精细化工企业水平衡测试及节水分析

陈 斐 上海纺织节能环保中心



精细化工企业水平衡测试及节水分析

陈 斐 上海纺织节能环保中心

摘要：精细化工是我国化学工业的重要组成部分，高能耗、高水耗、高污染是阻碍精细化工行业发展的主要因素。本文以某精细化工企业为例，通过开展水平衡测试，了解企业用水结构及特点，从而进一步挖掘企业节水潜力，实现水资源的优化配置；研究可为精细化工企业提高资源利用效率，实现清洁生产提供参考与借鉴。

关键词：精细化工；节能减排；水平衡测试；节水

精细化工成为化学工业发展的重中之重，是世界各国重视的工业之一，也被我国列入重点发展行业。精细化工行业生产过程中消耗大量化学原料，反应后的产物通常需采用大量清水进行多道洗涤与澄清，消耗大量水资源同时也随之排放结构复杂、有毒有害且难以生物降解的生产废水，带来严重的环境污染［1，2］。

在资源日益短缺、环保意识不断提高的背景下，精细化工企业的节能降耗工作不断得到重视，节能节水方案措施也不断被挖掘并运用于实践，如工艺水重复利用、冷凝水回收、工艺革新等［3，4］。本文以某精细化工企业为例，结合水平衡测试工作，了解企业的用水性质及特点，评价用水合理性，探究现有问题并挖掘节水潜力，为精细化工企业提高资源利用效率，减少污染，实现清洁生产提供参考与借鉴。

1 典型生产工艺流程

典型精细化工企业生产流程如图1所示，主要由原料粉碎、醚化反应、反应物清洗（多道洗涤）、造粒干燥、粉碎筛分及成品包装等工序组成。

由图1可知，典型精细化工企业多个生产工序均需使用水或蒸汽，如清洗工艺约占新水总量的50%～60%，蒸汽锅炉约占新水总量的20%～25%，冷却塔补水约占新水总量的10%～15%，是企业的主要耗水点。

图1　典型精细化工企业生产流程图

2 企业水平衡测试

2.1水平衡测试概况

水平衡是以企业为考察对象的水量平衡，即企业各用水单元或系统的输入水量之和等于输出水量之和，而水平衡测试是对用水单元和用水系统的水量进行系统的测试、统计、分析得出水量平衡关系的过程［5］。

某精细化工企业以生产建筑和涂料等行业所使用的羟丙基甲基纤维素（HPMC）为主，按照《企业水平衡测试通则》和《节水型企业评价导则》［6，7］，选取该精细化工企业生产运行稳定、有代表性的时段进行测试，连续测试时间为72 h，每24h记录一次，共取4次测试数据；通过测试结果对企业用水情况进行汇总分析，主要评价指标包括工艺水回用率、间接冷却水循环率、重复利用率等。

2.2测试结果

通过开展水平衡测试工作，将该企业各类用水按其用途及用水特点划分为主要生产用水系统、辅助生产用水系统、附属生活用水系统；企业新水总量为372.7 m³/d，各用水系统的水量平衡情况如图2所示。

图2　企业水量平衡框图

由图2所示，各用水点的耗水情况如下所示。

（1）蒸汽锅炉系统

企业蒸汽用量为87.0 m³/d，蒸汽主要用途包括：①加热生产清洗工艺所需的热水②间接加热反应釜以满足反应温度要求③成品烘干。

（2）生产清洗系统

醚化反应后的物料需采用（85～90）℃的热水进行清洗，去除反应产物中的杂质；清洗工艺共采用两道洗涤工序，第一道洗涤排水水质较差，直接排放至污水处理站，第二道洗涤的排水较洁净，收集后作为串联用水回用至一洗工艺。

（3）间接冷却系统

企业冷却系统主要用于醚化反应后的反应釜、空压机及冷冻设备的冷却；冷却塔循环量为6000.0 m³/d，补水总量为63.7 m³/d，冷却水循环率为98.9%。

（4）办公用水

主要为企业员工办公生活用水，人均用水量为34.0L/人·d，符合上海市地方标准中40 L/人·d的标准。

（5）食堂用水

主要为企业员工餐饮用水，人均用水量为14.3 L/人·餐，符合上海市地方标准中15 L/人·餐的标准。

（6）宿舍用水

主要为企业员工宿舍用水，人均用水量为94.0 L/人·d，符合上海市地方标准中125 L/人·d的标准。

（7）平衡差（表计误差）

测试期间，企业存在7.0 m³/d的平衡差，这主要可能与水表精度及读数有关，而整体二级水表计量率高达98.1%，说明企业给水管网基本无渗漏。

2.3用水指标分析

2.3.1工艺水回用率

企业工艺水回用主要包括清洗用水逆流洗涤、少量蒸汽冷凝水回用等，目前工艺水回用量为180.0 m³/d，回用率为48.1%，可见该企业工艺水回用率相对较低。本市诸多精细化工企业建厂时间较早，传统工艺中节水措施较欠缺，导致工艺水重复利用率较低，新水消耗量较大；主要体现在以下两方面：

