熱電聯產裝置經濟性評價與故障診斷分析模型

王浩

摘要：針對目前實際生產中熱電聯產裝置運行經濟性評價存在的弊端，以及缺乏對設備故障診斷預判分析，文章基于生產的經濟性與安全性，運用灰色關聯分析的方法，提出了熱電聯產裝置運行經濟性評價的優化或改進的方法，并嘗試建立設備乃至系統的故障診斷分析模型，旨在保證設備運行的安全、高效，減少事故的發生，以適應現代化的工藝、設備管理。

關鍵詞：熱電聯產；裝置經濟性；故障診斷；灰色關聯分析

中圖分類號：TKl23 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）15-0132-04

現代企業往往對設備及系統的安全性、經濟性要求較高，但從目前主要石化企業來看，分析設備及系統的安全性、經濟性的方法單一，還有值得探討及優化的余地。為了適應新企業的發展，獲得較大潛在的經濟與社會效益，本文提出優化的方法，即灰色關聯分析法，選取熱電聯產裝置的運行經濟性、故障診斷進行分析，以達到可操作性、可推廣性的目的。

目前，對熱電聯產裝置運行經濟性的評價方法相對單一，往往石化企業運用傳統的計算方法，對熱電聯產裝置運行經濟性的指標進行綜合評價，但缺乏足夠的準確，不利于精細化的管理。此外，作為石化企業，不僅僅是力求運行經濟性，往往減少事故的發生，亦能創造較大效益，這就需要對設備故障診斷提出預判及處理，能有效減少汽輪機停機。因此，分析汽輪機的安全性與經濟性的意義重大。

1 經濟性與故障診斷的分析基礎

灰色關聯分析是灰色系統理論的一個分支。應用灰色關聯分析方法對受多種因素影響的事物和現象，能從整體觀念出發進行綜合評價。灰色系統理論提出了子系統間的關聯度分析的概念，能反映不同子系統之間的相對關聯度，并充分挖掘出已知信息，因此，灰色關聯度分析對于一個系統發展變化態勢提供了量化的度量，非常適合動態歷程分析。而汽輪機的運行本身就是動態的過程，其中經濟性與故障診斷分別存在相對判定的指標，因此，采用灰色關聯分析法，量化這些指標，就能達到經濟性與故障診斷分析的指導意義。

具體的算法如下：

設定Xm：第m個因素指標的向量矩陣；xi（m）：第m個因素指標第i個被分析對象的原數據。x0'（m）：第m個因素指標的參考數據。X'：m個因素指標參考數據的向量矩陣。ξi（m）：第m個因素第i個被評價對象指標相關系數；εm：各指標的權重。

（1）確定評價指標體系，收集關聯因素的數據矩陣：

（X1，X2…Xm）=

（2）確定關聯因素指標的參考數據列：以Xm的最優值作為X'的值，即：

X'=（x0'（1），…x0'（m））

（3）確認比較序列與參考序列的絕對差值：

|-|

（4）求最值：

=|-|

|-|

（5）求關聯系數：

式中ρ為分辨系數，在（0，1）內取值，若ρ越小，關聯系數的差異越大，區分能力越強。但通常ρ取0.5。

（6）計算關聯序：

可得評價好壞或等級的數量指標為，

通過關聯序得出各對象的評價序列。由此，我們能得到分析對象的量化排序，滿足評比或判定的實際需要。

2 經濟性評價模型

通過引入灰色關聯分析的方法，針對傳統熱電聯產裝置經濟性的評價方法做出改進，基于指標原始數據的客觀性，降低主觀因素的影響，并考慮新評價方法的實用性，可推廣性。

對于大型石化企業的熱電聯產裝置，集團公司經濟指標考核的項目主要包括供電標準煤耗、供熱標準煤耗、供電現金操作費用、供熱現金操作費用、發電廠用電率、供熱廠用電率、燃油壓減量、單位發電量取水量、入廠入爐煤熱值差等9項指標。本次分析，主要選取六個經濟性指標：供電標準煤耗、供熱標準煤耗、供電現金操作費用、供熱現金操作費用、發電廠用電率、供熱廠用電率。通過分析六大指標的定義，找出關聯系數與評價好壞的正、反相關性。

