陶瓷企業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水平衡測試意義和各種水量參數測試方法，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據，對其他陶瓷企業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；用水系統模型

1 前言

建筑衛生陶瓷行業是中國重要的材料工業。我國的陶瓷總產量已經連續 16年位居世界第一位，年產量約占全世界產量的 60％以上，已成為世界上最大的陶瓷生產國和出口國。依據行業權威數據統計，2019 全國陶瓷磚總產量 82 億平方米，2019 年全國衛生陶瓷總產量 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，陸續頒布了多項嚴格的水資源管理制度，倡導科學合理地開發和利用水資源 [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狀，還可以挖掘節水潛力，提高用水效率并降低生產成本，從而更有效地采取相應措施，達到節約用水和合理用水的目的 [3-4]。水平衡測試工作已經涵蓋石油、化工、電力、冶金、紡織、食品、醫藥、電子等工業行業。酒店、學校、醫院、機關等服務行業也普遍需要開展水平衡測試。與一般行業不同，陶瓷行業雖不屬于高耗水行業，但其用水環節較多，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《廣東省節約用水辦法》規定月均用水量1萬m3以上的非農用水單位為重點用水單位。重點用水單位應根據國家規定和技術標準，對用水情況進行水平衡測試。絕大多數陶瓷企業月用水量均超過1萬m3，因此陶瓷企業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布陶瓷行業取水定額標準。2020年12月水利部、工業和信息化部聯合印發了《關于印發水泥等八項工業用水定額的通知》水節約 【2020】290號文，制定了《工業用水定額：建筑衛生陶瓷》，具體規定如下。

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

注： [1]標準未給定領跑值

根據《廣東省節約用水辦法》規定，企業用水實行總量控制和定額管理制度，對于單位產品用水超過用水定額的，行業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挖掘節水潛力

水平衡測試是對用水單元和用水系統的水量進行系統的測試、統計、分析得出水量平衡關系的過程，需要測試的水量參數包括：新水量、循環水量、串聯水量、耗水量、排水量和漏水量，通過水平衡測試可發現企業是否存在以下問題及改進潛力。

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

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

（3）企業近幾年節水改造落實情況，取得哪些節水成效；

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

（5）對于一些老舊企業，尤其是供水管網為地埋式的，通過開展水平衡測試可發現企業是否存在地下管網漏水現象，從而及時修復地下管網漏水點，達到很好的節水效果。

2.3擴大計劃用水量

根據《廣東省節約用水辦法》規定，申請認定節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。根據佛山市人民政府辦公室關于印發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）文件規定，企業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，獲得省級以上節水型企業稱號的，計劃用水量可擴大40%。

2.4證明用水合理性

目前絕大多數陶瓷企業廢水都實現了零排放，然而陶瓷企業用水量根據產品類型、生產規模不同，每年用水量少則十幾萬噸，多則上百萬噸，如此大規模用水量最終去向如何，大部分陶瓷企業很難說清楚，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 水量參數測定清單及測試方法

陶瓷企業由于其生產工藝的特點，整個生產過程用水流向相對較復雜，尤其是涉及水的損耗環節較多，因此耗水量測試是陶瓷企業開展水平衡測試的重點和難點。一般需測定的水量參數包括新水量（含原料帶水、煤粉帶水）、循環水量、串聯水量（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，各單元水量參數測試清單及測試方法見表3。

3.2 建立用水系統模型

用水系統模型的建立是企業開展水平測試最關鍵的一步，可以分析企業新水、循環水、串聯水、回用水、耗水、排水、漏水等的流向，并確定數據的測試方法。陶瓷企業一般可建立原料車間用水系統、成型車間用水系統、燒成車間用水系統、拋光磨邊車間用水系統、廢水處理用水系統、廢氣處理用水系統及辦公生活用水系統等模型。

3.2.1 原料車間用水系統

該系統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。原料車間用水系統模型可見圖1。

從上圖可見，原料車間用水系統進水為自來水、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、煤渣含水和蒸發等。

3.2.2 成型車間用水系統

該系統用水為壓磚機冷卻水池補水、冷卻循環用水、場地清洗用水等。成型車間用水系統模型可見圖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等。

3.2.3 燒成車間用水系統

該系統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，燒成車間生產系統模型可分別見圖3和圖4。

從上圖可見，燒成車間生產系統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、煙氣帶水等。

3.2.4 拋光車間用水系統

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

從上圖可見，拋光車間生產系統輸入水量為經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。

3.2.5 輔助生產用水系統

該系統用水主要包括技術空壓機冷卻循環用水和自來水補水，研發部、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。附屬生產系統的水流向可見圖6。

