广东省薄膜及设备行业清洁生产评价技术规范 物料平衡

1T/GDEIA**—2024广东省薄膜及设备行业清洁生产评价技术规范物料平衡本文件规定了工业企业清洁生产审核活动中有关物料平衡测试的一般原则、程序步骤、实测计划的制定、实测与衡算、判断与确认、计算并评估物质利用效率、分析问题产生原因及其延伸应用。本文件适用于工业企业清洁生产审核活动。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T12452企业水平衡测试通则GB/T25973工业企业清洁生产审核技术导则3术语和定义GB/T12452、GB/T25973界定的术语和定义适用于本文件。3.1系统system物料平衡测试所选取的生产过程某一特定工艺流程的空间范围。注：可指工艺流程的某一单元操作、若干单元操作的组合、审核重点整体等。3.2输入物料inputofmaterial进入系统的各种物质。3.3输出物料outputofmaterial离开系统的各种物质。3.4目标产物targetoutputofprocessing针对某一特定系统而言，符合该系统工艺基本目的、功能及要求的输出物料。3.53.5工艺残余物relictoutputfromprocessing系统输出物料中不属于目标产物的各种物质。注：包括除目标产物之外以气、液、固等形态从系统输出的各种物质；工艺残3.62T/GDEIA**—2024物料平衡测试materialbalance系统输入物料、输出物料及其内部物料之间在物质总质量、成分质量、元素质量等方面所遵循的质量守恒规律及其相互之间的对应量化关系。成分（或组分）质量平衡，又分为单成分（或组分）质量平衡、多成分（或组分）质量平衡；元素质量平衡，又分为单元素质量平衡、多元素质量平衡、3.7物料衡算calculationofmaterialbalance按照审核需要，针对选定系统，根据质量守恒定律进行的有关物质输入输出质量关系的计算。注：通过物料衡算，可掌握了解进入系统的有关物质（物料整体、组成成分、构成元质（物料整体、组成成分、构成元素）质量之间3.8平衡对象物质objectsubstanceofmaterialbalance以下简称对象物质，为了满足追踪评估物质利用效率、排查分析工艺残余物产生原因、寻找并确定可行的清洁生产方案等审核目的，针对选定系统需要建立其输入输出质量平衡关系的特定物质类别及其具体名称。注：对象物质可以是物料整体、物料中的某一成分或某些成分、物料中的某一元素或整体，需建立物料的总质量平衡关系；若对象物质），量平衡关系；若对象物质为物料中的某一或某），4一般原则4.1客观性与真实性应以客观的信息和真实有效的数据为基础。4.2科学性与合理性应符合物质运动规律、质量守恒定律、质量平衡原理及物料衡算相关公允方法等。4.3代表性与典型性应能够反映通常情况下所选定系统的物质运动性状及其物质利用效率水平。4.4目的性与效用性对选定系统，其物料平衡测试关系应满足但不限于以下目的：——掌握工艺残余物产生源、性状及其量化特征；——查明工艺残余物产生原因；——寻找并确定可行的清洁生产方案等。对选定系统，物料平衡测试关系应满足但不限于以下用途：——量化掌握系统的输入输出物质质量平衡关系及其性状特征；——评估生产过程效率状况（如资源的利用效率、消耗强度与负荷——评估工艺残余物产生性状（如工艺残余物产生强度与负荷）；——系统排查工艺残余物产生的具体原因；——评估判断工艺残余物产生量的削减潜力与机会等。5程序步骤应包物料平衡测试相关程序包括以下五个步骤，各步骤如图1所示，图中虚线以下是物料平衡测试有关结果的延伸应用。3T/GDEIA**—2024图1物料平衡测试程序步骤示意图6制定物料平衡测试实测计划6.1步骤要点6.1.1针对选定的生产过程，应先标出其每一单元操作步骤的功能名称及其所有物料名称、输入输出状况，再根据其在工艺流程中的先后次序将所有单元操作进行连接并标明输入输出物料之间的相互关系，得到其工艺流程输入输出物料图。6.1.2应妥善选择、合理确定适宜的对象物质。在根据生产过程工艺流程及其特性选择确定适宜的对象物质时，应满足但不限于环境管理要求、生产经营管理关注等方面的相关具体要求。6.1.3应根据生产过程工艺流程及对象物质的特性，判断并确定将要建立的物料平衡测试关系的具体类型及其表达形式。