按各指標間的權重不等同的原則，通過綜合分析熱電聯產裝置運行經濟性，建立評價體系，屬于工藝技術管理很重要的一部分。

2.1 確定關聯因素指標的正、反相關性

（1）供電標準煤耗：發電標準煤量/廠供電量。故供電標煤耗越低，供電成本越低，裝置的運行經濟性越好，屬于負相關。

（2）供熱標準煤耗：供熱標準煤量/廠對外總供熱量。故供熱標準煤耗越低，裝置的效率越好，裝置的運行經濟性越好，屬于負相關。

（3）供電現金操作費用：（制造成本-固定資產折舊-燃料費用）×（1-供熱比）/廠供電量。故供電現金操作費用越低，裝置的運行經濟性越好，屬于負

相關。

（4）供熱現金操作費用：（制造成本-固定資產折舊-燃料費用）×供熱比/廠對外總供熱量。故供熱現金操作費用越低，裝置的運行經濟性越好，屬于負

相關。

（5）發電廠用電率：發電用的廠用電量與發電機發出電量之比。故發電廠用電率越小，汽輪機的經濟性越好，屬于負相關。

（6）供熱廠用電率：外供單位熱量所消耗的廠用電量。故供熱廠用電率越小，汽輪機經濟性越好，屬于負相關。

2.2 確定關聯因素指標的數據矩陣

通過在茂名石化調研，得出如下經濟性指標的原始數據，根據上述表達式，將矩陣轉化為數據表格，

見表1。

2.3 確定關聯因素指標的參考數據列

以Xm的最優值作為X'的值，得出參考數據列X'=（299.42，37.14，45.95，5.59，6.39，6.43），由|X0'（m）-Xi（m）|得出數據，見表2。

2.4 求最值

=|X0'（m）-Xi（m）|=0

|X0'（m）-Xi（m）|=24

2.5 求關聯系數與關聯序列

由，

，且數值越大經濟性越好，指標權重為

εk=（0.25，0.2，0.05，0.05，0.05，0.05），可得數據，見表3。

因此，3月份的經濟性>1月份的經濟性>5月份的經濟性>6月份的經濟性>2月份的經濟性>4月份的經濟性。

3 故障診斷分析模型

根據中國石化集團公司的未來發展，要打造現代化企業的管理，不僅僅是創新、創造軟實力，而且對打造硬實力也很重要。那么，現代化的設備管理則是企業硬實力的重要領域，而近些年發展起來的設備故障診斷技術則是設備管理與維護的重要應用，并能及時掌握設備的運行狀態，判定設備故障產生的部位和原因，很好地降低了發生事故的風險，并預先指導設備維修的工作。如果運用設備的故障診斷技術，將改變目前石化企業設備維修管理的被動局面，降低設備的壽命周期費用，同時也能提升設備的綜合效率，為石化系統經濟性指標競賽考核提供較好的基礎。

3.1 確定故障的狀態表征

對于熱電聯產裝置，汽輪機組是重要的設備。對于汽輪機本體而言，往往振動、輪室壓力、溫度、轉速等作為直接的狀態體現，對于這些狀態參數通過仿真、實際運行記錄能找出導致故障的特征和原因，構建參考數據矩陣，形成故障灰色判定的依據。本文主要從汽輪機振動的故障診斷出發，針對中韓石化武漢乙烯熱電聯產裝置汽輪機機組，并根據相關教材或文獻，我們能得出汽輪機振動故障原因及特征見表4。

