清洁生产审核作业

清洁生产审核作业 前 言 本套练习选取我国一家化工企业作为背景企 业，结合其清洁生产审核过程，对清洁生产审核的 每一个阶段进行逐步练习。 在本练习中，每一阶段的第一部分，都对工 厂的相关情况进行了简要介绍，同时为学员提供了 完成作业所必需的相关信息。随着培训课程的逐步 深入，针对每一道新作业都会给出新的信息，大多 数的作业部分都需要考虑此题之前给出的信息。每 一题仅与练习中此题之前提供的信息有关，与其后 的信息没有直接联系。 作业 第一章：筹划和组织 工厂介绍 这家化工厂属于某化学工业集团公司，自从 1956年 建立以来，已经发展成为一家精细化学品工厂，生产塑料 添加剂和其它有机化学品。该厂是高聚物材料（聚氯乙烯 ，聚烯烃，涂料）添加剂的专业生产厂家。全厂约有 2800名职工，其中包括 630名工程师和技术人员。 厂里的主要设备建于 1956年，现在仍然可以使用， 但是工厂领导认为这批设备已经过时，正在寻求资金更新 设备。工厂的生产业务计划由厂里制订，整体战略计划则 由总部制订；大的投资须由总部来批准；研究开发任务以 及投资项目的准备工作由工厂承担完成。工厂主要根据长 期订单来制订其生产计划。其它任务如维修等等，在工作 分派上从属于生产，即根据生产需要进行安排。 这家化工厂的产品主要分为 6类：抗氧化剂 ，两种增塑剂，有机溶剂和两种聚烯烃，共约 40 种产品。 在过去十年中，工厂为了达到政府制订的国 家环境排放标准，已经实行了多项环保措施。目 前工厂每天排放约 7600吨污水， COD生产量平均 每天 7吨。一年缴纳 70万元排污费。为了达到地 方环境部门制订的污染物排放标准，该工厂认为 需要扩大污水处理厂的能力，在两年内将 COD排 放总量降低 20%。 作业 1：管理层的参与 至少找出一条在审核前可能因工厂管理层的原因而遇 到的障碍，对障碍进行分析并提出解决的办法。 这家工厂有 6个主要生产车间，直接受厂级领导管 理，并设有辅助部门，例如财会部门，技术设备部门（包 括维修科，实验室和研究开发科）和环保部门。改厂实行 厂长负责制，总工程师负责配合厂长工作。每个辅助部门 的领导直接向厂领导汇报工作。每个车间设一名车间主任 ，并有一名技术主管负责协助管理工作，车间主任和技术 主管分别向厂长和总工程师汇报工作。车间有各自的环保 工程师，技术员和过程控制员，工人被分为不同的班组轮 班工作。图 1给出了该化工厂的组织机构示意图。 厂级领导决定进行清洁生产审核后，成立了审 核小组。审核小组的首要任务是使全厂认识到清洁 生产审核的目的及重要性，并选择一个车间进行重 点审核，设立清洁生产目标。因此，审核小组首先 对车间主任进行培训，向他们介绍清洁生产的概念 以及清洁生产审核的相关认识。但是由于工作负担 重，只有几个车间主任参加了此次培训。 作业 2：审核小组 根据图 1，请组建一个审核小组，注明每个审 核小组成员的专长和职能，并且阐明审核小组为什 么需要这种专长和这项技能。 至少找出一条审核小组在实施清洁生产审核 过程中可能遇到的障碍，并提出克服障碍的方法。 采取何种措施才能够使普通员工参与清洁生产审核 工作并确保厂级领导能够持续参与支持清洁生产审 核工作？ 管理层 财务部门 环境部门 技术设备部门 实验室研究开发科 维修科 溶剂 车间 抗氧化剂 车间 塑化剂二 车间 聚丙烯一 车间 聚丙烯二 车间 塑化剂一车间 车间主任 技术主管 过程监督员 操作工 图 1：化工厂组织机构示意图 作业 1 1）障碍： 工厂管理层由于工作权限等方面的原因，可能 在清洁生产审核前不能完全配合。 2）障碍分析： 该厂的生产业务计划由厂里制订，厂里的 工作分派上从属于生产，工厂在整体战略计划制订和大的 投资需由总部批准，而清洁生产审核过程中或多或少会对 生产有一定的影响，因此，工厂管理层在审核前可能会产 生抵触情绪。 3）解决办法： 与总部领导层沟通，争取总部领导的参与 和协调，并对工厂管理层反复宣讲清洁生产的益处，增强 他们在这方面的认识，同时，理解工厂在生产上的任务重 要性，说明将在审核过程中尽量减少对生产的影响，消除 工厂领导层的顾虑。 