（管理科学与工程专业论文）天津石化公司节水潜力分析及评价.pdf

摘要 水是一种非常重要的自然资源，水的不合理使用既造成了资源浪费，又增加了企业 环保处理的负担。在水资源日益短缺的情况下，作为一个用水量大、排污量大的行业， 节约用水已经成了石化企业在追求生产利润和保护环境等多个方面都必须加以重视的 问题。 本文在综合比较了国内外石化企业在节水减排方面的现状后，对天津石化公司的生 产用水系统进行仔细的分析，并对其若干个重要的用水节水指标进行了综合评价。以天 津石化公司炼油部一套用水系统为例，运用水夹点技术方法，对其用水网络加以改善以 达到节约新鲜水和减少废水排放的目的。本文的主要工作内容如下： 1 系统地介绍了工业用水节水相关的评价指标、研究体系和研究方法。 2 分析了天津石化公司的用水节水现状，对其各项用水指标做了考核和评价。 3 以天津石化公司炼油部一套生产用水系统为例，运用水夹点技术对其用水现状 进行了分析，提出了现有流程的改造方案，从而实现用水节约和废水减量。 4 从节水指标和节水技术方案两个方面对天津石化公司的节水潜力进行了深度挖 掘，并对其节水产生的经济效益进行了分析评估，然后给出用水合理化建议。 关键词：节水潜力分析水平衡测试水夹点经济效益 a b s t r a c t w a t e ri so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tn a t u r a lr e s o u r c e s t h ei r r a t i o n a lu s eo fw a t e rn o to n l y r e s u l t e di nw a s t eo fr e s o u r c e s b u ta l s oi n c r e a s e dt h eb u r d e no fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nf o r e n t e r p r i s e s a sai n d u s t r yw h i c hn e e d sal a r g ea m o u n to f w a t e ra n dd i s c h a r g e sag r e a td e a lo f w a s t ew a t e ，t h ep e t r o c h e m i c a le n t e r p r i s e sm u s tp a ya t t e n t i o nt ot h ep r o b l e mo fw a t e r - s a v i n g i nt h ep u r s u i to fp r o f i ta n dp r o t e c t i o no ft h ee n v i r o n m e n tu n d e rt h ec i r c u m s t a n c eo fs h o r t a g e o fw a t e rr e s o u r c e s i nt h i st h e s i s ，ac o m p r e h e n s i v ec o m p a r i s o no ft h es t a t u sq u oi nw a t e rc o n v e r s a t i o na n d e m i s s i o nr e d u c t i o na m o n gd o m e s t i ca n df o r e i g np e t r o c h e m i c a le n t e r p r i s e sh a sb e e n d i s c u s s e d b a s e do nt h ec o m p a r i s o n ，ad e t a i l e da n a l y s i st ot h et i a n j i np e t r o c h e m i c a lc o m p a n y p r o d u c t i o nw a t e rs y s t e mi sc a r r i e do u t ，a n dac o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nf o ran u m b e ro f i m p o r t a n tw a t e r - s a v i n gi n d i c a t o r s i sp u tf o r w a r d t h e naw a t e rs y s t e mo ft h er e f i n i n g d e p a r t m e n to ft i a n j i np e t r o c h e m i c a lc o m p a n yi s t a k e nf o re x a m p l e ，i na n dw a t e rp i n c h t e c h n i c a lm e t h o d si su s e dt oi m p r o v ei t sw a t e rn e t w o r ki no r d e rt os a v ef r e s hw a t e ra n d r e d u c ew a s t ew a t e r t h em a i nc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1 i n t r o d u c et h er e l a t e de v a l u a t i o ni n d i c a t o r s 。