基于灰色關(guān)聯(lián)度分析方法的海上平臺主電站優(yōu)選

郝 銘, 馬金喜, 陳豐波, 高國強, 鄒昌明, 周新剛, 王萬旭

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院， 天津 300452)

基于灰色關(guān)聯(lián)度分析方法的海上平臺主電站優(yōu)選

郝 銘, 馬金喜, 陳豐波, 高國強, 鄒昌明, 周新剛, 王萬旭

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院， 天津 300452)

分析伴生氣利用率、機組最大負荷率、初始投資、燃料油消耗費用折現(xiàn)、電站維修費用折現(xiàn)、占地及重量對電站方案優(yōu)選的影響，并利用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法定量地確定最優(yōu)電站方案。為海上平臺主電站方案的優(yōu)選提供新的量化分析方法。

海上平臺；電站優(yōu)選；灰色關(guān)聯(lián)度分析

0 引言

主電站是海上生產(chǎn)平臺的動力核心，它為整個海上平臺的油氣生產(chǎn)和生活設(shè)施提供電能，以保障油氣田正常、安全、可靠的生產(chǎn)運行。在油田開發(fā)前期項目研究中，如何經(jīng)濟合理地優(yōu)選出電站方案，充分利用油田自產(chǎn)伴生氣，減少原油消耗，降低工程投資，提高油田開發(fā)經(jīng)濟效益，是海洋工程前期研究階段的主要研究內(nèi)容之一[1]。常規(guī)的海上平臺主電站方案比選沒有統(tǒng)一的綜合衡量指標，劉菊娥等[2]和陳華平[3]確定海洋平臺主電站方案主要以初始投資和全生命周期內(nèi)總操作費現(xiàn)值為評價依據(jù)，然而前期研究階段電站方案影響因素繁多，方案交叉比選時，傳統(tǒng)的電站比選方法費時費力影響最佳電站方案的確定。本文通過某油田前期項目研究，運用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法，綜合分析電站方案優(yōu)選影響因素，定量地分析各方案比選中的最優(yōu)值，建立灰色關(guān)聯(lián)模型。

1 海上平臺主電站的常用機型及特點

海上油田生產(chǎn)平臺常用機型[1]有：原油發(fā)電機組、燃氣透平發(fā)電機組、往復(fù)式雙燃料發(fā)電機組、往復(fù)式燃氣發(fā)電機組和往復(fù)式三燃料發(fā)電機組等。(1) 原油發(fā)電機組以原油為主燃料、柴油為備用燃料。機組技術(shù)成熟度、可靠性好，但后期維修工作量大、占地面積大、重量大、初始投資高，適合于油田伴生氣不足的工況。(2) 燃氣透平發(fā)電機組以油田伴生氣或天然氣為主燃料，油田投產(chǎn)初期或停產(chǎn)檢修時需切換為柴油模式。機組運行平穩(wěn)、技術(shù)成熟、可靠性好，但后期維護和維修工作量小，設(shè)備占地面積小、重量輕、初始投資高，適合于油田氣源充足的工況。(3) 往復(fù)式雙燃料發(fā)電機組以油田伴生氣為主燃料、柴油作為引燃油和備用燃料，機組一般在30%～50%負荷工況下需切換為柴油模式。根據(jù)不同廠家的機組形式，目前引燃油的耗量為1%～15%。機組技術(shù)成熟度、可靠性好，單機功率小，價格經(jīng)濟，適合于油田氣源較充足的工況。(4) 往復(fù)式燃氣發(fā)電機組以油田伴生氣為主燃料，單機功率較小，一般在3 000 kW以下。對燃料氣組分甲烷值要求較高，一般需要燃料氣預(yù)處理裝置。該機組技術(shù)成熟、可靠性好、重量輕、后期維修工作量小、價格經(jīng)濟，適合于油田氣源較充足的工況。(5) 往復(fù)式三燃料發(fā)電機組以伴生氣和原油為主燃料、柴油為備用燃料。在燃氣模式下，一般負荷率低于35%時，需切換為燃油模式。機組技術(shù)成熟度較高、占地面積大、初始投資高，在渤海油田尚未應(yīng)用。

