油氣田加熱爐改造節(jié)能評價體系研究

黃鶴楠

（中國石油遼河油田公司安全環(huán)保技術(shù)監(jiān)督中心，遼寧盤錦 124010）

目前對各節(jié)能技術(shù)（產(chǎn)品）尚無單獨(dú)的綜合評價方法，無法獲取節(jié)能技術(shù)（產(chǎn)品）對加熱爐熱效率提升的貢獻(xiàn)多大[1]。且使用一段時間后，現(xiàn)有工況、運(yùn)行條件與之前有一定差異，監(jiān)測結(jié)果也不一樣，而且對提效技術(shù)的評價應(yīng)該是多方面的，不僅僅是節(jié)能效果這一個方面，因此需要建立一套適用于現(xiàn)場應(yīng)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(tǒng)計

通過對目前油氣田使用的成熟可靠的加熱爐提效技術(shù)進(jìn)行調(diào)研，綜合考慮提效效果、經(jīng)濟(jì)效益、管理、改進(jìn)難易等因素，對提效技術(shù)進(jìn)行綜合評價，減少技術(shù)在不同容量加熱爐上使用效果不同的影響，對技術(shù)本身的相對優(yōu)劣程度進(jìn)行評價。結(jié)合定量評價提效技術(shù)并篩選、技術(shù)評價的影響因素較多、兼有絕對指標(biāo)和相對指標(biāo)、評價指標(biāo)的最優(yōu)值確定等四個方面的因素，選擇灰色關(guān)聯(lián)綜合評價法。

2 構(gòu)建評價指標(biāo)體系

2.1 綜合評價指標(biāo)分級

按照提效效果、經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性、管理難易等因素，構(gòu)建了三級指標(biāo)評價體系，詳見表2。

表2 加熱爐提效綜合評價指標(biāo)體系

2.2 普通指標(biāo)

爐效提高百分點(diǎn)指報告期加熱爐熱效率與相應(yīng)的基期加熱爐熱效率之差[4]。

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

萬元投資節(jié)能量指某項(xiàng)技術(shù)實(shí)施后形成的年節(jié)能量與總投資的比值，表示單位投資所形成的節(jié)能能力[6]。

靜態(tài)投資回收期指以項(xiàng)目產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益回收項(xiàng)目投資所需要的時間。

有效使用年限指某項(xiàng)技術(shù)實(shí)施后發(fā)揮作用的時間。

2.3 技術(shù)水平

技術(shù)水平是指某項(xiàng)技術(shù)在國際、國內(nèi)同類技術(shù)中所處的水平，加熱爐技術(shù)水平評價指標(biāo)見表3。

表3 加熱爐技術(shù)水平評價指標(biāo)

企業(yè)一般指技術(shù)達(dá)到油氣田企業(yè)的平均水平，或該項(xiàng)技術(shù)已逐步被其他技術(shù)替代。企業(yè)先進(jìn)指技術(shù)達(dá)到油氣田企業(yè)先進(jìn)水平，或該技術(shù)在某個油氣田企業(yè)的相同生產(chǎn)情況下優(yōu)于其他技術(shù)，但卻不一定適用于生產(chǎn)情況不同的其他油氣田企業(yè)；或在企業(yè)刊物、地方刊物可以檢索。國內(nèi)先進(jìn)指技術(shù)含量較高，達(dá)到國內(nèi)同類技術(shù)先進(jìn)水平；或該技術(shù)在國內(nèi)業(yè)界得到認(rèn)同，國內(nèi)可以運(yùn)行的廠商或者技術(shù)服務(wù)商不超過10家；或該技術(shù)在國內(nèi)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(nèi)領(lǐng)先表示技術(shù)含量高，達(dá)到國內(nèi)同類技術(shù)領(lǐng)先水平；或該技術(shù)在國內(nèi)業(yè)界得到首肯，國內(nèi)可以運(yùn)行的廠商或者技術(shù)服務(wù)商不超過3家；或該技術(shù)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(jìn)指技術(shù)含量非常高，效果優(yōu)于同類技術(shù)，達(dá)到國際同類技術(shù)先進(jìn)水平。

