灰色關(guān)聯(lián)技術(shù)在集輸系統(tǒng)效率中的應(yīng)用

歐陽(yáng)東旭，左曉明，殷建鵬(中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司華北分公司，河北 任丘 062550)

1 引言

1.1 研究的目的及意義

隨著全球性的資源緊張時(shí)代的來臨，國(guó)內(nèi)對(duì)企業(yè)的用能行為進(jìn)行規(guī)范和重視的程度也在日益加深，企業(yè)的節(jié)能工作正逐步向制度化方向轉(zhuǎn)化。由于集輸系統(tǒng)專業(yè)銜接多，系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，以及受各種條件的限制，各油田在油氣集輸系統(tǒng)效率的測(cè)試工作方面開展的深度和范圍都還十分有限[1]。因此，目前開展集輸系統(tǒng)能源利用率關(guān)鍵影響因素研究，符合國(guó)家的產(chǎn)業(yè)政策和發(fā)展方向。

1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

近年來，中國(guó)老油田含水量越來越高，油氣產(chǎn)量越來越低，隨著三次采油技術(shù)的大量應(yīng)用，油氣處理難度大大提高，尤其是聯(lián)合站脫水難度的提高使得能耗也大大提高[2]。油田站場(chǎng)的油氣處理、集輸系統(tǒng)處理能力不強(qiáng)，主要存在能耗高、效率低、檢測(cè)數(shù)據(jù)缺失等問題[3]?，F(xiàn)階段提高效率的方法也有很多行而有效的方法，例如更換陳舊的用能設(shè)備，改進(jìn)處理工藝等。但大多數(shù)情況并不能找出并針對(duì)最主要影響因素進(jìn)行改進(jìn)。因此將灰色關(guān)聯(lián)應(yīng)用在油田站場(chǎng)中可大大提高解決問題的能力。

1.3 本文研究?jī)?nèi)容

(1)調(diào)研華北油田集輸系統(tǒng)現(xiàn)狀、加熱爐，并現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試各路進(jìn)站介質(zhì)出站介質(zhì)溫度壓力等參數(shù)；測(cè)量用能設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。

(2)使用灰色關(guān)聯(lián)技術(shù)計(jì)算影響系統(tǒng)效率的各個(gè)因子的關(guān)聯(lián)度，從而找出用能薄弱環(huán)節(jié)和最主要影響因素。

(3)針對(duì)用能薄弱環(huán)節(jié)提出合理的節(jié)能方向。

2 油田集輸系統(tǒng)現(xiàn)狀

2.1 工藝簡(jiǎn)述

古一站所屬計(jì)量站單井目前全部采用單管不加熱集油工藝，站內(nèi)來油主要包括計(jì)量站、接轉(zhuǎn)站和卸油點(diǎn)來油三部分，原油處理工藝主要采用一級(jí)熱化學(xué)沉降和二級(jí)電脫(測(cè)試期間未通電)，輸送至聯(lián)合站。

3 灰色關(guān)聯(lián)技術(shù)研究

3.1 灰色關(guān)聯(lián)理論簡(jiǎn)介

將部分信息已知，但部分信息未知的系統(tǒng)稱之為灰色系統(tǒng)，這是著名學(xué)者鄧聚龍教授首創(chuàng)的一種系統(tǒng)科學(xué)理論[4]?；疑到y(tǒng)理論包括灰色評(píng)價(jià)、灰色關(guān)聯(lián)分析等。其中的灰色關(guān)聯(lián)分析是根據(jù)各因素變化曲線幾何形狀的相似程度，來判斷因素之間關(guān)聯(lián)程度的方法。

灰色關(guān)聯(lián)分析的具體計(jì)算步驟如下：

(1)確定分析數(shù)列

首先確定參考數(shù)列，即反映系統(tǒng)特征的數(shù)據(jù)序列；然后確定比較數(shù)列，即影響系統(tǒng)的各個(gè)因素所組成的數(shù)據(jù)序列

設(shè)參考數(shù)列(又稱母序列)為Y={Y(k) | k = 1，2，Λ，n}；

比較數(shù)列(又稱子序列)Xi={Xi(k) | k = 1，2，Λ，n}， i = 1，2，Λ，m。

(2)變量無量綱化

因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)中影響因素繁多，各因素列中的數(shù)據(jù)量綱也不盡相同，這就造成了在比較過程中由于單位及物理意義不同造成對(duì)比困難。據(jù)此原因在進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度的分析時(shí)，需要消除各因素的物理意義，也就是進(jìn)行無量綱化處理。將矩陣中的每一個(gè)數(shù)均除以矩陣中的第一個(gè)數(shù)，便得到了一個(gè)新矩陣即進(jìn)行初值化處理；對(duì)矩陣中所有元素進(jìn)行平均值計(jì)算，將原矩陣中的所有數(shù)據(jù)均除以此平均值，便得到新矩陣即進(jìn)行均值化處理。

(3)計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)

X0(k)與Xi(k)的關(guān)聯(lián)系數(shù)：

記△i(k)=∣y(k)-xi(k)∣，則

式中：ρ為分辨系數(shù)，ρ的范圍較大，但ρ越小表示分辨力越大。通常取ρ = 0.5，是因?yàn)楫?dāng)ρ≤0.546時(shí)，分辨力最好，具體取值可根據(jù)實(shí)際情況具體分析，選擇適宜的當(dāng)ρ值。

