化工企业清洁生产审核中物料平衡的建立与应用

李国华，辛诺，张蓓

(1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，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设计院有限公司，天津 300131)

0 引言

某化工企业以反应釜的生产方式进行间歇性生产。根据清洁生产审核物料建立的要求[1-3]，选取正常生产状态下三批次产品的操作记录数据进行衡算[4]，完成物料平衡，用于测算分析生产过程中物质的利用效率，并可进一步测算分析生产过程中成本构成情况。

1 物料平衡的建立

根据某一反应釜的实际生产数据记录，可测算得到该生产过程中的某一产品的物料平衡数据，详见表 1。经测算，总输入(4 142 千克/批)与总输出(4 099 千克/批)的相对偏差为1.0%，小于5%，故符合清洁生产审核平衡建立的要求。通过汇总，详见表1，可知：总物料投入量为 4 142 千克/批、目标产品量为3 966 千克/批、残余物流量为133千克/批(注：主要以洗釜废水的形式存在)，整个生产过程的物质损耗量为43千克/批，计算方式如式(1)所示：

表1 生产过程物料平衡的数据汇总

在物料平衡建立的基础上，可借助物料单价对物质进行货币化[5-6]，进而获得该反应釜生产过程中的某一产品的物质流成本情况，详见表2，可知：原料成本为3 431.71元/批、洗釜成本为3.74元/批、电力消耗成本为227.97元/批，以物质流形式进入到产品中成本为3 394.90元/批。

表2 生产过程物质流成本情况的数据汇总

2 物料平衡的测算分析

通过建立物料平衡，可知：平衡建立期，目标产品收率为99.7%，计算方式如式(2)所示：

由于产品生产工艺为单一工艺生产过程，故其原料利用效率亦为99.7%。其中，原料损失量为43千克/批，如式(3)所示；损失率为0.3%，计算方式如式(4)所示式。

主要来源于反应釜内壁残留物、抽真空物料损失、计量环节的偏差等。

通过平衡建立基础上进行的物质流成本构成分析，详见如表3所示，可知：单位产品物料成本为866.0元/吨，计算方式如式(5)所示；物料成本是产品生产过程中最主要的成本构成项，约占总成本构成的99.9%，计算方式如式(6)所示；总物质成本中进入目标产品的物质成本的比例为98.8%，计算方式如式(7)所示；未进入目标产品的物质成本的比例为1.2%，计算方式如式(8)所示，以有形损耗的形式存在并成为成本流失项，主要来源于反应釜内壁残留物和抽真空物料损失等环节的物质损耗。

表3 生产过程物质流成本分析

3 物料平衡建立后的清洁生产机会排查

基于生产工艺的评估分析和物质流成本构成分析，可通过对影响单位产品的物耗/能耗的机会排查后，提出可供考虑的备选方案。主要包括：

(1)原辅料/能源方面。针对产品配方中涉及的原辅料为固含量较低的物质，将增大生产过程中单元操作环节可挥发物质逸散的可能性，进而降低单位产品物耗，可考虑在确保产品质量和效果的基础上，优化产品配方，优先选择固含量高的原辅料以减少可挥发物质损耗。针对产品配方中的原辅料均为有机物，一旦发生漏失，则直接增大生产废水的COD值，进而造成污水处理系统的运行波动，可考虑在确保产品质量和效果的基础上，优化产品配方减少因物料漏失对污水处理系统的运行波动。

(2)在设备方面。针对大宗原料使用IL塑料桶储存，增加了塑料桶作为危险品处置的产生量。因此，增加大宗原料储罐的建设和使用，并配置相应的管线，减少投料环节操作，进而降低物耗，可考虑增加大宗原料储罐的建设和使用，并配置相应的管线。针对生产过程中需要人工进行计时完成生产操作，如搅拌操作的开启或停止，存在因个体操作差异而造成无法及时关闭的状况，进而间接影响单位产品物耗水平，可考虑增加自动计时设备，并设置提醒功能，实现自动化管控。针对生产过程出料为人工出料方式，存在因个体操作差异而出现产品冒出罐、未倒管操作等情况，进而间接影响单位产品物耗水平，可考虑增加灌装设备，变人工出料为半自动出料。

(3)在过程控制方面。针对现有质量测定设备因为生产过程产生的振动而存计量偏差，进而间接影响单位产品物耗水平，可考虑制定计划，定期校准计量设备。

(4)在管理方面。针对整个生产过程存在因抢工时而不按操作规程操作的情况，使得操作记录中的时间记录节点存在波动，间接影响单位产品物耗水平，可考虑增加现场操作的定期抽查环节。

(5)在员工方面。针对员工操作状态是否存在节水意识或/和操作技能不足或/和责任心不强等所导致的操作不到位/操作失误等将间接造成水资源的浪费，从而增大单位产品用水量，可考虑通过员工培训或/和班组经验交流改进卸料操作过程、保证卸料充分彻底，定期组织员工进行经验交流，增加员工的责任心和清洁生产意识。

(6)在产品方面。针对产品为化工类产品，其在使用过程中存在增大水体COD浓度的可能性，可考虑优化产品配方，生产环境友好型产品。

(7)在残余物方面。存在洗釜废水存在直接排放情况，增加了污水处理系统的处理负荷压力，而且影响单位产品物耗/能耗水平，可考虑强化洗釜操作。

(8)循环回用方面。针对出料软管内的残留物料若没有进行倒管操作或/和利用小体积容器进行回收，影响单位产品物耗水平，可考虑对出料进行导管操作或/和配备小体积容器以对出料软管内残留的产品进行收集回收。针对存在洗釜废水未按操作规程进行回收利用情况，不仅增加了污水处理系统的处理负荷压力，而且影响单位产品物耗水平，可考虑强化洗釜操作。

