基于灰色關(guān)聯(lián)的輸油泵節(jié)能運(yùn)行綜合評(píng)價(jià)

范明月，成慶林，劉國(guó)豪

(1．東北石油大學(xué) 提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163318;

2．中國(guó)石油管道科技研究中心油氣管道輸送安全國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，河北 廊坊 065000)

隨著我國(guó)工業(yè)化的迅速發(fā)展，能源消耗問(wèn)題日益嚴(yán)重，節(jié)能降耗意識(shí)不斷增強(qiáng)。節(jié)能監(jiān)測(cè)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的前期工作［1］，因此，受到相關(guān)行業(yè)的高度重視。對(duì)于節(jié)能監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究，國(guó)內(nèi)外具有明顯的差異［2］。我國(guó)為保證節(jié)能監(jiān)測(cè)工作的科學(xué)化、制度化和規(guī)范化，不僅統(tǒng)一規(guī)定了節(jié)能監(jiān)測(cè)需要共同遵守的技術(shù)要求，還修訂了工業(yè)主要專項(xiàng)用能設(shè)備節(jié)能監(jiān)測(cè)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)設(shè)立專門的節(jié)能監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)，最終達(dá)到挖掘企業(yè)節(jié)能潛力，提高能源綜合利用水平的目的。然而國(guó)外沒(méi)有專門的節(jié)能監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)，而是利用SCADA 系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，用能效軟件進(jìn)行分析。

輸油泵是原油輸送過(guò)程中主要耗能設(shè)備之一，其使用量大、工作時(shí)間長(zhǎng)，但工作效率普遍偏低，在很大程度上具有節(jié)能潛力。機(jī)組效率、功率因數(shù)、節(jié)流損失率是影響輸油泵節(jié)能運(yùn)行的主要因素。當(dāng)這三項(xiàng)指標(biāo)都“合格”時(shí)，表明輸油泵處于節(jié)能運(yùn)行狀態(tài)［3］，但卻沒(méi)有考慮到各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)輸油泵節(jié)能運(yùn)行影響程度的大小。本文綜合運(yùn)用熵權(quán)法與灰色關(guān)聯(lián)分析法［4］，分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，得出各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)輸油泵節(jié)能運(yùn)行的影響程度，并對(duì)具體單位實(shí)際運(yùn)行的輸油泵進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，從而提高能源利用效率，促進(jìn)企業(yè)節(jié)能降耗。

1 確定輸油泵評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重

通過(guò)對(duì)5 個(gè)原油管道企業(yè)單位的299 臺(tái)輸油泵進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，選取功率因數(shù)、機(jī)組效率、節(jié)流損失率3 項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)［3］。不直接選取泵效率，而是將電機(jī)效率、泵效率的乘積(機(jī)組效率)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，并增添功率因數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，縮小泵效率在實(shí)際運(yùn)行與理論計(jì)算中的差距，并通過(guò)多個(gè)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)輸油泵的能效等級(jí)。輸油泵實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果如表1 所示。

表1 輸油泵監(jiān)測(cè)結(jié)果

為方便比較，對(duì)三項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱處理，使數(shù)值均在0 ～1 之間。功率因數(shù)、機(jī)組效率越大，輸油泵的運(yùn)行效果越好，因此稱這兩項(xiàng)指標(biāo)為效益型指標(biāo)，采用Yi(j)=進(jìn)行歸一化處理;節(jié)流損失率則相反，稱其為成本型指標(biāo)，用進(jìn)行處理［5］，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 輸油泵評(píng)價(jià)指標(biāo)無(wú)量綱處理的數(shù)據(jù)

表4 輸油泵運(yùn)行的原始數(shù)據(jù)

對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，由參考序列與比較序列相差的大小，確定絕對(duì)差值的最大值M =和 最 小 值 m = miin，計(jì) 算 關(guān) 聯(lián) 度 系 數(shù) ξi(j) =。由評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)wj=

表3 輸油泵評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵值及熵權(quán)

評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重是對(duì)輸油泵進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的核心部分，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果有著直接的影響。在輸油泵的運(yùn)行過(guò)程中，各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)輸油泵的影響程度有所差異，由表3 可知，權(quán)重大小依次為:節(jié)流損失率，機(jī)組效率，功率因數(shù)。

2 灰色關(guān)聯(lián)度的計(jì)算

在評(píng)價(jià)過(guò)程中，灰色關(guān)聯(lián)分析方法［6］將各評(píng)價(jià)指標(biāo)視為同等權(quán)重，具有一定的局限。因此可以將其與熵權(quán)法相結(jié)合［7］，通過(guò)計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的熵值來(lái)確 定 其 權(quán) 重。根 據(jù) 關(guān) 聯(lián) 度［8］計(jì) 算 公 式 ri=，得出灰色關(guān)聯(lián)度，是較客觀的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，可提高評(píng)價(jià)精度。

