水资源是重要的基础性自然资源，同时也是应用最普遍、应用范围最为广泛、和我们每个人、每个企业团体的生产生活都密切相关的战略性经济资源。我国水资源总量为28000亿m3，居世界第6位，可人均水资源占有量却位列123位，全国600个大城市中300个缺水，108个严重缺水，每年因为水资源问题导致影响的工业产值达到2000多亿元。
相对而言，电解铝企业是较大的水资源消耗单位，水资源作为电解铝企业不可或缺的生产辅助原料和载体，起着不可替代的重要作用。据统计资料显示：仅水平衡管理做好，就可节约用水5%-10%。不论是从长远还是从经济的角度出发，电解铝企业摸清自身用水情况，挖掘节约用水的潜力，制定适合本企业较为合理的用水定额，提高自身水资源利用效率，具有积极地经济意义和战略意义。
以中孚实业园区为例：实施水平衡之前，每月工业用水量基本在90 000-110 000吨，实施水平衡之后，每月用水量及实际的水耗制表有明显的下降，具体数据见下：
图1：中孚实业园区实施水平衡工作前后对比
注：以上数据来源于中孚实业随机抽取的水平衡测试数据，实施前为2011年11月7-9日，实施后为2012年3月份数据。
由上表可以看出，实施水平衡工作使该企业的水资源利用率由原来79.0%上升到96.4%，得以很大的提升，跑、冒、滴、漏现象得以有效遏制，为公司生产成本的控制和精细化管理提供了可靠的依据。
由此可以看出，水平衡工作对于像电解铝这样的高耗能企业有着非常重要的意义。
1水平衡测试工作的定义及基本原理
水平衡测试工作是指对用水体系进行实际测试，确定其用水参数的水量值，并根据其输入量与输出量之间的平衡关系，分析其用水合理程度的一系列工作。
水平衡测试的核心工作是搞好水平衡测试，也就是以整体为水量考察对象，采用仪表仪器，通过容积法、流速法、堆堰法等途径对各个用水单元进行实际测试，确定各个用水单元的用水参数水量值，测量该企业各用水系统输入水量之和等于输出水量之和之间的关系，根据其平衡关系分析用水合理程度。
由于各个企业的规模不同，其用水单元、分布，以及企业内部的管网铺设都各不相同。但如果把企业看做一个独立个体，将取、用水分类后，采用区域平衡和逐级平衡法进行水平衡测试和计算，也就是先对整个企业用水系统进行平衡，然后对各个用水子系统进行平衡，其基本的原理都可概括为下图所示：
图2：企业水平衡测试基本原理图
由上图可知：
系统输入表达式：Vcy+Vf+Vs=Vt
系统输出表达式：Vt=Vcy+Vco+Vd+Vi
水 平 衡方程式：Vcy+Vf+Vs=Vcy+Vco+Vd+Vi
上式中：
Vcy----循环用水量; Vf----取新水量;
Vs-----串联用水量; Vt-----总用水量;
Vco----耗水量; Vd-----排水量;
Vi-----漏溢水量。
2 水平衡测试工作的目的
对于电解铝企业，做好水平衡测试工作是企业加强用水科学管理、合理用水的一项基础性工作，通过水平衡测试，可以达到以下目的：
1、弄清楚企业用水现状，查清楚企业用水部门及用水情况，定性定量工业水和生活水，找出工业水与生活水的量比关系，对比参照同行使用情况及参照标准，确定本企业的适合比率。例如：中孚实业本部在做水平衡之前总用水量基本为每月9～11万吨，水耗相当大，水资源利用率较低;而实施水平衡工作过之后，水资源总量降低至8～9万吨每月，水耗维持在相当低的水平，水资源利用率得到了很大的提高。
2、建立企业用水关口分级管理制度，划定关口分级管理仪表，建立工业用水和生活用水管理档案，建立健全重点部位(如铸造、动力、空压站等)、重点仪表的监控和管理工作(至少A、B级关口仪表)，细化关口分级管理的责任和义务，衡量用水管网的合理性，权衡重点部位、重点仪表的适宜程度。
3、制定电解铝企业重点用水部位产值和产品供水、排水定额标准累计基础数据，把水资源使用比率纳入电解铝生产的考核指标，从而降低电解铝生产消耗指标。