s y s t e ma n dm e t h o d sa b o u ti n d u s t r i a l w a t e r - s a v i n gs y s t e m a t i c a l l y 2 a n a l y z eo nt h es t a t u sq u oo fw a t e r - s a v i n go ft i a n j i np e t r o c h e m i c a lc o m p a n y , a n d h a v ed o n eat e s ta n de v a l u a t i o nt oi t sw a t e r - s a v i n gi n d i c a t o r s 3 t a k eaw a t e rs y s t e mo ft h er e f i n i n gd e p a r t m e n to ft i a n ji np e t r o c h e m i c a lc o m p a n yf o r e x a m p l e u s ew a t e rp i n c ht e c h n o l o g yt oa n a l y z ei n t e m a lw a t e rf l o w , a n dt h e na nu p g r a d i n g p r o p o s a li sp u tf o r w a r dt oe x i s t i n gp r o c e s s ，i no r d e rt oa c h i e v ew a t e rc o n s e r v a t i o na n dw a s t e r e d u c t i o n 4 e x h u m et h ew a t e r - s a v i n gp o t e n t i a lo ft i a n ji np e t r o - c h e m i c a lc o m p a n yd e e p l yf r o mt h e t w oa s p e c t so fw a t e r - s a v i n gi n d i c a t o r sa n dw a t e r - s a v i n gt e c h n i q u e s ，t h e na n a l y z eo nw a t e r c o n s e r v a t i o na n de c o n o m i cb e n e f i t sa r i s i n gf r o mt h ep o t e n t i a l ，g i v et h er a t i o n a l i z a t i o n p r o p o s a l so fw a t e ru s ef i n a l l y k e yw o r d s ：a n a l y s i so fw a t e r - s a v i n gp o t e n t i a l ，w a t e rb a l a n c et e s t ，w a t e rp i n c h ， e c o n o m i cb e n e f i t s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取 得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天盗理工大鲎或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 一一 ，、 一 学位论文作者签名：齐乞精签字日期：z p 叩年 月j 歹日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 墨盗墨兰盘堂有关保留、使用学位论文 的规定。特授权叁盗墨兰盘望可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编， 以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子 文件。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：六王甙 导师签名： 、 黼k 签字日期：2 口明年1 月i 弓日签字日期：2 。p7 年j 月j 岁日 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 1 1 1 我国水资源现状 我国是一个水资源严重短缺的国家。据调查，我国人均水资源拥有量只有2 2 0 0 立 方米，仅为世界平均水平的1 4 ，而且这个数字还在不断地减少。