灰關聯熵分析方法在煉化裝置加熱爐綜合評價上的應用

孫文剛 葛玉龍（中海油煉油化工科學研究院）

灰關聯熵分析方法在煉化裝置加熱爐綜合評價上的應用

孫文剛 葛玉龍（中海油煉油化工科學研究院）

加熱爐是煉化裝置主要耗能設備之一，有必要對其運行狀況進行及時、全面的綜合評價。現行的加熱爐評價通常以熱效率作為主要指標，如煙氣氧含量、過剩空氣系數、排煙溫度、表面溫度等指標僅做參考，因此不能全面反映出加熱爐運行的綜合性能。通過使用基于熵權的灰關聯法，通過計算某煉化項目加熱爐各評價指標的影響權重、各加熱爐對理想狀態的關聯度及各指標對熱效率的影響比例，得出了各加熱爐的綜合排名。提出了加熱爐改造優化的參考順序，為企業加熱爐的節能優化工作提供了具有可操作性的依據。

加熱爐；熱效率；灰關聯

建立能耗評價體系，是煉油企業科學節能降耗的基礎工作。加熱爐作為煉油廠消耗燃料的主要設備，其燃料能耗占煉油廠總能耗的30%～50%[1]。目前石化行業對加熱爐節能監測主要依據的評價指標主要有熱效率、排煙溫度、爐體表面溫度、過剩空氣系數、煙氣氧含量等，很多企業僅將熱效率作為加熱爐的主要評價指標[2]，其他指標作為參考，且評價標準僅限于是否合格。由于熱效率只是直接反映了加熱爐對熱能利用程度，并不能完全代表加熱爐的總體運行狀況。如果出現2臺爐熱效率相同但是其他指標不同的情況，對2臺加熱爐的評價將無法進行，不利于加熱爐精細化、體系化管理。因此有必要找出各項指標對加熱爐運行的影響程度，建立加熱爐綜合評價標準。通過運用鄧聚龍、張岐山提出的灰關聯熵分析方法[3-5]，結合近期對某煉化項目26臺加熱爐的標定數據，建立加熱爐運行情況綜合排名，為加熱爐節能降耗提供有價值的參考信息。

1 灰關聯熵分析方法

灰色系統理論[6]是華中理工大學鄧聚龍教授于1982年創立，主要研究對象是“部分信息已知、部分信息未知”的“小樣本”、“貧信息”不確定性系統。二十多年的時間里，灰色理論滲在眾多的科研領域得到了廣泛應用和發展。灰色關聯度分析是灰色系統理論的基本內容，其基本思想是根據曲線幾何形狀的相似程度來判別其聯系是否緊密。曲線越接近，相應序列之間的關聯度就越大，否則關聯度較小。

傳統灰關聯理論在計算關聯度時，關聯系數取各點關聯測度值的平均值，然而，各序列的指標所占的權重即對總指標的影響程度是不應該相同的，取平均值會造成有效信息的損失。為避免這個缺點，又引進了灰關聯熵的概念。在信息論中，熵被定義為一個隨機事件的不確定性或信息度的量度。信息的不確定性越高，熵就越高，其提供的信息量效用值就越小，其權重也就越小，反之則越大。在灰關聯分析中應用熵權法來確定多指標的權重，就可以得到可信度高的指標權重值。具體數學模型及計算公式參見《灰關聯熵分析方法》[3]。

2 加熱爐運行綜合評定

以某煉化項目為例，對其加熱爐運行情況進行綜合評價。

2.1 確定熵權

根據定義計算得出各評價指標的熵，加熱爐評價指標的熵值及熵權，見表1。

表1 加熱爐評價指標的熵值及熵權

由表1可知，各項評價指標對加熱爐綜合指標的影響并非相同，各指標的權重由大到小依次為：熱效率、排煙溫度、爐表溫度、氧含量、過剩空氣系數。

2.2 關聯度計算

根據《中國石化煉化企業加熱爐管理規定》的要求，結合加熱爐制造水平，現場操作經驗及合理成本因素，將加熱爐最佳運行狀態的各參數值規定為：排煙溫度小于或等于135℃，爐表溫度小于或等于45℃，過剩空氣系數1.2，氧含量4%，熱效率大于或等于92%。并將此序列作為綜合評價的參考序列X0=計算出各加熱爐針對參考序列的關聯度，處理結果見表2。

從表2可以看出，熱效率趨勢與關聯度的趨勢大致相同，在加熱爐評價標準中以熱效率為主要依據是有一定道理的。但是在細節方面，熱效率指標不能完全反應出加熱爐的綜合運行狀況。以101-F301和101-F401為例，101-F301的熱效率為92.67%，關聯度排名第1位，101-F401的熱效率為93.07%，關聯度排名第13位。其主要原因就在于考慮了氧含量等其他評價指標的權重影響。