4 备选清洁生产方案的提出

针对生产过程流程的物料平衡和物质流成本构成分析，基于生产工艺的评估分析和物质流成本构成分析所反映出的问题，产生的清洁生产方案主要包括：

(1)回收出料/进料软管的残留物料。在完成产品出料装生产作业完成后，部分出料/进料软管的残留液体。目前暂没有进行回收而直接直排至污水处理系统，在一定程度上既增加了污水处理系统的处理负荷量，又增大了废水COD产生量。因此，可通过增加小容积容器，并采取增加倒管作业的方式对出料软管中的残留物料进行回收，从而减少产品损失量、降低污水处理系统处理负荷、减少废水产生量。实施本方案后，预计可减少产品损失量约为12 吨/年，由此可增加经济收益约为12 000 元/年可减少废水产生量约为12 吨/年，由此可节约运行成本约为240 元/年；减少废水COD产生量约为0.016 吨/年。

(2)提高储罐储存大宗原料的使用。大宗原料使用IL塑料桶储存，增加了塑料桶作为危险品处置的产生量。因此，增加大宗原料储罐的建设和使用，并配置相应的管线并配置相应的管线，减少投料环节操作，进而降低物耗/能耗。实施本方案后，减少危险废物产生量约为6.192 吨/年，由此可节约运行成本约为 6 192 元 /年。

(3)优化产品配方。产品配方中涉及的原辅料为固含量较低的物质，将增大生产过程中单元操作环节可挥发物质逸散的可能性，进而降低单位产品物耗。此外，产品配方中的原辅料均为有机物，一旦发生漏失，则直接增大生产废水的COD值，进而造成污水处理系统的运行波动。因此，在确保产品质量和效果的基础上，优化产品配方，优先选择固含量高的原辅料以减少可挥发物质损耗、优先选择有机物含量较低的原辅料以减少因物料漏失对污水处理系统的运行波动，实现精细化管理。

(4)定期开展相关培训。员工清洁生产意识的提高可通过持续性培训计划的开展加以推进，提高员工清洁生产意识、提升企业管理水平。为持续推进清洁生产，可采取的措施包括：①通过清洁生产培训、节能减排培训、安全生产培训，逐步使员工树立清洁生产意识，实现节能减排。②通过员工培训或/和班组经验交流改进卸料操作过程、保证卸料充分彻底，避免或减少物料浪费。③通过开展员工专项培训、以老带新培训的方式，增加新员工的操作技能，地提高工作质量与效率。④定期组织员工进行经验交流，增加责任心、提高清洁生产意识。

(5)在控制系统中增加自动计时设备。生产过程中需要人工进行计时完成生产操作，如搅拌操作的开启或停止，存在因个体操作差异而造成无法及时关闭的状况，进而间接影响单位产品物耗水平。因此，可增加自动计时设备，并设置提醒功能，实现自动化管控，进而实现精细化管理。

(6)增加灌装设备。生产过程出料为人工出料方式，存在因个体操作差异而出现产品冒出罐、未倒管操作等情况，进而间接影响单位产品物耗水平。因此，增加灌装设备，变人工出料为半自动出料，进而实现精细化管理。

(7)增加现场定期抽查环节。整个生产过程存在因抢工时而不按操作规程操作的情况，使得操作记录中的时间记录节点存在波动，间接影响单位产品物耗水平。因此，可通过增加现场操作的定期抽查环节，提升员工责任心，进而实现精细化管理。

(8)校准计量仪表。通过对蒸汽计量仪表、循环水计量仪表进行校准，进而保证生产过程控制精确，进而实现精细化管理。

(9)强化洗釜操作。在完成产品出料后，根据操作规程要求会存在洗釜操作环节。尽管现场配置了洗釜废水暂存桶以作为工艺水使用，但实际操作中仍存在洗釜废水直接排放的情况，进而增加了污水处理系统的处理压力，而且影响单位产品物耗/能耗水平。因此，可通过强化洗釜操作，减少洗釜废水产生量。方案实施后，可减少生产废水产生量约为80 吨/年，由此可节约运行成本约为1 596 元/年；可减少水资源消耗量约为80 吨/年，由此减少经济运行成本约为646 元/年；可减少废水COD产生量约为0.104 吨/年。

5 结语

通过对清洁生产审核中建立物料平衡过程的实践，可得到以下主要结论：清洁生产审核过程中的物料平衡建立需要以正常生产的实际数据为基础，根据日常生产统计数据可建立生产过程的物料平衡以及物料平衡基础上的物质流成本构成，并在此基础上通过清洁生产机会排查提出清洁生产方案。文章通过某化工企业清洁生产审核中的物料平衡建立，表明：该生产过程的目标产品收率为99.7%，损失率为0.3%，物料损失主要来源于反应釜内壁残留物、抽真空物料损失、计量环节的偏差等，并以有形损耗的形式存在而成为成本流失项。基于生产工艺的评估分析和物质流成本构成分析，降低单位产品的物耗是现阶段生产过程中存在的主要问题，据此可提出清洁生产方案，为持续改进生产过程奠定基础。