工业生产用水定额制定方法——啤酒生产用水定额制定研究①

出　　自： 《中国给水排水》 1991年第5期第52页
发表时间： ： 1991-5

董辅祥；傅金祥１　　 张文堂；孙力２

( １沈阳建筑工程学院　　 ２沈阳市计划节约用水办公室)

摘要：通过对我国啤酒行业生产用水定额制定研究，扼要地分析、阐述了工业生产用水定额制定的基本原理、程序与方法。它对于我国各城市正在开展的工业生产用水定额制(修)定工作，可望有较大的参考借鉴价值。

前言

　　在我国，城市工业生产用水量(指新水量，包括自备水源供水量)一般占城市总用水量的一半以上。为了使城市节水工作持续深入地发展，进一步向科学管理阶段过渡，必须建立以工业生产用水定额为主的节水考核指标体系。工业生产用水定额不仅是实行用(节)水科学计划管理的基本依据，也是分析用(节)水状况、预测用(节)水变化趋势和确定节水途径的直接判据。因此，有组织有计划地制定、推行各类工业生产用水定额，已成为城市用(节)水管理部门的重要任务。
　　据调查，目前已有30多座城市对3000多个企业的2000多种产品制定了生产用水定额，其中极少数属省、市或地区的“行业定额”，绝大多数属“企业定额”。但是由于缺乏统一的规定，致使在定额制定的基本原理、程序和方法上还存在很多亟待研究的问题。啤酒生产用水定额(行业定额)制定研究，即是一项典型研究项目。主要目的是在我国啤酒生产用水状况总体研究 〔1〕 的基础上，制定啤酒生产用水定额，并着重探讨制定过程中的有关概念、定义、类别、程序、基本方法、技术经济评价等带有共性的问题，为其它行业制定生产用水定额，提供借鉴的经验或依据 〔2〕 。

一、工业生产用水定额的定义与定名

　　实际情况表明，定额的制定、实施过程出现某些混乱现象，往往是概念模糊、定义不准确所致，如将实测的“统计值”视作定额；不分时间、条件，不注意划分水量平衡测试单元，或不注意选取计算单元与水平去计算确定定额。
　　严格地讲，工业生产用水定额定义应为:在一定时期和一定约束条件下，按单位计算单元所规定的水量限额。由此可见，工业生产用水定额是人为规定的、反映平均先进水平的、关于各种水量的规定标准。根据“工业生产用水分类及定义(CJ19-87)，这些水量可以是工业生产过程中的用水量、耗水量、新水量、取水量、循环水量、回用水量……等等。其次，定额所规定的水量限额(标准)是按一定单位计算单元确定的。由于工业生产情况的复杂性，参照工业统计规定单位计算单元，可取单位产品、原材料加工量、中间产品或半成品、产值、生产人员数、单台设备……多种组合情况，因而应具体定名(定名原则略)如“单位产品新水量定额”、“单位产值取水量定额”等。定额的适用期限与定额水平判定有关。计算定额的时段则应与生产企业的水量平衡测试周期相对应，后者主要与工业生产类型有关。从物料投入与产出的关系，工业生产类型可分为连续性生产、连续批量性生产与间歇批量性生产。连续性生产可取“瞬时”时段，批量性生产原则上应按生产周期确定。至于一定的约束条件，系指地区条件(如气象、水资源条件)、生产规模、技术管理水平、生产工艺条件与方法、供水方式等。可见生产用水定额，特别是行业生产用水定额，是具有一定变化幅度与附加条件的系列值。
　　啤酒生产属批量性(大厂均为连续批量性)生产，产品单一，生产工艺大体相同，考虑到不同规模、地区与水资源条件的影响，若其生产用水定额的主要形式为单位产品新水量，则定额即为按生产周期确定的、以新水量(m 3 )/啤酒(T)计的一组限额数值表格(参看表3)。

二、工业生产用水定额的类别

　　除上述定额的定名外，根据我国标准化法规定与定额的实际用途，分为企业与行业两种生产用水定额。前者仅限于企业内部，约束条件即影响因素少、样本容量不大、工作量小、周期短、便于制定，但可比性、指导性差，根据目前生产用水管理水平，这类定额应为各地生产用水定额的主要形式，也是制定行业定额的基础。制定行业生产用水定额，要有足够大的样本容量，影响因素很多，故制定工作复杂、工作量大、需要较长的周期，但可清晰反映行业生产用水总体状况，可比性与指导性强。显然，没有一定的节水工作基础，即没有较长与足够多的企业生产用水定额或统计值，不可能制定行业生产用水定额。
　　由于啤酒生产采取相似的生产工艺，因此可以近似地将各企业的单位产品新水量定额或统计值，视为一个随机变量的取值，这样，即可分析研究随机变量的概率分布及其特征值。截至1989年全国共有800多家啤酒厂，处理分析1983～1989年的97～437家啤酒厂的数据，数据处理是通过啤酒生产用水数据管理系统进行的 〔2〕 ，样本很有代表性和实用价值。实践证明，上述制定啤酒行业生产用水定额的基本设想与作法是可行的。

　　除上述按样本空间划分定额类别外，还可按水量分摊方式，将用水定额分为综合与单项两类，前者以单位计算单元分摊全部水量，它是生产用水定额常见的形式；后者是按生产工序、生产设备或用水结构等逐项分摊水量。本研究制定的啤酒生产用水定额为前者。

