基于層次分析法的煤層氣增壓設備優選

2012-10-21 11:54:52羅志鵬陳小清蕭峰超

中國設備工程 2012年1期

羅志鵬，汪勇，陳小清，蕭峰超

（1.西安石油大學石油工程學院，陜西西安 710065；2.中國石油長慶油田公司第一采油廠，陜西延安 716000）

層次分析法（AHP）是一種定量與定性相結合的設備選擇評價方法，特別適合具有復雜層次結構、定性與定量指標眾多的系統評價。將該方法運用于煤層氣增壓設備的優選中，能將復雜的問題分解為不同的組成因素，按照因素間的相互關聯、隸屬關系，構成一個多層次的系統結構模型，利用定性與定量相結合的方法進行判斷，從而有利于決策者進行最優化決策。

一、煤層氣增壓設備的工作原理和技術特點

目前，氣田地面集輸常用的壓縮機主要有往復式、離心式和螺桿式。常用增壓設備的工作原理和主要技術特點對比見表1。

二、層次分析法的決策步驟

1.建立遞階層次結構模型。綜合分析擬解決問題，然后將其分解為由元素組成的各個部分，再將這些元素按不同屬性劃分為不同層次，最后建立遞階層次結構。遞階層次結構通常由目標層(描述預定目標或理想結果)、準則層(實現目標的中間環節)、方案層(實現目標的措施和方案)構成。可以用圖框形式表示層次的遞階結構和因素間的隸屬關系，見圖1。

圖1 遞階層次結構示意圖

表1 煤層氣增壓設備的工作原理和主要技術特點對比

2.構造比較判斷矩陣。建立遞推層次結構后，上下層次之間元素的隸屬關系隨之也被確定，此后采用1～9的比例標度，標度的含義如表2所示，對同一層次的各元素關于上一層中某準則的重要性進行比較，構造兩兩比較判斷矩陣。

表2 AHP法中1～9標度的含義

3.單一準則下元素相對權重計算。根據判斷矩陣A計算要素關于相鄰上一層次要素的優先權重，稱為層次單排序。層次單排序可以歸結為求矩陣A中最大特征值(λmax)對應的特征向量，即滿足AW=λmaxW的特征向量W=[w1，w2，…，wn]T。本文采用方根法求解，該方法的計算步驟如下。

（1）計算判斷矩陣A的各行各個元素乘積aij

（2）計算n次方根λmax

（3）對向量W=(w1，w2，…wn)T進行規范化

（4）計算A的最大特征值λmax

（5）為了保證判斷的一致性，需要對判斷矩陣進行一致性檢驗：

式中：CI——一致性指標；

n——特征向量的維數。

在表3中可查)，判別矩陣的一致性滿足要求，CR≥0.1時，應該對判別矩陣作適當修正。

表3 平均隨機一致性指標

4.層次的合成權數計算及排序

在單一準則排序的基礎上，計算同一層所有要素對于最高層(目標)相對重要性的排序權值，稱為層次合成權數。假如k-1層上的n個元素對目標層的排序為W(k-1)=W1(k-1)，W2(k-1)，…，Wn(k-1)，第k層上n個元素對k-1層上各元素的排序結果是P(k)=P1(k)，P2(k)，…，Pn(k)，則第k層上元素對目標層的合成排序為W(k)=W(k-1)×P(k)。

綜合排序向量數值最大者所對應的方案即為最優備選方案，并按數值大小確定各方案的相對優越性排序。

三、對煤層氣增壓設備進行比選

以某地擬建煤層氣集氣站為例，該集氣站負責附近5口氣井的煤層氣收集和加壓輸送至中心處理廠的任務，單口氣井生產參數：產氣量2 000～2500m3/d、壓力0.2～0.5MPa、溫度10～20℃。采用集氣站和中心處理廠增壓集輸模式，將該5口氣井采出的煤層氣收集后在集氣站增壓后輸送至中心處理廠。集氣站壓縮機出口壓力為1.4MPa，進口壓力為0.05～0.08MPa，壓比為8.3～9.9，氣井產氣量波動較大。

1.在考慮煤層氣生產工藝、設備使用性能和經濟性三個評價準則基礎上，選擇構建滿足高壓比、適應低流量等9個評價子準則，構建層次結構模型，如圖2所示。然后對備選增壓設備的主要技術經濟指標進行定性比較分析，分析結果見表4。