作业 2 1）审核小组成员组成及专长 组长：厂长，能协调全厂审核工作，调派全厂资源。 副组长：总工程师，熟悉全厂生产状况，在审核中可以 具体负责。 组员：财务部门 1名：负责进行财务核算和审计。 环境部门主管：熟悉工厂必要的末端治理技术。 研究开发科科长：对审核过程中的技改创新提供技术 支撑。 维修科科长：在审核过程中进行低费维修方案。 各车间技术主管：熟悉厂间具体情况，可配合审核工 作。 2）审核过程中可能遇到的障碍及克服办法 由于生产任务重，各车间均不愿意配合审核， 特别是各车间均不愿意成为审核重点。 反复宣讲清洁生产的好处，介绍其它企业通过 清洁生产效益大幅度提高的成功实例，争取在思想 上有充分的认识。 3） 争取普通员工，首先通过印发清洁生产知识小 册子等方式让他们了解清洁生产的基本常识。其次 ，对提出清洁生产方案并被采纳的员工给予奖励， 包括物质奖励和精神奖励。 对厂级领导，重点突出清洁生产审核前后的效 益对比，让其清醒认识清洁生产的好处。 审核小组所面临的首要任务是减少废水排放。审核小 组在启动预评估后，根据所掌握的数据资料，对各生产车 间的产出、废水排放和能耗等情况进行了比较分析，结果 如下： 无论在数量上还是在价值上，两个聚烯烃车间的产出 都是最高的；抗氧化剂车间的产出最低。 清洁生产审核工作启动后，聚烯烃一车间和抗氧剂车 间的工人都非常积极，表示愿意参加清洁生产审核工作。 第二章：预评估 作业 聚烯烃一车间的 COD产生量大约占全厂 COD产 生总量的 50%。 抗氧化剂车间的排放物数量少，但其最终产品 （一种有毒的锡的金属的有机化合物）可能会随废 水流失，造成其排放物的毒性的最大。 塑化剂一车间和溶剂车间的能耗较低，根据反 应计量、计算，其能耗已接近于理论最佳值。 审核小组认为两个聚烯烃车间和溶剂车间都存在 较大的清洁生产潜力。 作业 3：审核重点 根据所给信息，确定三个本轮清洁生产审核的 备选审核重点，并从中筛选出本轮清洁生产审核的 审核重点。要求说明做出这种选择的原因。 作业 4：清洁生产目标 如果工厂污水处理厂的处理效率不变，为了使 COD排放总量降低 20%，必须将 COD产生量降低 20%。请为工厂和审核重点设定具体的、定量的清 洁生产目标。 作业 3 审核重点 预审核重点： 聚烯烃一车间、聚烯烃二车间和抗氧化剂 车间 本轮审核重点： 聚烯烃一车间 原因： 聚烯烃一车间 COD产生量占总量的 50，且工人对 清洁生产积极，因此选为本轮审核重点。 聚烯烃二车间在一车间审核后可参照实施，故作为预审 核重点。 抗氧化剂车间最终产品有毒，故作为预审核重点。 作业 4 清洁生产目标 近期内削减全厂 COD排放量的 20，重点削减审核重 点聚烯烃一车间 COD40。 第三章：评估 聚烯烃一车间由若干单元操作。第一步是合成反应 ，后面是粗品的蒸发、冷却结晶、离心过滤、干燥，形成 最终产品。整个生产过程用到四种原料（ A、 B、 C和 D）。 在配料单元，这四种原料首先与工艺水进行混合，之后被 送到合成反应器中进行反应。合成反应是放热的，用新鲜 水进行间接冷却。反应结束后，合成溶液被输送到一次蒸 发器中，蒸发出的液体进入回收单元，该液体含有未反应 的原料 A，经过回收单元处理后，一部分送回配料单元， 其余的间接直接排掉。一次蒸发单元的产物（一次母液） 进入二次蒸发器。（后续生产过程省略）。 作业 5：工艺流程图 画出聚烯烃车间的工艺流程图（部分），包括配料，合 成，一次蒸发和回收单元这几部分单元操作，指出可能的 污染物排放点。 下面的表（ 1-3）中给出了化工厂合成反应及部分后续 单元的生产数据汇总，操作单元包括配料，合成，一次蒸 发及回收。这些数据都是在正常生产过程中通过实测得到 的。 