我国是目前世界上个 1 3 主要缺水国家之一，也是国际上公认的“贫水国 。由于干早、污染、以及快速的经 济发展，中国正面临着世界上最严重的水资源危机，横贯中国的7 条主要河流中的5 条 已经遭到严重污染。在全国6 6 9 个城市中，约有3 0 0 个城市面临水资源短缺。 2 0 0 7 年中国水资源公报显示，2 0 0 7 年全国总用水量为5 8 1 9 亿立方米，其中工业 用水量1 4 0 2 4 亿立方米，与2 0 0 6 年相比较，全国总用水量增加2 4 亿立方米，工业用水 量增加6 0 亿立方米。随着工业化进程的加快，工业用水量还会大幅度增加，水资源短 缺和生产需求之间的矛盾也会更加突出。据预测，到2 l 世纪中叶全国总取水量将达到 7 0 0 0 8 0 0 0 亿立方米，接近可用水资源的极限。 据预测，到本世纪中叶，当我国人口达到峰值时，人均水资源拥有量将减少至1 7 5 0 立方米，届时全国大部分地区将面临更加紧张的局面。另一方面，我国的水资源分配很 不平衡，部分地区久早无雨，部分地区经常发生洪涝灾害。由于中国北部地区的地下水 资源正在被过度开采，水资源短缺也变得越来越严重。近些年来，超过9 0 条中国河流 曾一度干涸，自上世纪5 0 年代以来，全国湖泊面积已缩小1 5 ，湿地面积减少2 6 ， 水资源短缺已迫使政府通过数百亿美元的提案，欲将2 0 0 亿立方米的长江水调到严重缺 水的北方。随着国民经济和社会的快速发展，水资源的紧张程度越来越严重，这已经造 成了对环境和经济安全的直接或潜在的威胁，不利于国民经济的可持续发展。 然而，在许多地区遭受不同程度水荒的同时，却面临着很严重的水资源浪费现象。 中国只有不到一半的城市废水被回收利用；输送到城市的2 0 的自来水由于管道渗漏而 白白损失；中国约有一半的水资源被用于灌溉，其中7 0 也被浪费。污染和大规模的灌 溉意味着许多可利用的水资源不可饮用。除农业用水严重浪费外，工业用水浪费问题也 很突出。据统计，国内加工吨油的耗水量是国外的近5 倍，其它工业产品的耗水量也比 国外同类产品高出数倍。据一家美国世界观察研究所提交的报告，中国生产一吨乙烯所 需的耗水量相当于日本或美国的3 - 6 倍。我国工业水重复利用率非常低，一般只有3 0 ， 而德国工业水重复利用率高达6 4 ，日本也高达6 0 。 在用水损失方面，日本漏水调查专家高桥健一先生认为，中国目前的供水情况相当 于日本7 0 年代水平。1 9 7 2 年日本东京和大阪的水漏失率在3 0 左右，经过近2 0 年的 努力，现在已经控制在1 0 以下。他们准备再用5 年时间，把漏失率降到8 左右。我 第一章绪论 国水损失总量约占供水总量的2 0 ，而管道漏水占总损失的5 0 6 0 。近1 0 年来，供 水量平均每年递增5 1 5 万m 3 d ，未来1 0 年预计每年递增7 1 0 万m 3 d ，如果不采取相应 措施减少损失量，每年的供水量还要相应增加。除了存在技术上的差距外，水资源的综 合利用和重复利用的意识也有待于进一步加强。 1 1 2 国内外石油化工行业用水情况 我国水资源严重短缺，水资源不足成为制约我国经济和社会发展的重要因素之一。 石油化工行业是我国的用水大户，其取水量占我国工业用水总量的5 ，是工业节水的 重点行业之一。全国“十五”工业节水规划中提出“2 0 0 5 年，工业取水量不超过1 2 5 0 亿立方米，年均增长率控制在1 2 以内，石油石化2 0 0 5 年，取水量控制在2 6 9 亿立方 米以内，年均下降1 1 ；根据“十一五规划，石化行业不仅要制定和完善科学的管理 制度和节水措施，实行取水总控制，还要保障满足石化企业“可持续发展”，企业用水 需求量的不断增长的要求。 中国石化的水资源状况可以用“地区不同，水资源状况差异很大”来概括。以人均 水资源占有量来衡量，中国石化下属企业的人均水资源占有量为1 6 0 - 4 7 0 吨，有6 0 以 上的企业处在严重缺水地区。如胜利油田和中原油田均属典型的水资源缺乏地区，华北 的炼化企业更是位于严重缺水地区。有的企业已出现用水紧张现象，不得不对职工用水 实行限时限量供应。 中国石化的用水、节水管理工作起步较早，成效也比较显著。根据中石化集团可持 续发展报告【2 】，2 0 0 5 年与2 0 0 0 年相比，中国石化万元产值取水量从4 2 8 4 吨下降到1 5 9 吨；加工吨原油耗水量由2 0 4 吨下降到1 0 8 吨；工业水重复利用率由8 7 提高到9 5 。 与全国工业企业目前的平均水平( 万元工业产值耗水量3 4 0 吨，工业水重复利用率5 0 ) 相比较，中国石化用水情况处于领先地位。 2 0 0 6 年，金陵石化结合企业提高全员节水意识，向管理要水，公司全年的新鲜水用 量比上一年减少5 l 万吨，节水5 。加工原油污水排放量减少了o 1 2 吨水吨油。镇海 炼化加工每吨原油用水已达到0 5 吨以下【3 j 。另外，齐鲁石油化工、大庆石油化工、燕 山石油化工、上海高桥石油化工、吉林石油化工等企业大力推进节水减排工作也取得了 显著的成效。 尽管节水减排工作取得了可喜的成效，但是我国石油化工行业每年污水排放量仍达 8 亿吨以上，而目前的污水回用率仅为3 0 4 1 ，可见石油化工行业节水的潜力巨大、任 务艰巨。 