業(yè)加強(qiáng)用水科學(xué)管理、合理用水的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，通過(guò)水平衡測(cè)試，可以達(dá)到以下目的：
1、弄清楚企業(yè)用水現(xiàn)狀，查清楚企業(yè)用水部門及用水情況，定性定量工業(yè)水和生活水，找出工業(yè)水與生活水的量比關(guān)系，對(duì)比參照同行使用情況及參照標(biāo)準(zhǔn)，確定本企業(yè)的適合比率。例如：中孚實(shí)業(yè)本部在做水平衡之前總用水量基本為每月9～11萬(wàn)噸，水耗相當(dāng)大，水資源利用率較低;而實(shí)施水平衡工作過(guò)之后，水資源總量降低至8～9萬(wàn)噸每月，水耗維持在相當(dāng)?shù)偷乃?，水資源利用率得到了很大的提高。
2、建立企業(yè)用水關(guān)口分級(jí)管理制度，劃定關(guān)口分級(jí)管理儀表，建立工業(yè)用水和生活用水管理檔案，建立健全重點(diǎn)部位(如鑄造、動(dòng)力、空壓站等)、重點(diǎn)儀表的監(jiān)控和管理工作(至少A、B級(jí)關(guān)口儀表)，細(xì)化關(guān)口分級(jí)管理的責(zé)任和義務(wù)，衡量用水管網(wǎng)的合理性，權(quán)衡重點(diǎn)部位、重點(diǎn)儀表的適宜程度。
3、制定電解鋁企業(yè)重點(diǎn)用水部位產(chǎn)值和產(chǎn)品供水、排水定額標(biāo)準(zhǔn)累計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，把水資源使用比率納入電解鋁生產(chǎn)的考核指標(biāo)，從而降低電解鋁生產(chǎn)消耗指標(biāo)。
4、通過(guò)水平衡測(cè)試管理工作的開展，進(jìn)行合理化用水分析，找出節(jié)約用水潛力，根據(jù)實(shí)際條件制定切實(shí)可行的合理用水規(guī)劃。
3水平衡測(cè)試工作內(nèi)容
一般而言，電解鋁企業(yè)水平衡測(cè)試工作一般包括測(cè)試準(zhǔn)備(含：思想準(zhǔn)備、組織準(zhǔn)備、技術(shù)準(zhǔn)備和物質(zhì)準(zhǔn)備)、測(cè)試實(shí)施、數(shù)據(jù)匯總、分析評(píng)價(jià)、規(guī)劃驗(yàn)收等環(huán)節(jié)，具體程序可概括為下圖所示：
圖3：水平衡測(cè)試工作程序
水平衡測(cè)試工作的內(nèi)容可分為以下六大部分，具體為：
(一)查清用水情況及有關(guān)資料
1、查清電解鋁企業(yè)各用水部門(生產(chǎn)、生活)用水工藝及用水設(shè)備的基本概況。
2、查清電解鋁企業(yè)水源情況(包括自來(lái)水、地表水、地下水等)具體內(nèi)容為取水量、水質(zhì)情況、水源井的取水層深度、動(dòng)靜水位情況和變化趨勢(shì)以及出水主要用途。
3、整理繪制給水、排水管網(wǎng)圖(例圖4：中孚實(shí)業(yè)園區(qū)供水計(jì)量網(wǎng)絡(luò)圖圖)。
圖4：中孚實(shí)業(yè)園區(qū)供水計(jì)量網(wǎng)絡(luò)圖
(二)用水計(jì)量和用水設(shè)備測(cè)定
1、用水計(jì)量
電解鋁企業(yè)用水計(jì)量?jī)x表的配備直接影響到電解鋁企業(yè)的水平衡測(cè)試，可以說(shuō)電解鋁企業(yè)各用水單元計(jì)量?jī)x表配備齊全、完好、準(zhǔn)確度、精度達(dá)到要求，水平衡測(cè)試就能快速進(jìn)行。
一般要求每日(24小時(shí))取水量達(dá)到10m3以上的用水單元(車間、工段、設(shè)備)均應(yīng)安裝水表。
根據(jù)GB/T17167——2006《用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則》要求，水(自來(lái)水，地下水，河水)進(jìn)出企業(yè)的配備率為100%，而進(jìn)出分廠(車間)水的計(jì)量率達(dá)到95%，重點(diǎn)用水設(shè)備或裝置達(dá)到80%，而其精度要求，進(jìn)出企業(yè)及企業(yè)內(nèi)部車間、重點(diǎn)用水設(shè)備的凈水計(jì)量管徑不大于250mm為2.5級(jí)，管徑大于250mm的為1.5級(jí)，而另有資料顯示：排放污水的計(jì)量要求為5.0%。
2、用水設(shè)備的檢定或校驗(yàn)
一般說(shuō)來(lái)，設(shè)備測(cè)試主要是測(cè)試水量參數(shù)、水質(zhì)參數(shù)、水溫參數(shù)。
水量參數(shù)有：新水量、重復(fù)利用水量、耗水量、排水量、漏溢水量等。