三、啤酒生产用水定额制定基本程序

　　制定行业生产用水定额，须遵循从局部(微观)到总体(宏观)，再从总体到局部的过程。啤酒生产用水定额(行业)的制定，是在解剖沈阳啤酒厂及典型啤酒厂家生产用水情况的基础上，结合国内啤酒生产用水总体状况、分析复杂因素的影响、确定各啤酒单位生产用水量及发展趋势后，作出评价的。这是制定工业生产用水定额，特别是行业定额应遵循的基本途径。制定企业生产用水定额的情况虽比较简单，上述基本途径也不失其指导意义。
　　图1表示按上述基本途径制定啤酒生产用水企业定额与行业定额的基本程序，对其它行业也有参考价值。

四、生产用水定额制定基本计算方法与水平判定

　　生产用水定额制定基本计算方法可分为:经验法、统计分析法、类比法、技术测定法、理论计算法等。在啤酒生产用水定额制定研究中，以统计分析法为主，为不失定额的科学性，综合应用了其它方法。
　　为掌握啤酒生产用水的基本情况并获取基础数据，通过对一些啤酒厂工艺生产及生产用水的剖析与典型调查，首先用理论计算法计算了规模为1万吨(基准产量以30T/d计)啤酒厂的生产用水量(新水量)，结果如表1、2。
　　按工序(车间)计算的生产用水(新水量) 表1

　　按“用水结构”啤酒生产用水分析计算表 表2

　　注:计算条件同表1
　　表1、2表明，啤酒生产用水以冷却用水与生产工艺用水为主，这是由啤酒生产的低温发酵与卫生要求决定的；重复利用率对单位产品新水量有举足轻重的影响:P=63.38%时，可较直流给水系统大幅度减少新水量。若P=93%时，可望达到国际较先进的水平(～7m 3 /T)。P=95.5%时，单位产品新水量将达到现有生产工艺条件下的理论极限。
　　计算上述理论水量时，除重复利用率外，并未更多考虑其它因素，诸如地区(主要为气温)、水资源(包括取水条件)、生产规模(隐含生产工艺设备、技术水平等条件)、产品结构、管理水平等因素的影响。故表2所列数值可视作理论基准新水量。但是，从实际出发，通过统计分析或用其它方法，不难定性或定量确定诸因素对啤酒生产用水的影响，对此〔1〕中曾作专门论述。考虑到诸因素的综合影响，我们可以下列矩阵表达式计算啤酒单位产品新水量:
　　W f =IAB
　　式中W f ——单位产品新水量，m 3 /T
　　I——单位向量，列数n=5
　　A——影响因素系数矩阵，m=5，n=6

　　a ij ——影响因素i(i=1、2、3…5)对第j类用水的影响程度，以统计分析法为基础，用经验法、类比法或技术测定法等确定。
　　B——理论用水结构矩阵，m=6，n=1

　　b j (j=1、2、…6)——用理论计算法求得的第j类用水理论基准量，其值为表2中P=0列的对应新水量(m 3 /d)与30(m 3 /d)之比值
　　如果给定一系列的A，便得W f 的系列值，作为确定啤酒生产用水定额的基准值。为确定啤酒生产用水定额，还涉及定额水平判定，即选取平均先进水平的定额标准。这是一项非常复杂的工作，主要根据单位产品新水量的概率分布(图2)、单位产品新水量的发展变化趋势(图3)，参照啤酒生产用水合理化分析、技术经济分析及国际同类产品用水水平经调整进行的，如图4。

　　图4中调整值，经技术经济分析应为均方差的函数。鉴于历年的单位产品新水量分布密度曲线，呈负编的“涌浪效应”，均方差在统计年限内逐年减小，其变化经整理得:

　　啤酒单位产品新水量定额(方案)单位(m 3 /T) 表3

　　式中δ——均方差
　　t——年份，>1980
　　经调查研究啤酒单位产品新水量除逐年变化外，明显地呈季节性变化。为了简便，用月变化系数表示:

　　式中K——单位产品新水量月变化系数
　　W f ——年平均单位产品新水量定额m 3 /T
　　W fmax ——最高月平均单位产品新水量m 3 /T
　　由上述方法确定的我国啤酒生产用水定额(方案)如表3，适用期限可至2000年。

五、生产用水定额的技术经济分析与技术可行性评价

　　这是最终评价生产用水定额是否经济合理与可行的重要步骤。
　　技术经济分析的原则是在不影响生产情况下的一定计算期内，节约单位用水的投入应小于新增单位新水量所需的费用。计算参数与技术经济指标的选定，应根据具体情况及有关规定确定。宏观比较可取综合指标，具体比较应由项目的实际费用计算。
　　技术可行性评价，应着重提高节水水平的可能性。由于啤酒生产技术与管理状况不可能迅速改变，因此定额水平不宜过高。目前，只有30%的企业达到定额标准，多数企业可望使冷却水循环利用达到定额标准。至于定额标准的上限(最低值)，则需进行工艺用水的部分回用才可能达到。

参考文献

　　1.董辅祥、傅金祥等，我国啤酒生产用水状况总体研究，中国给水排水，1990.4
　　2.沈阳市计划节约用水办公室、沈阳建筑工程学院，啤酒生产用水定额制定研究，1989年11月
　　①参加研究工作还有:沈阳市计划节约用水办公室冯惠运、于立新、关伟；沈阳建筑工程学院李奇、董欣东；沈阳啤酒厂刘红阁、王佩环。
　　注:相应的重复利用率p=0，气温31℃，冷却水进出口水温分别为20℃、25℃。