6.1.4应预先识别、判明将要建立的物料平衡测试具体类型、表达形式的适用情形，其适用情形包括但不限于：——物料总质量平衡关系一般适合于成分利用效率相等这种特殊情形下物质利用效率的计算与评估、工艺残余物产生原因的分析排查等；——针对现实中常见的成分利用效率不等的工艺过程（如所有的分离工艺过程、所有的化学反应过程及生化反应过程等通常无法且无须建立所有成分或元素的质量平衡关系，一般只能选择某个或某些特定的成分或元素作为对象物质并建立其质量平衡关系，才能有效地表征并评估其利用效率并分析与之相关的工艺残余物产生原因等。6.1.5应根据环境管理要求、经济价值高低对比以及工艺流程的物质运动基本特性等方面的因素进行综合权衡考虑，按照本文件6.2、6.3及6.4节等有关规定选择并确定适宜的对象物质。6.1.6在进行实测之前，应制定能够建立对象物质输入输出质量平衡关系的完备实测计划。4T/GDEIA**—20246.1.7在实测前，应根据物料平衡测试计划做好所有的相关准备工作。6.2无化学反应工艺过程的对象物质选取6.2.1若工艺过程的各个成分利用效率相同，可选择任何一种最容易检测计量的物质种类（通常是物料总质量，也可以是其中某一成分质量或某一元素质量）作为审核追踪的对象物质。6.2.2若工艺过程的成分利用效率不同，应根据环境管理要求（如重金属元素或其他有毒有害元素、有毒有害成分等）、经济因素（如成本高、价值高等）等综合考虑、选择并确定合适的对象物质。6.3化学反应工艺过程的对象物质选取6.3.1当反应物成分、反应产物成分属于环境管理要求的有关对象（如有毒有害成分等）、生产经营管理关注的相关对象（如成本高、价值高等成分）等情况时，应将这些反应物、反应产物等成分选定为审核追踪的对象物质。6.3.2根据环境管理要求（如重金属元素或其他有毒有害元素、有毒有害成分等）或生产经营管理关注的经济因素（如成本高、价值高等成分或元素）等方面综合考虑，当需要将重金属、贵金属等元素或其他有关元素、不参与化学反应的惰性物质成分选择确定为审核追踪的对象物质时，应按本标准6.2.2的规定执行。6.4某些特定情形下的对象物质选取6.4.1对于强制审核企业，应将强制审核原因所涉及的物质成分或元素作为对象物质，对于其他企业，应按照该企业环评文件、适用排放标准及排污许可证等有关规定并结合其所属行业类型及生产工艺特点，合理选择确定其生产过程中的特征污染因子，并将该特征污染因子的来源物质（成分或元素）作为对象物质。6.4.2凡是涉及重金属的生产企业，应将有关重金属元素列为审核追踪的对象物质。6.4.3对使用、产生并排放其他有毒有害物质或重点污染物排放量大的工艺过程，首先应将有毒有害物质成分或重点污染物的来源物质（成分或组分）作为对象物质。6.4.4水平衡参照GB/T12452的有关规定进行。7实测与衡算7.1实测要点7.1.1应在正常运行工况下进行。7.1.2所采用的方法应符合相关标准与规范。7.1.3使用的仪器仪表应准确可靠，且在合格有效期内。7.1.4实测点位设置应满足物料衡算的要求，有组织的主要物料应准确实测。对于因工艺条件所限无法实测或实测不准的物质（如无组织排出的残余物应根据质量守恒定律，当满足质量平衡计算所需的基本前提及相关条件时，可采用物料衡算方法计算得到对象物质的相关质量（质量流率）等数据。7.1.5对周期性（间歇）生产的工艺过程，应按正常一个生产周期1)逐批进行实测，一般情况下至少实测三个周期。7.1.6对于连续生产的工艺过程，应逐班连续实测72小时或更长周期。7.1.7输入物料、输出物料的实测应同步，应在同一生产周期内完成相应的输入物料和输出物料的实测。7.1.8边实测边记录，应及时记录原始数据，并记录实测时的工艺条件（如温度、压力、密度等）。7.1.9数据单位应换算成统一的质量单位，并注意与生产报表及年、月统计表之间的可比性。7.2衡算要点7.2.1有组织的主要物料通常应根据实测结果计算得到对象物质的质量或质量流率。7.2.2因工艺条件所限无法实测或实测不准的物质（如无组织排出的工艺残余物），则应根据质量守恒定律按照物料衡算方法，进行输入输出物料计算，得到对象物质的质量或质量流率。5T/GDEIA**—20247.2.3应将物料实测、平衡计算结果按单元操作工艺流程及审核重点整体分别编制对象物质的输入输出表、输入输出图，并对该对象物质质量平衡关系是否成立进行分析，并做出明确的判断。8判断、确认物料平衡测试关系8.1步骤要点8.1.1应根据质量平衡原理、对象物质特性、物料实测数据及输入输出质量衡算结果，判断确定其输入输出质量平衡关系是否建立。