在组建石油、石化两大集团之前，原石化总公司有8 0 个直属企事业单位，其中包 括2 5 家特大型和1 3 家大型炼油、化工、化纤和化肥生产企业。现在的中国石油总公司 共有2 9 家大型的炼油及化工企业。这些生产企业分布在2 0 多个省市自治区之内，我国 长江、黄河、珠江、淮河、海河、松花江和辽河等七大水系流域均有石化和中石油总公 司的下属生产企业。仅是石化公司的这些企业( 由于中国石油的统计数据不准确，特以 2 第一章绪论 中石化的统计数据来说明) ，每年消耗新鲜水1 4 9 亿吨，约占全国总用水量的0 3 ，占 工业用水总量的2 8 7 ；1 9 9 7 年废水排放总量为8 5 7 亿吨，占全国生产和生活废水排 放总量的2 3 4 ，其中工业废水排放总量约占全国工业废水排放总量的3 8 5 ，应当说， 这个比例是很高的。一般来说，石化企业在各地都是消耗新鲜水的大户，也是排放废水 的大户，因此，节约用水，搞好污水处理，对各个地区经济和社会发展，乃至对全国国 民经济的可持续发展都至关重要。 2 0 0 3 年全国加工原油近2 亿吨，加工每吨原油排放废水1 2 吨左右。而国外炼油企 业加工1 吨原油废水排放量大多在o 5 吨以下，先进水平达到o 1 吨。去年全国加工2 5 4 亿吨原油，与国外一般水平比较，约多排放2 6 亿吨废水，相当于多耗费新鲜水4 亿多 吨，这种浪费是巨大的。化工、化纤和化肥行业用水量也比较大，也存在类似的浪费情 况。 石化总公司各行业用水情况详见表1 1 ： 表1 1 石化总公司行业用水情况单位：亿吨 t a b 1 1w a t e r - u s i n gc o n d i t i o no fp e t r o c h e m i c a lg r o u pc o m p a n y 项目厂区新鲜工业新鲜 厂区废水 j ：业废水 行业水用量水用量 排放鼍 排放量 炼油426 3 6 6 2 9 62 7 3 化工4 3 5 3 6 13 1 0 2 9 7 化纤 5 5 85 o l2 1 72 1 7 化肥 o 7 10 6 2o 3 30 3 2 总公司合计 1 4 9 l1 2 9 18 5 78 2 0 资料来源：石化总公司规划院编著( ( 石化行业水处理技术进展 国外有的炼油厂现在可以作到废水全部回用，基本上不向外排放废水。如日本兵库 炼油厂，平均加工1 吨原油的废水排放量仅为6 7 k g 。而日本科斯莫( c o s m o ) 公司千 叶炼油厂，原油加工能力为1 2 0 0 万吨年，每年排放废水不到3 0 0 0 吨，平均每加工1 吨原油排放废水不到0 2 5 k g 。我国只有燕山石化公司炼油厂、齐鲁石化公司炼油厂、镇 海炼化公司炼油厂、福建炼油厂、济南炼油厂和林源炼油厂加工每吨原油排放废水小于 1 吨，约高于兵库炼油厂排放量1 0 0 1 3 0 倍，高于科斯莫公司干叶炼油厂排放量3 0 0 0 - 4 0 0 0 倍，而其他炼油厂差距就更大了。全国炼油厂废水排放率如果都能达到兵库炼油厂水平， 一年可以少排放废水3 6 4 亿吨，相当于少消费新鲜水4 亿多吨，每吨水价格按o 4 5 元计 算，可以节约1 8 亿元。从缓解我国水资源紧张的角度来看这个问题，其社会意义就更 大了。特别是几家耗水大户，如茂名石华石化公司、扬子石化公司、高桥石化公司、巴 陵石化公司、金陵石化公司、齐鲁石化公司、上海石化股份公司、大庆石化总厂、燕山 石化公司等企业，全年消耗新鲜水都在7 0 0 0 万吨以上，9 个企业合起来约占石化总公司 全年新鲜水消耗总量的6 2 4 9 。降低新鲜水消耗量，关键是开好循环水场，提高水的 重复利用系数。我国石化企业循环水浓缩倍数( 是指循环冷却水在循环使用的过程中相 对于新鲜水的浓缩程度) 普遍偏低，国外炼油企业浓缩倍数般在3 0 以上，石化总公 第一章绪论 司炼油系统只有2 1 5 ，其中浓缩倍数小于2 0 的有4 l 座循环水场。国外化工企业循环水 浓缩倍数一般在4 0 5 0 ，石化总公司化工系统平均只有3 0 左右。详见表l - - 2 表1 2 石化总公司循环水浓缩倍数统计 t a b 1 - 2t h es t a t i s t i c so fc y c - w a t e rc o n d e n s em u l t i p l eo fp e t r o c h e m i c a lg r o u pc o m p a n y 资料来源：中国石油4 匕- z - 股份有限公司2 0 0 6 年可持续发展报告 在统计的2 4 7 座循环水场中，浓缩倍数小于2 0 的有6 7 座，占2 7 1 ；2 0 3 0 的有 1 0 0 座，占4 0 5 ；大于3 o 的有8 0 座，占3 2 4 。可见石化企业节水的潜力是很大的。 长期以来企业对节水的重要性、紧迫性、持续性缺乏足够认识，再加上水价偏低等 诸多因素，导致水资源浪费现象严重，企业的节水积极性不高。 节约用水有极大的潜力，也有相当的经济效益，更有不可忽视的社会和环境效益。 在我国高速发展的今天，保护环境，提高并优化用水效率，对于长期以来戴着“污染大 户 帽子的石油化工行业来说有着不同凡响的意义。 