陶瓷企业水平衡测试意义及要点分析

徐建国

摘 要：本文阐述了陶瓷企业水平衡测试意义和各种水量参数测试方法，重点介绍了用水模型、耗水量及漏失水量测试的技术要点，并结合实际测试案例分析各单元用水量、新水量及耗水量等数据，对其他陶瓷企业开展水平测试具有较好的参考价值。

关键词：陶瓷；水平衡测试；水量参数；用水系统模型

1 前言

建筑卫生陶瓷行业是中国重要的材料工业。我国的陶瓷总产量已经连续 16年位居世界第一位，年产量约占全世界产量的 60％以上，已成为世界上最大的陶瓷生产国和出口国。依据行业权威数据统计，2019 全国陶瓷砖总产量 82 亿平方米，2019 年全国卫生陶瓷总产量 2.37 亿件，两者取水量可达 7 亿 立方米以上 [1]。

从2011年开始，我国对水资源管理的要求越来越高，陆续颁布了多项严格的水资源管理制度，倡导科学合理地开发和利用水资源 [2]。作为水资源管理的一项基础性工作，水平衡测试不仅可以掌握用水现状，还可以挖掘节水潜力，提高用水效率并降低生产成本，从而更有效地采取相应措施，达到节约用水和合理用水的目的 [3-4]。水平衡测试工作已经涵盖石油、化工、电力、冶金、纺织、食品、医药、电子等工业行业。酒店、学校、医院、机关等服务行业也普遍需要开展水平衡测试。与一般行业不同，陶瓷行业虽不属于高耗水行业，但其用水环节较多，且对水资源管理较粗放，因此开展水平测试更有必要性。

2017年颁布实施的《广东省节约用水办法》规定月均用水量1万m3以上的非农用水单位为重点用水单位。重点用水单位应根据国家规定和技术标准，对用水情况进行水平衡测试。绝大多数陶瓷企业月用水量均超过1万m3，因此陶瓷企业开展水平衡测试势在必行。

2 开展水平衡测试意义

2.1核定是否满足取水定额要求

目前国家层面尚未正式发布陶瓷行业取水定额标准。2020年12月水利部、工业和信息化部联合印发了《关于印发水泥等八项工业用水定额的通知》水节约 【2020】290号文，制定了《工业用水定额：建筑卫生陶瓷》，具体规定如下。

广东省地方标准《用水定额  第2部分：工业》DB44/T 1461.2-2021规定建筑卫生陶瓷用水定额如下表所示。

注： [1]标准未给定领跑值

根据《广东省节约用水办法》规定，企业用水实行总量控制和定额管理制度，对于单位产品用水超过用水定额的，行业主管部门应当责令其限期整改，降低耗水量，提高水重复利用率。逾期不整改或整改不符合要求的，县级以上人民政府水行政主管部门可以依法核减其用水计划。用水单位超计划、超定额用水的，对超计划、超定额用水部分，按照用水类别和超计划用水幅度，以基本水价的1倍至3倍累进加价计收水费。

2.2挖掘节水潜力

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，需要测试的水量参数包括：新水量、循环水量、串联水量、耗水量、排水量和漏水量，通过水平衡测试可发现企业是否存在以下问题及改进潜力。

（1）企业用水管理制度是否健全，是否设立节水管理岗位，制订用水定额考核制度等；

（2）企业用水计量器具配备是否符合国家相应的法律法规或技术规范的要求，是否满足企业自身节水管理的要求；

（3）企业近几年节水改造落实情况，取得哪些节水成效；

（4）另外通过水平测试后，可以完善供排水管网布局，计算企业各种用水指标，并与相关标准或同行业水平进行比较，分析节水潜力；

（5）对于一些老旧企业，尤其是供水管网为地埋式的，通过开展水平衡测试可发现企业是否存在地下管网漏水现象，从而及时修复地下管网漏水点，达到很好的节水效果。

2.3扩大计划用水量

根据《广东省节约用水办法》规定，申请认定节水型单位或者要求增加用水计划的用水单位，应当先开展水平衡测试。根据佛山市人民政府办公室关于印发佛山市非居民用水累进加价实施方案的通知（佛府办【2018】25号）文件规定，企业完成水平衡测试可擴大10%计划用水量，完成水平衡测试且按照测试报告要求完成改造的可扩大20%计划用水量，获得省级以上节水型企业称号的，计划用水量可扩大40%。