選定功率因數(shù)和機(jī)組效率的最大值、節(jié)流損失率的最小值為最優(yōu)值，形成輸油泵用能評(píng)價(jià)灰色關(guān)聯(lián)分析的參考序列，計(jì)算單臺(tái)輸油泵運(yùn)行的關(guān)聯(lián)度。由于數(shù)據(jù)繁多，以其中一個(gè)下屬單位的10 臺(tái)輸油泵為例，對(duì)關(guān)聯(lián)度進(jìn)行計(jì)算。原始數(shù)據(jù)如表4 所示。，確定出輸油泵評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)果見(jiàn)表3。，由關(guān)聯(lián)度計(jì)算公式，得出灰色關(guān)聯(lián)度，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 輸油泵的關(guān)聯(lián)度及排名

關(guān)聯(lián)度越大，說(shuō)明輸油泵評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)值與最優(yōu)值越接近［9］，工況就越好，由此可對(duì)各輸油泵的能耗大小情況進(jìn)行排序，結(jié)果顯示，運(yùn)行工況最優(yōu)的是2 號(hào)原油泵，此原油泵處于節(jié)能運(yùn)行狀態(tài)。

3 結(jié)論

(1)熵值的大小與監(jiān)測(cè)指標(biāo)的變化程度息息相關(guān)，熵值隨指標(biāo)變化程度的增大而減小，反之亦然。熵值可在一定程度上衡量指標(biāo)數(shù)據(jù)所包含的信息量，以此確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。本文所得結(jié)果權(quán)重大小依次為:節(jié)流損失率，機(jī)組效率，功率因數(shù)。輸油泵達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的關(guān)鍵問(wèn)題是如何減小節(jié)流損失率，采用變頻調(diào)速技術(shù)，可有效避免輸油泵出口閥門的節(jié)流損失;同時(shí)，在電動(dòng)機(jī)上加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置可提高功率因數(shù)，從而節(jié)約電能。

(2)采用熵權(quán)與灰色關(guān)聯(lián)分析相結(jié)合的方法，對(duì)輸油泵節(jié)能運(yùn)行進(jìn)行初步綜合評(píng)價(jià)，能較好地摒棄主觀隨意性，客觀得出各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)輸油泵節(jié)能運(yùn)行的影響程度。按照最大關(guān)聯(lián)度原則，得出輸油泵運(yùn)行工況的優(yōu)劣排序，可定量評(píng)價(jià)輸油泵運(yùn)行的能耗水平，在節(jié)能管理工作方面，具有一定的指導(dǎo)作用。

參數(shù)說(shuō)明

Yi(j)——指標(biāo)歸一化后的數(shù)據(jù);

xi(j)——第i 個(gè)被評(píng)價(jià)對(duì)象的第j 個(gè)指標(biāo)的實(shí)際值;

Ei——第i 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵值;

k——系數(shù)，取－1/lnm;

pij——指標(biāo)j 下的權(quán)重;

yij——第j 個(gè)指標(biāo)的實(shí)際值;

wj——第j 個(gè)指標(biāo)的熵權(quán);

ri—第i 個(gè)比較序列的關(guān)聯(lián)度值;

ξi(k)——第i 個(gè)比較序列中第k 個(gè)關(guān)聯(lián)度系數(shù);

Y0( j) ——評(píng)價(jià)指標(biāo)j 的比較序列;

Δi(j)——第j 個(gè)指標(biāo)中參考序列與比較序列的絕對(duì)差值。

［1］劉克平，賈英超，張德江．建設(shè)節(jié)能監(jiān)測(cè)與技術(shù)服務(wù)體系的必要性及對(duì)策［J］．節(jié)能技術(shù)，2008，26(4):349 －351．

［2］劉國(guó)豪，張?chǎng)危?國(guó)內(nèi)外管道輸送系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］．石油石化節(jié)能，2013，8(3):21 －22．

［3］劉國(guó)豪，趙國(guó)星，李云杰．SY/T6837 －2011 油氣輸送管道系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范［S］．北京:石油工業(yè)出版社，2011．

［4］劉揚(yáng)，成慶林，李秀娟．油田加熱爐節(jié)能運(yùn)行的綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)［J］．節(jié)能環(huán)保，2012，31(4):297 －300．

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［8］洪曉枝，馮鶴林． 灰色關(guān)聯(lián)度量化模型的改進(jìn)［J］．統(tǒng)計(jì)與決策，2014，8(9):80 －81．

［9］羅慶成，徐國(guó)新． 灰色關(guān)聯(lián)分析與應(yīng)用［M］． 南京:江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1989．