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浅谈工业智慧水务研究与探索

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[摘要]提高水资源利用率、减少水资源使用、控制水环境污染、改善水环境已经成为工业企业生存发展的重要条件。工业智慧水务将成为工业企业转型升级的重要发展方向,助力工业企业的可持续发展。介绍了工业智慧水务的组成,并通过分析对比工业智慧水务与城市智慧水务,对工业智慧水务的发展模式以及产品开发进行了探讨。

关键词]工业;智慧水务;物联网;节能;节水;环保

近年来,城市智慧水务已成为城市水务领域转型升级的重要发展方向。通过各种在线监测设备、数采仪、无线网络等实时了解城市供排水系统的运行状态,并采用可视化的方式有机整合水务管理部门与供排水设施,形成“城市水务物联网”,打造出水务综合运营管理平台。水务综合运营管理平台对海量水务信息进行及时分析与处理,并做出相应的处理结果辅助决策建议,以更加精细和动态的方式管理水务系统的整个生产、管理和服务流程,从而达到“智慧”的状态。我国工业用水量需求巨大,水资源是重要的工业生产资料。同时,工业发展会造成很大的水环境污染。水资源缺乏和水环境保护已经成为限制工业企业进一步发展的重要因素。如何提高水资源利用率、减少水资源使用、控制水环境污染、改善水环境已经成为工业企业生存发展的重要条件。工业智慧水务必将成为工业水务领域转型升级的重要发展方向,助力工业企业的可持续发展。笔者结合工业企业的需求,介绍了工业智慧水务的组成,并通过分析对比工业智慧水务与城市智慧水务,对工业智慧水务的发展模式以及产品开发进行了探讨。

1工业智慧水务的组成

工业智慧水务是通过物联网把工厂内的所有工业水用户、废水排放设施、各种给水设施、排水设施、循环水设施、水处理设施以及各种管网系统整合在一起,经过大数据管理、分析、处理和决策,实现水资源高效利用,按需供水,节能减排,治污环保〔1〕。

2工业智慧水务与城市智慧水务对比分析

2.1实施主体对比

城市智慧水务的实施主体是城市各级水务企业,水务是其核心业务,通过建设智慧水务可以优化生产、管理和服务,带来直接、可观的经济效益,实施主体具有建设智慧水务的迫切性和积极性。城市智慧水务是从企业领导层至基层的自上而下的督促实施机制,建设智慧水务有可靠的资金、技术和人员保障。工业智慧水务的实施主体通常是工业企业下属的能环部、供水车间、废水车间等辅助生产部门。水务并非工业企业核心业务,在不涉及主工艺生产线、资源、环保、安全的情况下,实施主体缺乏建设智慧水务的迫切性和积极性。工业智慧水务更多地是从基层至企业领导层的自下而上的建议、批准实施机制,建设智慧水务往往缺乏充足的资金、技术和人员保障。

2.2开发技术难度对比

城市市政水系统一般包括市政供水系统、市政污水系统、雨排水系统、中水系统等。系统类别少,但规模较大。系统的水量、水质通常变化不大。工业水系统按水质可分为纯水系统、软水系统、脱盐水系统、常规工业水系统、中水系统、生产废水系统、污泥处理系统等。工业水系统按用水方式可分为直流水系统、循环冷却水系统等,循环冷却水系统又可以分为间接冷却水系统、直接冷却水系统等。工业水系统根据不同的水质、水压、水温、用户等条件还可做进一步细分。工业生产废水,特别是工艺生产过程中排出的废水和废液,其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物、副产品以及生产过程中产生的污染物。生产废水处理的工艺流程十分复杂,处理技术难度相当大。另外,工业水系统是为工业主工艺生产线服务的,无论是供水需求还是废水排放,经常会呈现一种动态变化。因此,从水系统复杂程度而言,工业水系统建设智慧水务更具难度。工业智慧水务开发的技术难度不在于大量的在线监测设备、数采仪以及无线网络,而在于系统构架和生产模型。

2.3开发成本对比

由各级水务企业承担的城市智慧水务,往往牵涉同一城区的供排水设施,地域广,水系统规模大,同类设施多,设施特征的同类化较多,通过规模效益可有效降低开发城市智慧水务成本。对于工业企业而言,即便是大型企业集团,其工厂往往是分布各地。地域不同,环境不同,外部条件也不同,同类设施相对就较少;另外由于开发技术难度较大,建设智慧水务的成本相对就高。如果是中小型工业企业,开发工业智慧水务的成本就更高了。

3工业智慧水务的发展模式

基于工业智慧水务与城市智慧水务的对比分析,提出以下几种工业智慧水务的发展模式。

3.1主线驱动的发展模式

对于工业企业而言,确保主线生产是第一位的。工业水系统作为工业企业内部重要的辅助生产设施,必须满足主线生产的要求。主工艺生产线的改造往往会带来配套工业水系统的升级,而这确是建设工业智慧水务的重要时机和发展机遇。例如钢铁行业薄带连铸的结晶辊生产工艺对于循环冷却水系统具有以下的要求:(1)可实现大幅度变流量控制,流量根据工况的要求调节;(2)确保在一定工况条件下流量恒定,流量波动范围不得大于工况流量的1%;(3)确保在一定工况条件下供水温度稳定,温度变化范围不得大于±1℃;(4)供水温度不得高于35℃,不得低于28℃,水温过高或过低,都会给产品质量带来影响,特别是冬季水系统首次运行时,初始水温过低会造成生产初期的产品大量次品化、废品化;(5)在生产不同产品时,循环冷却水通过结晶辊本体所产生的压力损失变化是很大的,因而薄带连铸对于循环冷却水供水水压也提出了动态变化的要求。对此,智慧水务就能开发出新型的循环冷却水系统满足生产。