2.4证明用水合理性

目前绝大多数陶瓷企业废水都实现了零排放，然而陶瓷企业用水量根据产品类型、生产规模不同，每年用水量少则十几万吨，多则上百万吨，如此大规模用水量最终去向如何，大部分陶瓷企业很难说清楚，因此借助第三方开展水平衡测试，掌握用水去向，是陶瓷企业急需证明用水合理性的重点工作。

3 水平衡测试要点

3.1 水量参数测定清单及测试方法

陶瓷企业由于其生产工艺的特点，整个生产过程用水流向相对较复杂，尤其是涉及水的损耗环节较多，因此耗水量测试是陶瓷企业开展水平衡测试的重点和难点。一般需测定的水量参数包括新水量（含原料带水、煤粉带水）、循环水量、串联水量（含浆料含水量、釉料含水量、粉砖含水量等）、耗水量（含蒸发量、清净下水量、烟气带水量、污泥带水量等）、排水量、漏失水量等，各单元水量参数测试清单及测试方法见表3。

3.2 建立用水系统模型

用水系统模型的建立是企业开展水平测试最关键的一步，可以分析企业新水、循环水、串联水、回用水、耗水、排水、漏水等的流向，并确定数据的测试方法。陶瓷企业一般可建立原料车间用水系统、成型车间用水系统、烧成车间用水系统、抛光磨边车间用水系统、废水处理用水系统、废气处理用水系统及办公生活用水系统等模型。

3.2.1 原料车间用水系统

该系统用水主要包括球磨机用水、除铁过筛用水、柱塞泵用水、喷雾塔用水以及原料车间设备、地面清洗用水。原料车间用水系统模型可见图1。

从上图可见，原料车间用水系统进水为自来水、回用水、原料含水、煤粉带水，而水的输出主要包括烟气带水、废水、粉料含水、煤渣含水和蒸发等。

3.2.2 成型车间用水系统

该系统用水为压砖机冷却水池补水、冷却循环用水、场地清洗用水等。成型车间用水系统模型可见图2。

從上图可见，成型车间进水为自来水和粉料带水，而输出水量主要为粉砖带水和蒸发等。

3.2.3 烧成车间用水系统

该系统包括施釉工段和烧成工段，其中施釉工段用水主要包括砖坯降温用水、淋釉印花用水、设备场地清洗用水，烧成工段用水主要包括窑炉风机冷却用水、砖坯降温用水、场地清洗用水等，烧成车间生产系统模型可分别见图3和图4。

从上图可见，烧成车间生产系统输入水量包括自来水、回用水、釉料含水、花釉含水、粉砖含水，而输出水量主要包括废水、水蒸发、烟气带水等。

3.2.4 抛光车间用水系统

该系统用水主要包括抛光机用水和抛光车间地面清洗用水，抛光车间生产系统模型可分别见图5。

从上图可见，抛光车间生产系统输入水量为经废水处理站处理后的回用水（废水），而输出水量主要是抛光废水和水蒸发。

3.2.5 辅助生产用水系统

该系统用水主要包括技术空压机冷却循环用水和自来水补水，研发部、品管部、废气治理、废水治理等辅助部门自来水用水，各辅助部门地面冲洗用水。附属生产系统的水流向可见图6。

从上图可见，附属生产系统输入水量为自来水、回用水和循环水，而输出水量包括废水、水的蒸发、烟气带水等。

3.3 耗水量测试

3.3.1 水池液面蒸发量测试

陶瓷企业水的损耗部分是来自敞开水池液面造成的蒸发损耗，包括污水处理水池、废气处理循环水池、冷却塔循环水池等，液面蒸发损耗与水温、环境温度和风速、大气压力、敞开面积等因素有关，可以通过对以上参数进行测试，然后根据理论公式计算得出液面蒸发量。同时也可以根据经验数据估算液面蒸发量，不同液面温度蒸发强度可见表4。

