工业企业水平衡测试理论与技术方法概述

温天福 ，熊丽黎

（1.武汉大学，430072，武汉；2.江西省水利科学研究院，330029，南昌；3.江西省水文局，330002，南昌）

水平衡测试工作是指在一定的生产时段内，利用水量计量测试仪器对工业企业的用水系统或单元取、用、耗、排等环节的水量数据进行监测并采集，基于水量平衡原理整理、分析水量数据，依据各用水环节中存在的问题提出节约用水有效措施与建议等。水平衡测试对象可大到一个工厂或企业、社区，小至一个用水点，如空压机、锅炉等，在实际工作中可按需求分部门、分阶段对企业进行水平衡测试。水平衡测试是加强企业用水过程的科学管理，促进生产环节节约用水的基础性工作。

一、水平衡测试的目的

企业水平衡测试工作需要与生产、能源、后勤等管理部门密切配合，通过测试可以确定企业及各用水单元的用水量以及相互平衡关系，分析各单元用水效率并挖掘企业用水潜力，进一步为区域或流域计划用水、节约用水、水资源配置提供重要科学依据。

1.掌握企业用水现状

一方面梳理企业用水管网布置、各类用水设备设施分布和运转状态以及计量仪表安装等情况，摸清生产用水工艺、用水性质和用水点各类用水之间的定量关系；另一方面在企业用水数据及水平衡关系的基础上，根据本行业、本地区节约用水要求，分析企业用水效率、效益等指标，找出各用水环节的节水潜力，制订切实可行的管理制度和技术措施。

2.建立用水三级计量网络

对企业开展水平衡测试工作，需要安装或校核测试单元用水计量仪表设施，进一步健全完善企业计量网络。一方面有利于检查供水管跑、冒、滴、漏情况，保证水平衡测试工作各量化指标的准确性；另一方面可以把计划用水纳入企业部门目标管理计划，把用水指标层层分解至计量仪表测试的单元，充分调动各方面的节水积极性。

3.建立企业用水档案

在对企业进行现场测试前，需要对企业生产和用水两方面的情况进行调查，并要查询、查阅、搜集生产和用水等方面的统计数据，按照存档的规范要求，进行分类、分析，从而形成一套完整、翔实的图、表、文字和数据的企业水平衡测试档案。此外，水平衡测试工作有利于企业用水管理人员熟悉本企业用水情况，提高用水管理水平和素质，便于制订创建节水型企业的各项实施措施和规划。

4.为用水管理提供基础资料

开展水平衡测试可掌握企业具体的生产产品、不同的生产与用水工艺、用水量值及各类用水指标，为开展行业用水定额的修订工作提供翔实的基础资料；同时，完善企业各种水量计量仪表，根据实际计量数据可为用水计划的制定、用水考核及节水管理提供可靠的数据支持，为水行政主管部门落实“用水效率控制”红线奠定良好的技术基础。

二、水平衡测试理论

1.用水分类

工业用水分类方法众多，按生产系统可分为生产用水、辅助生产用水、附属生产用水三大部分，其中生产用水与辅助生产用水中按用水性能又分为间接冷却用水、工艺用水、锅炉用水，而附属生产用水以生活用水为主。

（1）间接冷却用水

作为一种良好且便捷的载热介质，水可将工业生产环节中产生的多余热量带走，保证生产设备的正常运转，这部分水为冷却用水。一般情况下，冷却水以间接冷却用水为主，约占工业用水总量的80%～90%，且因在冷却过程中不与被冷却的物料直接接触，具有不易被污染、可循环利用的优点。

（2）锅炉用水

主要分为锅炉补给水与水处理用水，前者指锅炉在供给生产用汽、余热发电或厂区取暖沐浴过程中消耗及漏损的需补给的水量以及回收可再利用的蒸汽冷凝水量；分锅炉给水和水处理用水，后者指为锅炉冲洗、清洁而制备软化水、除盐水等用水，用水量较少。

