基于SPSS應(yīng)用加熱爐節(jié)能量測(cè)量方法研究

史士峰（大慶石油管理局有限公司技術(shù)監(jiān)督中心）

目前油田加熱爐運(yùn)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(dá)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(jié)能人研究的主要課題。目前加熱爐節(jié)能技改技術(shù)較多，例如更換新型燃燒器，爐管涂膜技術(shù)，運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化技術(shù)等等，對(duì)于加熱爐來(lái)說(shuō)，如何選擇節(jié)能技術(shù)，以及對(duì)選擇的技術(shù)進(jìn)行節(jié)能量驗(yàn)證是目前亟待解決的問(wèn)題，影響加熱爐節(jié)能量的因數(shù)較多，例如節(jié)能燃燒器、紅外線涂膜技術(shù)、富氧燃燒技術(shù)、加熱爐除垢技術(shù)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(diǎn)內(nèi)容，通過(guò)利用SPSS 軟件對(duì)加熱爐節(jié)能量的影響因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，建立模型時(shí)考慮到因素之間的相關(guān)性，利用降維思想，降低模型的維數(shù)，建立一個(gè)既能很好的表達(dá)加熱爐效率，又能簡(jiǎn)單求解的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)模型進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，驗(yàn)證模型的可行性和操作性。

1 加熱爐技改項(xiàng)目節(jié)能量的測(cè)量邊界確定

按照GB/T 8222 的規(guī)定，根據(jù)項(xiàng)目?jī)?nèi)容和被測(cè)加熱爐的現(xiàn)場(chǎng)條件，確定系統(tǒng)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(yùn)行的多臺(tái)加熱設(shè)備，應(yīng)將所涉及的設(shè)備劃入系統(tǒng)邊界，加熱爐系統(tǒng)改造（如除垢改造）需新增耗能設(shè)備，應(yīng)將新增耗能設(shè)備劃入系統(tǒng)邊界內(nèi)。

圖1 系統(tǒng)邊界示意圖

2 加熱爐技改項(xiàng)目節(jié)能量的計(jì)算方法

由于文中研究對(duì)象既可能是單臺(tái)加熱爐，也可能是若干臺(tái)加熱爐的集合，就其節(jié)能量與基期能耗和項(xiàng)目報(bào)告期能耗、基期校準(zhǔn)能耗的關(guān)系均可用圖2表示。

圖2 節(jié)能量與基期能耗和報(bào)告期能耗、校準(zhǔn)能耗關(guān)系示意圖

報(bào)告期的節(jié)能量由式（1）計(jì)算：

式中：Es為節(jié)能量，t(標(biāo)煤)；Er為報(bào)告期能耗，t(標(biāo)煤)；Ea為基期校準(zhǔn)能耗，t(標(biāo)煤)。

加熱爐有效輸出熱量單耗按式（2）計(jì)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(shí)間內(nèi)耗能量，kgce/h；Qy為加熱爐單位時(shí)間內(nèi)有效輸出熱量，MJ/h。

3 加熱爐節(jié)能量計(jì)算模型研究

3.1 SPAA軟件介紹

SPSS 是一個(gè)組合式軟件包，它集數(shù)據(jù)錄入、整理、分析功能于一身。SPSS的基本功能包括數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計(jì)分析、圖表分析、輸出管理等。SPSS統(tǒng)計(jì)分析過(guò)程包括描述性統(tǒng)計(jì)、均值比較、一般線性模型、相關(guān)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(jì)、Logistic 回歸、Probit 回歸、加權(quán)估計(jì)、兩階段最小二乘法、非線性回歸等多個(gè)統(tǒng)計(jì)過(guò)程，而且每個(gè)過(guò)程中又允許用戶選擇不同的方法及參數(shù)。

3.2 加熱爐節(jié)能量模型建立

由于影響加熱爐運(yùn)行的因素較多，本文根據(jù)實(shí)際情況主要選擇了額定熱負(fù)荷、耗氣量、加熱介質(zhì)溫度、介質(zhì)含水率、介質(zhì)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(jiàn)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(gè)時(shí)段的影響因數(shù)值，i=1，2…，m，m 為基期加熱爐運(yùn)行的時(shí)段數(shù)，j=1，2…n，n為基期影響因數(shù)的個(gè)數(shù)。

