化工企業清潔生產審核中物料平衡的建立與應用

李國華，辛諾，張蓓

(1.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300457；2.中海油（天津）油田化工有限公司，天津 300457；3.中海油天津化工研究設計院有限公司，天津 300131)

0 引言

某化工企業以反應釜的生產方式進行間歇性生產。根據清潔生產審核物料建立的要求[1-3]，選取正常生產狀態下三批次產品的操作記錄數據進行衡算[4]，完成物料平衡，用于測算分析生產過程中物質的利用效率，并可進一步測算分析生產過程中成本構成情況。

1 物料平衡的建立

根據某一反應釜的實際生產數據記錄，可測算得到該生產過程中的某一產品的物料平衡數據，詳見表 1。經測算，總輸入(4 142 千克/批)與總輸出(4 099 千克/批)的相對偏差為1.0%，小于5%，故符合清潔生產審核平衡建立的要求。通過匯總，詳見表1，可知：總物料投入量為 4 142 千克/批、目標產品量為3 966 千克/批、殘余物流量為133千克/批(注：主要以洗釜廢水的形式存在)，整個生產過程的物質損耗量為43千克/批，計算方式如式(1)所示：

表1 生產過程物料平衡的數據匯總

在物料平衡建立的基礎上，可借助物料單價對物質進行貨幣化[5-6]，進而獲得該反應釜生產過程中的某一產品的物質流成本情況，詳見表2，可知：原料成本為3 431.71元/批、洗釜成本為3.74元/批、電力消耗成本為227.97元/批，以物質流形式進入到產品中成本為3 394.90元/批。

表2 生產過程物質流成本情況的數據匯總

2 物料平衡的測算分析

通過建立物料平衡，可知：平衡建立期，目標產品收率為99.7%，計算方式如式(2)所示：

由于產品生產工藝為單一工藝生產過程，故其原料利用效率亦為99.7%。其中，原料損失量為43千克/批，如式(3)所示；損失率為0.3%，計算方式如式(4)所示式。

主要來源于反應釜內壁殘留物、抽真空物料損失、計量環節的偏差等。

通過平衡建立基礎上進行的物質流成本構成分析，詳見如表3所示，可知：單位產品物料成本為866.0元/噸，計算方式如式(5)所示；物料成本是產品生產過程中最主要的成本構成項，約占總成本構成的99.9%，計算方式如式(6)所示；總物質成本中進入目標產品的物質成本的比例為98.8%，計算方式如式(7)所示；未進入目標產品的物質成本的比例為1.2%，計算方式如式(8)所示，以有形損耗的形式存在并成為成本流失項，主要來源于反應釜內壁殘留物和抽真空物料損失等環節的物質損耗。

表3 生產過程物質流成本分析

3 物料平衡建立后的清潔生產機會排查

基于生產工藝的評估分析和物質流成本構成分析，可通過對影響單位產品的物耗/能耗的機會排查后，提出可供考慮的備選方案。主要包括：

(1)原輔料/能源方面。針對產品配方中涉及的原輔料為固含量較低的物質，將增大生產過程中單元操作環節可揮發物質逸散的可能性，進而降低單位產品物耗，可考慮在確保產品質量和效果的基礎上，優化產品配方，優先選擇固含量高的原輔料以減少可揮發物質損耗。針對產品配方中的原輔料均為有機物，一旦發生漏失，則直接增大生產廢水的COD值，進而造成污水處理系統的運行波動，可考慮在確保產品質量和效果的基礎上，優化產品配方減少因物料漏失對污水處理系統的運行波動。

(2)在設備方面。針對大宗原料使用IL塑料桶儲存，增加了塑料桶作為危險品處置的產生量。因此，增加大宗原料儲罐的建設和使用，并配置相應的管線，減少投料環節操作，進而降低物耗，可考慮增加大宗原料儲罐的建設和使用，并配置相應的管線。針對生產過程中需要人工進行計時完成生產操作，如攪拌操作的開啟或停止，存在因個體操作差異而造成無法及時關閉的狀況，進而間接影響單位產品物耗水平，可考慮增加自動計時設備，并設置提醒功能，實現自動化管控。針對生產過程出料為人工出料方式，存在因個體操作差異而出現產品冒出罐、未倒管操作等情況，進而間接影響單位產品物耗水平，可考慮增加灌裝設備，變人工出料為半自動出料。

(3)在過程控制方面。針對現有質量測定設備因為生產過程產生的振動而存計量偏差，進而間接影響單位產品物耗水平，可考慮制定計劃，定期校準計量設備。

(4)在管理方面。針對整個生產過程存在因搶工時而不按操作規程操作的情況，使得操作記錄中的時間記錄節點存在波動，間接影響單位產品物耗水平，可考慮增加現場操作的定期抽查環節。

(5)在員工方面。針對員工操作狀態是否存在節水意識或/和操作技能不足或/和責任心不強等所導致的操作不到位/操作失誤等將間接造成水資源的浪費，從而增大單位產品用水量，可考慮通過員工培訓或/和班組經驗交流改進卸料操作過程、保證卸料充分徹底，定期組織員工進行經驗交流，增加員工的責任心和清潔生產意識。

(6)在產品方面。針對產品為化工類產品，其在使用過程中存在增大水體COD濃度的可能性，可考慮優化產品配方，生產環境友好型產品。

(7)在殘余物方面。存在洗釜廢水存在直接排放情況，增加了污水處理系統的處理負荷壓力，而且影響單位產品物耗/能耗水平，可考慮強化洗釜操作。

(8)循環回用方面。針對出料軟管內的殘留物料若沒有進行倒管操作或/和利用小體積容器進行回收，影響單位產品物耗水平，可考慮對出料進行導管操作或/和配備小體積容器以對出料軟管內殘留的產品進行收集回收。針對存在洗釜廢水未按操作規程進行回收利用情況，不僅增加了污水處理系統的處理負荷壓力，而且影響單位產品物耗水平，可考慮強化洗釜操作。