2.4 改造難度系數(shù)

改造難度系數(shù)指某項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行加熱爐改造，該技術(shù)改造的難易程度，評價指標(biāo)見表4。

表4 加熱爐改造難度評價指標(biāo)

非常容易指該項(xiàng)技術(shù)實(shí)施時，加熱爐運(yùn)行或停工期間24個工時內(nèi)即可實(shí)施，無需拆卸加熱爐本體就可以實(shí)現(xiàn)。容易指該技術(shù)實(shí)施時，加熱爐運(yùn)行或停產(chǎn)期間3個工作日內(nèi)可以實(shí)施，需要對加熱爐本體外圍設(shè)施簡單拆裝可以實(shí)現(xiàn)。一般指該技術(shù)實(shí)施時，加熱爐運(yùn)行或停產(chǎn)期間5個工作日以內(nèi)，需要對加熱爐本體進(jìn)行拆裝，但是機(jī)械工作量并不大。困難指該技術(shù)實(shí)施時，加熱爐運(yùn)行或停產(chǎn)期10個工作日以內(nèi)，需要對加熱爐本體進(jìn)行拆裝，機(jī)械工作量較大。非常困難指該技術(shù)實(shí)施時，加熱爐需停產(chǎn)10個工作日（含）以上，機(jī)械工作量非常大，甚至需要返回制造廠商才可以實(shí)現(xiàn)。

2.5 操作維護(hù)系數(shù)

操作維護(hù)系數(shù)指某種技術(shù)實(shí)施后，在生產(chǎn)管理、維護(hù)方面的便捷程度，主要考慮的因素有技術(shù)故障率、維護(hù)難易程度、維修維護(hù)成本、施工條件及對正常生產(chǎn)的影響等，評價指標(biāo)見表5。

表5 加熱爐操作維護(hù)評價指標(biāo)

非常容易指該技術(shù)使用時，無需維護(hù)，定期檢修時間達(dá)2年（含）以上，油田生產(chǎn)人員即可實(shí)施現(xiàn)場更換保養(yǎng)，工作量小。容易指該技術(shù)使用時，需簡單維護(hù)，定期檢修時間達(dá)1年（含）以上，油田生產(chǎn)人員即可實(shí)施現(xiàn)場更換保養(yǎng)，具有一定工作量。一般指該技術(shù)使用時，需定期維護(hù)，定期檢修時間達(dá)6個月（含）以上，需專人進(jìn)行更換保養(yǎng)。復(fù)雜指該技術(shù)使用時，需定期維護(hù)，定期檢修時間達(dá)1個月（含）以上，需廠商或技術(shù)服務(wù)商專人進(jìn)行更換保養(yǎng)，具有一定的維修周期。非常復(fù)雜指技術(shù)使用時，短期需人工巡檢，更換保養(yǎng)需返廠才可以實(shí)現(xiàn)。

3 指標(biāo)關(guān)聯(lián)度

3.1 構(gòu)建指標(biāo)矩陣

N項(xiàng)加熱爐提效技術(shù)，每項(xiàng)技術(shù)有8個評價指標(biāo)，構(gòu)建指標(biāo)矩陣見式（1）：

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

同時，需確定參考序列，即指標(biāo)矩陣中的最優(yōu)樣本，見式（2）。最優(yōu)樣本序列是綜合評價每項(xiàng)技術(shù)各指標(biāo)優(yōu)劣的參考標(biāo)準(zhǔn)。確定原則是效益型指標(biāo)越大越優(yōu)、成本型指標(biāo)越小越優(yōu)。