表 1：合成反应单元的总输入 0.4Y/kWh190.0kWh/hr6、 电 0.7Y/t8.4t/hr5、新 鲜 水（包括工 艺 水和冷却水） 4.8Y/kg20.4kg/hr4、原料 D 1.7Y/kg261.6.kg/hr3、原料 C 4.4Y/kg226.4.kg/hr2、原料 B 300.0kg/hr (在 4000kg/h的水中） 2.7y/kg730.0kg/hr1、原料 A 新 输 入 回收 单 元中回收利用部分 单 位价格数量总输 入 合成反 应 器的 输 出 数量 1、 产 品 626 kg/hr 2、副 产 品 444 kg/hr 3、原料 A 436 kg/hr 4、原料 D 9.7 kg/hr 5、水 7300 kg/hr 表 2：合成反应器的输出（合成溶液的成分） 表 3：一次蒸发器的输出（一次母液成分） 一次蒸发后的输出 送到二次蒸发器（一次母液） 送到回收单元（蒸出液） 1、产品 566 kg/hr 2、副产品 398 kg/hr 3、原料 A 7.8 kg/hr 384 kg/hr 4、原料 D 0.2kg/hr 8.5 kg/hr 5、水 1645kg/hr 4927kg/hr 作业 6：物料平衡 将输入输出数据纳入工艺流程图中，利用物料 平衡计算出下列数据： 1、合成反应器冷却系统的冷却水用量； 2、回收单元排出废水的成分； 3、一次蒸发器中的损失。 输入的原料 A、 B和 C是液体，批量运输；原 料 D是固体，装在 5kg的袋中运输。在配料区， 每种原料分别同新加的工艺水和回收单元中的回 收液（原料 A）混合。合成反应是放热的，因此 要用水冷却，反应产率依赖于反应温度。一次蒸 发是用来除去多余的水和未反应的原料 A和 D。 因为缺少维修，一次蒸发器的状况较差，检测到 几处泄漏和溢流。在回收过程中部分过量（未反 应）的原料 A循环回到配料区，但由于合成反应 器冷却系统的制冷量低，目前只有其中的一部分 被重复使用。 在单元操作之间，液体原料通过管道运送， 固体原料用传送带运送。现场调查发现管道上有 几处泄漏。在操作中，随机抽取产品，手动控制 生产过程。合成、澄清工序同最终产物的洗涤都 是分批进行的，其余工序的步骤都是连续进行的 。工厂的生产一天 24小时分 3班连续进行。合成 工序的产率在 80%到 90%之间。车间负责组织安 排生产过程的各项操作，在车间的要求下维修组 负责对设备进行维修。 作业7：原因分析 分析上面练习中说明的废弃物产生的原因。参照以下8 条提示，从前面给出的信息推出可能原因： 1）原辅料及能源是否对废弃物的数量或成分有影响？ 2）技术工艺是否对废弃排放物的数量或成分有影响？ 3）设备是否对废弃物的数量或成分有影响？ 4）过程控制是否对废弃物的数量或成分有影响？ 5）产品是否对废弃物的数量或成分有影响？ 6）废弃物本身特性是否对废弃物的数量或成分有影响？ 7）管理是否对废弃物的数量或成分有影响？ 8）员工素质是否对废弃物的数量或成分有影响？ A 730 B 226.4 C 261.6 D 20.4 水 产品 626 副产品 444 A 436 D 9.7 水 7300 一次蒸发器 产品 566 副产品 398 A 7.8 D 0.2 水 1645 二次蒸发器 搅拌器 A 搅拌器 B 搅拌器 C 搅拌器 D 合 成 反 应 器 产品 副产品 水 一次蒸发器 产品 副产品 水 二次蒸发器 作业 5 工艺流程图 回收单元 A:384 D:8.5 水 :4927 A:300 水 :4000 废水排放 作业 6 物料平衡 1）冷却水用量 进水： 新鲜水： 8400kg/hr 回用水： 4000 kg/hr 出水： 7300 kg/hr 冷却水： 8400+4000-7300 5100 kg/hr 2）回收单元废水成分 输 入（ kg/hr） 输 出 回用（ kg/hr） 废 水排量（ kg/hr） 水 4927 4000 927 D 8.5 8.5 A 384 300 84 3）一次性蒸发器中的损失（ kg/hr） 输 入 输 出 回收器 二次蒸 发 器 损 失 产 品 626 566 60 副 产 品 444 398 46 A 436 384 7.8 44 D 9.7 8.5 0.2 1 水 7300 4927 1645 728 作业 7 原因分析 1）原辅料及能源： 原料 D的包装过小； 2）技术工艺： 合成冷却能力太低，一次蒸发效率不高； 3）设备： 一次蒸发器状况差，有泄漏； 4）过程控制： 手动控制生产过程； 5）产品： 转化率不高； 6）废弃物： 回收单元中有 22 A 和全部 D 未回收，排 入废水； 7）管理： 管理不严，运送管道有泄漏，无维修制度 8）员工： 标准化操作水平不高。 