4M1E分析法在火電廠中水處理質量管理中的應用

張桂鳳，劉雪峰

（1.中國電建集團福建工程有限公司，福建 福州 350008；2.福建江夏學院工程學院，福建 福州 350108）

0 引言

為響應國家環境保護工作的要求和號召，以及考慮到火電廠用水量大、工業用水嚴重短缺的現狀，城市污水處理廠處理后的中水已經成為火電廠新建機組的主要生產用水來源。此類水源不僅可以作為補充水、循環水，深度處理后還可以用作機組的水汽用水。由此可見，水資源的高效循環利用，對于促進經濟可持續發展具有十分重要的意義。

城市中水來水量雖大，但存在加藥量大、成分復雜的共性問題，縱使去除了大部分的懸浮顆粒物、有機物、膠體等污染物，其成分仍然不能滿足火電廠的水質要求。目前，火電廠主要采用石灰混凝處理工藝去除城市污水中的懸浮物、膠體有機物及硬度，而后通過過濾殺菌工藝處理，基本可以滿足火電廠的用水功能[1]。但是，由于城市中水本身的水質成分比較復雜，加之處理工藝過程以及設備的操作要求比較嚴格，水質指標控制目標的影響因素也較多。如果水質處理不達標，會導致設備污染腐蝕、管道污堵、鍋爐結垢等問題，直接影響后續生產的可靠性和效率。因此，本文采用人機料法環分析法，對水質處理全過程的影響因子進行識別分析，并提供相應對策，以提高水質的穩定性和處理系統的可靠性。

1 理論基礎及研究方法

1.1 中水處理工藝基本原理

城市中水經過石灰軟化去除二氧化碳和暫時硬度，即先向待處理中水中投入生石灰，后加入絮凝劑和組凝劑促進CaCO3、Mg（OH）2使水中污染物形成沉淀，從而縮短沉淀時間，通過吸附、沉淀和網捕作用去除中水中的大顆粒，同時降低水的硬度[2]。經石灰混凝處理后的中水，其堿度和碳酸鹽硬度被大幅度降低，從而有效降低了循環水中產生結垢的概率，之后處理水經過過濾器和清水池，通過殺菌消毒后達標使用。中水處理工藝流程如圖1所示。

圖1 中水處理工藝流程

1.2 影響因素分析

構成生產制造的五大要素分別是人（Man）、機（Machine）、料（Material）、法（Method）、環境（Environments）。其中，人指操作和制造人員，機指生產制造所用的設備和工具，料指原材料，法指工藝、方法、規程等，環指產品制造過程中所處的環境。通過對生產過程中這五大要素的運行進行分析的方法稱為人機料法環分析法，也稱為4M1E 分析法[3]。

1.2.1 人員對水質的影響

雖然火力發電廠的操作人員需要專業培訓并考試合格取得上崗證，但是生產現場的實際操作需要標準化的管理，并且進行培訓和監管。同時，需要實驗人員在火力發電廠中水處理系統運行準備階段做好各環節的小型試驗，以確定最佳加藥劑量的工作。運營階段人員涉及影響水質的主要環節分別為：①石灰乳加藥系統的操作，啟動攪拌器、螺旋輸粉機、星形給料機將生石灰定量送入石灰乳攪拌箱內，并監控石灰乳加藥系統，調整石灰乳自動加藥功能，使得進水流量的變化和加藥量相匹配。②控制混凝劑、助凝劑、濃硫酸、次氯酸鈉加藥系統的運行，分別向溶藥箱內加入計算量。③機械加速澄清池和過濾池的運行操作。該過程屬于半自動化操作，需要人員監管流量計量、酸堿度、流速、壓力和溫度等監測數據，按規定系統查漏及沖洗，執行設備全員生產維護（total productive maintenance,TPM）及6S 管理（整理seiri、整頓seiton、清掃seiso、清潔seiketsu、素養shitsuke、安全security），確保能承擔現場運行操作和事故處理。

1.2.2 設備及工具對水質的影響

中水處理設備設計和安裝要嚴格監管，管道、防腐材料的選用要合理，運營過程要求設備可以實時監測數據，且信息反饋效率高，可以及時處理隱患。現場工具配備齊全，重要測量儀表需經過計量部門檢測，以此保證數據的準確性。

1.2.3 原材料對水質的影響

涉及的原材料主要包括生石灰、濃硫酸、混凝劑、助凝劑、次氯酸鈉等，原材料的質量及計量直接影響水質的pH，鈣離子和鎂離子等化學成分的含量，從而產生堵塞和腐蝕等問題。

1.2.4 處理方法及工藝對水質的影響

處理工藝基本滿足生產的需要，主要是人員對該過程水質進行監管和控制，及時發現易腐蝕、易結垢堵塞的環節并立即改善。

1.2.5 環境對水質的影響

運行過程發現生產現場的溫度會影響中水溫度，導致微生物和細菌滋生，同時會對設備管道的腐蝕老化產生影響。另外，現場良好的照明有利于提高人員的工作效率。

2 問題分析與對策

2.1 石灰乳的制備和投加系統堵塞

為了降低中水的堿度和硬度，通常使用石灰-混凝澄清處理工藝，將石灰乳加入水中，使其與水中的碳酸鹽成分發生反應，生成可去除的碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀。該工藝是起始階段的關鍵環節，其中石灰乳的制備設備和投加系統的正常運行直接決定后續處理效果，涉及的因素包括設備、員工以及原材料，具體體現在石灰粉倉堵塞、給料機堵塞、輸送管道堵塞。

