基于灰色關(guān)聯(lián)的油田鍋爐節(jié)能運行綜合評價

范明月 成慶林 劉國豪.東北石油大學(xué)提高油氣采收率教育部重點實驗室, 黑龍江 大慶 6338；.中國石油管道科技研究中心油氣管道輸送安全國家工程實驗室, 河北 廊坊 065000

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基于灰色關(guān)聯(lián)的油田鍋爐節(jié)能運行綜合評價

范明月1成慶林1劉國豪2
1.東北石油大學(xué)提高油氣采收率教育部重點實驗室, 黑龍江 大慶 163318；2.中國石油管道科技研究中心油氣管道輸送安全國家工程實驗室, 河北 廊坊 065000

鍋爐在油田中是主要的耗能設(shè)備,為提高其能源利用效率,對油田鍋爐節(jié)能運行進行綜合評價有著重要意義，傳統(tǒng)的評價方法是將鍋爐各評價指標(biāo)視為同等權(quán)重下的定性分析。本文打破傳統(tǒng)評價方法,收集某油田企業(yè)5個單位在用的68臺油田鍋爐運行數(shù)據(jù),運用改進熵權(quán)法得出各評價指標(biāo)權(quán)重大小,結(jié)果由大到小依次為：爐體表面溫度、排煙溫度、過剩空氣系數(shù)、熱效率、負荷率；綜合運用熵權(quán)法與灰色關(guān)聯(lián)分析法,計算出鍋爐的關(guān)聯(lián)度,判斷鍋爐的運行狀態(tài),定量分析油田鍋爐的節(jié)能效果,對節(jié)能降耗工作具有一定的借鑒作用。

油田鍋爐；權(quán)重；灰色關(guān)聯(lián)；評價指標(biāo)

0 前言

當(dāng)前,能源問題已成為各國所面臨的首要問題,不僅影響國家安全,經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展也受其直接影響[1]。人們的節(jié)能降耗意識不斷增強,節(jié)能減排被確定為我國經(jīng)濟社會發(fā)展轉(zhuǎn)型關(guān)鍵時期的重要政策措施。鍋爐在運行期間,熱能的利用效率普遍較低,造成能源大量浪費,鍋爐的節(jié)能減排成為節(jié)能工作的重點[2]。提高鍋爐熱效率,實現(xiàn)鍋爐的節(jié)能降耗必將帶來巨大的經(jīng)濟效益[3]。如今,為適應(yīng)節(jié)能減排工作,低碳環(huán)保經(jīng)濟已成為主流形勢,因此,在節(jié)能減排工作中,開展鍋爐節(jié)能監(jiān)測與節(jié)能評價是十分必要的。以往對油田鍋爐的評價是定性的,僅用“合格設(shè)備”與“不合格設(shè)備”來衡量,并沒有體現(xiàn)出各評價指標(biāo)對鍋爐節(jié)能運行影響程度的大小。本文結(jié)合熵權(quán)法和灰色關(guān)聯(lián)分析法,在所測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,計算出各指標(biāo)的權(quán)重和鍋爐的關(guān)聯(lián)度,客觀地得出各指標(biāo)對油田鍋爐節(jié)能運行的影響程度,并對具體單位在用的鍋爐進行綜合評價,使單位更有針對性地加強鍋爐節(jié)能管理,促進企業(yè)的節(jié)能降耗。

1 基于改進熵權(quán)的灰色關(guān)聯(lián)分析

評價過程中,灰色關(guān)聯(lián)分析方法[4]由于簡單、方便等優(yōu)點已被廣泛應(yīng)用,灰色關(guān)聯(lián)體現(xiàn)的是評價指標(biāo)與最優(yōu)值相差的程度,但這種方法將各評價指標(biāo)視為同等權(quán)重,具有一定的局限性。因此考慮將其與熵權(quán)法相結(jié)合[5-6],計算各個指標(biāo)的熵值來確定其權(quán)重,根據(jù)關(guān)聯(lián)度系數(shù)計算出關(guān)聯(lián)度的大小,該綜合評價結(jié)果較為客觀,適用性更廣、更高,評價精度高。

式中：Yi(j)為指標(biāo)歸一化后的數(shù)據(jù)；xi(j)為第i個被評價對象的第j個指標(biāo)的實際值；ξi(j)為第i個比較序列中第j個關(guān)聯(lián)度系數(shù)；Δi(j)為第j個指標(biāo)中參考序列與比較序列的絕對差值；M為參考序列和比較序列絕對差值的最大值；m為參考序列和比較序列絕對差值的最小值；λ為分辨系數(shù),一般取0.5；Ei為第i個評價指標(biāo)的熵值；k為系數(shù),取-1/lnm；pij為指標(biāo)j下的權(quán)重；yij為第j個指標(biāo)的實際值；wj為第j個指標(biāo)的熵權(quán)；ri為第i個比較序列的關(guān)聯(lián)度值。

2 實例分析

2.1 確定指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定,選取鍋爐反平衡熱效率、過剩空氣系數(shù)、排煙溫度、爐體表面溫度4項為評價指標(biāo)[10]。鍋爐在實際運行中,此4項指標(biāo)相同時,負荷率對鍋爐的節(jié)能運行情況也有一定的影響,為研究負荷率對鍋爐節(jié)能運行影響程度的大小,本文將其作為新增的第5項評價指標(biāo),并確定各指標(biāo)的權(quán)重,分析鍋爐運行狀態(tài)。對某油田企業(yè)5個單位在用的68臺鍋爐進行節(jié)能監(jiān)測,其結(jié)果見表1。