第四章 作业 8：方案产生 根据工艺说明、物料平衡及相关的分析，产生清洁生 产方案。从八个方面着手产生相应的方案，并将方案简要 写在表中（表 4）。 1)如何改进原辅料及能源才能尽量减少或消除废弃物？ 2)如何改进技术工艺才能尽量减少或消除废弃物？ 3)如何改进设备才能尽量减少或消除废弃物？ 4)如何改进过程控制才能尽量减少或消除废弃物？ 5)如何改进产品才能尽量减少或消除废弃物？ 6)如何利用废弃物本身特性才能尽量减少或消除废弃物 ？ 7)如何加强管理才能尽量减少或消除废弃物？ 8)如何提高员工素质才能尽量减少或消除废弃物？ 表 4：方案 产 生 方案 类 型 清 洁 生 产 方案描述 原 辅 料及能源 技 术 工 艺 设备 过 程控制 产 品 废 弃物 管理 员 工 作业 8 方案产生 方案 类 型 清 洁 生 产 方案描述 原 辅 料及 能源 原料 D改大包装 利用反 应 合成 预 余 热 技 术 工 艺 提高合成反 应 冷却能力 优 化工 艺过 程 提高一次蒸 发 器效率 设备 更新蒸 发设备 管道及 设备维 修 过 程控制 手 动 改自 动 控制 定期抽 验样 品 产 品 提高 产 品合成 产 率 提高 产 品合格率 废 弃物 提高 A 、 D回收率 管理 制 订设备 的 维护 和 维 修制度 建立激励机制 员 工 对员 工 进 行 标 准化操作培 训 第五章：可行性分析 为了说明可行性分析的过程，下面就四个清洁生产方 案进行了详细分析。这四个方案是从审核小组产生的众多 方案中挑选出来的。 1、冷却系统的改造 为了提高制冷能力，必须安装第二台制冷设备，这样 可以增加合成反应器的进料量，进而使一次蒸发器中出来 的原料 A可以得到全部的循环利用。安装第二套循环系统 需要更新的冷却水管道，反应器本身只需要在管理方面做 有限的改动。市场上很容易找到关于冷却系统的技术，技 术部门的工程师也熟悉这些技术。反应器旁边有容纳制冷 设备的空间。不需要额外的培训，但是由于反应器的进料 量增加，必须为操作工制订新的操作规程并进行相关的培 训管理。 2、安装电脑控制的反应器装料和过程控制系统 可以安装一台微电脑控制器对过程进行最优化控制 。合成反应器上需要增加连线。因为原料 B在合成反应中 完全转化，其流量可用来作为反应过程的控制参数，还要 增加连线和管道从而控制原料 B的流量。这方面的技术相 当简单，但是还没有应用于化工厂，操作工和技术设备部 门将需要进行额外的培训。 3、将原料 D的 5kg包装桶改为可重复使用的 200kg包 装桶 这会减少包装浪费，避免向混料箱（配料）装料时的 撒落。因为财务部门负责定购，所以必须通知该部门。需 要制定新的操作规程，并对操作工人进行相关培训，同时 还要添置新的操作设备。 4、修补漏洞和改进维修程序 在实地调查中发现很多泄漏、管路阻塞、物料撒落等 问题，大部分立即做了修复。目前维修工作仅仅在需要的 时候才进行，也就是说设备在维修时已经无法使用了。作 为技术设备部门的一部分，维修科愿意重新安排工作程序 ，以满足车间持续预防性维修计划的需要。因为加大了工 作量，所以需要增加技术人员和操作工人，但是财务部门 不同意雇用新人员，因此增加的工作量只能由有关部门和 车间承担。各方面商定了一个试验期，在此期间由技术部 门的技术人员、维修组和聚烯烃一车间共同负责预防性维 修，希望增加的维修工作量能够减少设备的修理从而降低 技术部门的工作量。此项方案不需要进行额外的培训，但 必须列出一份任务清单并按照清单严格执行。 作业 9：初步分析 对这些方案的初步分析是用来确定哪些方案需要详细的 技术、经济和环境评估，通过下表 5可以完成初步分析。 表 5：清洁生产方案的初步分析 方案 涉及的 变动 实 施 难 易 投 资 成本 所需 进 一步 评 估 预计实 施 时间 人 员 设备 简单 复 杂 低 高 技 术 环 境 经 济 短 中 长 冷却及系 统 的改 造 电脑 控制 改用 200kg包装 桶 改 进维 修程序 厂级领导根据审核小组的方案筛选结果，决定立即改 变包装和进行预防性维修，结果审核重点的一次蒸发器产 出（含产品和副产品）提高了 5，审核重点排出的 COD 减少了 3。 