油气田加热炉改造节能评价体系研究

2022-08-25黄鹤楠

石油石化绿色低碳 2022年4期

黄鹤楠

（中国石油辽河油田公司安全环保技术监督中心，辽宁盘锦 124010）

目前对各节能技术（产品）尚无单独的综合评价方法，无法获取节能技术（产品）对加热炉热效率提升的贡献多大[1]。且使用一段时间后，现有工况、运行条件与之前有一定差异，监测结果也不一样，而且对提效技术的评价应该是多方面的，不仅仅是节能效果这一个方面，因此需要建立一套适用于现场应用的综合评价体系[2-3]。

1 常用的评价方法

常用的评价方法包括专家咨询法、德尔菲法、模糊评价法等，详见表1。

表1 常用评价方法统计

通过对目前油气田使用的成熟可靠的加热炉提效技术进行调研，综合考虑提效效果、经济效益、管理、改进难易等因素，对提效技术进行综合评价，减少技术在不同容量加热炉上使用效果不同的影响，对技术本身的相对优劣程度进行评价。结合定量评价提效技术并筛选、技术评价的影响因素较多、兼有绝对指标和相对指标、评价指标的最优值确定等四个方面的因素，选择灰色关联综合评价法。

2 构建评价指标体系

2.1 综合评价指标分级

按照提效效果、经济性、技术性、管理难易等因素，构建了三级指标评价体系，详见表2。

表2 加热炉提效综合评价指标体系

2.2 普通指标

炉效提高百分点指报告期加热炉热效率与相应的基期加热炉热效率之差[4]。

单位节能能力指应用于不同容量的加热炉的提效技术，将年节能能力折算到单位容量的节能量[5]。

万元投资节能量指某项技术实施后形成的年节能量与总投资的比值，表示单位投资所形成的节能能力[6]。

静态投资回收期指以项目产生的经济效益回收项目投资所需要的时间。

有效使用年限指某项技术实施后发挥作用的时间。

2.3 技术水平

技术水平是指某项技术在国际、国内同类技术中所处的水平，加热炉技术水平评价指标见表3。

表3 加热炉技术水平评价指标

企业一般指技术达到油气田企业的平均水平，或该项技术已逐步被其他技术替代。企业先进指技术达到油气田企业先进水平，或该技术在某个油气田企业的相同生产情况下优于其他技术，但却不一定适用于生产情况不同的其他油气田企业；或在企业刊物、地方刊物可以检索。国内先进指技术含量较高，达到国内同类技术先进水平；或该技术在国内业界得到认同，国内可以运行的厂商或者技术服务商不超过10家；或该技术在国内核心期刊可以检索，所形成的论著影响因子高于0.115（含）。国内领先表示技术含量高，达到国内同类技术领先水平；或该技术在国内业界得到首肯，国内可以运行的厂商或者技术服务商不超过3家；或该技术在SCI、EI、ISTP可以检索，所形成的论著影响因子高于0.247（含）。国际先进指技术含量非常高，效果优于同类技术，达到国际同类技术先进水平。

2.4 改造难度系数

改造难度系数指某项技术进行加热炉改造，该技术改造的难易程度，评价指标见表4。

表4 加热炉改造难度评价指标

非常容易指该项技术实施时，加热炉运行或停工期间24个工时内即可实施，无需拆卸加热炉本体就可以实现。容易指该技术实施时，加热炉运行或停产期间3个工作日内可以实施，需要对加热炉本体外围设施简单拆装可以实现。一般指该技术实施时，加热炉运行或停产期间5个工作日以内，需要对加热炉本体进行拆装，但是机械工作量并不大。困难指该技术实施时，加热炉运行或停产期10个工作日以内，需要对加热炉本体进行拆装，机械工作量较大。非常困难指该技术实施时，加热炉需停产10个工作日（含）以上，机械工作量非常大，甚至需要返回制造厂商才可以实现。

2.5 操作维护系数

操作维护系数指某种技术实施后，在生产管理、维护方面的便捷程度，主要考虑的因素有技术故障率、维护难易程度、维修维护成本、施工条件及对正常生产的影响等，评价指标见表5。

表5 加热炉操作维护评价指标

非常容易指该技术使用时，无需维护，定期检修时间达2年（含）以上，油田生产人员即可实施现场更换保养，工作量小。容易指该技术使用时，需简单维护，定期检修时间达1年（含）以上，油田生产人员即可实施现场更换保养，具有一定工作量。一般指该技术使用时，需定期维护，定期检修时间达6个月（含）以上，需专人进行更换保养。复杂指该技术使用时，需定期维护，定期检修时间达1个月（含）以上，需厂商或技术服务商专人进行更换保养，具有一定的维修周期。非常复杂指技术使用时，短期需人工巡检，更换保养需返厂才可以实现。

