4M1E分析法在火电厂中水处理质量管理中的应用

张桂凤，刘雪峰

（1.中国电建集团福建工程有限公司，福建 福州 350008；2.福建江夏学院工程学院，福建 福州 350108）

0 引言

为响应国家环境保护工作的要求和号召，以及考虑到火电厂用水量大、工业用水严重短缺的现状，城市污水处理厂处理后的中水已经成为火电厂新建机组的主要生产用水来源。此类水源不仅可以作为补充水、循环水，深度处理后还可以用作机组的水汽用水。由此可见，水资源的高效循环利用，对于促进经济可持续发展具有十分重要的意义。

城市中水来水量虽大，但存在加药量大、成分复杂的共性问题，纵使去除了大部分的悬浮颗粒物、有机物、胶体等污染物，其成分仍然不能满足火电厂的水质要求。目前，火电厂主要采用石灰混凝处理工艺去除城市污水中的悬浮物、胶体有机物及硬度，而后通过过滤杀菌工艺处理，基本可以满足火电厂的用水功能[1]。但是，由于城市中水本身的水质成分比较复杂，加之处理工艺过程以及设备的操作要求比较严格，水质指标控制目标的影响因素也较多。如果水质处理不达标，会导致设备污染腐蚀、管道污堵、锅炉结垢等问题，直接影响后续生产的可靠性和效率。因此，本文采用人机料法环分析法，对水质处理全过程的影响因子进行识别分析，并提供相应对策，以提高水质的稳定性和处理系统的可靠性。

1 理论基础及研究方法

1.1 中水处理工艺基本原理

城市中水经过石灰软化去除二氧化碳和暂时硬度，即先向待处理中水中投入生石灰，后加入絮凝剂和组凝剂促进CaCO3、Mg（OH）2使水中污染物形成沉淀，从而缩短沉淀时间，通过吸附、沉淀和网捕作用去除中水中的大颗粒，同时降低水的硬度[2]。经石灰混凝处理后的中水，其碱度和碳酸盐硬度被大幅度降低，从而有效降低了循环水中产生结垢的概率，之后处理水经过过滤器和清水池，通过杀菌消毒后达标使用。中水处理工艺流程如图1所示。

图1 中水处理工艺流程

1.2 影响因素分析

构成生产制造的五大要素分别是人（Man）、机（Machine）、料（Material）、法（Method）、环境（Environments）。其中，人指操作和制造人员，机指生产制造所用的设备和工具，料指原材料，法指工艺、方法、规程等，环指产品制造过程中所处的环境。通过对生产过程中这五大要素的运行进行分析的方法称为人机料法环分析法，也称为4M1E 分析法[3]。

1.2.1 人员对水质的影响

虽然火力发电厂的操作人员需要专业培训并考试合格取得上岗证，但是生产现场的实际操作需要标准化的管理，并且进行培训和监管。同时，需要实验人员在火力发电厂中水处理系统运行准备阶段做好各环节的小型试验，以确定最佳加药剂量的工作。运营阶段人员涉及影响水质的主要环节分别为：①石灰乳加药系统的操作，启动搅拌器、螺旋输粉机、星形给料机将生石灰定量送入石灰乳搅拌箱内，并监控石灰乳加药系统，调整石灰乳自动加药功能，使得进水流量的变化和加药量相匹配。②控制混凝剂、助凝剂、浓硫酸、次氯酸钠加药系统的运行，分别向溶药箱内加入计算量。③机械加速澄清池和过滤池的运行操作。该过程属于半自动化操作，需要人员监管流量计量、酸碱度、流速、压力和温度等监测数据，按规定系统查漏及冲洗，执行设备全员生产维护（total productive maintenance,TPM）及6S 管理（整理seiri、整顿seiton、清扫seiso、清洁seiketsu、素养shitsuke、安全security），确保能承担现场运行操作和事故处理。

1.2.2 设备及工具对水质的影响

中水处理设备设计和安装要严格监管，管道、防腐材料的选用要合理，运营过程要求设备可以实时监测数据，且信息反馈效率高，可以及时处理隐患。现场工具配备齐全，重要测量仪表需经过计量部门检测，以此保证数据的准确性。

1.2.3 原材料对水质的影响

涉及的原材料主要包括生石灰、浓硫酸、混凝剂、助凝剂、次氯酸钠等，原材料的质量及计量直接影响水质的pH，钙离子和镁离子等化学成分的含量，从而产生堵塞和腐蚀等问题。

1.2.4 处理方法及工艺对水质的影响

处理工艺基本满足生产的需要，主要是人员对该过程水质进行监管和控制，及时发现易腐蚀、易结垢堵塞的环节并立即改善。

1.2.5 环境对水质的影响

运行过程发现生产现场的温度会影响中水温度，导致微生物和细菌滋生，同时会对设备管道的腐蚀老化产生影响。另外，现场良好的照明有利于提高人员的工作效率。

2 问题分析与对策

2.1 石灰乳的制备和投加系统堵塞

为了降低中水的碱度和硬度，通常使用石灰-混凝澄清处理工艺，将石灰乳加入水中，使其与水中的碳酸盐成分发生反应，生成可去除的碳酸钙和氢氧化镁沉淀。该工艺是起始阶段的关键环节，其中石灰乳的制备设备和投加系统的正常运行直接决定后续处理效果，涉及的因素包括设备、员工以及原材料，具体体现在石灰粉仓堵塞、给料机堵塞、输送管道堵塞。