1 1 3 中国石化用水与国外比较 中国石化下属企业的总用水量分布比例与国外情况大体相当，即工艺用水约占 1 0 ，循环冷却水补水约占3 5 ，锅炉软化水和脱盐水约占5 0 ，厂区生活用水和其他 用水约占5 。然而在取( 新鲜) 水量上却存在很大差距，主要原因是管理问题、相关工艺 问题和技术问题。 1 用水管理 国内管理水的机构主要有：水利部，国家环保局，发展与改革委员会，卫生部以及 各个省市地区。分设用水、节水管理机构，如地方环保局、城市节水办公室等。中国石 化的用水、节水工作由公司总部直接管理，下属企业的用水管理工作由机动处、环保处、 节水办公室协同进行。近年来通过建章建制工作，用水管理更规范，节水工作初见成效。 国外管理体制与国内不尽相同。如美国，用水管理机构主要有美国资源再利用局、 美国环境保护局等。各州分设用水管理机构，如美国加州设有水资源控制委员会、水资 源部、卫生服务部等。美国的用水、节水管理水平绝对领先于国内，管理上更加严格， 规章更加明确，人员的责任心更强。例如，美国回用水水质标准根据各州的水资源情况、 不同的回用对象( 如工业冷却、农业、景观、绿化等) ，制定的项目指标也不一样，但都 很详细、严格。国内虽有再生水回用于冷却水的水质标准( c e c s 6 1 ：9 4 城市污水回用设 计规范) ，但针对石化行业的回用水水质标准尚未建立。 2 用水工艺 国外的石化企业，即使用水方便，绝大多数也使用循环水进行冷却。而国内的沿江 企业还有大量的直流冷却水存在。 在石化装置的建设初期，国外就已经考虑到所处地区的水资源情况，如美国j j n , 少h 某 4 第一章绪论 炼油厂，只有两座水冷塔，其他均为风冷。 按照国内工业循环冷却水处理设计规范规定，循环水系统保有水量( v ) 与循环 水量( r ) 之比应为1 3 一l 5 。根据对国内石化企业2 4 7 套循环冷却水系统的统计，v r ， 1 o 的占1 8 4 ，v r 在l 2 l 的占5 1 0 ，只有3 0 6 的循环水系统v r 1 2 。而国外循 环冷却水系统的v 瓜一般小于1 3 。v r 过大，不利于提高浓缩倍数，增加了药剂的停 留时间，影响循环水处理效果【5 j 。 在污水回用方面，国外已经有成熟的处理回用工艺，如微滤技术、反渗透处理技术、 盐卤蒸发器处理污水工艺等等，有的炼油厂、化工厂已经达到污水零排放，如墨西哥石 油公司炼油厂、美国加州某炼油厂等等。污水回用观念已经由“深度处理后回用 转变 为“去除某些影响因素后回用到特定对象 。而国内的污水回用大多数采用深度处理工 艺，由于技术、设备等方面的原因，回用效果不理想，企业回用污水的积极性受到很大 的影响。 3 用水技术 中国石化在节水项目上投入了很大的力量。以设备技改、污水回用、循环水处理为 重点，针对企业现场情况开发出一批节水的技术项目，如：大型高效循环水冷却塔的设 计技术和运行技术、达标污水替代新鲜水用于循环水补充水技术、提高循环水浓缩倍数 的高效缓蚀阻垢剂技术及运行技术、凝结水回收和回用技术等，为现阶段乃至今后的节 水工作提供了技术支撑。而同比国外的情况，一些成熟的技术早已实际应用。 在含硫污水汽提后回用方面，国外基本上是全部回用作电脱盐注水、焦化装置补充 水、富气洗涤水和气体回收原料气水洗水等，而国内石化企业的回用量最高只占总量的 4 0 左右。因不同用水单元对水质要求的限制，含硫污水汽提后并没有完全回用，如某 企业含硫污水汽提处理量为19 0 t h ，但回用量仅为6 0 t h ，其他水依然排放到污水处理厂。 国内石化企业的蒸汽凝结水回用工作还处于起步阶段，做得好的企业回收率能够达 到3 0 左右，多数企业低于1 0 ，与发达国家7 0 的蒸汽凝结水回收率相比差距很大。 这主要是由于换热设备的泄漏和腐蚀，使凝结水中含油、含铁，没有实用的监测手段和 先进的净化处理技术。 国外石化装置的泄漏情况鲜有发生，但针对物料泄漏的离线、在线监测和检测技术 己经广泛使用，处理泄漏的周期大大缩短。而国内，这方面的技术还未推广使用，造成 循环水系统大排大补，增加了新鲜水的消耗。 循环冷却水的浓缩倍数国外先进水平为5 o ，一般为3 5 左右，并且已经采用无磷的 循环水处理药剂配方。国内的情况为：浓缩倍数绝大多数低于3 0 ，对无磷配方的研究 仍处于探索阶段，鲜有成功应用实例。 总而言之，国内石化企业的用水情况与国外相比存在很大差距，节水的潜力巨大。 应从管理、工艺和技术三方面入手开展节水工作，才能够有效地提高用水效率，减少取 ( 新鲜) 水量，从而解决水资源紧缺和生产需求之间的矛盾。 第一章绪论 1 2 研究目的和意义 1 2 1 研究目的 水是一种不可替代的资源。节约工业用水与减少废水排放量已成为企业持续发展的 重要前提之一，也是石油化工行业当前的工作重点。 水浪费和水污染导致的水危机问题已引起世界的普遍关注，它不仅影响、制约社会 的可持续发展，而且将成为2 1 世纪全球资源环境的首要问题，直接影响着人类的生存 和发展。随着工业的发展和水资源的日益紧缺，工业用水的节约远远不仅是节约成本的 问题，已经成为可持续发展的重要前提之一。 本文的研究目的就是在对天津石化公司的用水节水指标和用水系统进行分析的基 础上，对其现状用水情况建立一套指标评价体系，并对其节水用水指标打分并进行评价。 