3.2 確定故障特征的參考序列

在日常運行過程中，假定記錄下汽輪機的振幅數據，經過無量綱化處理后，則得出參考序列：

X'=（0.00，0.60，0.03，0.00，0.00，0.00）

3.3 求故障診斷結果的關聯系數

根據灰色關聯分析的算法，得出結果見表5。

因此，汽輪機故障的診斷結果是取樣汽輪機振幅序列與其關聯系數最大，油膜渦動引起的故障。顯然，初步的故障診斷是準確的，與頻段的密集分布預估的結果是一致的。

4 結語

通過在茂名、天津石化等先進企業的調研，思考了石化企業的經濟性、安全性的技術與管理的優化問題。本文立足于實際生產，提出的裝置運行經濟性、設備故障診斷分析方法具備可操作性與實用性，既可以ExceL表格化，也可以制成軟件。熱電聯產裝置運行經濟性的評價方法能提高準確度，利于工藝的精細化管理，體現在生產的經濟性方面；設備故障診斷分析方法改變目前石化企業設備維修管理的被動局面，降低了發生事故的風險，挖掘了潛在的安全、經濟的價值。不過，對于汽輪機運行經濟性、設備故障診斷分析涉及權重的問題，有進一步優化的余地，在今后的生產運行過程中可逐步完善。

參考文獻

[1] 劉思峰，謝乃明.灰色系統理論及其應用（第4

版）[M].北京：科學出版社，2008.

[2] 廖伯瑜.機械故障診斷基礎[M].北京：冶金工業

出版社，2007.

[3] 虞合濟，陳長征，張省，周建男.基于神經網絡的

智能診斷[M].北京：冶金工業出版社，2000.

[4] 茂名石化動力廠基礎數據及計算報表.2013.

|X0'（m）-Xi（m）|=24

2.5 求關聯系數與關聯序列

由，

，且數值越大經濟性越好，指標權重為

εk=（0.25，0.2，0.05，0.05，0.05，0.05），可得數據，見表3。

因此，3月份的經濟性>1月份的經濟性>5月份的經濟性>6月份的經濟性>2月份的經濟性>4月份的經濟性。

3 故障診斷分析模型

根據中國石化集團公司的未來發展，要打造現代化企業的管理，不僅僅是創新、創造軟實力，而且對打造硬實力也很重要。那么，現代化的設備管理則是企業硬實力的重要領域，而近些年發展起來的設備故障診斷技術則是設備管理與維護的重要應用，并能及時掌握設備的運行狀態，判定設備故障產生的部位和原因，很好地降低了發生事故的風險，并預先指導設備維修的工作。如果運用設備的故障診斷技術，將改變目前石化企業設備維修管理的被動局面，降低設備的壽命周期費用，同時也能提升設備的綜合效率，為石化系統經濟性指標競賽考核提供較好的基礎。

3.1 確定故障的狀態表征

對于熱電聯產裝置，汽輪機組是重要的設備。對于汽輪機本體而言，往往振動、輪室壓力、溫度、轉速等作為直接的狀態體現，對于這些狀態參數通過仿真、實際運行記錄能找出導致故障的特征和原因，構建參考數據矩陣，形成故障灰色判定的依據。本文主要從汽輪機振動的故障診斷出發，針對中韓石化武漢乙烯熱電聯產裝置汽輪機機組，并根據相關教材或文獻，我們能得出汽輪機振動故障原因及特征見表4。

3.2 確定故障特征的參考序列

在日常運行過程中，假定記錄下汽輪機的振幅數據，經過無量綱化處理后，則得出參考序列：

X'=（0.00，0.60，0.03，0.00，0.00，0.00）

3.3 求故障診斷結果的關聯系數

根據灰色關聯分析的算法，得出結果見表5。

因此，汽輪機故障的診斷結果是取樣汽輪機振幅序列與其關聯系數最大，油膜渦動引起的故障。顯然，初步的故障診斷是準確的，與頻段的密集分布預估的結果是一致的。

4 結語

通過在茂名、天津石化等先進企業的調研，思考了石化企業的經濟性、安全性的技術與管理的優化問題。本文立足于實際生產，提出的裝置運行經濟性、設備故障診斷分析方法具備可操作性與實用性，既可以ExceL表格化，也可以制成軟件。熱電聯產裝置運行經濟性的評價方法能提高準確度，利于工藝的精細化管理，體現在生產的經濟性方面；設備故障診斷分析方法改變目前石化企業設備維修管理的被動局面，降低了發生事故的風險，挖掘了潛在的安全、經濟的價值。不過，對于汽輪機運行經濟性、設備故障診斷分析涉及權重的問題，有進一步優化的余地，在今后的生產運行過程中可逐步完善。

參考文獻

[1] 劉思峰，謝乃明.灰色系統理論及其應用（第4

版）[M].北京：科學出版社，2008.