该过程的改善方法主要是原材料生石灰的质量必须合格，纯度越高越好，其次是存放的条件湿度适宜，尽量保持高燥，同时保持填料与出料相匹配，不至于堆积而产生结块。启动搅拌器、螺旋输粉机、星形给料机过程需要人员监管，从而保证投料设备正常运行，因此需要制定严格的工作制度和操作标准。

2.2 设备及管道的腐蚀

火电厂中水化学处理系统生产运行中多个环节的设备及其输送管道都普遍存在被腐蚀的问题，其产生的原因基本可以分为3 类。①酸性腐蚀：由氨氮发生亚硝化、硝化反应后产生的酸性物质造成。②生物腐蚀：高有机物环境下产生细菌且大量繁殖而造成。③电化学腐蚀：由高含盐量和氨氮含量造成[4]。

通过经验积累和数据的搜集，总结出影响设备腐烂主要涉及以下3 个关键结构：①高位酸槽橡胶衬垫层出现腐蚀。②低位酸池设备内壁及勾缝腐蚀。③在通水量最大也最薄弱的环节，水管道的腐蚀最为常见。不适宜的温度、液体流速及介质的浓度都会对设备表面的防腐层带来较大的负面影响，加速了被腐蚀的可能。如果腐蚀严重，将会发生漏水等安全隐患，不仅造成水资源的浪费，而且影响安全生产及设备正常运行，其可靠性、稳定性将失去保障。结合以上影响因素，在进行管道的防腐设计时，应当根据企业的实际运行状况，如水质的特点、产能的大小、区域环境等因素，基本确定系统运行较适宜的温度、流速、微环境等参数，综合考虑后选择最合适的防腐材料及设计方案[5]。

2.3 设备及管道的结垢

结垢主要是化学剩余产物和微生物、有机物的产物。①澄清池中不能完全沉淀杂质，尤其是过饱和溶液这类微小晶体状物质，在循环水受热、蒸发过程中，仍有可能析出CaCO3沉淀等硬垢，影响系统换热效率。②富含有机物的循环冷却水及其补水会促进细菌和藻类的繁殖生长，并形成大量黏泥沉积于冷却塔和换热设备内，造成系统堵塞和结垢。③悬浮物能促进微生物繁殖，产生生物黏泥。④部分悬浮物可成为钙、镁离子的诱发晶核，造成结垢[6]。

循环水减少结垢的方法主要有以下3 种：①加硫酸调节pH+复合水质稳定剂处理。过滤前添加少量硫酸，以保持水中Ca2+和CO32-处于未饱和状态，通常调节pH 在7.5～8.5。②石灰处理+复合水质稳定剂处理。③弱酸离子交换处理+复合水质稳定剂处理。

3 4M1E 分析法的分析与思考

针对以上的问题分析及对策，使用4M1E 分析法，从人、机、料、法、环境不同的影响因素进行分类汇总，具体如表1所示，可以根据运行的实际情况，不断补充问题及对策。目前发现存在以下4 个问题。

表1 使用4M1E 分析法处理中水的问题分析及对策

（1）人员的正确操作和及时应对是十分重要的，可通过有针对性的学习培训、落实责任制、制作标准作业书等方式提高人员操作水平及应对能力。

（2）设备监测信息数据的及时反馈，是调节水质的基础，由此获取准确的硬度、碱度、pH、悬浮物等数据。

（3）源头控制，中水处理的建设施工和设备安装的合理设计能有效解决问题，减少维修和维护的成本。物料、材料的选择和应用需要严格把关。

（4）持续改善，由于城市中水水质存在不够稳定、生产环境变化快等因素，导致生产过程的问题往往会被掩盖，如堵塞、腐蚀泄露等情况。因此，通过4M1E 分析法列出所有已知存在的、预期的隐藏影响因素，供管理者和执行人员参考，做好日常的TPM 管理和生产现场6S 管理，消除隐患，防范质量问题的发生。

4 结语

通过4M1E 分析法可以搜集各地火电厂中水处理的问题案例，积累影响因子类型，从而为新建及已运营的火电企业提供参考建议；通过单一火电企业内部长期积累的生产运营问题，不断补充表1的内容，形成较为清晰的、有针对性的质量管理方法；更加全面地找到问题的发生环节，无论是从人员组织与管理，还是技术及材料的选择与改进，都能直观看到需要完善和控制的问题；系统地对中水处理进行质量管理。本研究在提升火电厂生产运行的可靠性、提高经济性效益等方面提供了行之有效的分析方法和解决途径。