灰關(guān)聯(lián)熵分析方法在煉化裝置加熱爐綜合評價上的應(yīng)用

孫文剛 葛玉龍（中海油煉油化工科學(xué)研究院）

灰關(guān)聯(lián)熵分析方法在煉化裝置加熱爐綜合評價上的應(yīng)用

孫文剛 葛玉龍（中海油煉油化工科學(xué)研究院）

加熱爐是煉化裝置主要耗能設(shè)備之一，有必要對其運行狀況進行及時、全面的綜合評價。現(xiàn)行的加熱爐評價通常以熱效率作為主要指標(biāo)，如煙氣氧含量、過剩空氣系數(shù)、排煙溫度、表面溫度等指標(biāo)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(quán)的灰關(guān)聯(lián)法，通過計算某煉化項目加熱爐各評價指標(biāo)的影響權(quán)重、各加熱爐對理想狀態(tài)的關(guān)聯(lián)度及各指標(biāo)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(yōu)化的參考順序，為企業(yè)加熱爐的節(jié)能優(yōu)化工作提供了具有可操作性的依據(jù)。

加熱爐；熱效率；灰關(guān)聯(lián)

建立能耗評價體系，是煉油企業(yè)科學(xué)節(jié)能降耗的基礎(chǔ)工作。加熱爐作為煉油廠消耗燃料的主要設(shè)備，其燃料能耗占煉油廠總能耗的30%～50%[1]。目前石化行業(yè)對加熱爐節(jié)能監(jiān)測主要依據(jù)的評價指標(biāo)主要有熱效率、排煙溫度、爐體表面溫度、過剩空氣系數(shù)、煙氣氧含量等，很多企業(yè)僅將熱效率作為加熱爐的主要評價指標(biāo)[2]，其他指標(biāo)作為參考，且評價標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)2臺爐熱效率相同但是其他指標(biāo)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(xì)化、體系化管理。因此有必要找出各項指標(biāo)對加熱爐運行的影響程度，建立加熱爐綜合評價標(biāo)準(zhǔn)。通過運用鄧聚龍、張岐山提出的灰關(guān)聯(lián)熵分析方法[3-5]，結(jié)合近期對某煉化項目26臺加熱爐的標(biāo)定數(shù)據(jù)，建立加熱爐運行情況綜合排名，為加熱爐節(jié)能降耗提供有價值的參考信息。

1 灰關(guān)聯(lián)熵分析方法

灰色系統(tǒng)理論[6]是華中理工大學(xué)鄧聚龍教授于1982年創(chuàng)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(tǒng)。二十多年的時間里，灰色理論滲在眾多的科研領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用和發(fā)展。灰色關(guān)聯(lián)度分析是灰色系統(tǒng)理論的基本內(nèi)容，其基本思想是根據(jù)曲線幾何形狀的相似程度來判別其聯(lián)系是否緊密。曲線越接近，相應(yīng)序列之間的關(guān)聯(lián)度就越大，否則關(guān)聯(lián)度較小。

傳統(tǒng)灰關(guān)聯(lián)理論在計算關(guān)聯(lián)度時，關(guān)聯(lián)系數(shù)取各點關(guān)聯(lián)測度值的平均值，然而，各序列的指標(biāo)所占的權(quán)重即對總指標(biāo)的影響程度是不應(yīng)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(guān)聯(lián)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(quán)重也就越小，反之則越大。在灰關(guān)聯(lián)分析中應(yīng)用熵權(quán)法來確定多指標(biāo)的權(quán)重，就可以得到可信度高的指標(biāo)權(quán)重值。具體數(shù)學(xué)模型及計算公式參見《灰關(guān)聯(lián)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(quán)

根據(jù)定義計算得出各評價指標(biāo)的熵，加熱爐評價指標(biāo)的熵值及熵權(quán)，見表1。

表1 加熱爐評價指標(biāo)的熵值及熵權(quán)

由表1可知，各項評價指標(biāo)對加熱爐綜合指標(biāo)的影響并非相同，各指標(biāo)的權(quán)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(shù)。

2.2 關(guān)聯(lián)度計算

根據(jù)《中國石化煉化企業(yè)加熱爐管理規(guī)定》的要求，結(jié)合加熱爐制造水平，現(xiàn)場操作經(jīng)驗及合理成本因素，將加熱爐最佳運行狀態(tài)的各參數(shù)值規(guī)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(shù)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(guān)聯(lián)度，處理結(jié)果見表2。