[2] 廖伯瑜.機械故障診斷基礎[M].北京：冶金工業

出版社，2007.

[3] 虞合濟，陳長征，張省，周建男.基于神經網絡的

智能診斷[M].北京：冶金工業出版社，2000.

[4] 茂名石化動力廠基礎數據及計算報表.2013.

|X0'（m）-Xi（m）|=24

2.5 求關聯系數與關聯序列

由，

，且數值越大經濟性越好，指標權重為

εk=（0.25，0.2，0.05，0.05，0.05，0.05），可得數據，見表3。

因此，3月份的經濟性>1月份的經濟性>5月份的經濟性>6月份的經濟性>2月份的經濟性>4月份的經濟性。

3 故障診斷分析模型

根據中國石化集團公司的未來發展，要打造現代化企業的管理，不僅僅是創新、創造軟實力，而且對打造硬實力也很重要。那么，現代化的設備管理則是企業硬實力的重要領域，而近些年發展起來的設備故障診斷技術則是設備管理與維護的重要應用，并能及時掌握設備的運行狀態，判定設備故障產生的部位和原因，很好地降低了發生事故的風險，并預先指導設備維修的工作。如果運用設備的故障診斷技術，將改變目前石化企業設備維修管理的被動局面，降低設備的壽命周期費用，同時也能提升設備的綜合效率，為石化系統經濟性指標競賽考核提供較好的基礎。

3.1 確定故障的狀態表征

對于熱電聯產裝置，汽輪機組是重要的設備。對于汽輪機本體而言，往往振動、輪室壓力、溫度、轉速等作為直接的狀態體現，對于這些狀態參數通過仿真、實際運行記錄能找出導致故障的特征和原因，構建參考數據矩陣，形成故障灰色判定的依據。本文主要從汽輪機振動的故障診斷出發，針對中韓石化武漢乙烯熱電聯產裝置汽輪機機組，并根據相關教材或文獻，我們能得出汽輪機振動故障原因及特征見表4。

3.2 確定故障特征的參考序列

在日常運行過程中，假定記錄下汽輪機的振幅數據，經過無量綱化處理后，則得出參考序列：

X'=（0.00，0.60，0.03，0.00，0.00，0.00）

3.3 求故障診斷結果的關聯系數

根據灰色關聯分析的算法，得出結果見表5。

因此，汽輪機故障的診斷結果是取樣汽輪機振幅序列與其關聯系數最大，油膜渦動引起的故障。顯然，初步的故障診斷是準確的，與頻段的密集分布預估的結果是一致的。

4 結語

通過在茂名、天津石化等先進企業的調研，思考了石化企業的經濟性、安全性的技術與管理的優化問題。本文立足于實際生產，提出的裝置運行經濟性、設備故障診斷分析方法具備可操作性與實用性，既可以ExceL表格化，也可以制成軟件。熱電聯產裝置運行經濟性的評價方法能提高準確度，利于工藝的精細化管理，體現在生產的經濟性方面；設備故障診斷分析方法改變目前石化企業設備維修管理的被動局面，降低了發生事故的風險，挖掘了潛在的安全、經濟的價值。不過，對于汽輪機運行經濟性、設備故障診斷分析涉及權重的問題，有進一步優化的余地，在今后的生產運行過程中可逐步完善。

參考文獻

[1] 劉思峰，謝乃明.灰色系統理論及其應用（第4

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[3] 虞合濟，陳長征，張省，周建男.基于神經網絡的

智能診斷[M].北京：冶金工業出版社，2000.

[4] 茂名石化動力廠基礎數據及計算報表.2013.