式中：x0j為最優(yōu)樣本序列；xmax為n項(xiàng)技術(shù)中8項(xiàng)評價指標(biāo)的最優(yōu)值。

各項(xiàng)指標(biāo)有不同的計量單位，原始數(shù)據(jù)存在量綱和數(shù)量級的差異，各評價指標(biāo)間不具可比性。因此，需對指標(biāo)值進(jìn)行正態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化處理來消除量綱的影響。為了便于對各項(xiàng)評價指標(biāo)進(jìn)行比較，對各指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)規(guī)范化，采用直線型無量綱化方法，見式（3）。

3.2 關(guān)聯(lián)度

3.2.1 關(guān)聯(lián)系數(shù)

關(guān)聯(lián)度是評價指標(biāo)值與最優(yōu)參考序列間關(guān)聯(lián)性的量度，只能衡量評價指標(biāo)間密切程度的相對大小，它反映了各提效技術(shù)的評價指標(biāo)對于同一最優(yōu)序列的“優(yōu)劣”關(guān)系。為了確認(rèn)各項(xiàng)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)程度，需要確定指標(biāo)值的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

第i項(xiàng)技術(shù)的指標(biāo)序列可以表示為：

第i項(xiàng)技術(shù)各個指標(biāo)與參考序列各指標(biāo)對應(yīng)值差值的絕對值可表示為：

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

第i項(xiàng)技術(shù)的指標(biāo)序列與參考序列的關(guān)聯(lián)系數(shù)：

式中，ρ為分辨系數(shù)。

3.2.2 分辨系數(shù)

分辨系數(shù)表示對關(guān)聯(lián)系數(shù)的影響程度。若取值較大，說明該指標(biāo)對關(guān)聯(lián)系數(shù)的影響程度較?。环粗嗳?。為了避免干擾較大時的影響，分辨系數(shù)在干擾很大的情況下應(yīng)盡量取小值以削弱干擾。各類別技術(shù)之間提效性、經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性、管理性等相差較大，因此指標(biāo)評價值整體性較差，離散程度較大。最優(yōu)參考序列是一定的，選取參考序列不存在干擾。經(jīng)測算，分辨系數(shù)對各指標(biāo)的影響效果是同勢的。分辨系數(shù)越大，相對指標(biāo)得分越高；分辨系數(shù)的大小對最優(yōu)指標(biāo)的影響，小于分辨系數(shù)對一般指標(biāo)的影響。例如當(dāng)分辨系數(shù)分別取0.8和0.5時，最優(yōu)指標(biāo)相差只有1.6%，但是最差指標(biāo)相差達(dá)24.4%。為了更好的篩選提效技術(shù)，提高指標(biāo)差異，杜絕近似值影響評價效果，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)，參考《灰色系統(tǒng)理論教程》分辨系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值，分辨系數(shù)取0.5[7]。

3.3 確定指標(biāo)權(quán)重

被評價指標(biāo)在綜合評價中所占的權(quán)重不同，有些指標(biāo)對技術(shù)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(biāo)的權(quán)重系數(shù)，以便客觀綜合評價各項(xiàng)技術(shù)的相對優(yōu)劣。該項(xiàng)目擬采用主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法相結(jié)合的方法確定權(quán)重系數(shù)。

3.3.1 專家賦權(quán)法

在國內(nèi)石油行業(yè)中國石油集團(tuán)公司節(jié)能管理、規(guī)劃設(shè)計、現(xiàn)場管理等領(lǐng)域，選擇充分了解并掌握加熱爐提效技術(shù)的進(jìn)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(shù)效果的各項(xiàng)因素進(jìn)行賦權(quán)打分，經(jīng)平均法確定加熱爐提效技術(shù)評價指標(biāo)體系各級指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。