4 備選清潔生產方案的提出

針對生產過程流程的物料平衡和物質流成本構成分析，基于生產工藝的評估分析和物質流成本構成分析所反映出的問題，產生的清潔生產方案主要包括：

(1)回收出料/進料軟管的殘留物料。在完成產品出料裝生產作業完成后，部分出料/進料軟管的殘留液體。目前暫沒有進行回收而直接直排至污水處理系統，在一定程度上既增加了污水處理系統的處理負荷量，又增大了廢水COD產生量。因此，可通過增加小容積容器，并采取增加倒管作業的方式對出料軟管中的殘留物料進行回收，從而減少產品損失量、降低污水處理系統處理負荷、減少廢水產生量。實施本方案后，預計可減少產品損失量約為12 噸/年，由此可增加經濟收益約為12 000 元/年可減少廢水產生量約為12 噸/年，由此可節約運行成本約為240 元/年；減少廢水COD產生量約為0.016 噸/年。

(2)提高儲罐儲存大宗原料的使用。大宗原料使用IL塑料桶儲存，增加了塑料桶作為危險品處置的產生量。因此，增加大宗原料儲罐的建設和使用，并配置相應的管線并配置相應的管線，減少投料環節操作，進而降低物耗/能耗。實施本方案后，減少危險廢物產生量約為6.192 噸/年，由此可節約運行成本約為 6 192 元 /年。

(3)優化產品配方。產品配方中涉及的原輔料為固含量較低的物質，將增大生產過程中單元操作環節可揮發物質逸散的可能性，進而降低單位產品物耗。此外，產品配方中的原輔料均為有機物，一旦發生漏失，則直接增大生產廢水的COD值，進而造成污水處理系統的運行波動。因此，在確保產品質量和效果的基礎上，優化產品配方，優先選擇固含量高的原輔料以減少可揮發物質損耗、優先選擇有機物含量較低的原輔料以減少因物料漏失對污水處理系統的運行波動，實現精細化管理。

(4)定期開展相關培訓。員工清潔生產意識的提高可通過持續性培訓計劃的開展加以推進，提高員工清潔生產意識、提升企業管理水平。為持續推進清潔生產，可采取的措施包括：①通過清潔生產培訓、節能減排培訓、安全生產培訓，逐步使員工樹立清潔生產意識，實現節能減排。②通過員工培訓或/和班組經驗交流改進卸料操作過程、保證卸料充分徹底，避免或減少物料浪費。③通過開展員工專項培訓、以老帶新培訓的方式，增加新員工的操作技能，地提高工作質量與效率。④定期組織員工進行經驗交流，增加責任心、提高清潔生產意識。

(5)在控制系統中增加自動計時設備。生產過程中需要人工進行計時完成生產操作，如攪拌操作的開啟或停止，存在因個體操作差異而造成無法及時關閉的狀況，進而間接影響單位產品物耗水平。因此，可增加自動計時設備，并設置提醒功能，實現自動化管控，進而實現精細化管理。

(6)增加灌裝設備。生產過程出料為人工出料方式，存在因個體操作差異而出現產品冒出罐、未倒管操作等情況，進而間接影響單位產品物耗水平。因此，增加灌裝設備，變人工出料為半自動出料，進而實現精細化管理。

(7)增加現場定期抽查環節。整個生產過程存在因搶工時而不按操作規程操作的情況，使得操作記錄中的時間記錄節點存在波動，間接影響單位產品物耗水平。因此，可通過增加現場操作的定期抽查環節，提升員工責任心，進而實現精細化管理。

(8)校準計量儀表。通過對蒸汽計量儀表、循環水計量儀表進行校準，進而保證生產過程控制精確，進而實現精細化管理。

(9)強化洗釜操作。在完成產品出料后，根據操作規程要求會存在洗釜操作環節。盡管現場配置了洗釜廢水暫存桶以作為工藝水使用，但實際操作中仍存在洗釜廢水直接排放的情況，進而增加了污水處理系統的處理壓力，而且影響單位產品物耗/能耗水平。因此，可通過強化洗釜操作，減少洗釜廢水產生量。方案實施后，可減少生產廢水產生量約為80 噸/年，由此可節約運行成本約為1 596 元/年；可減少水資源消耗量約為80 噸/年，由此減少經濟運行成本約為646 元/年；可減少廢水COD產生量約為0.104 噸/年。

5 結語

通過對清潔生產審核中建立物料平衡過程的實踐，可得到以下主要結論：清潔生產審核過程中的物料平衡建立需要以正常生產的實際數據為基礎，根據日常生產統計數據可建立生產過程的物料平衡以及物料平衡基礎上的物質流成本構成，并在此基礎上通過清潔生產機會排查提出清潔生產方案。文章通過某化工企業清潔生產審核中的物料平衡建立，表明：該生產過程的目標產品收率為99.7%，損失率為0.3%，物料損失主要來源于反應釜內壁殘留物、抽真空物料損失、計量環節的偏差等，并以有形損耗的形式存在而成為成本流失項。基于生產工藝的評估分析和物質流成本構成分析，降低單位產品的物耗是現階段生產過程中存在的主要問題，據此可提出清潔生產方案，為持續改進生產過程奠定基礎。