8.1.2若对象物质的输入输出质量平衡关系不成立，应找到并根据其具体原因（如物料漏项、测量误差过大等）再进行重测或补测，直至对象物质的输入输出质量平衡关系得以建立。8.2判别依据8.2.1对象物质若不属于化学反应过程的反应物、反应产物等成分，当其满足下列条件时，便可认为该对象物质输入输出质量平衡关系已经建立，方能用于后续步骤。——对象物质的输入质量与输出质量（若有，还应包括系统内部增量）之间的相对偏差≤5%；——对象物质若属于有毒成分、高价值物料（如贵金属）等，该对象物质的输入质量与输出质量（若有，还应包括系统内部增量）之间的相对偏差则应满足其所在行业的相关要求。8.2.2对象物质若属于化学反应过程的反应物、反应产物等成分，当其满足下列条件时，便可认为该对象物质输入输出质量平衡关系已经建立，方能用于后续步骤。——对象物质的输入质量及生成质量之和与输出质量及消耗质量（若有，还应包括系统内部增量）之和这两者之间的相对偏差≤5%；——对象物质若属于有毒成分、高价值成分等，该对象物质的输入质量及生成质量之和与输出质量及消耗质量（若有，应包括系统内部增量）之和这两者之间的相对偏差则应满足其所在行业的相关要求。9计算并评估物质利用效率9.1无化学反应工艺过程物质利用效率的表达、计算与评估9.1.1当工艺过程的各个成分利用效率相同时，利用已确认成立的质量平衡关系，可按公式（1）计算得到对象物质的利用效率，该对象物质的利用效率与其他任一成分物质利用效率互为相等。×100%………式中：U——对象物质的利用率，%；m2——进入目标产物的该对象物质量，单位为千克（kg）或千克每秒（kg/sm1——输入的该对象物质总量，单位为千克（kg）或千克每秒（kg/s）。然后按公式（2）、公式（3）计算，便能分别得到该对象物质的总流失率以及通过气、液、固等不同形态残余物途径的流失率，应对这些结果进行充分恰当的评估；再利用这些量化线索进一步地追踪分析、排查确定残余物的产生原因。×100%………式中：L——对象物质的总流失率，%；m3——所有残余物中的该对象物质总量，单位为千克（kg）或千克每秒（kg/sm1——输入的该对象物质总量，单位为千克（kg）或千克每秒（kg/s）。6T/GDEIA**—2024×100%………式中：Lj——对象物质分别通过气、液、固等形态残余物途径的流失率，%；m3j——气、液、固等残余物中的该对象物质量，单位为千克（kg）或千克每秒（kg/sm1——输入的该对象物质总量，单位为千克（kg）或千克每秒（kg/s）。9.1.2当工艺过程的成分利用效率不同时，若对象物质为成分且进入目标产物流，利用已确认成立的该成分质量平衡关系，可按公式（1）计算得到该成分的利用效率；再按公式（2）、公式（3）计算，便可分别得到该成分的总流失率以及通过气、液、固等形态残余物途径的流失率，应对这些结果进行充分恰当的评估；再利用这些量化线索进一步地追踪分析、排查确定残余物产生原因。9.1.3当工艺过程的成分利用效率不同时，若对象物质为不进入目标产物的成分，可利用已确认成立的该成分质量平衡关系，按公式（4）计算得到该成分消耗负荷，可作为表示其利用效率的指标之一。………式中：S——对象成分的消耗负荷，单位为千克每千克（kg/kg）,即常用的吨每吨（t/tm8——输入的该成分总量，单位为千克（kg）或千克每秒（kg/s）；m9——目标产物的物质量，单位为千克（kg）或千克每秒（kg/s）。然后按公式（5）计算，便能得到该成分通过气、液、固等形态残余物途径的流失率，应对这些结果进行充分恰当的评估；再利用这些量化线索进一步地追踪分析、排查确定残余物产生原因。×100%………式中：Lj——该成分分别经由气、液、固等形态残余物途径的流失率，%；m7j——气、液、固等形态残余物中的该成分量，单位为千克（kg）或千克每秒（kg/sm8——输入的该成分总量，单位为千克（kg）或千克每秒（kg/s）。9.2化学反应工艺过程物质利用效率的表达、计算与评估9.2.1当对象物质为反应物、反应产物等成分时，应利用已确认成立的成分质量平衡关系，再分别以其所在行业使用的转化率、收率、得率等工艺特征指标来衡量这些对象物质的利用效率状况。9.2.2当对象物质不属于反应物、反应产物等成分时，应利用已确认成立的对象物质质量平衡关系，再按照本文件9.1节的有关规定进行该对象物质利用效率的表达与计算、评估及追踪分析。10分析问题产生原因10.1步骤要点应充分利用已获得的对象物质质量平衡关系、其利用效率、其总流失率以及通过气-液-固等形态残余物途径的流失率等实际水平及其状况的评估分析，结合企业及选定系统