表1 鍋爐監(jiān)測結(jié)果

單位平均負荷率/()平均反平衡熱效率/()平均過剩空氣系數(shù)平均排煙溫度/℃平均爐體表面溫度/℃155 8686 971 48180 236 90258 4388 111 52167 245 10357 6783 281 78189 332 31459 1587 501 63150 537 30555 4186 171 54152 544 30

將這5項指標(biāo)統(tǒng)一處理為0～1內(nèi)的無量綱量后再進行比較。在本文監(jiān)測數(shù)據(jù)中,負荷率、熱效率越大,鍋爐的運行效果越好,過剩空氣系數(shù)、排煙溫度和爐體表面溫度則相反,由歸一化原理處理后的結(jié)果見表2。

鍋爐評價指標(biāo)的權(quán)重根據(jù)熵的定義計算得出的熵值來確定，鍋爐評價指標(biāo)的熵值及熵權(quán)見表3。

評價指標(biāo)權(quán)重對評價結(jié)果的影響程度較大,由此可知,鍋爐在運行過程中,各評價指標(biāo)對鍋爐的影響程度有所差異,權(quán)重由大到小排序為爐體表面溫度、排煙溫度、過剩空氣系數(shù)、熱效率、負荷率。在這5項指標(biāo)中,負荷率的權(quán)重最小,但熵權(quán)值為0.021 431,說明負荷率對鍋爐的節(jié)能運行有一定影響。因此,將負荷率作為評價指標(biāo)具有實際意義。

表2 鍋爐評價指標(biāo)無量綱處理的數(shù)據(jù)

單位平均負荷率/()平均反平衡熱效率/()過剩空氣系數(shù)排煙溫度/℃爐體表面平均溫度/℃10 4960 8380 8700 5440 49120 5270 8660 8520 5900 34530 5180 7500 7430 5110 57240 5350 8510 8060 6490 48550 4910 8190 8430 6420 359

表3 鍋爐評價指標(biāo)的熵值及熵權(quán)

評價指標(biāo)負荷率反平衡熱效率過剩空氣系數(shù)排煙溫度爐體表面溫度熵值0 9999610 9998500 9998100 9996400 998900熵權(quán)0 0214310 0829600 1036900 1952990 596620

2.2 灰色關(guān)聯(lián)度的計算

表4 鍋爐運行的原始數(shù)據(jù)

鍋爐負荷率/()反平衡熱效率/()過剩空氣系數(shù)排煙溫度/℃爐體表面溫度/℃X098 6393 731 50100 017 00185 9886 551 71130 034 80251 2886 891 28221 340 00334 8389 491 51191 441 98452 6485 791 94170 138 30544 0088 391 41163 049 52655 0079 241 78243 036 20739 4593 731 35100 132 60872 5791 031 47110 244 64995 0688 671 54201 548 271049 7083 121 83230 017 00

根據(jù)關(guān)聯(lián)度計算原理對原始數(shù)據(jù)進行處理,計算出關(guān)聯(lián)度系數(shù),最后得出灰色關(guān)聯(lián)度以及各臺鍋爐用能情況排名。鍋爐的關(guān)聯(lián)度與排名見表5。

計算得出的關(guān)聯(lián)度值越大,說明各評價指標(biāo)值與參考序列越接近,鍋爐越節(jié)能,由此可以對各鍋爐的運行情況進行排序。工況最優(yōu)的是表5中10號鍋爐,根據(jù)收集數(shù)據(jù)可知,此臺鍋爐處于節(jié)能運行狀態(tài),與實際情況相符。

表5 鍋爐的關(guān)聯(lián)度及排名

鍋爐負荷率的關(guān)聯(lián)度系數(shù)反平衡熱效的關(guān)聯(lián)度系數(shù)過剩空氣的關(guān)聯(lián)度系數(shù)排煙溫度的關(guān)聯(lián)度系數(shù)爐體表面溫的關(guān)聯(lián)度系數(shù)關(guān)聯(lián)度排名10 796200 502330 5348810 705420 477390 53678420 447570 514380 522730 371370 414160 42609930 370640 630820 999990 371370 394280 47173540 455390 477120 348480 505650 432910 44251750 409920 575690 741940 532340 333330 43631860 469610 3333330 460000 333800 458540 424181070 3894410 6216210 510360 65555280 611970 728510 919990 876380 370390 561083910 588790 884620 413870 342100 446936100 438820 405770 418180 3553310 752441

3 結(jié)論

1)各節(jié)能評價指標(biāo)對鍋爐的影響程度有所差異,權(quán)重由大到小排序為爐體表面溫度、排煙溫度、過剩空氣系數(shù)、熱效率、負荷率。這5項指標(biāo)中,負荷率的權(quán)重最小,但熵權(quán)值為0.021 431,說明負荷率對鍋爐的節(jié)能運行有一定影響。因此,將負荷率作為1項評價指標(biāo)具有實際意義。

2)采用熵權(quán)與灰色關(guān)聯(lián)分析法相結(jié)合的方法,對油田鍋爐節(jié)能運行進行初步綜合評價,較客觀地得出各評價指標(biāo)對鍋爐節(jié)能運行的影響程度,并依據(jù)最大關(guān)聯(lián)度原則,對油田鍋爐運行狀況進行排序,有針對性調(diào)整鍋爐運行參數(shù),在企業(yè)節(jié)能管理方面具有一定的指導(dǎo)作用。

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2015-06-08

國家自然科學(xué)基金項目(51174042)；國家基金重點項目“含蠟原油管道安全經(jīng)濟輸送的基礎(chǔ)問題研究”(51534004)

范明月(1989-),女,黑龍江阿城人,碩士研究生,主要從事儲運系統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)能降耗技術(shù)的研究。

10.3969/j.issn.1006-5539.2015.04.018