（1）化学原料在反应釜中加热反应后的产物需用水清洗，耗水量约占企业新水总量的50%～60%，同时排放大量的清洗废水。为确保清洗效果，通常采用多道洗涤工艺，前道清洗排水水质较差，而末道清洗排水水质较好，具有一定的回用价值；然而传统精细化工企业将各道清洗用水直接排放不但造成巨大浪费，也加重了废水处理负荷和成本。

（2）蒸汽锅炉水耗约占企业总水耗的20%～25%，能耗约占企业总能耗的30%～40%，蒸汽主要用于间接加热反应釜、清洗用水及成品烘干等工序，使用后的蒸汽转化为90℃的冷凝水。通常精细化工企业将高温冷凝水直接排放，既造成大量的热能浪费，又容易对废水处理设施造成冲击，影响处理效果；如果将冷凝水排放至冷却循环水池作为冷却塔补水，虽然可作为节水措施，但容易造成冷却循环水池的水温升到，影响冷却效果。

2.3.2重复利用率

企业重复利用水量主要由工艺水回用量及间接循环冷却水量等组成，目前重复利用水量为6180.0 m³/d，重复利用率为94.3%，高于本市化工原料行业工业用水重复利用率88.0%的标准，这主要与企业间接循环冷却系统的规模较大有关。

重复利用率是考察企业水资源利用效率的重要指标，较低的重复利用率不仅造成产品水耗、能耗较高外，也导致大量可二次利用的水资源及能源被浪费，造成环境污染。

2.3.3间接冷却水循环率

冷却系统主要用于反应釜及相应设备冷却，通常采用水冷式冷却塔作为散热设备，由于冷却系统通过水汽蒸发的形式散发热量，因此需定期补水以保持系统平衡。企业冷却系统冷却水循环率为98.9%，达到本市冷却设施间接冷却水循环率98.8%的平均水平，冷却水循环率较高主要与设备维护较好、冷效高、飘水率低等因素有关。

2.3.4万元产值取水量

万元产值取水量是衡量企业对水资源使用效率的综合指标，根据上海市经济和信息化委员会、上海市统计局公布的《上海产业能效指南（2014版）》，化学原料和化学制品制造业的产值水耗为2.489 m³/万元；而以2014年为例，该企业年用水量为10.3万m³，年产值约3.7亿元，折算产值水耗为2.784m³/万元，略高于本市综合能效要求，可见企业仍存在一定的节水空间。

3 企业节水潜力与分析

通过水平衡测试，了解精细化工企业用水结构，并通过各工序段的水量需求，分析典型精细化工企业的节水潜力；包括工艺水重复利用、蒸汽冷凝水回用、废水余热回收、冷却设施维护管理、建立计量管理体系等。

3.1工艺水重复利用

精细化工反应后通常需要多道清洗工序进行反应物洗涤与澄清，这也是企业最大耗水点；传统工艺中各道清洗用水均使用新鲜水，造成化学品及水资源巨大浪费的同时也排放大量高浓度有机废水，增加废水处理难度。为实现资源回收、清洁生产的目的，采用逐格倒流、逆流清洗的回用工艺能大大提高水资源利用效率，减少环境污染。

图3　清洗·用水逆流清洗示意图

由图3可见，通过逆流清洗工艺，使清洗用水由直流排放改造为串联利用，提高工艺水重复利用率，可有效减少清洗工序60%～70%的新水消耗，节水效益显著。其次，一洗排放的废水中有机物浓度较高，可通过精馏、萃取等方式回收废水中的原料物质［8］，再经余热回收后将废水最终排放。

3.2蒸汽冷凝水回用

精细化工生产的多个工序需要高温条件，因此蒸汽锅炉是重要耗能及耗水点。传统精细化工企业的蒸汽均为一次利用，蒸汽所含的余热未能得到充分利用，降低了热能的利用效率；通过蒸汽多级利用及冷凝水回用可在提高热焓利用效率的同时实现节约用水。

由图4可见，锅炉产生的高品位蒸汽在分级利用过程中降温降压，使热能得到充分利用，使用后的蒸汽转化为冷凝水，可直接用于清洗用水的预热，减少热量浪费；或将冷凝水直接回用至蒸汽锅炉循环利用，有效减少锅炉系统70%的新水消耗，也降低了锅炉能耗。

3.3废水余热回收

精细化工企业生产过程中，需要消耗大量能源的同时也造成了严重的热污染，部分企业甚至将高温生产废水经冷却设施降温后排放至废水处理站，以免影响废水处理效果，造成热量的浪费，可见合理利用余热将有效降低企业能耗，降低生产成本。

由图5可见，通过热交换装置，将高温废水中的余热回收后作为生产及生活系统的热源，可有效减少精细化工企业热污染排放的同时节省一次能源消耗，实现清洁生产，该技术已在生产企业中得到实践［9］。