2 海上平臺電站優(yōu)選的影響因素分析

油田伴生氣可作為主電站燃料，避免原油發(fā)電機組以燃燒原油為代價獲得電能，對于有伴生氣的油田，充分利用油田自產(chǎn)伴生氣，減少燃用原油消耗，可以最大化提高油田開發(fā)的經(jīng)濟效益[4]。

機組負荷率關(guān)系到電站方案優(yōu)選的機組臺數(shù)和容量，主電站機組按照負荷特性運轉(zhuǎn)，最佳效率點一般在85%～90%負荷范圍內(nèi)，為充分利用主電站機組的裝機功率，最大負荷率的上限值一般不超過90%。電站方案的燃料油消耗費用、維修費用應(yīng)以折現(xiàn)形式與初始投資累計，然后進行各方案比選。一般情況下，機組臺數(shù)越多，單機功率越小，初始投資越大。

海上平臺甲板面積有限，要求設(shè)備尺寸盡量為“瘦高型”，電站方案的占地面積和機組重量會影響海洋開發(fā)建設(shè)的總體投資。因此，在主電站優(yōu)選時也要充分考慮機組的占地和重量。

3 電站方案與最優(yōu)值的灰色關(guān)聯(lián)度分析及計算

灰色關(guān)聯(lián)度分析方法是通過研究小樣本、少數(shù)據(jù)、貧信息、不確定因素之間發(fā)展態(tài)勢的相似程度來衡量因素間關(guān)聯(lián)程度的方法，通過對反映系統(tǒng)行為特征的參考數(shù)列和影響系統(tǒng)行為因素組成的比較數(shù)列進行量化極差處理，求解系統(tǒng)中各影響因素之間的關(guān)聯(lián)程度，并進行關(guān)聯(lián)度排序。在電站方案優(yōu)選中，考慮到影響因素之間的相互影響有明確的影響因素，也有不明確的影響因素，適合采用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法[5-6]。

3.1 灰色關(guān)聯(lián)度計算模型

灰色關(guān)聯(lián)度分析法通過計算參考數(shù)列和比較數(shù)列之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)，求解關(guān)聯(lián)度并對其進行排序，從而定量地衡量系統(tǒng)中各因素對目標值的影響程度。根據(jù)電站方案與影響因素的特點，灰色相關(guān)度計算模型[7]為

(1)

式中：r0，i是參考數(shù)列x0與比較數(shù)列xi的關(guān)聯(lián)度；比較數(shù)列xi=(xi(1),xi(2),…，xi(n))；將其中的最優(yōu)值作為標準數(shù)據(jù)進行參考，就形成了參考數(shù)列x0=(x0(1),x0(2),…，x0(n))；ξ為分辨系數(shù)，一般取0.5。

3.2 灰色關(guān)聯(lián)度計算方法

根據(jù)電站優(yōu)選方案與影響因素最優(yōu)值的灰色關(guān)聯(lián)度計算模型，確定其相關(guān)度的處理方法。

(1) 確定比較數(shù)列與參考數(shù)列。以電站方案作為比較數(shù)列，不同方案下同一影響因素的最優(yōu)值作為參考數(shù)列。選擇伴生氣利用率、機組最大負荷率、初始投資、燃料油費用折現(xiàn)、電站維修費用折現(xiàn)、占地及重量作為影響海上平臺電站優(yōu)選的影響因素。

(3) 計算關(guān)聯(lián)系數(shù)。電站方案的比較數(shù)列xi與最優(yōu)值在不同影響因素下的關(guān)聯(lián)系數(shù)計算見式(1)。

(5) 關(guān)聯(lián)度排序。電站方案與最優(yōu)值的關(guān)聯(lián)程度主要用關(guān)聯(lián)度值的大小描述。若xi>xj，則表示{xi}對于最優(yōu)值{x0}的接近程度優(yōu)于{xj}。排序可以反映不同影響因素下電站方案優(yōu)選的方向。

4 案例應(yīng)用

某油田設(shè)計經(jīng)濟年限25年，項目前期研究階段設(shè)計電負荷20MW，熱負荷8 000kW，油田自產(chǎn)伴生氣且氣量達3.8億m3。主電站各方案配置見表1。