4、通过水平衡测试管理工作的开展，进行合理化用水分析，找出节约用水潜力，根据实际条件制定切实可行的合理用水规划。
3水平衡测试工作内容
一般而言，电解铝企业水平衡测试工作一般包括测试准备(含：思想准备、组织准备、技术准备和物质准备)、测试实施、数据汇总、分析评价、规划验收等环节，具体程序可概括为下图所示：
图3：水平衡测试工作程序
水平衡测试工作的内容可分为以下六大部分，具体为：
(一)查清用水情况及有关资料
1、查清电解铝企业各用水部门(生产、生活)用水工艺及用水设备的基本概况。
2、查清电解铝企业水源情况(包括自来水、地表水、地下水等)具体内容为取水量、水质情况、水源井的取水层深度、动静水位情况和变化趋势以及出水主要用途。
3、整理绘制给水、排水管网图(例图4：中孚实业园区供水计量网络图图)。
图4：中孚实业园区供水计量网络图
(二)用水计量和用水设备测定
1、用水计量
电解铝企业用水计量仪表的配备直接影响到电解铝企业的水平衡测试，可以说电解铝企业各用水单元计量仪表配备齐全、完好、准确度、精度达到要求，水平衡测试就能快速进行。
一般要求每日(24小时)取水量达到10m3以上的用水单元(车间、工段、设备)均应安装水表。
根据GB/T17167——2006《用能单位能源计量器具配备和管理通则》要求，水(自来水，地下水，河水)进出企业的配备率为100%，而进出分厂(车间)水的计量率达到95%，重点用水设备或装置达到80%，而其精度要求，进出企业及企业内部车间、重点用水设备的净水计量管径不大于250mm为2.5级，管径大于250mm的为1.5级，而另有资料显示：排放污水的计量要求为5.0%。
2、用水设备的检定或校验
一般说来，设备测试主要是测试水量参数、水质参数、水温参数。
水量参数有：新水量、重复利用水量、耗水量、排水量、漏溢水量等。
水质参数：企业主要用水点和排水点的水质测试，应根据本地区和企业具体情况确定。
水温参数：应测定循环用水进出口及对水温有要求的串联用水的控制点的水温。
用水设备通常分为以下三种类型：一般设备、间歇性用水设备、季节性用水设备。
用水设备计量器具的检定或者比对可采用不影响生产、在线检定或者比对计量数据的原则和方式，进行有效地数据溯源，例如：河南中孚实业股份有限公司采用日本富士电机公司PORTAFLOW C便携式超声波流量计系列，变换器采用FSC-S10A1-00E，检测器采用FLD-411Y1-A、FSD120Y1，可实施管径50-1200mm的水流量监测，精度可达到1.0级以上，经过实地使用，对水平衡测试工作的具有数据精确、使用方便、时效性好等特点，使水平衡溯源工作得到了有效的进展。
(三)电解铝企业水平衡测试数据的汇总
在测试过程中，随时按水平衡测试表逐项填写，测试工作全部完成后，按工段、车间、全厂顺序进行数据整理汇总，并绘制水量平衡示意图，即将各用水单元之间用流程示意图的形式表示水的流向关系和水量分配关系，生活用水也包括在内。
(四)电解铝企业水量平衡测试结果分析
电解铝企业一般规模都比较大，所以水平衡测试有时不能在企业各个用水单元同步测试，所以各用水单元测试所得数据汇总后和工厂实际用水情况有一定差异，为了使测试工作保证质量，要求在测试阶段所得各类水取水量(生产、生活)之和与同期全厂实际日取水量平均值之差不大于10%，应可认为测试结果符合要求，否则应继续查找有无漏测和计算错误直至差值小于10%为止。
1、各类用水分析
将全厂各类用水以用途进行汇总分类，并计算其所占总取水量的比例，针对工业用水考核指标与本地区电解铝企业的水平进行比较，找出本企业在工业用水方面存在的问题。
2、根据水平衡图进行分析
当电解铝下属用水单位有中央循环水池及循环回用水系统时(重点考虑电解铝企业铸造车间、空间站、加压泵站等)，可按水量平衡示意图进行水量平衡计算，以确定溢流量和渗漏量。
3、根据单台设备测试结果分析
