基于SPSS應用加熱爐節能量測量方法研究

史士峰（大慶石油管理局有限公司技術監督中心）

目前油田加熱爐運行效率較低，其中水套爐效率為60%左右，火筒爐效率為75%左右，真空加熱爐效率高些達到80%，由于處理量較大，加熱爐耗能較多，如何提高加熱爐的效率，降低能耗是節能人研究的主要課題。目前加熱爐節能技改技術較多，例如更換新型燃燒器，爐管涂膜技術，運行參數優化技術等等，對于加熱爐來說，如何選擇節能技術，以及對選擇的技術進行節能量驗證是目前亟待解決的問題，影響加熱爐節能量的因數較多，例如節能燃燒器、紅外線涂膜技術、富氧燃燒技術、加熱爐除垢技術等等，如何從眾多因素中選取主要的影響因素，是本文研究的重點內容，通過利用SPSS 軟件對加熱爐節能量的影響因素進行統計分析，建立模型時考慮到因素之間的相關性，利用降維思想，降低模型的維數，建立一個既能很好的表達加熱爐效率，又能簡單求解的數學模型，并對模型進行現場驗證，驗證模型的可行性和操作性。

1 加熱爐技改項目節能量的測量邊界確定

按照GB/T 8222 的規定，根據項目內容和被測加熱爐的現場條件，確定系統邊界（圖1），以及能量輸入和輸出邊界。加熱爐存在相互影響運行的多臺加熱設備，應將所涉及的設備劃入系統邊界，加熱爐系統改造（如除垢改造）需新增耗能設備，應將新增耗能設備劃入系統邊界內。

圖1 系統邊界示意圖

2 加熱爐技改項目節能量的計算方法

由于文中研究對象既可能是單臺加熱爐，也可能是若干臺加熱爐的集合，就其節能量與基期能耗和項目報告期能耗、基期校準能耗的關系均可用圖2表示。

圖2 節能量與基期能耗和報告期能耗、校準能耗關系示意圖

報告期的節能量由式（1）計算：

式中：Es為節能量，t(標煤)；Er為報告期能耗，t(標煤)；Ea為基期校準能耗，t(標煤)。

加熱爐有效輸出熱量單耗按式（2）計算：

式中：P 為加熱爐有效輸熱量單耗，kgce/MJ；Ey為加熱爐單位時間內耗能量，kgce/h；Qy為加熱爐單位時間內有效輸出熱量，MJ/h。

3 加熱爐節能量計算模型研究

3.1 SPAA軟件介紹

SPSS 是一個組合式軟件包，它集數據錄入、整理、分析功能于一身。SPSS的基本功能包括數據管理、統計分析、圖表分析、輸出管理等。SPSS統計分析過程包括描述性統計、均值比較、一般線性模型、相關分析、回歸分析等等，回歸分析中又分線性回歸分析、曲線估計、Logistic 回歸、Probit 回歸、加權估計、兩階段最小二乘法、非線性回歸等多個統計過程，而且每個過程中又允許用戶選擇不同的方法及參數。

3.2 加熱爐節能量模型建立

由于影響加熱爐運行的因素較多，本文根據實際情況主要選擇了額定熱負荷、耗氣量、加熱介質溫度、介質含水率、介質流量、排煙出一氧化碳含量、二氧化物含量、氧氣含量、排煙溫度等因素與有效單耗的影響，模型建立流程，見圖3。

圖3 模型建立流程

3.3 基期模型建立

加熱爐基期的能耗值模型如下

式中：Eb為基期能耗，t；xi,1這基期各個時段的影響因數值，i=1，2…，m，m 為基期加熱爐運行的時段數，j=1，2…n，n為基期影響因數的個數。

加熱爐基期的校準能耗值如下

式中：Ea為加熱爐基期能耗校準值，t；x′i,j為報告期影響因數值，i=1，2…..，g，其中g 為報告期的各個時段，j=1，2，...，n，其中n為影響因數的個數；Am為校準能耗調整值。

根據GB/T 28750—2012 《節能量測量與驗證技術通則》中5.1.3 的規定確定調整值，并且需要得到各方的認可。一般情況下Am取值為0。

將報告期的數字帶入下式，得到報告期的能耗值如下：式中：Er為報告期能耗，t；er,i為報告期各時段加熱爐的能耗，t，i=1，2，…，g，其中g 為統計報告期的時段數。

4 現場實際應用

某油田為了提高加熱爐的熱效率，對加熱爐進行涂膜技術改造，共改造加熱爐88 臺，其改造前測試數據見表1。

4.1 相關性檢驗

根據測試數據，利用spss 建立模型，首先需要對各因數進行相關性檢驗，因為所有變量數據不符合正態分布，不能進行Pearson 檢驗，本項目采用Spearman檢驗，分析-相關-雙變量-kendall的tau-b(K)和Spearman，其檢驗結果見表2。

從 表2 看 出，Y1 和X1，X2，X4，X5，X7，X10 因素相關性較大，說明X1，X2，X4，X5，X7，X10是主要影響因素。

4.2 主成分因子分析

分析方法：分析-降維-因子分析-描述（原始分析結果、系數、顯著性水平、KMO 和Bartlett 的球形度檢驗）-抽取（主成分、未旋轉的因子解、碎石圖、基于特值）-得分（保存為變量），分析結果如表3。

表1 加熱爐基期模型建立數據匯總

表2 各個參數相關性檢驗（Spearman）

表3 KMO和Bartlett的檢驗

從表3 看出，取樣足夠度的Kaiser-Meyer-Olkin 度量大于0.5，模型比較合理。根據主成分分析，建立回歸方程，其結果如下：

加熱爐節能技術改造前的能耗量為效輸出熱量單耗乘以有效輸出熱量為

式中：Pbc為加熱爐基期有效輸熱量單耗，kgce/106MJ；Ey為加熱爐基期單位時間內耗能量，kgce/h；Qy為加熱爐基期單位時間內有效輸出熱量，106MJ/h。

4.3 基期校準能耗

將統計報告期的測量數據帶入建立的回歸模型，按式下式對校準能耗進行計算。

式中：Qr為統計報告期有效輸出熱量，106MJ；Am為校準能耗調整值，m3。

通常情況下Am為0。實施非常規調整時，Am應得到各相關方的確認，其計算結果見表4。

表4 加熱爐涂膜技改測試驗證結果

從表4 可以看出，相對誤差較小，在現場實際過程中，可以用軟件模擬的方法計算加熱爐的節能量，通過對節能量數值的比較，進而選擇合理的節能技術措施。

本項目利用軟件模擬進行計算加熱爐節能量時，可節約50%的測試費用，節約50%的人力費用，按照每臺加熱爐測試費用1 800 元計算，可節約測試費用15.84萬元。

5 結論

通過對加熱爐效率運行參數的研究，利用SPSS軟件分析出影響加熱爐節能量的主要關鍵因數，通過對關鍵因數的分析，建立影響模型，并進行現場分析和驗證，根據驗證數據，實際計算節能量與模型計算量相差不大，從而驗證了實驗的可行性，為今后加熱爐技改節能量的驗證提供了思路和方法，更加利于油田加熱爐技改的選型。