表1 主電站各方案配置

根據(jù)油藏配產(chǎn)預(yù)測的產(chǎn)氣量指標，按照設(shè)計需求的電、熱負荷計算各電站配置方案的伴生氣利用率、機組最大負荷率、初始投資、燃料油消耗費用折現(xiàn)和電站維修費用折現(xiàn)，并根據(jù)各方案機組配置對占地及重量、技術(shù)成熟度和可靠性進行評價，結(jié)果見表2。

表2 電站方案優(yōu)選影響因素

對電站方案影響因素進行編號，k=1代表伴生氣利用率，k=2代表機組最大負荷率，k=3代表初始投資，k=4代表燃料油消耗費用折現(xiàn)，k=5代表電站維修費用折現(xiàn)，k=6代表占地及重量，k=7代表技術(shù)成熟度和可靠性。對電站方案影響因素進行區(qū)間量化處理，對于影響因素在區(qū)間0～1的量化設(shè)置：1為很好；0.75 為好；0.65 為一般；0.45為較差；0.30 為差。電站方案影響因素經(jīng)過區(qū)間值量化處理后的結(jié)果見表3。

表3 量化后影響因素數(shù)據(jù)

表4 級差數(shù)據(jù)

表5 關(guān)聯(lián)系數(shù)計算

對關(guān)聯(lián)度進行排序：r5>r4>r1>r3>r2，這表明方案E與最優(yōu)值關(guān)聯(lián)程度最高，可作為電站最優(yōu)方案進行推薦。

5 結(jié)語

(1) 對某油田海上平臺電站方案優(yōu)選影響因素進行分析，應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法，建立海上平臺電站方案優(yōu)選的量化模型，定量地確定主電站最優(yōu)方案，其優(yōu)選結(jié)果與經(jīng)濟評價的結(jié)果一致。

(2) 在對海上平臺主電站可靠性影響因素打分時，應(yīng)考慮該電站機組近兩年在渤海海域的應(yīng)用業(yè)績及燃料、環(huán)境的適用性。

(3) 在計算關(guān)聯(lián)度時，可采用加權(quán)平均法或熵權(quán)法代替算術(shù)平均值衡量影響因素的重要程度，但權(quán)重需要結(jié)合專家經(jīng)驗及大量項目樣本的分析調(diào)查進行確定。

[1] 《海洋石油工程設(shè)計指南》編委會.海洋石油工程機械與設(shè)備設(shè)計[M].第2冊.北京：石油工業(yè)出版社，2007.

[2] 劉菊娥, 王殿元.渤西油田群電站方案研究對比[J]. 中國海上油氣(工程),1996，8(4)：16-19.

[3] 陳華平. 主電站設(shè)計及原動機選型探討[J]. 中國海上油氣(工程), 2000，12(6)：51-56.

[4] 杜佳.海上天然氣平臺主電站設(shè)計案例分析[J].價值工程，2013(15):41-42.

[5] 劉思峰，黨耀國，方志耕，等.灰色系統(tǒng)理論及其應(yīng)用[M].北京：科學出版社，2007.

[6] 魏紅，李享英，王學軍.灰色關(guān)聯(lián)度分析在企業(yè)技術(shù)中心效益綜合評價中的應(yīng)用[J].科技管理研究，2007(11):67-70.

[7] 紀鋼，張曼，陳寧.材料腐蝕與環(huán)境因子灰色關(guān)聯(lián)度分析與實現(xiàn)[J].重慶理工大學學報(自然科學版)，2012，26(2)：71-75.

Optimum Selection of Offshore Platform Main Power Plant Based on Gray Cognate Analysis Method

HAO Ming, MA Jinxi, CHEN Fengbo, GAO Guoqiang, ZOU Changming,ZHOU Xingang ,WANG Wanxu

(Bohai Oil Research Institute，Tianjin Branch of CNOOC Ltd.，Tianjin 300452，China)

The effects of associated gas utilization ratio, maximum load rate of power generator, initial in vestment, discount of fuel oil consumption cost ,discount of power plant maintenance cost, areas and weight on the optimal selection of the power plants are analyzed by gray cognate analysis method. The optimum scheme of the power plant is determined quantitatively. It provides a new quantitative analysis method for the optimal selection of power plant on offshore platform.

offshore platform；optimization of power plant；gray cognate analysis

2016-05-31

郝 銘(1987-)，男，助理工程師

1001-4500(2017)02-0021-05

TE54

A