油氣田加熱爐改造節能評價體系研究

黃鶴楠

（中國石油遼河油田公司安全環保技術監督中心，遼寧盤錦 124010）

目前對各節能技術（產品）尚無單獨的綜合評價方法，無法獲取節能技術（產品）對加熱爐熱效率提升的貢獻多大[1]。且使用一段時間后，現有工況、運行條件與之前有一定差異，監測結果也不一樣，而且對提效技術的評價應該是多方面的，不僅僅是節能效果這一個方面，因此需要建立一套適用于現場應用的綜合評價體系[2-3]。

1 常用的評價方法

常用的評價方法包括專家咨詢法、德爾菲法、模糊評價法等，詳見表1。

表1 常用評價方法統計

通過對目前油氣田使用的成熟可靠的加熱爐提效技術進行調研，綜合考慮提效效果、經濟效益、管理、改進難易等因素，對提效技術進行綜合評價，減少技術在不同容量加熱爐上使用效果不同的影響，對技術本身的相對優劣程度進行評價。結合定量評價提效技術并篩選、技術評價的影響因素較多、兼有絕對指標和相對指標、評價指標的最優值確定等四個方面的因素，選擇灰色關聯綜合評價法。

2 構建評價指標體系

2.1 綜合評價指標分級

按照提效效果、經濟性、技術性、管理難易等因素，構建了三級指標評價體系，詳見表2。

表2 加熱爐提效綜合評價指標體系

2.2 普通指標

爐效提高百分點指報告期加熱爐熱效率與相應的基期加熱爐熱效率之差[4]。

單位節能能力指應用于不同容量的加熱爐的提效技術，將年節能能力折算到單位容量的節能量[5]。

萬元投資節能量指某項技術實施后形成的年節能量與總投資的比值，表示單位投資所形成的節能能力[6]。

靜態投資回收期指以項目產生的經濟效益回收項目投資所需要的時間。

有效使用年限指某項技術實施后發揮作用的時間。

2.3 技術水平

技術水平是指某項技術在國際、國內同類技術中所處的水平，加熱爐技術水平評價指標見表3。

表3 加熱爐技術水平評價指標

企業一般指技術達到油氣田企業的平均水平，或該項技術已逐步被其他技術替代。企業先進指技術達到油氣田企業先進水平，或該技術在某個油氣田企業的相同生產情況下優于其他技術，但卻不一定適用于生產情況不同的其他油氣田企業；或在企業刊物、地方刊物可以檢索。國內先進指技術含量較高，達到國內同類技術先進水平；或該技術在國內業界得到認同，國內可以運行的廠商或者技術服務商不超過10家；或該技術在國內核心期刊可以檢索，所形成的論著影響因子高于0.115（含）。國內領先表示技術含量高，達到國內同類技術領先水平；或該技術在國內業界得到首肯，國內可以運行的廠商或者技術服務商不超過3家；或該技術在SCI、EI、ISTP可以檢索，所形成的論著影響因子高于0.247（含）。國際先進指技術含量非常高，效果優于同類技術，達到國際同類技術先進水平。

2.4 改造難度系數

改造難度系數指某項技術進行加熱爐改造，該技術改造的難易程度，評價指標見表4。

表4 加熱爐改造難度評價指標

非常容易指該項技術實施時，加熱爐運行或停工期間24個工時內即可實施，無需拆卸加熱爐本體就可以實現。容易指該技術實施時，加熱爐運行或停產期間3個工作日內可以實施，需要對加熱爐本體外圍設施簡單拆裝可以實現。一般指該技術實施時，加熱爐運行或停產期間5個工作日以內，需要對加熱爐本體進行拆裝，但是機械工作量并不大。困難指該技術實施時，加熱爐運行或停產期10個工作日以內，需要對加熱爐本體進行拆裝，機械工作量較大。非常困難指該技術實施時，加熱爐需停產10個工作日（含）以上，機械工作量非常大，甚至需要返回制造廠商才可以實現。