水質(zhì)參數(shù)：企業(yè)主要用水點(diǎn)和排水點(diǎn)的水質(zhì)測(cè)試，應(yīng)根據(jù)本地區(qū)和企業(yè)具體情況確定。
水溫參數(shù)：應(yīng)測(cè)定循環(huán)用水進(jìn)出口及對(duì)水溫有要求的串聯(lián)用水的控制點(diǎn)的水溫。
用水設(shè)備通常分為以下三種類型：一般設(shè)備、間歇性用水設(shè)備、季節(jié)性用水設(shè)備。
用水設(shè)備計(jì)量器具的檢定或者比對(duì)可采用不影響生產(chǎn)、在線檢定或者比對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)的原則和方式，進(jìn)行有效地?cái)?shù)據(jù)溯源，例如：河南中孚實(shí)業(yè)股份有限公司采用日本富士電機(jī)公司PORTAFLOW C便攜式超聲波流量計(jì)系列，變換器采用FSC-S10A1-00E，檢測(cè)器采用FLD-411Y1-A、FSD120Y1，可實(shí)施管徑50-1200mm的水流量監(jiān)測(cè)，精度可達(dá)到1.0級(jí)以上，經(jīng)過(guò)實(shí)地使用，對(duì)水平衡測(cè)試工作的具有數(shù)據(jù)精確、使用方便、時(shí)效性好等特點(diǎn)，使水平衡溯源工作得到了有效的進(jìn)展。
(三)電解鋁企業(yè)水平衡測(cè)試數(shù)據(jù)的匯總
在測(cè)試過(guò)程中，隨時(shí)按水平衡測(cè)試表逐項(xiàng)填寫，測(cè)試工作全部完成后，按工段、車間、全廠順序進(jìn)行數(shù)據(jù)整理匯總，并繪制水量平衡示意圖，即將各用水單元之間用流程示意圖的形式表示水的流向關(guān)系和水量分配關(guān)系，生活用水也包括在內(nèi)。
(四)電解鋁企業(yè)水量平衡測(cè)試結(jié)果分析
電解鋁企業(yè)一般規(guī)模都比較大，所以水平衡測(cè)試有時(shí)不能在企業(yè)各個(gè)用水單元同步測(cè)試，所以各用水單元測(cè)試所得數(shù)據(jù)匯總后和工廠實(shí)際用水情況有一定差異，為了使測(cè)試工作保證質(zhì)量，要求在測(cè)試階段所得各類水取水量(生產(chǎn)、生活)之和與同期全廠實(shí)際日取水量平均值之差不大于10%，應(yīng)可認(rèn)為測(cè)試結(jié)果符合要求，否則應(yīng)繼續(xù)查找有無(wú)漏測(cè)和計(jì)算錯(cuò)誤直至差值小于10%為止。
1、各類用水分析
將全廠各類用水以用途進(jìn)行匯總分類，并計(jì)算其所占總?cè)∷康谋壤?，針?duì)工業(yè)用水考核指標(biāo)與本地區(qū)電解鋁企業(yè)的水平進(jìn)行比較，找出本企業(yè)在工業(yè)用水方面存在的問(wèn)題。
2、根據(jù)水平衡圖進(jìn)行分析
當(dāng)電解鋁下屬用水單位有中央循環(huán)水池及循環(huán)回用水系統(tǒng)時(shí)(重點(diǎn)考慮電解鋁企業(yè)鑄造車間、空間站、加壓泵站等)，可按水量平衡示意圖進(jìn)行水量平衡計(jì)算，以確定溢流量和滲漏量。
3、根據(jù)單臺(tái)設(shè)備測(cè)試結(jié)果分析
根據(jù)單臺(tái)設(shè)備測(cè)試結(jié)果，針對(duì)本設(shè)備、工藝對(duì)水溫、水質(zhì)、水量的要求，分析目前用水情況是否符合工藝要求，分析該設(shè)備的取水、排水、耗水是否有不合理的地方，從而采取措施進(jìn)一步提高水的利用率。
4、職工生活用水情況分析
職工生活用水，包括電解鋁企業(yè)廠區(qū)職工用水(浴室、食堂、綠化等)和車間生活用水兩部分。根據(jù)本地區(qū)氣候和習(xí)慣的實(shí)際情況，參照電解鋁或有色行業(yè)的先進(jìn)水平和用水規(guī)范，分析本廠職工人均日取水量是否合理，從而采取措施加強(qiáng)管理。
(五)制訂合理用水規(guī)劃
在水平衡測(cè)試和分析工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合本電解鋁企業(yè)實(shí)際情況，制定合理化用水規(guī)劃。規(guī)劃的主要原則：
1、在工藝條件一定的情況下，盡量增大本企業(yè)的重復(fù)利用水量，從而減少取水量。
2、對(duì)不用水或少用水的生產(chǎn)工藝來(lái)改造、代替原來(lái)的工藝，從而使用水量減少，達(dá)到節(jié)約取水量的最終目的。
(六)完成水量平衡測(cè)試報(bào)告書
水量平衡測(cè)試報(bào)告書要包含以下內(nèi)容：
1、電解鋁企業(yè)基本概況。