然后找出一套现有基础设备条件下的用水优化方案，为企业的炼油生产降低水耗找到一 套可行的技术管理方法。同时充分挖掘企业的节水潜力以期对企业的进一步节水减排工 作提供决策参考。 1 2 2 研究意义 对于石化这类过程工业来说，为满足环境排放标准而不断提升的废水处理费用和廉 价工业用水的缺乏，极大的刺激了过程工业去减少新鲜水的用量和废水的排放量，并通 过合理的处理减少系统的总费用，以期产生更好的经济效益。从石化企业的节水形势来 看，节水降污改造的要求非常迫切。 目前，工业排放的废水量约占废水排放总量的4 9 ，加强工业节水不仅可以缓解水 资源供需矛盾，还可减少废水排放，改善水环境。未来我国需水量，尤其是工业和生活 用水量，将随着人口的增长、经济的发展而进一步增加。我国水资源供需矛盾将更加突 出。因此有必要将工业节水作为一个重点来抓，充分调查了解工业节水现状，对工业节 水水平进行合理评价，提出正确对策，对我国工业节水乃至整个水资源的节约，都有着 非常重要的意义。 天津市是一个严重缺水的城市，城市用水主要依赖“引滦”、“引黄 。石油化工作 为高耗水行业之一，天津石化坐落地大港区基本无可用水源，天津石化生产、生活用水 主要依赖数百公里外的天津市宝坻县的地下水和引滦入港的滦河水，从一定程度上讲， 天津市与天津石化都是在依靠从外部引水而生存和发展。所以，无论从宏观上看，还是 从微观上分析，天津石化作为国有特大型企业，做好节水减排工作不仅是提高企业经济 效益的必然选择，这也是企业走新型工业化道路，建设资源节约型、环境友好型企业的 必然选择。 6 第一章绪论 1 3 本文的研究内容和结构 本文综合应用水平衡测试方法及用水网络优化的相关方法对天津石化公司的用水 节水现状做了深入的分析，并对其节水潜力进行了挖掘，本文共五章，主要内容如下： 第一章：主要说明论文研究背景，研究目的、意义、流程及其存在的问题，并给出 论文的整体内容架构。 第二章：系统的介绍了本文需要用到的评价指标、研究体系和相关研究方法。 第三章：对天津石化公司的用水节水现状做了分析，在此基础上对其各项用水指标 做了系统的考核和评价。 第四章：从天津石化公司用水系统的角度，通过检查其内部用水情况，运用水夹点 技术对用水情况进行分析、综合处理、改造现有流程，实现用水节约和废水减量。 第五章：综合前两章的研究结果，对天津石化公司的节水潜力进行了深度挖掘，并 对其节水产生的经济效益进行了对比分析，最后给出用水合理化建议。 目前，国家已经出台了有关优惠政策，鼓励支持节水和污水回用。因此，搞好节水 减排工作既是节约用水、降低污水处理费用，提高企业经济效益的需要；也是完成股份 公司环保指标的需要，更是社会大环境的需要。本文的研究将对天津石化公司进一步节 水减排的安排起到一定的借鉴作用。本文的结构框图，见图1 1 。 ( 第一章) 绪论 l 研究背景il 研究i = 1 的ll 研究内容l l j l 及意义li 及结构l ( 第二章) 研究方法 移鹞 ( 第三章) 公司用水现状及评价 圈匮圈盛 ( 第四章) 公司用水网络优化研究 网络优化 的决策 图1 1 论文结构框图 f i g 1 1o u t l i n ea n ds t r u c t u r eo ft h e s i s 7 第二章相关研究方法 第二章相关研究方法 2 1 节约用水相关指标及体系介绍 2 1 1 工业用水水源与分类 工业生产过程所用全部淡水( 或包括部分海水) 的引取来源，成为工业用水水源。 工业用水水源分类与含义见表2 1 。 表2 1 工业用水水源与分类 t a b 2 - 1i n d u s t r i a lw a t e rs o u r c ea n dc l a s s i f i c a t i o n 资料来源：城市与工业节约用水手册 2 1 2 工业用水分类及定义 1 工业用水分类 工业用水指工、矿企业的各部门，在工业生产过程( 或期间) 中，制造、加工、冷 却、空调、洗涤、锅炉等处使用的水及厂内职工生活用水的总称。根据工业用水的不同 用途，企业内工业用水的分类见图2 1 。各类工业用水的含义见表2 2 。 工业用水 生产用水 生活用水 间接冷却水 工艺用水 锅炉用水 图2 1 工业用水分类 f i g 2 - 1i n d u s t r i a lw a t e rc l a s s i f i c a t i o n 资料来源：城市与工业节约用水手册 8 产品用水 洗涤用水 直接冷却水 其他工艺用水 锅炉给水 锅炉水处理用水 第二章相关研究方法 表2 2 工业用水含义 t a b 2 - 2t h em e a n i n go fi n d u s t r i a lw a t e r 名称含义 一生产用水 1 间接冷却水 2 工艺用水 产品j h j 水 洗涤用水 直接冷却水 其他工艺用水 3 锅炉用水 锅炉给水 直接用于工业生产的水。包括间接冷却水、工艺用水和锅炉h j 水 为保证生产设备能在正常温度下工作，用来吸收或转移生产设备的多余热 量所使用的冷却水，此水与被冷却介质之间由热交换器壁或设备隔开 用来制造、加工产品以及与制造、加工工艺过程有关的h j 水 作为产品生产原料的用水 对原材料、物料，半成品进行洗涤处理的用水 为满足j = 艺过程需要，使产品或半成品冷却所用与之直接接触的冷却水， 包括调温，调湿使用的直流喷雾水 产品h j 水、洗涤用水、直接冷却水之外的其他丁艺用水 为t 艺或采暖、发电需要产汽的锅炉用水及锅炉水处理用水 直接用丁二产生工业蒸汽进入锅炉的水称为锅炉给水。