2.5 操作維護系數

操作維護系數指某種技術實施后，在生產管理、維護方面的便捷程度，主要考慮的因素有技術故障率、維護難易程度、維修維護成本、施工條件及對正常生產的影響等，評價指標見表5。

表5 加熱爐操作維護評價指標

非常容易指該技術使用時，無需維護，定期檢修時間達2年（含）以上，油田生產人員即可實施現場更換保養，工作量小。容易指該技術使用時，需簡單維護，定期檢修時間達1年（含）以上，油田生產人員即可實施現場更換保養，具有一定工作量。一般指該技術使用時，需定期維護，定期檢修時間達6個月（含）以上，需專人進行更換保養。復雜指該技術使用時，需定期維護，定期檢修時間達1個月（含）以上，需廠商或技術服務商專人進行更換保養，具有一定的維修周期。非常復雜指技術使用時，短期需人工巡檢，更換保養需返廠才可以實現。

3 指標關聯度

3.1 構建指標矩陣

N項加熱爐提效技術，每項技術有8個評價指標，構建指標矩陣見式（1）：

效益型指標包括爐效提高百分點、單位節能能力、萬元投資節能量、技術壽命；技術水平成本型指標包括投資回收期、改造難度系數、操作管理系數。

同時，需確定參考序列，即指標矩陣中的最優樣本，見式（2）。最優樣本序列是綜合評價每項技術各指標優劣的參考標準。確定原則是效益型指標越大越優、成本型指標越小越優。

式中：x0j為最優樣本序列；xmax為n項技術中8項評價指標的最優值。

各項指標有不同的計量單位，原始數據存在量綱和數量級的差異，各評價指標間不具可比性。因此，需對指標值進行正態標準化處理來消除量綱的影響。為了便于對各項評價指標進行比較，對各指標進行數據規范化，采用直線型無量綱化方法，見式（3）。

3.2 關聯度

3.2.1 關聯系數

關聯度是評價指標值與最優參考序列間關聯性的量度，只能衡量評價指標間密切程度的相對大小，它反映了各提效技術的評價指標對于同一最優序列的“優劣”關系。為了確認各項指標的關聯程度，需要確定指標值的關聯系數。

第i項技術的指標序列可以表示為：

第i項技術各個指標與參考序列各指標對應值差值的絕對值可表示為：

Δ（min）和Δ（max）分別是所有n項技術的指標序列與參考序列的絕對差值中的最小者和最大者。

第i項技術的指標序列與參考序列的關聯系數：

式中，ρ為分辨系數。

3.2.2 分辨系數

分辨系數表示對關聯系數的影響程度。若取值較大，說明該指標對關聯系數的影響程度較??；反之亦然。為了避免干擾較大時的影響，分辨系數在干擾很大的情況下應盡量取小值以削弱干擾。各類別技術之間提效性、經濟性、技術性、管理性等相差較大，因此指標評價值整體性較差，離散程度較大。最優參考序列是一定的，選取參考序列不存在干擾。經測算，分辨系數對各指標的影響效果是同勢的。分辨系數越大，相對指標得分越高；分辨系數的大小對最優指標的影響，小于分辨系數對一般指標的影響。例如當分辨系數分別取0.8和0.5時，最優指標相差只有1.6%，但是最差指標相差達24.4%。為了更好的篩選提效技術，提高指標差異，杜絕近似值影響評價效果，結合相關文獻，參考《灰色系統理論教程》分辨系數的經驗值，分辨系數取0.5[7]。

3.3 確定指標權重

被評價指標在綜合評價中所占的權重不同，有些指標對技術整體綜合水平的影響較大，有些影響較小，需確定各個評價指標的權重系數，以便客觀綜合評價各項技術的相對優劣。該項目擬采用主觀賦權法和客觀賦權法相結合的方法確定權重系數。