3 指标关联度

3.1 构建指标矩阵

N项加热炉提效技术，每项技术有8个评价指标，构建指标矩阵见式（1）：

效益型指标包括炉效提高百分点、单位节能能力、万元投资节能量、技术寿命；技术水平成本型指标包括投资回收期、改造难度系数、操作管理系数。

同时，需确定参考序列，即指标矩阵中的最优样本，见式（2）。最优样本序列是综合评价每项技术各指标优劣的参考标准。确定原则是效益型指标越大越优、成本型指标越小越优。

式中：x0j为最优样本序列；xmax为n项技术中8项评价指标的最优值。

各项指标有不同的计量单位，原始数据存在量纲和数量级的差异，各评价指标间不具可比性。因此，需对指标值进行正态标准化处理来消除量纲的影响。为了便于对各项评价指标进行比较，对各指标进行数据规范化，采用直线型无量纲化方法，见式（3）。

3.2 关联度

3.2.1 关联系数

关联度是评价指标值与最优参考序列间关联性的量度，只能衡量评价指标间密切程度的相对大小，它反映了各提效技术的评价指标对于同一最优序列的“优劣”关系。为了确认各项指标的关联程度，需要确定指标值的关联系数。

第i项技术的指标序列可以表示为：

第i项技术各个指标与参考序列各指标对应值差值的绝对值可表示为：

Δ（min）和Δ（max）分别是所有n项技术的指标序列与参考序列的绝对差值中的最小者和最大者。

第i项技术的指标序列与参考序列的关联系数：

式中，ρ为分辨系数。

3.2.2 分辨系数

分辨系数表示对关联系数的影响程度。若取值较大，说明该指标对关联系数的影响程度较小；反之亦然。为了避免干扰较大时的影响，分辨系数在干扰很大的情况下应尽量取小值以削弱干扰。各类别技术之间提效性、经济性、技术性、管理性等相差较大，因此指标评价值整体性较差，离散程度较大。最优参考序列是一定的，选取参考序列不存在干扰。经测算，分辨系数对各指标的影响效果是同势的。分辨系数越大，相对指标得分越高；分辨系数的大小对最优指标的影响，小于分辨系数对一般指标的影响。例如当分辨系数分别取0.8和0.5时，最优指标相差只有1.6%，但是最差指标相差达24.4%。为了更好的筛选提效技术，提高指标差异，杜绝近似值影响评价效果，结合相关文献，参考《灰色系统理论教程》分辨系数的经验值，分辨系数取0.5[7]。

3.3 确定指标权重

被评价指标在综合评价中所占的权重不同，有些指标对技术整体综合水平的影响较大，有些影响较小，需确定各个评价指标的权重系数，以便客观综合评价各项技术的相对优劣。该项目拟采用主观赋权法和客观赋权法相结合的方法确定权重系数。

3.3.1 专家赋权法

在国内石油行业中国石油集团公司节能管理、规划设计、现场管理等领域，选择充分了解并掌握加热炉提效技术的进展、效果的代表性专家，按照“客观、公正、有针对性、配置合理”原则，对影响每种技术效果的各项因素进行赋权打分，经平均法确定加热炉提效技术评价指标体系各级指标的权重系数。

3.3.2 熵值法

用熵值法确定各指标权重，有效避免了评价过程中的人为因素的干扰，使评价结果更为客观、准确。熵值越小，系统无序度越低，信息的效用值越大，指标的权重越大；熵值越大，系统无序度越高，信息的效用值越小，指标的权重也越小。共8个指标、n项被评价技术，第i个指标的熵为：

fij表示系统所处的某种状态的概率。

将专家賦值法得到的主观权重和熵值法得到的客观权重进行平均，得到每项技术的各个评价指标的权重ωi。

4 综合评价模型

4.1 综合评价模型

建立综合评价模型：

Ei为第i项技术的综合评价分值；ωj为第j项指标的权重系数；ξij为第i项技术的第j项评价指标与该指标最优参考指标的关联度。

由综合评价模型计算的E即为各被评价技术的综合评价分值，得分越高，则技术的综合水平越高，反之则越低。

4.2 提效评价模型

建立提效评价模型：

由提效评价模型计算的Eef即为各项评价技术的综合提效评价分值，得分高，则技术的提效性越好，反之较差。

4.3 经济评价模型

建立经济评价模型：

由经济评价模型计算的Eec即为各被评价技术的经济评价分值，得分越高，则技术的经济性越好，反之较差。

表6 加热炉综合评价指标权重

4.4 技术水平评价模型

建立技术水平评价模型：

由技术水平评价模型计算的Ete即为各被评价技术的技术评价分值，得分越高，则技术的技术水平越好，反之较差。

4.5 管理评价模型

建立管理评价模型：

由管理评价模型计算的Ema即为各被评价技术的管理评价分值，得分越高，则技术的管理性越好，反之较差。

5 实际应用

通过对各油气田企业加热炉提效技术进行筛选评价，研究编制包括高效燃烧器、自动控制、烟气余热回收、高效换热、阻垢防垢等五大类共22项加热炉提效单项技术的应用指南，对技术原理、优缺点、应用效果、适用条件、技术来源及注意事项等详细说明。辽河油田在加热系统通过应用高效燃烧器，余热回收等加热炉提效技术，累计应用125台次，投入资金256余万元，实现加热炉效率由80.2%提高到85.8%，节能1 832吨标煤，创效293.12万元，详见表7。