3.2利益驱动的发展模式

工业企业更加重视投资收益,特别是作为生产辅助的水系统,建设工业智慧水务必须要有明确的、可以在短期内实现盈利的目标。有了盈利目标,通过利益驱动促使工业企业自上而下建设工业智慧水务。这些利益往往涉及节水、节能、环保、降本、减员等。关于工业智慧水务的盈利目标,重点可以关注以下方面。(1)在北方缺水地区,节水是重要的盈利点。以内蒙的一些化工企业为例,其工业水的成本高达20元/m3,节水效益巨大。(2)在南方地区,可以关注工业水的节能,因为用电成本相对较高〔2〕。(3)探索水的串级利用,不仅可以减少水资源用量,还可以减少废水处理量和排放量〔3〕。(4)化学药剂广泛用于工业水处理,化学药剂的使用不仅增加生产成本而且增加环境风险,通过工业智慧水务可优化投药〔4〕。(5)针对专业化的生产废水处理系统,不仅要有自动化监控系统,更主要地是要开发专家服务系统,支撑现场运维,这样不仅可以保证废水处理系统稳定运行,避免生产事故的发生,也可以降低生产成本。(6)将智慧水务应用于生态取水、节水以及生态治理技术,可以提高这些技术措施的效率和效果〔5〕。(7)将智慧水务应用于水处理站新建或改造,打造智慧水站〔6〕,可简化管理,缩短建设周期,实现降本增效。(8)水务部门为工业企业辅助生产部门,往往会成为减员增效关注的重点。工业企业往往会要求水处理无人值守,或是大片水处理区域仅派驻少量运维人员,通过建设工业智慧水务提高现有人员效率,减员增效立竿见影。

3.3循序渐进的发展模式

针对工业水系统开发难度大、开发成本高等特点,工业智慧水务可以结合各类技改项目,从小做起,从简单入手,循序渐进,从局部到整个工厂逐步推广。在此过程中不断积累、总结经验。循序渐进的发展模式可以是横向的,也可以是纵向的。横向指水处理领域,可以先从纯水系统、软水系统、脱盐水系统、常规工业水系统入手,然后是循环冷却水系统等,最后是生产废水系统、污泥处理系统等。纵向指水处理流程,可以从某个水系统的某个工艺包或者是水处理环节入手,建设智慧水务。

3.4创新驱动的发展模式

智慧水务可以与一些新的水处理工艺和产品结合在一起,共同推广,通过创新驱动实现发展。比如,在上废水零排放项目时,就可以直接将智慧水务融入项目中,既实现了废水零排放的高效管理,又能直接体现智慧水务的功能和效益,这种模式很容易被广大客户接受。智慧水务可以与工业企业新的主工艺生产线结合在一起,新的主工艺生产线往往会对于用水提出新的需求。另外,各工业企业正积极推进“智造转型”。在通过打造新型智慧工厂实现“智造转型”的过程中,工业智慧水务正可纳入其中,获得真正的推动和支持。

4工业智慧水务的具体应用和产品开发

4.1应用和产品介绍

借鉴城市智慧水务,工业智慧水务可开发的基础应用和产品有:(1)工业供水和排水服务。针对不同水处理工艺流程或水循环流程的工业水系统进行分系统计量;针对不同水质、水温、水压的工业水系统进行分系统计量;针对不同生产部门的工业水系统进行分系统计量,将更加便于成本分析。(2)工业供水和停水生产管理及调度。(3)水处理站及泵站的远程监控、移动巡检等。工业智慧水务可开发的高级应用和产品有:(1)工业智慧水网;(2)海绵工厂;(3)各种定制化的节水系统;(4)各种定制化的节能系统;(5)各种定制化的高效投药系统;(6)各种定制化的专家服务系统等〔7〕。

4.2系统构架

工业智慧水务是工业企业根据生产需求、用水需求、环保要求、能耗需求、自动化生产水平、管理体制等定制的综合运营管理平台。工业智慧水务要构架全厂水资源网络平台、水污染网络平台、水系统能源消耗网络平台、设备管理平台、主线工艺生产用户信息平台等等,在此基础上开发各种应用模型进行生产监督、管理和运营,使得工业水系统朝着更为精细化、高度自动化、智能化方向发展〔1〕。

5小结

工业智慧水务将从根本上改变我国以往传统的粗放型工业用水模式,实现动态高效的新型水务管理,帮助工业企业提高整体用水水平,减少污染排放,追求科学、安全、高效、环保,助力建设节水型、生态型工厂,在工业企业必然拥有广阔的发展前景。然而,工业智慧水务作为一项工业领域的新生事物,也绝不是可以一蹴而就的,它需要一个逐步成长的过程。工业智慧水务不仅可以用于生产管理,为工业企业本身服务,也可以作为节能环保公司实施合同能源管理、合同环境服务、合同节水管理的重要手段。

参考文献

[1]金亚飚.“工业智慧水网”的研究和探索[J].工业水处理,2017,37(6):25-29.

[2]金亚飚.钢铁企业循环冷却水系统节能设计探讨[J].冶金能源,2009,28(1):49-53.

[3]金亚飚.钢铁工业污水回用方式和提高回用率的探讨[J].工业水处理,2009,29(1):80-83.

[4]金亚飚.工业循环冷却水处理加药系统设计要点[J].工业水处理,2009,29(6):71-73.

[5]金亚飚.宝钢生态节水技术的开发与应用[J].通用机械,2016(2):30-32.

作者:金亚飚 单位:宝钢工程技术集团有限公司

浅谈工业智慧水务研究与探索责任编辑:张雨    阅读:人次
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