3.3.1 專家賦權法

在國內石油行業中國石油集團公司節能管理、規劃設計、現場管理等領域，選擇充分了解并掌握加熱爐提效技術的進展、效果的代表性專家，按照“客觀、公正、有針對性、配置合理”原則，對影響每種技術效果的各項因素進行賦權打分，經平均法確定加熱爐提效技術評價指標體系各級指標的權重系數。

3.3.2 熵值法

用熵值法確定各指標權重，有效避免了評價過程中的人為因素的干擾，使評價結果更為客觀、準確。熵值越小，系統無序度越低，信息的效用值越大，指標的權重越大；熵值越大，系統無序度越高，信息的效用值越小，指標的權重也越小。共8個指標、n項被評價技術，第i個指標的熵為：

fij表示系統所處的某種狀態的概率。

將專家賦值法得到的主觀權重和熵值法得到的客觀權重進行平均，得到每項技術的各個評價指標的權重ωi。

4 綜合評價模型

4.1 綜合評價模型

建立綜合評價模型：

Ei為第i項技術的綜合評價分值；ωj為第j項指標的權重系數；ξij為第i項技術的第j項評價指標與該指標最優參考指標的關聯度。

由綜合評價模型計算的E即為各被評價技術的綜合評價分值，得分越高，則技術的綜合水平越高，反之則越低。

4.2 提效評價模型

建立提效評價模型：

由提效評價模型計算的Eef即為各項評價技術的綜合提效評價分值，得分高，則技術的提效性越好，反之較差。

4.3 經濟評價模型

建立經濟評價模型：

由經濟評價模型計算的Eec即為各被評價技術的經濟評價分值，得分越高，則技術的經濟性越好，反之較差。

表6 加熱爐綜合評價指標權重

4.4 技術水平評價模型

建立技術水平評價模型：

由技術水平評價模型計算的Ete即為各被評價技術的技術評價分值，得分越高，則技術的技術水平越好，反之較差。

4.5 管理評價模型

建立管理評價模型：

由管理評價模型計算的Ema即為各被評價技術的管理評價分值，得分越高，則技術的管理性越好，反之較差。

5 實際應用

通過對各油氣田企業加熱爐提效技術進行篩選評價，研究編制包括高效燃燒器、自動控制、煙氣余熱回收、高效換熱、阻垢防垢等五大類共22項加熱爐提效單項技術的應用指南，對技術原理、優缺點、應用效果、適用條件、技術來源及注意事項等詳細說明。遼河油田在加熱系統通過應用高效燃燒器，余熱回收等加熱爐提效技術，累計應用125臺次，投入資金256余萬元，實現加熱爐效率由80.2%提高到85.8%，節能1 832噸標煤，創效293.12萬元，詳見表7。

表7 加熱爐提效技術應用情況統計

首次研究提出“降低排煙溫度＋降低過?？諝庀禂导夹g集成”“降低過?？諝庀禂担悄芸刂萍夹g集成”“高效換熱＋降低過剩空氣系數技術集成”“降低過?？諝庀禂担珳p少散熱損失技術集成”等4類共12項加熱爐提效集成技術。

6 結論

1）通過研究形成油氣田加熱爐單項提效技術綜合評價三級指標體系，包括提效性、經濟性、技術性、管理性四個維度共8項評價指標。指標設置科學、合理，評價指標值易獲取、易量化。

2）在油氣田加熱爐單項提效技術綜合評價、提效性、經濟性、技術性、管理性等維度評價中應用灰色關聯綜合評價方法。評價過程綜合考慮客觀、主觀因素影響，結果合理，與現場實際吻合，易于操作。

3）根據篩選評價結果，研究編制了五大類共22項加熱爐提效單項技術的應用指南，對技術原理、優缺點、應用效果、適用條件、技術來源及注意事項等詳細說明。

4）通過影響加熱爐運行能效水平因素的分析，創建了集成技術評價方法。