該過程的改善方法主要是原材料生石灰的質量必須合格，純度越高越好，其次是存放的條件濕度適宜，盡量保持高燥，同時保持填料與出料相匹配，不至于堆積而產生結塊。啟動攪拌器、螺旋輸粉機、星形給料機過程需要人員監管，從而保證投料設備正常運行，因此需要制定嚴格的工作制度和操作標準。

2.2 設備及管道的腐蝕

火電廠中水化學處理系統生產運行中多個環節的設備及其輸送管道都普遍存在被腐蝕的問題，其產生的原因基本可以分為3 類。①酸性腐蝕：由氨氮發生亞硝化、硝化反應后產生的酸性物質造成。②生物腐蝕：高有機物環境下產生細菌且大量繁殖而造成。③電化學腐蝕：由高含鹽量和氨氮含量造成[4]。

通過經驗積累和數據的搜集，總結出影響設備腐爛主要涉及以下3 個關鍵結構：①高位酸槽橡膠襯墊層出現腐蝕。②低位酸池設備內壁及勾縫腐蝕。③在通水量最大也最薄弱的環節，水管道的腐蝕最為常見。不適宜的溫度、液體流速及介質的濃度都會對設備表面的防腐層帶來較大的負面影響，加速了被腐蝕的可能。如果腐蝕嚴重，將會發生漏水等安全隱患，不僅造成水資源的浪費，而且影響安全生產及設備正常運行，其可靠性、穩定性將失去保障。結合以上影響因素，在進行管道的防腐設計時，應當根據企業的實際運行狀況，如水質的特點、產能的大小、區域環境等因素，基本確定系統運行較適宜的溫度、流速、微環境等參數，綜合考慮后選擇最合適的防腐材料及設計方案[5]。

2.3 設備及管道的結垢

結垢主要是化學剩余產物和微生物、有機物的產物。①澄清池中不能完全沉淀雜質，尤其是過飽和溶液這類微小晶體狀物質，在循環水受熱、蒸發過程中，仍有可能析出CaCO3沉淀等硬垢，影響系統換熱效率。②富含有機物的循環冷卻水及其補水會促進細菌和藻類的繁殖生長，并形成大量黏泥沉積于冷卻塔和換熱設備內，造成系統堵塞和結垢。③懸浮物能促進微生物繁殖，產生生物黏泥。④部分懸浮物可成為鈣、鎂離子的誘發晶核，造成結垢[6]。

循環水減少結垢的方法主要有以下3 種：①加硫酸調節pH+復合水質穩定劑處理。過濾前添加少量硫酸，以保持水中Ca2+和CO32-處于未飽和狀態，通常調節pH 在7.5～8.5。②石灰處理+復合水質穩定劑處理。③弱酸離子交換處理+復合水質穩定劑處理。

3 4M1E 分析法的分析與思考

針對以上的問題分析及對策，使用4M1E 分析法，從人、機、料、法、環境不同的影響因素進行分類匯總，具體如表1所示，可以根據運行的實際情況，不斷補充問題及對策。目前發現存在以下4 個問題。

表1 使用4M1E 分析法處理中水的問題分析及對策

（1）人員的正確操作和及時應對是十分重要的，可通過有針對性的學習培訓、落實責任制、制作標準作業書等方式提高人員操作水平及應對能力。

（2）設備監測信息數據的及時反饋，是調節水質的基礎，由此獲取準確的硬度、堿度、pH、懸浮物等數據。

（3）源頭控制，中水處理的建設施工和設備安裝的合理設計能有效解決問題，減少維修和維護的成本。物料、材料的選擇和應用需要嚴格把關。

（4）持續改善，由于城市中水水質存在不夠穩定、生產環境變化快等因素，導致生產過程的問題往往會被掩蓋，如堵塞、腐蝕泄露等情況。因此，通過4M1E 分析法列出所有已知存在的、預期的隱藏影響因素，供管理者和執行人員參考，做好日常的TPM 管理和生產現場6S 管理，消除隱患，防范質量問題的發生。

4 結語

通過4M1E 分析法可以搜集各地火電廠中水處理的問題案例，積累影響因子類型，從而為新建及已運營的火電企業提供參考建議；通過單一火電企業內部長期積累的生產運營問題，不斷補充表1的內容，形成較為清晰的、有針對性的質量管理方法；更加全面地找到問題的發生環節，無論是從人員組織與管理，還是技術及材料的選擇與改進，都能直觀看到需要完善和控制的問題；系統地對中水處理進行質量管理。本研究在提升火電廠生產運行的可靠性、提高經濟性效益等方面提供了行之有效的分析方法和解決途徑。