（3）工艺用水

指在企业生产过程中，作为原料用来加工制造产品的产品用水以及用于洗涤、直接冷却或冲灰除尘等制造加工工艺过程的用水。

（4）生活用水

指企业内部直接服务于正常生产的生活用水，主要包括办公室、食堂、厕所等清洁用水以及路面冲洗和绿化用水等。

2.基本原理

由于不同企业生产工艺、用水方式不同，其用水的复杂程度有很大差别，但基本原理相同，见图1，可分为输入水量和输出水量两部分。

水平衡计算公式：

式中，Vf为新水量，Vcy为循环用水量，Vs为串联用水量，三项之和为输入水量；Vcy为循环用水量，Vl为漏溢水量，Vco为耗水量，Vsd为串联排水量，Vd为排水量，五项之和为输出水量。其中，除了漏溢水量Vl和耗水量Vco之外，其余可以通过布设监测断面进行实测。

3.主要评价指标

水平衡测试结果分析的主要评价指标包括单位产品取水量、水重复利用率、冷却水循环率、锅炉水回用率、排水率、耗水率等，其中单位产品取水量表征企业生产的用水效益，重复利用率、冷却水循环率及锅炉冷凝水回用率表征企业重复循环用水效率，排水率和耗水率在一定程度上也反映企业用水工艺先进程度。

式中，Vcr为冷却水循环量，Vct为冷却水总量（循环量与补充水量之和），Vbr为锅炉冷凝水回用量，Q为单位时间产品产量，D为锅炉产气率，h为锅炉工作时间。

三、水平衡测试步骤与方法

1.基本条件

开展水平衡测试的企业一般应具备以下基本条件：一是用水体系计量设施配备齐全。一级水表配备率在测试期间为100%，二级水表配备率应达到95%以上，三级水表配备率应达到80%以上，另外，一般要求24小时取水量达10 m3以上的用水单元（车间、工段、设备）均应安装水表。二是较完善的用水管理体系。企业有用水管理部门和人员、企业用排水管网布置图、近年各部门生产用水台账和计量管理台账等基础资料，以便测试人员掌握企业用排水基础情况。三是测试企业主要部门在正常生产状况下，各类设备正常运行，测试周期有一个完整的产品生产过程，用水过程应包括用水高峰期、平水期和低峰期三个典型时段。

2.测试方法

水量测试是水平衡测试的主要内容，主要对新水量、重复利用水量、耗水量、排水量、溢漏水量进行测试，测试时应选择在生产正常的情况下，对典型时段连续多次测量取其平均值。水平衡测试常用的仪表包括水表、流量计、流速仪、量杯（量桶）等。常用的测试方法有水表读数法、超声波流量计法、流速仪法、容积法、浮标法等五种直接测试法和计算法、调查法、定额法等三种间接测试法。

水表读数法是测试工作的主要方法，可以测试水的累计流量，又可测水的瞬时流量，可以较准确地反映用水设备的用水实际情况；超声波流量计法是指被测流量或在选定时间间隔内流体总量的仪表，一般用于测量较次要环节的用水或校核表测数据；流速仪法一般用于测量明渠中流体流速进而推算出流量值，有时也可用浮标法施测；容积法主要用于溢漏水量或排水量较小的情况下测量一定时段内水量；计算法一般根据用水工艺要求或用水设备原理进行公式推算间接获得，对难以直接测量的情况可考虑采用此法；调查法则是针对企业存在间歇性非主要用水而在测试期间又难以测量的情况，可咨询技术人员或调查相关情况间接获得；定额法是根据用水设备单位水耗与设备运行时间进行乘积计算的方法。

