灰关联熵分析方法在炼化装置加热炉综合评价上的应用

孙文刚 葛玉龙（中海油炼油化工科学研究院）

灰关联熵分析方法在炼化装置加热炉综合评价上的应用

孙文刚 葛玉龙（中海油炼油化工科学研究院）

加热炉是炼化装置主要耗能设备之一，有必要对其运行状况进行及时、全面的综合评价。现行的加热炉评价通常以热效率作为主要指标，如烟气氧含量、过剩空气系数、排烟温度、表面温度等指标仅做参考，因此不能全面反映出加热炉运行的综合性能。通过使用基于熵权的灰关联法，通过计算某炼化项目加热炉各评价指标的影响权重、各加热炉对理想状态的关联度及各指标对热效率的影响比例，得出了各加热炉的综合排名。提出了加热炉改造优化的参考顺序，为企业加热炉的节能优化工作提供了具有可操作性的依据。

加热炉；热效率；灰关联

建立能耗评价体系，是炼油企业科学节能降耗的基础工作。加热炉作为炼油厂消耗燃料的主要设备，其燃料能耗占炼油厂总能耗的30%～50%[1]。目前石化行业对加热炉节能监测主要依据的评价指标主要有热效率、排烟温度、炉体表面温度、过剩空气系数、烟气氧含量等，很多企业仅将热效率作为加热炉的主要评价指标[2]，其他指标作为参考，且评价标准仅限于是否合格。由于热效率只是直接反映了加热炉对热能利用程度，并不能完全代表加热炉的总体运行状况。如果出现2台炉热效率相同但是其他指标不同的情况，对2台加热炉的评价将无法进行，不利于加热炉精细化、体系化管理。因此有必要找出各项指标对加热炉运行的影响程度，建立加热炉综合评价标准。通过运用邓聚龙、张岐山提出的灰关联熵分析方法[3-5]，结合近期对某炼化项目26台加热炉的标定数据，建立加热炉运行情况综合排名，为加热炉节能降耗提供有价值的参考信息。

1 灰关联熵分析方法

灰色系统理论[6]是华中理工大学邓聚龙教授于1982年创立，主要研究对象是“部分信息已知、部分信息未知”的“小样本”、“贫信息”不确定性系统。二十多年的时间里，灰色理论渗在众多的科研领域得到了广泛应用和发展。灰色关联度分析是灰色系统理论的基本内容，其基本思想是根据曲线几何形状的相似程度来判别其联系是否紧密。曲线越接近，相应序列之间的关联度就越大，否则关联度较小。

传统灰关联理论在计算关联度时，关联系数取各点关联测度值的平均值，然而，各序列的指标所占的权重即对总指标的影响程度是不应该相同的，取平均值会造成有效信息的损失。为避免这个缺点，又引进了灰关联熵的概念。在信息论中，熵被定义为一个随机事件的不确定性或信息度的量度。信息的不确定性越高，熵就越高，其提供的信息量效用值就越小，其权重也就越小，反之则越大。在灰关联分析中应用熵权法来确定多指标的权重，就可以得到可信度高的指标权重值。具体数学模型及计算公式参见《灰关联熵分析方法》[3]。

2 加热炉运行综合评定

以某炼化项目为例，对其加热炉运行情况进行综合评价。

2.1 确定熵权

根据定义计算得出各评价指标的熵，加热炉评价指标的熵值及熵权，见表1。

表1 加热炉评价指标的熵值及熵权

由表1可知，各项评价指标对加热炉综合指标的影响并非相同，各指标的权重由大到小依次为：热效率、排烟温度、炉表温度、氧含量、过剩空气系数。

2.2 关联度计算

根据《中国石化炼化企业加热炉管理规定》的要求，结合加热炉制造水平，现场操作经验及合理成本因素，将加热炉最佳运行状态的各参数值规定为：排烟温度小于或等于135℃，炉表温度小于或等于45℃，过剩空气系数1.2，氧含量4%，热效率大于或等于92%。并将此序列作为综合评价的参考序列X0=计算出各加热炉针对参考序列的关联度，处理结果见表2。

从表2可以看出，热效率趋势与关联度的趋势大致相同，在加热炉评价标准中以热效率为主要依据是有一定道理的。但是在细节方面，热效率指标不能完全反应出加热炉的综合运行状况。以101-F301和101-F401为例，101-F301的热效率为92.67%，关联度排名第1位，101-F401的热效率为93.07%，关联度排名第13位。其主要原因就在于考虑了氧含量等其他评价指标的权重影响。