3.3.2 冷却塔蒸发吹散量测试

压机、空压机等设备一般配备冷却塔，用于降低设备运行温度，敞开式冷却塔工作时产生的水损耗包括吹散量和蒸发量，计算公式如下。

吹散量=循环冷却水量×吹散系数

蒸发量=循环冷却水量×蒸发损耗系数×冷却水进出水温度差

根据《企业水平衡测试通则》可获得吹散损失系数和蒸发损失系数，另外利用测试设备可获得循环冷却水量、进出水温度差等数据，因此可计算得出冷却塔系统耗水量。

3.3.3 冲洗地面耗水量

与大部分行业不同的是，陶瓷企业日常生产过程中为了保持车间地面整洁，需要定期冲洗生产车间和通道地面，冲洗水量较大，由于水泥地面具有较大的吸水性能，因此地面冲洗后吸附的水分最终以蒸发的形式损耗掉。根据测试，地面冲洗耗水量约为0.69L/m2，详见表5。

根据各车间冲洗地面的面积及每天冲洗次数，则可计算出全厂地面冲洗耗水量。

3.3.4 烟气带水量

陶瓷企业最大的耗水量来源于喷雾塔及窑炉烟气带走的水量，这部分耗水量与烟气治理方式有关。对于采用布袋除尘和干法脱硫的治理工艺，喷雾塔烟气带水量来源于泥浆干燥时蒸发的水量和煤粉或水煤浆或煤粉含水量。窑炉烟气带水量近似等于砖坯含水量及釉料含水量，即为原料球磨及釉料球磨时加入的总水量。

对于采用湿法喷淋的治理工艺，烟气带水量可以根据排烟量、烟气温度、烟气含水率等参数计算耗水量，循环水池的蒸发水量可参照水池液面蒸发量进行测试。

3.3.5 其他耗水量

（1）大功率风机冷却水损耗

陶瓷企业喷雾塔、窑炉、废气治理等使用的大功率风机的轴承需要采用水冷降温，目前大多数陶瓷企业都是采用新鲜水直接冷却，虽然单台风机的冷却水量较小，但全厂需冷却的风机数量较多，风机冷却总用水量较大，但由于风机分布较分散，大多数风机冷却水未循环利用，而是作为清净下水排出厂外。

（2）车间降温水损耗

为了降低操作岗位的温度，改善车间工作环境，部分陶瓷企业安装水冷空调或高压雾化降温设备，这些设备消耗的水量最终以蒸发形式损耗掉。

（3）污泥带水损耗

陶瓷企业废水处理产生的污泥含水率约60%，污泥处置也造成少量水的损耗。

3.4 漏水量测试

陶瓷企业漏水量测试包括管道漏水测试和设备或器具漏水测试，后者相对较简单，对所用用水设施进行全面巡查即可发现是否漏水点，并采用量杯、流量计等仪器即可测得漏水量，而地下管网漏水测试相对较复杂，根据《企业水平衡测试通则》（GB/T 12452-2008），漏失水量的测试方法如下：

（1）静态测试法，即对于有条件停水的系统和单元，可选择适当的时间，如公 休日等，关闭全部用水阀门末端，若总水表继续走动，测试表明有漏水，水表的读数可近似认定是该区的漏失水量；

（2）动态测试法，即采用容积法或现场安装超声波流量计等方法对全部水表进行校验，当二级水量的计量率为 100%时，一级表计量数值与二级表计量数值之差即为漏失水量；当无条件对全部水表进行校验时，当二级水量计量率为100%时，一级表比二级表计量大于3%-5%时，可近似认为其大于部分就是漏失水量。

对陶瓷企业而言，静态测试法往往难于实现，大多数采用动态测试法开展漏水量测试。

第一步，合理确定二级计量点位，有条件的企业可以加装二级计量表，无条件的企业可用采用外夹式超声波流量计作为二级计量表，确保二级水量计量率为100%。

第二步，利用在线读表设备，对一级水表和二级水表定时进行抄表，获得前一天一二级用水量，在线读表器可以消除抄表时间差而产生的误差，更有利于数据精准度。

第三步，连续获得8天数据后，即可计算一级和二级计量水量的差值，再根据上述标准判定管网是否漏水。

第四步，通过以上方法判断管网存在漏水现象时，则需要进行精准探漏，利用听漏棒、超声波探漏仪等设备沿着管网走向进行测试，发现有疑似漏水点时则进行打孔取土样，进一步锁定漏水点。