從上圖可見，附屬生產系統輸入水量為自來水、回用水和循環水，而輸出水量包括廢水、水的蒸發、煙氣帶水等。

3.3 耗水量測試

3.3.1 水池液面蒸發量測試

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

3.3.2 冷卻塔蒸發吹散量測試

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生的水損耗包括吹散量和蒸發量，計算公式如下。

吹散量=循環冷卻水量×吹散系數

蒸發量=循環冷卻水量×蒸發損耗系數×冷卻水進出水溫度差

根據《企業水平衡測試通則》可獲得吹散損失系數和蒸發損失系數，另外利用測試設備可獲得循環冷卻水量、進出水溫度差等數據，因此可計算得出冷卻塔系統耗水量。

3.3.3 沖洗地面耗水量

與大部分行業不同的是，陶瓷企業日常生產過程中為了保持車間地面整潔，需要定期沖洗生產車間和通道地面，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的形式損耗掉。根據測試，地面沖洗耗水量約為0.69L/m2，詳見表5。

根據各車間沖洗地面的面積及每天沖洗次數，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排煙量、煙氣溫度、煙氣含水率等參數計算耗水量，循環水池的蒸發水量可參照水池液面蒸發量進行測試。

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，目前大多數陶瓷企業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，大多數風機冷卻水未循環利用，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，改善車間工作環境，部分陶瓷企業安裝水冷空調或高壓霧化降溫設備，這些設備消耗的水量最終以蒸發形式損耗掉。

（3）污泥帶水損耗

陶瓷企業廢水處理產生的污泥含水率約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現是否漏水點，并采用量杯、流量計等儀器即可測得漏水量，而地下管網漏水測試相對較復雜，根據《企業水平衡測試通則》（GB/T 12452-2008），漏失水量的測試方法如下：

（1）靜態測試法，即對于有條件停水的系統和單元，可選擇適當的時間，如公 休日等，關閉全部用水閥門末端，若總水表繼續走動，測試表明有漏水，水表的讀數可近似認定是該區的漏失水量；

（2）動態測試法，即采用容積法或現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，一級表計量數值與二級表計量數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。

對陶瓷企業而言，靜態測試法往往難于實現，大多數采用動態測試法開展漏水量測試。

第一步，合理確定二級計量點位，有條件的企業可以加裝二級計量表，無條件的企業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生的誤差，更有利于數據精準度。

第三步，連續獲得8天數據后，即可計算一級和二級計量水量的差值，再根據上述標準判定管網是否漏水。

第四步，通過以上方法判斷管網存在漏水現象時，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走向進行測試，發現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

該企業是一家陶瓷墻地磚生產企業，主要生產工序包括球磨、噴霧干燥、壓制成型、干燥、施釉印花、燒成、拋光磨邊等，輔助生產設施包括廢水處理、廢氣處理、技術中心等。企業設有兩個市政自來水取水點，年取水量約40萬m3，單位產品取水量達到《用水定額 第2部分 工業》（DB44/T 1461.2-2021）先進值水平。該企業重視用水管理，建立節水管理領導小組，制度節水管理、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《企業水平衡測試通則》的要求，開展了以下準備工作。

（1）收集企業近三年用水數據及相關資料，建立用水技術檔案；

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

（3）對企業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

水量平衡統計表見表6，水量平衡圖見圖7。經數據整理和分析后，統計獲得各系統用水量、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，約占總新水量的15%-17%；

（3）原料車間漏水量較大，說明企業應加強用水管理，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）單位產品取水量

測試期間，取水量為1051.4m3/d，產量為3.5萬平方米，則單位產品取水量=全廠取水量÷產品產量=1051.4 m3÷35000 m2=0.03m3/m2，優于《工業用水定額：建筑衛生陶瓷》先進值0.05m3/m2的水平，說明該企業用水水平達到行業先進水平。

（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水型社會達標建設工作的通知》（粵水資源〔2018〕1889號）中的企業用水綜合漏失率≤5%的要求。

5 總結

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

參考文獻

[1]團體標準《取水定額 建筑衛生陶瓷》征求意見稿編制說明.

[2]左其亭，胡德勝，竇明 等. 基于人水和諧理念的最嚴格水資源管理制度研究框架及核心體系[J].資源科學，2014，36（5）：906-912．

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[4]李倩.我國水平衡測試現狀分析[J].節水灌溉，2014（5）：70-73．