2.3 熱效率的影響因素

熱效率是加熱爐運行狀況的主要評價，影響加熱爐熱效率的因素有很多，其中排煙溫度爐體外表面溫度煙氣氧含量三個因素影響較大，使用傳統灰色關聯分析法，經過計算得到各因素的關聯度為：γ01=0.665 1，γ02=0.69，γ03=0.67，其關聯序為：γ02、γ03、γ01，可知各因素對熱效率的影響大小表現為爐表面溫度、煙氣氧含量、排煙溫度。

3 結論

1）通過對某煉化項目26臺加熱爐進行基于熵權法的灰關聯分析，得出了各項評價指標在加熱爐運行綜合狀況評價中的影響權重。同時以關聯度數值的大小為標準，將各加熱爐進行排名，減少了人為因素在加熱爐排名過程中造成的影響。

表2 加熱爐灰色關聯度統計

2）某煉化項目如果準備繼續提高加熱爐熱效率，總體上應該嘗試從降低加熱爐表面溫度入手。如果準備提高加熱爐綜合運行水平，則應該首先嘗試降低排煙溫度。至于改造難度、資金成本方面的權衡，則應綜合考慮。

3）雖然加熱爐綜合性能的提升并不是無限的，但是在現有條件下不斷探索優化加熱爐最優運行參數，找出最佳參考序列，進一步應用灰關聯分析方法，得到各加熱爐綜合排名。在節能降耗改造過程中按照排名先后順序，優先改造權重較大的加熱爐，逐步有序提升加熱爐綜合性能，將有利于建立加熱爐綜合評價的管理體系。

[1]王寧，馬方義，左甜，等.工業加熱爐中燃氣節能器的應用與評價[J].石油石化節能，2017，（7）1：18-20.

[2]汪佳，劉富余，曾慶峰，等.煉化企業工藝加熱爐節能運行的綜合評價[J].石油石化節能，2012，（2）9：1-5.

[3]張岐山，郭喜江，鄧聚龍.灰關聯熵分析方法[J].系統工程理論與實踐，1996（8）：8-12.

[4]趙曉芬.灰色系統理論概述[J].吉林省教育學院學報，2011（3）：152-154.

[5]劉思峰.灰色系統理論的產生與發展[J].南京航空航天大學學報，2004（2）：267-272.

[6]鄧聚龍.灰色系統理論教程[M].武漢：華中理工大學出版社，1990：33-84.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.11.008

孫文剛，工程師，1997年畢業于中國石油大學（華東），從事設備管理工作，E-mail：sunwg2@cnooc.com.cn，地址：山東省青島市黃島區千山北路575號中海油煉油化工科學研究院（青島），266500。

2017-06-08

（編輯 沙力妮）

全國石油天然氣標準化技術委員會油氣田節能節水分技術委員會暨石油工業節能節水專業標準化技術委員會2017年年會在大慶順利召開

本刊訊 2017年10月11—12日，全國石油天然氣標準化技術委員會油氣田節能節水分技術委員會暨石油工業節能節水專業標準化技術委員會（簡稱節能專標委）2017年年會在黑龍江省大慶市東北石油大學召開。節能專標委委員、觀察員、特邀代表和標準起草人共68人參加會議。中國石油天然氣集團公司質量安全環保部副總經理、節能專標委主任委員黃飛，中國海洋石油總公司質量健康安全環保部副總經理、副主任委員魏文普，東北石油大學校長蔣明虎、副校長宋考平出席會議。會議由節能專標委秘書長李武斌、副秘書長黃金山主持。

會議總結了2017年度工作，研究討論了2018年工作計劃安排，審查通過了由節能專標委歸口的1項國家標準和2項石油天然氣行業標準送審稿，聽取并審議通過了節能專標委2017年度工作報告及秘書處工作經費使用和預算情況報告。會上，來自中國石油規劃總院、中國石化勝利石油管理局技術監督處、中國海油湛江分公司、東北石油大學土木建筑工程學院4位專家分別作了“油氣田能源管控技術”、“勝利油田地熱及污水余熱利用”、“中國海油湛江分公司節能增效與能源管理體系構建”、“油田及儲運系統節能降耗理論與技術”4個技術報告；與會代表參觀了大慶油田能源管控示范工程——慶新油田公司能源管控中心。最后，黃飛主任委員作了會議總結講話，介紹了我國能源總體生產與消費狀況以及今年以來國家節能工作的新政策、新舉措，并對相關政策進行了分析解讀。

據悉，節能專標委于1997年成立，是承擔石油天然氣工業上游領域節能節水國家標準和石油天然氣行業標準制修訂工作和管理工作的技術組織。20年來，先后組織制定了30多項國家和石油天然氣行業節能節水標準，為推動我國石油工業的節能節水工作提供了重要的技術支持和基礎保障。