從表2可以看出，熱效率趨勢與關(guān)聯(lián)度的趨勢大致相同，在加熱爐評價標(biāo)準(zhǔn)中以熱效率為主要依據(jù)是有一定道理的。但是在細(xì)節(jié)方面，熱效率指標(biāo)不能完全反應(yīng)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(guān)聯(lián)度排名第1位，101-F401的熱效率為93.07%，關(guān)聯(lián)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(biāo)的權(quán)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(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)分析法，經(jīng)過計算得到各因素的關(guān)聯(lián)度為：γ01=0.665 1，γ02=0.69，γ03=0.67，其關(guān)聯(lián)序為：γ02、γ03、γ01，可知各因素對熱效率的影響大小表現(xiàn)為爐表面溫度、煙氣氧含量、排煙溫度。

3 結(jié)論

1）通過對某煉化項目26臺加熱爐進行基于熵權(quán)法的灰關(guān)聯(lián)分析，得出了各項評價指標(biāo)在加熱爐運行綜合狀況評價中的影響權(quán)重。同時以關(guān)聯(lián)度數(shù)值的大小為標(biāo)準(zhǔn)，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(guān)聯(lián)度統(tǒng)計

2）某煉化項目如果準(zhǔn)備繼續(xù)提高加熱爐熱效率，總體上應(yīng)該嘗試從降低加熱爐表面溫度入手。如果準(zhǔn)備提高加熱爐綜合運行水平，則應(yīng)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(quán)衡，則應(yīng)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(xiàn)有條件下不斷探索優(yōu)化加熱爐最優(yōu)運行參數(shù)，找出最佳參考序列，進一步應(yīng)用灰關(guān)聯(lián)分析方法，得到各加熱爐綜合排名。在節(jié)能降耗改造過程中按照排名先后順序，優(yōu)先改造權(quán)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(yè)加熱爐中燃?xì)夤?jié)能器的應(yīng)用與評價[J].石油石化節(jié)能，2017，（7）1：18-20.

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

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

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

[5]劉思峰.灰色系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報，2004（2）：267-272.

[6]鄧聚龍.灰色系統(tǒng)理論教程[M].武漢：華中理工大學(xué)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(yè)于中國石油大學(xué)（華東），從事設(shè)備管理工作，E-mail：sunwg2@cnooc.com.cn，地址：山東省青島市黃島區(qū)千山北路575號中海油煉油化工科學(xué)研究院（青島），266500。

2017-06-08

（編輯 沙力妮）

全國石油天然氣標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會油氣田節(jié)能節(jié)水分技術(shù)委員會暨石油工業(yè)節(jié)能節(jié)水專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會油氣田節(jié)能節(jié)水分技術(shù)委員會暨石油工業(yè)節(jié)能節(jié)水專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（簡稱節(jié)能專標(biāo)委）2017年年會在黑龍江省大慶市東北石油大學(xué)召開。節(jié)能專標(biāo)委委員、觀察員、特邀代表和標(biāo)準(zhǔn)起草人共68人參加會議。中國石油天然氣集團公司質(zhì)量安全環(huán)保部副總經(jīng)理、節(jié)能專標(biāo)委主任委員黃飛，中國海洋石油總公司質(zhì)量健康安全環(huán)保部副總經(jīng)理、副主任委員魏文普，東北石油大學(xué)校長蔣明虎、副校長宋考平出席會議。會議由節(jié)能專標(biāo)委秘書長李武斌、副秘書長黃金山主持。

會議總結(jié)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(jié)能專標(biāo)委歸口的1項國家標(biāo)準(zhǔn)和2項石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)送審稿，聽取并審議通過了節(jié)能專標(biāo)委2017年度工作報告及秘書處工作經(jīng)費使用和預(yù)算情況報告。會上，來自中國石油規(guī)劃總院、中國石化勝利石油管理局技術(shù)監(jiān)督處、中國海油湛江分公司、東北石油大學(xué)土木建筑工程學(xué)院4位專家分別作了“油氣田能源管控技術(shù)”、“勝利油田地?zé)峒拔鬯酂崂谩薄ⅰ爸袊Ｓ驼拷止竟?jié)能增效與能源管理體系構(gòu)建”、“油田及儲運系統(tǒng)節(jié)能降耗理論與技術(shù)”4個技術(shù)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(jié)講話，介紹了我國能源總體生產(chǎn)與消費狀況以及今年以來國家節(jié)能工作的新政策、新舉措，并對相關(guān)政策進行了分析解讀。

據(jù)悉，節(jié)能專標(biāo)委于1997年成立，是承擔(dān)石油天然氣工業(yè)上游領(lǐng)域節(jié)能節(jié)水國家標(biāo)準(zhǔn)和石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作和管理工作的技術(shù)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(yè)節(jié)能節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)，為推動我國石油工業(yè)的節(jié)能節(jié)水工作提供了重要的技術(shù)支持和基礎(chǔ)保障。