3.3.2 熵值法

用熵值法確定各指標(biāo)權(quán)重，有效避免了評價過程中的人為因素的干擾，使評價結(jié)果更為客觀、準(zhǔn)確。熵值越小，系統(tǒng)無序度越低，信息的效用值越大，指標(biāo)的權(quán)重越大；熵值越大，系統(tǒng)無序度越高，信息的效用值越小，指標(biāo)的權(quán)重也越小。共8個指標(biāo)、n項(xiàng)被評價技術(shù)，第i個指標(biāo)的熵為：

fij表示系統(tǒng)所處的某種狀態(tài)的概率。

將專家賦值法得到的主觀權(quán)重和熵值法得到的客觀權(quán)重進(jìn)行平均，得到每項(xiàng)技術(shù)的各個評價指標(biāo)的權(quán)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(xiàng)技術(shù)的綜合評價分值；ωj為第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)；ξij為第i項(xiàng)技術(shù)的第j項(xiàng)評價指標(biāo)與該指標(biāo)最優(yōu)參考指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度。

由綜合評價模型計算的E即為各被評價技術(shù)的綜合評價分值，得分越高，則技術(shù)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(xiàng)評價技術(shù)的綜合提效評價分值，得分高，則技術(shù)的提效性越好，反之較差。

4.3 經(jīng)濟(jì)評價模型

建立經(jīng)濟(jì)評價模型：

由經(jīng)濟(jì)評價模型計算的Eec即為各被評價技術(shù)的經(jīng)濟(jì)評價分值，得分越高，則技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性越好，反之較差。

表6 加熱爐綜合評價指標(biāo)權(quán)重

4.4 技術(shù)水平評價模型

建立技術(shù)水平評價模型：

由技術(shù)水平評價模型計算的Ete即為各被評價技術(shù)的技術(shù)評價分值，得分越高，則技術(shù)的技術(shù)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(shù)的管理評價分值，得分越高，則技術(shù)的管理性越好，反之較差。

5 實(shí)際應(yīng)用

通過對各油氣田企業(yè)加熱爐提效技術(shù)進(jìn)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(xiàng)加熱爐提效單項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用指南，對技術(shù)原理、優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用效果、適用條件、技術(shù)來源及注意事項(xiàng)等詳細(xì)說明。遼河油田在加熱系統(tǒng)通過應(yīng)用高效燃燒器，余熱回收等加熱爐提效技術(shù)，累計應(yīng)用125臺次，投入資金256余萬元，實(shí)現(xiàn)加熱爐效率由80.2%提高到85.8%，節(jié)能1 832噸標(biāo)煤，創(chuàng)效293.12萬元，詳見表7。

表7 加熱爐提效技術(shù)應(yīng)用情況統(tǒng)計

首次研究提出“降低排煙溫度＋降低過?？諝庀禂?shù)技術(shù)集成”“降低過?？諝庀禂?shù)＋智能控制技術(shù)集成”“高效換熱＋降低過剩空氣系數(shù)技術(shù)集成”“降低過?？諝庀禂?shù)＋減少散熱損失技術(shù)集成”等4類共12項(xiàng)加熱爐提效集成技術(shù)。

6 結(jié)論

1）通過研究形成油氣田加熱爐單項(xiàng)提效技術(shù)綜合評價三級指標(biāo)體系，包括提效性、經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性、管理性四個維度共8項(xiàng)評價指標(biāo)。指標(biāo)設(shè)置科學(xué)、合理，評價指標(biāo)值易獲取、易量化。

2）在油氣田加熱爐單項(xiàng)提效技術(shù)綜合評價、提效性、經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性、管理性等維度評價中應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)綜合評價方法。評價過程綜合考慮客觀、主觀因素影響，結(jié)果合理，與現(xiàn)場實(shí)際吻合，易于操作。

3）根據(jù)篩選評價結(jié)果，研究編制了五大類共22項(xiàng)加熱爐提效單項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用指南，對技術(shù)原理、優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用效果、適用條件、技術(shù)來源及注意事項(xiàng)等詳細(xì)說明。

4）通過影響加熱爐運(yùn)行能效水平因素的分析，創(chuàng)建了集成技術(shù)評價方法。