3.主要步骤

水平衡测试一般分为3个阶段，即准备阶段、实测阶段和汇总分析阶段。

（1）测试准备阶段

测试准备的质量对整个测试工作的效率产生直接影响，需要从人力、物力和财力等方面给予充分的保障，工作难度取决于企业的生产规模和用水复杂程度。一是组建专门的测试小组。为了确保测试工作的顺利开展，需临时组建工作小组，组成人员包括用水管理人员、各车间主任及班组长等，明确具体任务并进行职责分工。二是调查企业基本情况。全面摸清企业用水设备设施、节水措施及历年生产与用水情况，掌握企业用水计量设备分布及校验，根据调查情况绘制用水管网图，并制定测试及汇总所需的有关表格。三是建立具体的测试方案。包括测试要求、方法，以及具体测试时间、测点及次数，保证所涉及的各车间（部门）密切配合现场测试工作，使之达到规范要求。

（2）现场实测阶段

在对企业进行现场水平衡测试前，必须完成用水管道查漏堵漏、水计量设备校核补装这两项重要工作。根据企业水平衡测试方案，在规定的时间内按测试要求对测试单元进行测试，按规范的数据记录表记录测试数据，对测试中出现的不合理现象及时处理并作出说明。水平衡测试主要有一次平衡法、逐级平衡法两种方法。一次平衡法是指同一时段（一般指24小时）内完成测试单元各用水设备的涉及供水、循环水、排水、耗水等情况的测试，此方法用水设备之间较容易平衡，但较难反映各类设备的实际用水情况，一般适用于中小企业或用水比较简单的企业。逐级平衡法是指在生产情况稳定的前提下，依次从设备、车间、部门，再到全厂逐次进行水平衡，此方法能比较好地反映各不同用水设施的用水情况，但缺点是测试时间较长，当设备运行有变化时各水量之间难以达到平衡，一般适用于生产规模较大且生产周期较长的大中型企业。

（3）汇总分析阶段

以现场测试结果和基本资料调查为基础，按用水单元的层次整理、汇总测试数据，计算用水单元的用水指标、各级水表配备率等，绘制企业给水排水管网图和水平衡方块图。在进行汇总分析工作时，如发现部分用水车间和非生产用水指标明显不合理，需进一步查找原因并及时纠正。按照国家及省部有关标准和文件，在与同行业企业比较、用耗水合理性分析、节水潜力分析等的基础上，评价用水单元的用水合理性，根据节水潜力提出从管理措施、技术改造措施、设备更新规划、调整产品结构等方面提出建议或措施，最终形成企业水平衡测试成果与用水分析报告。

4.测试结果分析

水平衡测试结果分析依次为数据校核、用水分析和节水计划3个阶段。①数据校核：企业用水测试单元较多，现场测试工作量一般较大，加上现场测试时间不一样，测试结果往往较难平衡，但通过校核一般认为测试时段日取水量之和与同期实际日总取水量之差不大于10%即为合理，否则应需进一步查找有无漏测和计算错误。②用水分析：按用途汇总分类企业用水数据，分别计算各单元用水考核指标，参照行业节约用水标准并结合企业用水的实际情况，找出企业在节约用水方面存在的问题，职工生活用水根据本地区实际情况，参照城镇生活用水定额分析本厂职工人均取水量等指标的先进水平。③节水计划：根据企业各用水单元不合理用水因素的分析，优先安排用水量大且浪费严重的项目，注重节水投资效益的合理性。一是通过优化用水单元工艺用水流程，建立和完善冷却循环水系统、工艺水循环利用系统以及废污水回收再利用系统，最大限度地提高水的重复利用率；二是通过改革用水工艺，更新用水设备、器具，减少跑冒滴漏，降低企业各单元的实际取用水量；三是依据分析成果调整用水定额和计划用水量指标，分解下达给用水单元以实现精细化管理。

四、结 语

对工业企业而言，以水平衡测试工作为前提，加强用水计量管理，制订用水单元的用水考核目标，提高企业与广大职工节约用水的主动性和积极性，可显著降低企业成本、提高其经济效益。水平衡测试工作可为制定用水定额、促进用水计量、实施节水改造、加强取水许可管理等工作提供数据支撑，是加强用水单位用水科学管理、制定用水效率指标体系、落实最严格水资源管理制度的基础工作和重要抓手。

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