加熱爐基期的校準(zhǔn)能耗值如下

式中：Ea為加熱爐基期能耗校準(zhǔn)值，t；x′i,j為報(bào)告期影響因數(shù)值，i=1，2…..，g，其中g(shù) 為報(bào)告期的各個(gè)時(shí)段，j=1，2，...，n，其中n為影響因數(shù)的個(gè)數(shù)；Am為校準(zhǔn)能耗調(diào)整值。

根據(jù)GB/T 28750—2012 《節(jié)能量測(cè)量與驗(yàn)證技術(shù)通則》中5.1.3 的規(guī)定確定調(diào)整值，并且需要得到各方的認(rèn)可。一般情況下Am取值為0。

將報(bào)告期的數(shù)字帶入下式，得到報(bào)告期的能耗值如下：式中：Er為報(bào)告期能耗，t；er,i為報(bào)告期各時(shí)段加熱爐的能耗，t，i=1，2，…，g，其中g(shù) 為統(tǒng)計(jì)報(bào)告期的時(shí)段數(shù)。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用

某油田為了提高加熱爐的熱效率，對(duì)加熱爐進(jìn)行涂膜技術(shù)改造，共改造加熱爐88 臺(tái)，其改造前測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

4.1 相關(guān)性檢驗(yàn)

根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，利用spss 建立模型，首先需要對(duì)各因數(shù)進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)，因?yàn)樗凶兞繑?shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，不能進(jìn)行Pearson 檢驗(yàn)，本項(xiàng)目采用Spearman檢驗(yàn)，分析-相關(guān)-雙變量-kendall的tau-b(K)和Spearman，其檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

從 表2 看 出，Y1 和X1，X2，X4，X5，X7，X10 因素相關(guān)性較大，說(shuō)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(jié)果、系數(shù)、顯著性水平、KMO 和Bartlett 的球形度檢驗(yàn)）-抽取（主成分、未旋轉(zhuǎn)的因子解、碎石圖、基于特值）-得分（保存為變量），分析結(jié)果如表3。

表1 加熱爐基期模型建立數(shù)據(jù)匯總

表2 各個(gè)參數(shù)相關(guān)性檢驗(yàn)（Spearman）

表3 KMO和Bartlett的檢驗(yàn)

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(jù)主成分分析，建立回歸方程，其結(jié)果如下：

加熱爐節(jié)能技術(shù)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(shí)間內(nèi)耗能量，kgce/h；Qy為加熱爐基期單位時(shí)間內(nèi)有效輸出熱量，106MJ/h。

4.3 基期校準(zhǔn)能耗

將統(tǒng)計(jì)報(bào)告期的測(cè)量數(shù)據(jù)帶入建立的回歸模型，按式下式對(duì)校準(zhǔn)能耗進(jìn)行計(jì)算。

式中：Qr為統(tǒng)計(jì)報(bào)告期有效輸出熱量，106MJ；Am為校準(zhǔn)能耗調(diào)整值，m3。

通常情況下Am為0。實(shí)施非常規(guī)調(diào)整時(shí)，Am應(yīng)得到各相關(guān)方的確認(rèn)，其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 加熱爐涂膜技改測(cè)試驗(yàn)證結(jié)果

從表4 可以看出，相對(duì)誤差較小，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際過(guò)程中，可以用軟件模擬的方法計(jì)算加熱爐的節(jié)能量，通過(guò)對(duì)節(jié)能量數(shù)值的比較，進(jìn)而選擇合理的節(jié)能技術(shù)措施。

本項(xiàng)目利用軟件模擬進(jìn)行計(jì)算加熱爐節(jié)能量時(shí)，可節(jié)約50%的測(cè)試費(fèi)用，節(jié)約50%的人力費(fèi)用，按照每臺(tái)加熱爐測(cè)試費(fèi)用1 800 元計(jì)算，可節(jié)約測(cè)試費(fèi)用15.84萬(wàn)元。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)加熱爐效率運(yùn)行參數(shù)的研究，利用SPSS軟件分析出影響加熱爐節(jié)能量的主要關(guān)鍵因數(shù)，通過(guò)對(duì)關(guān)鍵因數(shù)的分析，建立影響模型，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分析和驗(yàn)證，根據(jù)驗(yàn)證數(shù)據(jù)，實(shí)際計(jì)算節(jié)能量與模型計(jì)算量相差不大，從而驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)的可行性，為今后加熱爐技改節(jié)能量的驗(yàn)證提供了思路和方法，更加利于油田加熱爐技改的選型。