第五步，对漏水点进行修复。

4 案例分析

4.1 测试概况

该企业是一家陶瓷墙地砖生产企业，主要生产工序包括球磨、喷雾干燥、压制成型、干燥、施釉印花、烧成、抛光磨边等，辅助生产设施包括废水处理、废气处理、技术中心等。企业设有两个市政自来水取水点，年取水量约40万m3，单位产品取水量达到《用水定额 第2部分 工业》（DB44/T 1461.2-2021）先进值水平。该企业重视用水管理，建立节水管理领导小组，制度节水管理、用水定额考核等制度，定期开展用水分析，一级、二级水计量器具配备率基本满足《用水单位水计量器具配备和管理通则》（GB 24789-2009）。

测试前，按照《企业水平衡测试通则》的要求，开展了以下准备工作。

（1）收集企业近三年用水数据及相关资料，建立用水技术档案；

（2）对全厂供水管理、计量网络及用水设备进行详细调研，绘制了供水管网图、计量网络图和用水系统图，并制定了详细的测试方案；

（3）对企业全厂二级水表和三级水表进行了校验，对个别不符合测试要求的水表进行了更换，根据测试需要临时增加3个机械水表及3个在线超声波流量计。

4.2 水平衡测试

4.2.1 测试结果

水量平衡统计表见表6，水量平衡图见图7。经数据整理和分析后，统计获得各系统用水量、新水量、重复利用水量、漏水量、排水量及耗水量。

（1）用水量最大的部門是抛光车间，占总用水量的56%，主要原因是抛光车间循环水用量较大；

（2）新水消耗量较大的部门包括原料车间、釉线车间、废气处理、烧成车间以及辅助生产，约占总新水量的15%-17%；

（3）原料车间漏水量较大，说明企业应加强用水管理，及时修复漏水点；

（4）耗水量最大的部门为烧成车间和原料车间，绝大部分水的损耗来源于烟气带水。

4.2.2 测试结果分析

（1）单位产品取水量

测试期间，取水量为1051.4m3/d，产量为3.5万平方米，则单位产品取水量=全厂取水量÷产品产量=1051.4 m3÷35000 m2=0.03m3/m2，优于《工业用水定额：建筑卫生陶瓷》先进值0.05m3/m2的水平，说明该企业用水水平达到行业先进水平。

（2）重复利用情况分析

测试期间，重复水量为18654.6m3/d，总用水量为19923.0m3/d，则水重复利用率为：重复利用水量÷总用水量×100%=18654.6m3/d÷19923.0m3/d×100%=94.4%。

（3）漏失率分析

测试期间，漏失水量为12.5m3/d，则漏失率为：漏失水量÷取水量×100%==12.5 m3÷1051.4 m3×100%=1.2%，小于《广东省水利厅关于进一步做好我省县域节水型社会达标建设工作的通知》（粤水资源〔2018〕1889号）中的企业用水综合漏失率≤5%的要求。

5 总结

目前我国正在大力推进节水型社会建设，而开展水平衡测试、创建节水型企业是推动企业节水的重要抓手。陶瓷企业用水量较大，用水单元较多，各用水系统相对较复杂，要全面准确做好各水量参数的测定，不仅需要掌握水平衡测试理论知识和实践方法，还需要对陶瓷企业用水系统进行详细调研，结合实际情况制定合理可行的测试方案，科学严谨开展现场测试。

参考文献

[1]团体标准《取水定额 建筑卫生陶瓷》征求意见稿编制说明.

[2]左其亭，胡德胜，窦明 等. 基于人水和谐理念的最严格水资源管理制度研究框架及核心体系[J].资源科学，2014，36（5）：906-912．

[3]马中，周芳.水平衡模型及其在水价政策的应用[J]. 中国环境科学， 2012， 32（9）：1722-1728.

[4]李倩.我国水平衡测试现状分析[J].节水灌溉，2014（5）：70-73．