2、相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表(含水量、設(shè)備數(shù)據(jù)等)。
3、給水、排水、回水管網(wǎng)圖。(例圖5：中孚實(shí)業(yè)園區(qū)工業(yè)水走向圖)
4、繪制好電解鋁企業(yè)主要車間水量平衡圖及企業(yè)水量平衡圖。
5、繪制好電解鋁企業(yè)主要車間水量平衡圖及企業(yè)水量平衡圖。
6、計(jì)算單位產(chǎn)品取水量、單位產(chǎn)值取水量、廢水達(dá)標(biāo)率、新水利用系數(shù)等數(shù)據(jù)指標(biāo)。
7、本電解鋁企業(yè)用水合理化分析和今后應(yīng)采取的措施。
4 電解鋁水平衡測(cè)試工作中相關(guān)問(wèn)題的探討
1、水量平衡測(cè)試總誤差不得大于2-5%，否則應(yīng)查找有無(wú)漏測(cè)和計(jì)算錯(cuò)誤，直至誤差達(dá)到規(guī)定要求。
2、水平衡計(jì)算單位以m3/d計(jì)，因此在填寫的表格和圖中，數(shù)字一般以日計(jì)，水平衡測(cè)試匯總表則以年或月計(jì)。
3、水平衡測(cè)試必須在電解鋁企業(yè)90%以上的用水設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行，測(cè)試時(shí)間不得短于24小時(shí)，為了便于統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，一般統(tǒng)計(jì)期為年，測(cè)試期通常為一個(gè)月。對(duì)某些生產(chǎn)周期長(zhǎng)，用水量又不均勻的設(shè)備、機(jī)臺(tái)，其取水量占企業(yè)總?cè)∷康?0%，測(cè)試時(shí)間不得小于設(shè)備的生產(chǎn)周期。
4、調(diào)查儀表的安裝率、完好率、是否適用，分析日常水流量與水表精確計(jì)量段是否吻合，查看水表在各種流量上計(jì)量情況的變化是否符合常規(guī)情況。
圖5：中孚實(shí)業(yè)園區(qū)工業(yè)水走向圖
5、管網(wǎng)的跑冒滴漏、無(wú)表長(zhǎng)流、管網(wǎng)水流循環(huán)多次計(jì)量等問(wèn)題也需要引起足夠的重視，應(yīng)在分清管網(wǎng)流向的同時(shí)，努力在管網(wǎng)水流壓力變化走向上分析論證水流的真正變化，避免多次計(jì)量或者負(fù)計(jì)量。
5、正確選取測(cè)試周期和測(cè)試時(shí)段，選擇有代表性的流量時(shí)段，采用多次測(cè)試、關(guān)鍵點(diǎn)位測(cè)試等方式，使測(cè)試結(jié)果能夠正確反映實(shí)際用水情況。
6、循環(huán)水、回用水量統(tǒng)計(jì)時(shí)，要把整個(gè)使用管路的來(lái)龍去脈、利用效率等問(wèn)題數(shù)據(jù)弄清楚，避免重復(fù)計(jì)算。
7、正確的選擇現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法和測(cè)試儀器，嚴(yán)把檢測(cè)規(guī)程，精確檢測(cè)數(shù)據(jù)，合理取舍數(shù)據(jù)等對(duì)水平衡工作十分關(guān)鍵。
綜上所述，電解鋁企業(yè)是水資源消耗的大型企業(yè)，做好水平衡工作，不僅僅要做好生產(chǎn)、生活用水量的進(jìn)口和出口的平衡，更重要的是要做好電解鋁企業(yè)水量平衡測(cè)試結(jié)果分析和制訂合理用水規(guī)劃，從而找到可以降低水資源生產(chǎn)成本的有效方法，最大限度的提高水資源的有效利用率，降低水資源開支在生產(chǎn)成本中的所占比重才是重中之重。
參考文獻(xiàn)
[1] 用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則，GB/T17167-2006.
[2] 企業(yè)水平衡與測(cè)試通則，GB/T12452-90.
[3] 評(píng)價(jià)企業(yè)合理用水技術(shù)通則，GB/T7119—93.
聲明：
“對(duì)電解鋁企業(yè)水平衡測(cè)試工作的研究對(duì)電解鋁企業(yè)水平衡測(cè)試工作的研究” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請(qǐng)聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來(lái)源：河南中孚實(shí)業(yè)股份有限公司
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