图4　蒸汽多级利用及冷凝水回用示意图

图5　精细化工企业余热回收示意图

3.4冷却设施维护管理

冷却塔是精细化工企业中最常见的换热设备，用于反应釜及相应设备的冷却降温；由于受降雨及蒸发的影响，冷却系统循环水中杂质不断浓缩，电导率不断升高，最终造成冷却系统填料及管道结垢、阻塞等现象，影响冷却效果的同时增加能耗及水耗。

目前，通过加强冷却循环水水质管理，提高浓缩倍数、旁路软化、风机变频控制等技术手段能有效减少蒸发和排污，最终达到减少补水的目的，甚至可通过寻找替代补水水源的方式实现冷却塔系统的“零”排放［10］。

3.5建立计量管理体系

计量管理是企业实现节能节水管理的基础，通过建立健全企业内部计量表具，实现三级计量管理；由于精细化工企业使用酸碱类腐蚀性物质较多，且通常采用大型卡车进行运输，容易造成地下管道腐蚀、破裂及漏损现象，定期抄表分析及水平衡测试有利于及时找出给水管网和用水设施的损漏点，并及时修复；同时通过计量管理可加强企业节水计划管理，把用水定额指标分配下达到各生产部门，并将计划用水纳入各部门责任范围内，定期考核，调动节水积极性。

4 结束语

随着我国化工行业节能减排工作的不断深入，精细化工企业也将由粗放型的生产模式逐步向集约型及循环经济模式转变。通过水平衡测试及研究发现，采用工艺水重复利用、蒸汽冷凝水回收、废水余热回收等途径可有效实现企业节能节水，减少对环境的影响；此外，通过建立计量管理体系、落实节水设施三同时建设可有效提高企业节水管理，对精细化工企业加强节水减排、实现清洁生产具有重要意义。

参考文献

［1］ 陈新中. 精细化工废水的污染特征及控制策略［J］. 中国化工贸易，2014， 6（18）： 206.

［2］ 刘伟， 张天胜. 精细化工行业的清洁生产与可再生原料的利用［J］. 化工环保， 2004， 24（S1）： 428-431.

［3］ 李明虎， 张雄伟， 刘浙军. 精细化工行业中的若干节能措施［J］. 浙江化工， 2010， 41（5）： 25-26.

［4］ 李贤哲. 论化工工艺中的节能措施研究［J］. 化工管理， 2014（27）： 168.

［5］ 刘治政， 张国兴， 林洪孝. 企业水平衡测试方法［J］. 水利科技与经济，2010， 16（3）： 273-275.

［6］ GB/T 12452-2008， 企业水平衡测试通则［S］.

［7］ GB/T 7119-2006， 节水型企业评价导则［S］.

［8］ 陆朝阳. 精细化工废水治理及其资源化技术［J］. 精细与专用化学品，2009， 17（3）： 19-20.

［9］ 曲学明. 生产废水余热回收技术应用探讨［J］. 科技视界， 2014（36）：326-327.

［10］ 胡爱英. 工业循环冷却水系统节水节能措施分析［J］. 工业用水与废水， 2011， 42（3）： 1-4.

节能信息与动态

上海市节能协会举办大功率荧光灯技术研讨

4月28日，上海市节能协会在上海海龙光电科技有限公司召开“大功率荧光灯技术近年来的重大创新突破和应用前景”专家研讨会，复旦大学电光源、上海太平洋能源中心电源和照明技术、上海社会科学院合同能源管理等方面专家，及中国稀土行业协会、中国海诚工程科技有限公司、上海跃龙化工厂、上海海龙光电科技有限公司有关专家参加了研讨会，协会副秘书长胡建一主持会议。

会上，上海海龙光电科技有限公司葛葆珪教授介绍他和他的团队坚持10余年在荧光灯照明方面所做的创新工作和目前荧光灯照明技术达到的水平，以及大功率高透光球形荧光灯的应用情况。与会专家对大功率荧光灯技术近年来重大创新突破和应用前景进行了认真讨论，并作出了科学、客观的评价。

（徐莉莉）

陈斐：（1982～），女，工程硕士，工程师，主要从事企业节能环保工作。

Water Balance Testing and Water Saving Analysis at Fine Chemical Enterprises

Chen Fei Shanghai Textile Energy Saving Environment Protection Center

Abstract：Fine chemical industry is an important part of chemical industry in China. But high energy consumption， high water pollution and high contamination have stunted fine chemical industry development. The article takes an example of some fine chemical enterprise to further figure out water saving potential and realize water resource optimization configure through water balance testing to know enterprise water using structure and characteristics. This research could improve fine chemical enterprise resource usage efficiency and give references to realizing clean producing.

Key words：Fine Chemical， Energy Saving and Emission Reducing， Water Balance Testing， Water Saving

DOI：10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.05.012

［作者简介］