作业 10：实施有效的车间管理方案 利用上述改进车间管理类方案的实施取得的经济收益， 估算这些方案的实施对物料平衡的影响，并将计算结果填 入表 6中： 表 6：有效 车间 管理 实 施前后的 经济 效益 对 比 项 目 （价格） 实 施前 实 施后 差 别 数量 （ /h） 价 值 （ Y/h） 数量 （ /h） 价 值 （ Y/h） 经济 收 益 （ Y/h） 输 出 产 品 副 产 品 COD 总 收益 扩大制冷量需要安装一套氨冷却系统，这 样在保持同样的反应效率（相同的产率）和产品 质量的情况下，反应器的进料量可增加约 12， 总产出也可增加约 12，耗新鲜水量增加到 18t/h 。同时，回收单元回收的原料 A的重复使用率可 达到 100。 由于提高了原料 A的重复使用率， COD可减 少 100kg/h。而配料、合成、冷却、蒸发和回收 操作的耗电量从 190kWh/h增加到 200kWh/h。 作业 11：技术评估：节约的证明 估算冷却系统的改动引起的物料平衡的变化。 （在作业 10的基础上做） 利用这条信息计算节省的操作成本。 完成下表（表 7）。 表 7：冷却系 统 的改 动对 物料平衡的影响和 预计节 省 费 用 项 目（价格） 实 施前 实 施后 差 别 数量 （ /h） 价 值 （ Y/h） 数量 （ /h） 价 值 （ Y/h） 经济 收益 （ Y/h） 输 入 输 入原料 A（ 2.7Y/kg） B（ 4.4Y/kg） C（ 1.7Y/kg） D（ 4.8Y/kg） 新 鲜 水（ 0.7Y/t） 电 （ 0.4 Y/kwh） 输 出 产 品（ 10Y/kg） 副 产 品（ 50Y/kg） COD（ 0.4Y/kg） 总 效益 冷却系 统 的改 动扩 容所需投 资 91万元（包括管道和 设备 ）。 作业 12：经济评估 利用表 8中的数据，评估改动冷却系统的经济（财务）可行性。 要求至少计算出投资偿还期和净现值。 n j=1 F (1+i)jNPV I F 年 净现 金流量 n 项 目寿命周期 I 总 投 资费 用 i 贴现 率 j 年份 10 j=1 1 (1+12 )j 5.6502注： 费 用 Y 总 投 资 910， 000 节 省的操作成本（每年） * 作 业 11的 结 果 增加的操作和 维 修 无 年度 总节 省 贴现 率 12 折旧年限 10年 工厂税率 11 表 8：财务数据 *一年 300个工作日 作业 13：环境评估 这项方案的环境效益是什么？聚烯烃一车 间是否已经达到其制定的清洁生产目标？ 作业 9 初步分析 方案 涉及的 变动 实 施 难 易 投 资 成本 所需 进 一步 评 估 预计实 施 时间 人 员 设备 简单 复 杂 低 高 技 术 环 境 经 济 短 中 长 冷却及系 统 的改 造 电脑 控制 改用 200kg包装 桶 改 进维 修程序 作业 10 实施有效的车间管理方案 项 目 （价格） 实 施前 实 施后 差 别 数量 （ /h） 价 值 （ Y/h） 数量 （ /h） 价 值 （ Y/h） 经济 收 益 （ Y/h） 输 出 产 品 566 5660 594.3 5943 283 副 产 品 398 199 417.9 20.893 0.99 COD 1458 58.33 141.426 56.57 1.76 总 收益 285.75 作业 11 技术评估 节约的证明 项 目（价格） 实 施前 实 施后 差 别 数量 （ /h） 价 值 （ Y/h） 数量 （ /h） 价 值 （ Y/h） 经济 收 益 （ Y/h） 输 入 输 入原料 A（ 2.7Y/kg） 730 1971 723.52 1953.5 17.5 B（ 4.4Y/kg） 226.4 996.16 253.57 1115.7 -119.54 C（ 1.7Y/kg） 261.6 444.72 292.9