由两部分水组成：回 收由蒸汽冷却得剑的冷凝水：补充的软化水 锅炉水处理用水为锅炉制备软化水时，所需要的再生、冲洗等项目用水 二生活川水厂i 叉：和乍间内职t 生活朋水及其他h j 途的杂用水 资料来源：城市与工业节约用水手册 2 工业用水的水量含义及其关系 工业用水各种水量的名称、符号、含义及计算式见表2 - - 3 。 表2 3 工业用水的水量定义 t a b 2 - 3d e f i n i t i o no fi n d u s t r i a iw a t e rc o n s u m p t i o n 9 第二章相关研究方法 资料来源：城市与工业节约用水手册 取水量q 重复利h j 水量c 漏水量l 耗水量h 排水量p 图2 - 2 丁业用水水量之间关系 f i g 2 - 2t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ni n d u s t r i a lw a t e rc o n s u m p t i o n 1 0 第二章相关研究方法 3 工业节约用水指标体系组成 工业节约用水指标体系由工业节约用水水量指标及水率指标构成，它们分别反映工 业节约用水的总体和分体水平( 见表2 - 4 ) 。 表2 - 4 工业节约j h j 水指标体系 t a b 2 4i n d u s t r i a lw a t e r - s a v i n gi n d e xs y s t e m 资料来源：城市与工业节约用水手册 用水类指标及其单位、含义及计算公式见表2 5 。 表2 5 工业用水统计指标 t a b 2 5s t a t i s t i c a l i n d i c a t o r so fi n d u s t d a lw a t e r 序号指标名称符号单位 含义计算公式 工业用水 一定计算期内，企业在生产过程中的生y = 自来水取水量+ ly1 0 4 m 3 产用水( 工艺刚水、冷却用水、锅炉用白备水取水量+ 工 总量 水等) 和厂内生活用水之和业i j 水重复利川量 工业用水 指工业重复利用量( c ) 与工业总用水 2 重复利用 r 量( y ) 之比。工业重复削水量指企业 r = c y 1 0 0 内生产及生活川水中，循环利h j 水量和 率 直接或处理后再利h j 水量的总和 万元工业 产生每万元_ 1 ：业产值( 增加值) 所用的 w = 报告期工业用 3 产值用水wm 3 历元新鲜水量及重复利用量之和( 报告期一水总量报告期工业 量般为1 年)总产值( 增加值) 用水工业 m 3 一定计量时间( 年) 内，用水工业生产 v = j ：业企业生产与 4 单位产品 单位产品 单位产品需要的用水量( 包括企业内职生活的总用水量产 用水量t 的生活总川水量)品总量 间接冷却 一定计量时间内，工业生产用的间接冷 5 r 冷 却水循环量( c 冷) 与冷却水总用量( y r 冷= c 冷，r 净1 0 0 水循环率 冷) 之比 工艺用水 一定计量时间内，工业生产中，工艺刚 6 r 工 水的同收利h j 量( c 工) 与工艺水总用量 r 工= c 工y 工l o o 回用率 ( y ，) 之比 蒸汽冷凝 一定计量u , t f 日q 内，工业生产的锅炉蒸汽 7 r 疆 冷凝水同用量( c 凝) 与锅炉蒸汽发气 rm - - - c 以1 0 0 水回刚率 量( z ) 之比 污水一定计算期内，污水回心量与污水处理r 污= 污水回州量污 8 r 污 同刚率量对比的相对指标水处理蓬 资料来源：城市与工业节约用水手册 第二章相关研究方法 工业节约用水水率指标是评价工业用水重复利用程度的指标。一般在工业企业总用 水量稳定的情况下，这类指标值越高，说明企业合理用水程度越高，企业取用的新水补 充量越少。因此，这类指标可以作为考核、评价工业用水合理程度的重要依据。 工业用水重复利用率与间接冷却水循环率、工艺用水回用率和锅炉蒸汽冷凝水回用 率4 个专项指标，既有区别又互相有关。重复利用率不能用其他几个考核指标的平均值 求得，必须利用水量公式计算。根据不同的生产工艺，同时使用上述指标可较全面地考 核各种用水的重复利用程度和较好的挖掘节水潜力。 2 2 水量平衡测试法 水量平衡亦称水平衡。用水( 节水) 范围的水量平衡是指任一确定的用水系统的输入 水量应等于输出水量。工业企业水量平衡测试，即是依照这一基本原理，以工业企业为 主要考核对象，通过系统地实测分析确定相应用水系统( 包括其子系统) 的各种水量值。 水量平衡原理，历来就用于给水排水工程的计算与设计。1 9 7 7 - - 1 9 7 8 年中国科学院 自然资源考察委员会会同北东市节约用水办公室运用这一原理，对北京市玻璃总厂、化 工厂等九个工业企业进行了水量平衡测试与工业用水情况调查，取得了良好的节水效 果。以后，水量平衡测试作为加强工业企业用水( 节水) 管理的种方法，即逐步于天津、 青岛、大连、沈阳和其他一些城市推广应用并不断地得以发展。