灰色關聯(lián)技術(shù)在集輸系統(tǒng)效率中的應用

歐陽東旭，左曉明，殷建鵬(中國石油工程建設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代的來臨，國內(nèi)對企業(yè)的用能行為進行規(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)相對復雜，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)能源利用率關鍵影響因素研究，符合國家的產(chǎn)業(yè)政策和發(fā)展方向。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

近年來，中國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]。油田站場的油氣處理、集輸系統(tǒng)處理能力不強，主要存在能耗高、效率低、檢測數(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備，改進處理工藝等。但大多數(shù)情況并不能找出并針對最主要影響因素進行改進。因此將灰色關聯(lián)應用在油田站場中可大大提高解決問題的能力。

1.3 本文研究內(nèi)容

(1)調(diào)研華北油田集輸系統(tǒng)現(xiàn)狀、加熱爐，并現(xiàn)場測試各路進站介質(zhì)出站介質(zhì)溫度壓力等參數(shù)；測量用能設備運行參數(shù)。

(2)使用灰色關聯(lián)技術(shù)計算影響系統(tǒng)效率的各個因子的關聯(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 工藝簡述

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

3 灰色關聯(lián)技術(shù)研究

3.1 灰色關聯(lián)理論簡介

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)，這是著名學者鄧聚龍教授首創(chuàng)的一種系統(tǒng)科學理論[4]?；疑到y(tǒng)理論包括灰色評價、灰色關聯(lián)分析等。其中的灰色關聯(lián)分析是根據(jù)各因素變化曲線幾何形狀的相似程度，來判斷因素之間關聯(lián)程度的方法。

灰色關聯(lián)分析的具體計算步驟如下：

(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)的各個因素所組成的數(shù)據(jù)序列

設參考數(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

因為整個系統(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比困難。據(jù)此原因在進行灰色關聯(lián)度的分析時，需要消除各因素的物理意義，也就是進行無量綱化處理。將矩陣中的每一個數(shù)均除以矩陣中的第一個數(shù)，便得到了一個新矩陣即進行初值化處理；對矩陣中所有元素進行平均值計算，將原矩陣中的所有數(shù)據(jù)均除以此平均值，便得到新矩陣即進行均值化處理。

(3)計算關聯(lián)系數(shù)

X0(k)與Xi(k)的關聯(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，是因為當ρ≤0.546時，分辨力最好，具體取值可根據(jù)實際情況具體分析，選擇適宜的當ρ值。

(4)計算關聯(lián)度

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

(5)關聯(lián)度排序

對上一步計算得出關聯(lián)度進行比較，并按數(shù)值大小進行排序，可以得到各影響因子對系統(tǒng)整體的影響，從而可以得到最主要的影響因子。

3.2 關聯(lián)度計算方法

總結(jié)了灰色關聯(lián)的計算方法和應用范圍，按照計算方法對加熱爐效率以及系統(tǒng)站能源效率進行綜合分析與計算，得到了相應的關聯(lián)度，確定了對相應效率影響最大的因子。下面對關聯(lián)度計算情況進行介紹。

(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)為對應的影響因子，如此得到一個1*n的矩陣(行*列，下同)；②根據(jù)灰色關聯(lián)計算要求，至少需要4組原始數(shù)據(jù)在計算后的關聯(lián)度才具有參考價值與現(xiàn)實意義，因此，對每一個變量單獨進行5%(5%為按照實際情況波動而確定，因此不能增幅過多)的增幅，得到一個m*n的矩陣。

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

(3)無量綱處理：用所有數(shù)據(jù)與相應列的平均數(shù)進行相除，以此對數(shù)據(jù)進行無量綱處理，得到一個m*n的矩陣。

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

(6)計算關聯(lián)系數(shù)：對矩陣(4)中每一個數(shù)據(jù)，引用公式(4)，如此得到一個m*(n-1)的矩陣。

(7)計算關聯(lián)度：對矩陣(6)中每一列數(shù)據(jù)引用公式(5)進行計算，得到一個1*(n-1)的矩陣。

(8)對關聯(lián)度矩陣中數(shù)據(jù)進行排列，其中數(shù)據(jù)最大的值對應的因子，就是最重要的影響因子。

3.3 灰色關聯(lián)計算結(jié)果

3.3.1 站能源效率灰色關聯(lián)

通過計算，古一站能源效率灰色關聯(lián)影響因子從大到小排列為：各路進站介質(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；站燃氣消耗量；站耗電量。

3.3.2 加熱爐效灰色關聯(lián)

通過計算，加熱爐灰色關聯(lián)影響因子從大到小排列為：介質(zhì)進口溫度、介質(zhì)出口溫度、被加熱介質(zhì)流量、燃氣消耗量、入爐冷空氣溫度、排煙溫度、燃氣消耗量等。

4 結(jié)語

關聯(lián)度的大小直接表明此因素對于結(jié)果的影響程度大小。關聯(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：對于站能源效率來說，關聯(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。對于加熱爐通過灰色關聯(lián)發(fā)現(xiàn)，被加熱介質(zhì)的出口溫度以及流量關聯(lián)度大，可從加熱爐維護方面減少熱能浪費，合理降低介質(zhì)出口溫度從而提高效率。在實際的現(xiàn)場數(shù)據(jù)獲取過程中還存在缺乏計量工具和運行工況有調(diào)整的問題，若要全面提高效率需要同步提升計量手段，找到系統(tǒng)的薄弱部分進行針對性改進，降低維護成本，進而更好地促進油田穩(wěn)定發(fā)展。