2.3 热效率的影响因素

热效率是加热炉运行状况的主要评价，影响加热炉热效率的因素有很多，其中排烟温度炉体外表面温度烟气氧含量三个因素影响较大，使用传统灰色关联分析法，经过计算得到各因素的关联度为：γ01=0.665 1，γ02=0.69，γ03=0.67，其关联序为：γ02、γ03、γ01，可知各因素对热效率的影响大小表现为炉表面温度、烟气氧含量、排烟温度。

3 结论

1）通过对某炼化项目26台加热炉进行基于熵权法的灰关联分析，得出了各项评价指标在加热炉运行综合状况评价中的影响权重。同时以关联度数值的大小为标准，将各加热炉进行排名，减少了人为因素在加热炉排名过程中造成的影响。

表2 加热炉灰色关联度统计

2）某炼化项目如果准备继续提高加热炉热效率，总体上应该尝试从降低加热炉表面温度入手。如果准备提高加热炉综合运行水平，则应该首先尝试降低排烟温度。至于改造难度、资金成本方面的权衡，则应综合考虑。

3）虽然加热炉综合性能的提升并不是无限的，但是在现有条件下不断探索优化加热炉最优运行参数，找出最佳参考序列，进一步应用灰关联分析方法，得到各加热炉综合排名。在节能降耗改造过程中按照排名先后顺序，优先改造权重较大的加热炉，逐步有序提升加热炉综合性能，将有利于建立加热炉综合评价的管理体系。

[1]王宁，马方义，左甜，等.工业加热炉中燃气节能器的应用与评价[J].石油石化节能，2017，（7）1：18-20.

[2]汪佳，刘富余，曾庆峰，等.炼化企业工艺加热炉节能运行的综合评价[J].石油石化节能，2012，（2）9：1-5.

[3]张岐山，郭喜江，邓聚龙.灰关联熵分析方法[J].系统工程理论与实践，1996（8）：8-12.

[4]赵晓芬.灰色系统理论概述[J].吉林省教育学院学报，2011（3）：152-154.

[5]刘思峰.灰色系统理论的产生与发展[J].南京航空航天大学学报，2004（2）：267-272.

[6]邓聚龙.灰色系统理论教程[M].武汉：华中理工大学出版社，1990：33-84.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.11.008

孙文刚，工程师，1997年毕业于中国石油大学（华东），从事设备管理工作，E-mail：sunwg2@cnooc.com.cn，地址：山东省青岛市黄岛区千山北路575号中海油炼油化工科学研究院（青岛），266500。

2017-06-08

（编辑 沙力妮）

全国石油天然气标准化技术委员会油气田节能节水分技术委员会暨石油工业节能节水专业标准化技术委员会2017年年会在大庆顺利召开

本刊讯 2017年10月11—12日，全国石油天然气标准化技术委员会油气田节能节水分技术委员会暨石油工业节能节水专业标准化技术委员会（简称节能专标委）2017年年会在黑龙江省大庆市东北石油大学召开。节能专标委委员、观察员、特邀代表和标准起草人共68人参加会议。中国石油天然气集团公司质量安全环保部副总经理、节能专标委主任委员黄飞，中国海洋石油总公司质量健康安全环保部副总经理、副主任委员魏文普，东北石油大学校长蒋明虎、副校长宋考平出席会议。会议由节能专标委秘书长李武斌、副秘书长黄金山主持。

会议总结了2017年度工作，研究讨论了2018年工作计划安排，审查通过了由节能专标委归口的1项国家标准和2项石油天然气行业标准送审稿，听取并审议通过了节能专标委2017年度工作报告及秘书处工作经费使用和预算情况报告。会上，来自中国石油规划总院、中国石化胜利石油管理局技术监督处、中国海油湛江分公司、东北石油大学土木建筑工程学院4位专家分别作了“油气田能源管控技术”、“胜利油田地热及污水余热利用”、“中国海油湛江分公司节能增效与能源管理体系构建”、“油田及储运系统节能降耗理论与技术”4个技术报告；与会代表参观了大庆油田能源管控示范工程——庆新油田公司能源管控中心。最后，黄飞主任委员作了会议总结讲话，介绍了我国能源总体生产与消费状况以及今年以来国家节能工作的新政策、新举措，并对相关政策进行了分析解读。

据悉，节能专标委于1997年成立，是承担石油天然气工业上游领域节能节水国家标准和石油天然气行业标准制修订工作和管理工作的技术组织。20年来，先后组织制定了30多项国家和石油天然气行业节能节水标准，为推动我国石油工业的节能节水工作提供了重要的技术支持和基础保障。