1 9 8 7 年，原城乡建设环 境保护部发布了“工业企业水量平衡测试方法”等标准，将工业企业水量平衡测试纳入 了节约工业用水的轨道，显著地提高了我国工业企业与城市节约用水的管理水平。 2 2 1 水量平衡测试的目的与主要工作内容 水量平衡测试，现已成为工业企业用水( 节水) 科学管理的重要基础工作之一。开展 工业企业水量平衡测试的主要目的在于： 1 调查工业企业用水状况，确定工业用水水量( 统计值) 之间的定量关系； 2 为进行工业企业用水合理化分析，寻求进一步提高水的有效利用程度和挖掘节 水潜力，制定合理用水规划提供依据； 3 为制定工业用水定额积累基础数据。 由于进行水量平衡测试，必须建立在比较健全的工业用水( 节水) 管理工作和科学分 析的基础上，因此严格开展水量平衡测试工作可以有效促进节约用水管理水平的提高。 工业企业水量平衡测试的主要工作内容包括： 1 调查工业企业的水源情况。这里所谓的水源是指工业企业补给水的一切来源。除 工业企业自备水源外，尚包括城市市政给水管网来水及外部补给的回用水。为开展工业 企业水量平衡测试，需查清所有水源的相应技术数据，以及取自水源的水量、水质和水 的主要用途。 2 勘测工业企业给水排水系统，绘制全厂、分厂、车问等的给水系统图、水表配 1 2 第二章相关研究方法 置图及排水管网图，工业企业中水量计量装置的设置应能保证进行水量平衡测试及给水 系统正常运行管理基本要求，所有水源应设一级计量水表，日取水量在l o r e 3 以上的其 他用水系统应设二级计量水表，其计量误差应不大于+ - - 2 5 。其他计量装置的设置应视 具体情况而定。 3 划定测试单元，确定测试周期和时段。 测试单元的划分，应根据工艺流程、生产工艺、给水系统和生产辅助系统等方面情 况考虑，应自上而下从全厂至单台用水设备逐层分解、划分，并应符合“工业企业水量 平衡图 ( 图2 4 ) 的特征。 4 测定各种水量。所需测定的水量主要有：补充水量或取水量、重复利用水量( 必 要时应区分系统内的循环水量和回用水量) 和排水量。前两类水量一般可由水表计量而 得，排水量通常由其他计量装量或方法测定。用水量、耗水量和漏失量由间接方式确定。 整个水量测定工作原则上均应自下而上按测试单元进行。水量测定进程实际上也是 水量自下而上逐级平衡的过程。 2 2 2 工业企业用水量参数及各水量之间的关系 工业企业用水量参数是指水平衡测试中需实际测试的各类水量值，包括总用水量 ( v t ) 、新水量( v f ) 、耗水量( v ) 、漏溢水量( v i ) 、排水量( v d ) 、循环用水量( v “) 、 串联用水量( v 。) 、重复利用水量( v ，) 。工业企业用水量参数的确定是水量平衡测试的 关键环节。 上述各水量之间关系可以用工业企业水平衡图( 见图2 - 4 ) 及平衡方程式表示。 v f v s v d v i 图2 4 工业企业水量平衡示意图 f i g 2 - 4t h ew a t e rb a l a n c ed i a g r a mo fi n d u s t r i a le n t e r p r i s e s 图2 - 4 所示系统内，各输入水量之和为： v c v + v v 产v t 各输出水量之和为： v c v + v c o + v d + v i v t 则输入水量与输出水量平衡方程式为： v c y + v v s = v c y + v c o + v d + v i 第二章相关研究方法 2 2 3 水量测定方法 工业企业水平衡测试中水量测定的方法一般采用仪表计量法，堰测法和容积法。 1 仪表计量法 ( 1 ) 水表计量 水表计量是水平衡测试的主要方法，目前广泛使用的是流速式水表，其类型按叶轮 构造不同分为旋翼式和螺翼式两种，其中螺翼式又分为水平螺翼式和垂直螺翼式。按计 数机件所处状态不同又分为干式和湿式两种。 水表选择是按通过水表的设计流量，以不超过水表的额定流量确定水表直径，及选 择水表时要使水表口径与管道口径一致，水表额定流量与管道中的工作流量相近；管道 工作压力要小于水表的允许压力。 ( 2 ) 压差式流量计 目前水量测定常用的孔板、喷嘴、文丘里管、流量计等均属于压差式流量计。其工 作原理是通过孔板、喷嘴、文丘里管等节流装置不同断面的水压差或测压管前后的水压 差同流量的平方成正比关系来计量流量的。 ( 3 ) 其他流量计 在水量测定时可使用的流量计还有转子流量计、电磁流量计和超声波流量计等。 2 堰测法 堰测法是采用薄壁式计量堰来测定明渠水流量的方法。根据计量堰溢流口的形状不 同，通常分为三角堰、梯形堰和矩形堰。此种测定方法对水质无特殊要求，但测量精度 较低。 3 容积法 容积法是利用已知容积的水槽或水池，在一定时间内测得流入的液体的体积，通过 计算得到需要计量的水量。 容积法具有操作简便，计量较准确，对待测定水质无特殊要求等优点，可适用与难 以用仪表测定水量的情况。容积法测定水量的计算公式如下： q = v 厂r 式中q 一流量，m 3 s ； t - 一测定时间，s ； v - 一一定时间内流入水槽或水池内的液体体积，i n 3 。 2 2 4 工业企业水平衡测试的程序 1 成立负责水平衡测试的专门机构，见图2 5