根据单台设备测试结果，针对本设备、工艺对水温、水质、水量的要求，分析目前用水情况是否符合工艺要求，分析该设备的取水、排水、耗水是否有不合理的地方，从而采取措施进一步提高水的利用率。
4、职工生活用水情况分析
职工生活用水，包括电解铝企业厂区职工用水(浴室、食堂、绿化等)和车间生活用水两部分。根据本地区气候和习惯的实际情况，参照电解铝或有色行业的先进水平和用水规范，分析本厂职工人均日取水量是否合理，从而采取措施加强管理。
(五)制订合理用水规划
在水平衡测试和分析工作的基础上，结合本电解铝企业实际情况，制定合理化用水规划。规划的主要原则：
1、在工艺条件一定的情况下，尽量增大本企业的重复利用水量，从而减少取水量。
2、对不用水或少用水的生产工艺来改造、代替原来的工艺，从而使用水量减少，达到节约取水量的最终目的。
(六)完成水量平衡测试报告书
水量平衡测试报告书要包含以下内容：
1、电解铝企业基本概况。
2、相关数据统计报表(含水量、设备数据等)。
3、给水、排水、回水管网图。(例图5：中孚实业园区工业水走向图)
4、绘制好电解铝企业主要车间水量平衡图及企业水量平衡图。
5、绘制好电解铝企业主要车间水量平衡图及企业水量平衡图。
6、计算单位产品取水量、单位产值取水量、废水达标率、新水利用系数等数据指标。
7、本电解铝企业用水合理化分析和今后应采取的措施。
4 电解铝水平衡测试工作中相关问题的探讨
1、水量平衡测试总误差不得大于2-5%，否则应查找有无漏测和计算错误，直至误差达到规定要求。
2、水平衡计算单位以m3/d计，因此在填写的表格和图中，数字一般以日计，水平衡测试汇总表则以年或月计。
3、水平衡测试必须在电解铝企业90%以上的用水设备运转的情况下进行，测试时间不得短于24小时，为了便于统计和计算，一般统计期为年，测试期通常为一个月。对某些生产周期长，用水量又不均匀的设备、机台，其取水量占企业总取水量的10%，测试时间不得小于设备的生产周期。
4、调查仪表的安装率、完好率、是否适用，分析日常水流量与水表精确计量段是否吻合，查看水表在各种流量上计量情况的变化是否符合常规情况。
图5：中孚实业园区工业水走向图
5、管网的跑冒滴漏、无表长流、管网水流循环多次计量等问题也需要引起足够的重视，应在分清管网流向的同时，努力在管网水流压力变化走向上分析论证水流的真正变化，避免多次计量或者负计量。
5、正确选取测试周期和测试时段，选择有代表性的流量时段，采用多次测试、关键点位测试等方式，使测试结果能够正确反映实际用水情况。
6、循环水、回用水量统计时，要把整个使用管路的来龙去脉、利用效率等问题数据弄清楚，避免重复计算。
7、正确的选择现场测试方法和测试仪器，严把检测规程，精确检测数据，合理取舍数据等对水平衡工作十分关键。
综上所述，电解铝企业是水资源消耗的大型企业，做好水平衡工作，不仅仅要做好生产、生活用水量的进口和出口的平衡，更重要的是要做好电解铝企业水量平衡测试结果分析和制订合理用水规划，从而找到可以降低水资源生产成本的有效方法，最大限度的提高水资源的有效利用率，降低水资源开支在生产成本中的所占比重才是重中之重。
参考文献
[1] 用能单位能源计量器具配备和管理通则，GB/T17167-2006.
[2] 企业水平衡与测试通则，GB/T12452-90.
[3] 评价企业合理用水技术通则，GB/T7119—93.
声明：
“对电解铝企业水平衡测试工作的研究对电解铝企业水平衡测试工作的研究” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
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编辑：中冶有色技术网
来源：河南中孚实业股份有限公司
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2024年07月05日 ~ 07日 