(4)計(jì)算關(guān)聯(lián)度

各參考數(shù)列在曲線中的各點(diǎn)也就是不同時(shí)間段中的關(guān)聯(lián)程度，是用關(guān)聯(lián)系數(shù)來比較。由于信息較為分散且數(shù)量眾多，一般不便于進(jìn)行整體性比較。所以在計(jì)算過程中對(duì)曲線中的各點(diǎn)也就是各信息的關(guān)聯(lián)系數(shù)進(jìn)行平均值計(jì)算非常必要，將平均值作為比較各數(shù)列之間關(guān)聯(lián)程度的具體表示。關(guān)聯(lián)度ri公式如下：

(5)關(guān)聯(lián)度排序

對(duì)上一步計(jì)算得出關(guān)聯(lián)度進(jìn)行比較，并按數(shù)值大小進(jìn)行排序，可以得到各影響因子對(duì)系統(tǒng)整體的影響，從而可以得到最主要的影響因子。

3.2 關(guān)聯(lián)度計(jì)算方法

總結(jié)了灰色關(guān)聯(lián)的計(jì)算方法和應(yīng)用范圍，按照計(jì)算方法對(duì)加熱爐效率以及系統(tǒng)站能源效率進(jìn)行綜合分析與計(jì)算，得到了相應(yīng)的關(guān)聯(lián)度，確定了對(duì)相應(yīng)效率影響最大的因子。下面對(duì)關(guān)聯(lián)度計(jì)算情況進(jìn)行介紹。

(1)輸入原始數(shù)據(jù)

①其中第一列數(shù)據(jù)是最終判斷受影響的參數(shù)，其余數(shù)據(jù)為對(duì)應(yīng)的影響因子，如此得到一個(gè)1*n的矩陣(行*列，下同)；②根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)計(jì)算要求，至少需要4組原始數(shù)據(jù)在計(jì)算后的關(guān)聯(lián)度才具有參考價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義，因此，對(duì)每一個(gè)變量單獨(dú)進(jìn)行5%(5%為按照實(shí)際情況波動(dòng)而確定，因此不能增幅過多)的增幅，得到一個(gè)m*n的矩陣。

(2)計(jì)算得到所有數(shù)據(jù)中每一列的平均數(shù)，得到一個(gè)1*n的矩陣。

(3)無量綱處理：用所有數(shù)據(jù)與相應(yīng)列的平均數(shù)進(jìn)行相除，以此對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱處理，得到一個(gè)m*n的矩陣。

(4)計(jì)算△i(k)，即△i(k)=∣y(k)-xi(k)∣，用第一列的無量綱數(shù)據(jù)，減去對(duì)應(yīng)每一行其余無量綱數(shù)據(jù)，得到一個(gè)m*(n-1)的矩陣。

(6)計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)：對(duì)矩陣(4)中每一個(gè)數(shù)據(jù)，引用公式(4)，如此得到一個(gè)m*(n-1)的矩陣。

(7)計(jì)算關(guān)聯(lián)度：對(duì)矩陣(6)中每一列數(shù)據(jù)引用公式(5)進(jìn)行計(jì)算，得到一個(gè)1*(n-1)的矩陣。

(8)對(duì)關(guān)聯(lián)度矩陣中數(shù)據(jù)進(jìn)行排列，其中數(shù)據(jù)最大的值對(duì)應(yīng)的因子，就是最重要的影響因子。

3.3 灰色關(guān)聯(lián)計(jì)算結(jié)果

3.3.1 站能源效率灰色關(guān)聯(lián)

通過計(jì)算，古一站能源效率灰色關(guān)聯(lián)影響因子從大到小排列為：各路進(jìn)站介質(zhì)的溫度、壓力、流量、含水率；各路出站介質(zhì)的溫度、壓力、流量、含水率；站燃?xì)庀牧?；站耗電量?/p>

3.3.2 加熱爐效灰色關(guān)聯(lián)

通過計(jì)算，加熱爐灰色關(guān)聯(lián)影響因子從大到小排列為：介質(zhì)進(jìn)口溫度、介質(zhì)出口溫度、被加熱介質(zhì)流量、燃?xì)庀牧?、入爐冷空氣溫度、排煙溫度、燃?xì)庀牧康取?/p>

4 結(jié)語(yǔ)

關(guān)聯(lián)度的大小直接表明此因素對(duì)于結(jié)果的影響程度大小。關(guān)聯(lián)度越大，影響效果越明顯。通過數(shù)據(jù)的分析比較得出以下結(jié)論：對(duì)于站能源效率來說，關(guān)聯(lián)度較高的是去水區(qū)的溫度流量以及外輸油的溫度流量，即對(duì)站能源效率影響較大。提升站能源效率可在去水區(qū)的溫度流量或及外輸油的溫度流量方面做調(diào)整，根據(jù)水力及熱力條件降低外輸溫度，并加裝熱泵回收含油污水余熱。對(duì)于加熱爐通過灰色關(guān)聯(lián)發(fā)現(xiàn)，被加熱介質(zhì)的出口溫度以及流量關(guān)聯(lián)度大，可從加熱爐維護(hù)方面減少熱能浪費(fèi)，合理降低介質(zhì)出口溫度從而提高效率。在實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)獲取過程中還存在缺乏計(jì)量工具和運(yùn)行工況有調(diào)整的問題，若要全面提高效率需要同步提升計(jì)量手段，找到系統(tǒng)的薄弱部分進(jìn)行針對(duì)性改進(jìn)，降低維護(hù)成本，進(jìn)而更好地促進(jìn)油田穩(wěn)定發(fā)展。