（热能工程专业论文）基于灰色理论的油田联合站效能评价方法研究.pdf

基于灰色理论的油田联合站效能评价方法研究 赵小唆热能工程) 指导教师：扬德伟教授 串文擒要 油田联合站是油气集输系统的主要组成部分和耗能单元。其特点 是设备多、流稷眈较复杂。生产过程、设备和蠲、茏其是能源溺耗、 效率变化等因素，都直接影响着整个联仓站系统。油田避入特离含水 开发弱，这种影响更媚驻。可以看出，巍务之急是合理的评价联合站 的效能，促进节能降耗。因此，研究和分析联含站的各郎分以及整体 的效能，并给出一套合耀的效畿评价方法是非常必要的。 为了能够对联合站的效能霄个全蕊、科学的评价，本文首先确 定了联会始各类设备的效能评价指标，然后结合灰色理论，提出了联 合站设器效能评价方法，并以加热炉设螽为例送行了效2 评价。在此 基础上通过对备种可能的影晌因素指标的综合分析、比较，确怒了联 仑站效能的评价指标，并应用灰色关联分辑方法对这些指标作练会灰 色关联分析，给出了联合站效能的多指标综合评价方法。同时，应用 姥方法爻尊胜剩油田l o 寝联合站逑行了现状效能评价，绘如了其效能排 序结果；表明了该评价方法能够对油田联合站效能迸行科学、客观的 多指标综合评馀，在缀大程度上减少了谔徐过瑕中人为鼹素趵影响， 是切实可行的。 关键词：联合站，灰色理论，灰色关联分析，效能评价 a s t u d yo fe f f i c i e n c ye v a l u a t i o nm e t h o d o f o i lf i e l du n i t e ds t a t i o nb a s e do ng r e ys y s t e mt h e o r y z h a o x i a o m i n g ( t h e r m a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o ry a n gd e - w e i a b s t r a c t o i lf i e l du n i t e ds t a t i o nw i t hi t sc h a r a c t e r i s t i c so fm a n ye q u i p m e n t s a n dc o m p l e xf l o w , i sp r i m a r yp a r ta n de n e r g yc o n s u m p t i o nu n i to f o i l & g a s g a t h e r i n ga n dt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，a n dw a sa l s od i r e c t l y a f f e c t e d e s p e c i a l l yi nh i g hw a t e re x p l o i t a t i o nt i m eb yp r o d u c t i o n , e q u i p m e n t ， e n e r g yc o n s u m p d o n ，e f f i c i e n c yc h a n g ee t c o b v i o u s l y , s a v i n ge n e r g ya n d r e d u c i n gc o n s u m p t i o na r eu r g e n ta f f a i r s t h e r e f o r e ，i ti sv e r yn e c e s s a r yt o r e s e a r c ha n da n a l y z et h ep a r t i a la n dw h o l ee f f i c i e n c yo f t h eu n i t e ds t a t i o n , a n dg e tar i g h tm e t h o do f e f f i c i e n c ye v a l u a t i o n i nt h i sp a p e r , f g s f l y , t h et a r g e t so fe q u i p m e n t so ft h eu n i t e ds t a t i o n w e r ea n a l y z e da n dc o n f n m e d t h e n , b a s e do ng r e ys y s t e mt h e o r y , t h e m e t h o do fe f f i c i e n c ye v a l u a t i o no fe v e r yk i n do fe q u i p m e n ti nt h eu n i t e d s t a t i o nw a sf o u n d e d , a n dh e a t e re q u i p m e n t sw e r ee v a l u a t e da sa ne x a m p l e t oe x t e n dw 1 1 i e h , a d e q u a t e l yc o n s i d e r i n ga l lk i n do fp o s s i b l ei n f l u e n c e f a c t o r s ，t h et a r g e t so fe f f i c i e n c ye v a l u a t i o no ft h eu n i t e ds t a t i o nw e r e a n a l y z e da n dc o n f i r m e du s i n gg r a yr e l a t i o na n a l y s i sm e t h o d , a n da l l a l l - a r o u n de f f i c i e n c ye v a l u a t i o ns c h e m eo fm a n yf a c t o r sw a so b t a i n e d a t t h es a r l l et i m e , t e nu n i t e ds t a t i o n si ns h e n g l io i l f i e l dw e r ee v a l u a t e d a p p l y i n gt h i ss c h e m e t h er e s u l t s i n d i c a t et h a ti t sf e a s i b l et ou s eg r a y r e l a t i o na n a l y s i sm e t h o di nt h ee f f i c i e n c ye v a l u a t i o no f t h eu n i t e ds t a t i o n 。 k e yw o r d s ：o i lf i e l du n i t e ds t a t i o n ：g r e ys y s t e mt h e o r y ：g r e yr e l a t i o n a n a l y s i s ；e f f i c i e n c ye v a l u a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在哥师指导下进行的研究工作及 取缛的硪究成鬃。尽我蹶知，除了文中特别热以标注秘致谢懿地方终， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 孛嚣石漶大学或其宅敦肖撬穗懿学霞或涯睾蠢馁露过豹謇孝辩。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 签名：兰色，j = 翊 砌年， 月乡7 目 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国丽油丈学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留邀交论文鹃复印释及电予敝，允许论文被奁阅葙僚阅； 学校可以公布论文的全部或部分内容，w 以采用影印、缭印或其他复 制手段保存论文。 保密论文在勰密瑟应遵守韭乏撬是) 学生签名：主盘虫啦 删年f月 乡 豳 导师签名：j 热蔓啦一 旃 ， 月多 爨 中国i 油人( 华尔) 硕十论文第l 章前言 第l 章前言 1 1 论文研究的背景 暂油是嚣民经济的血液，随着我豳现代工业的发展，石油工业在 国民经济中占的地位越束越重要，浊嗣作为石油产出的地方，其重要 性就不言而喻了。就泊用的生产全局柬说，油气集输怒继油藏勘探、 油田玎发、采油工程之后的很壤要的生产阶段。如果说油减勘探是寻 找原荤 ，油罔丌发和菜油工程是提供原料，那么原油集输就是把油井 ，土产的浊气收集、输送和处理成合格殿油的过程。“。集输系统申集中 处理及污水处理建在一起叫做联合站。联合站是原油的处理中心，主 要是对含水原滋进行原油的分离、脱水及稳定处理，然后德到会格的 外输原油。因此，它怒油气集输系统的主要组成部分和耗能荤冗，它 主要其有以下譬夸点： ( 1 ) 系统设备较多 一令联合站系统往往十分庞大，其主要设器包括：分离器、缓冲 罐、脱水泵、脱水加热炉、脱水器、原油缓冲罐、稳定塔、稳定塔加 热炉、净化油罐、乡 输泵、渡爨诗、浮承缓砖罐、污承泵等，这些设 备可以分为：热力设备、动力设备、分离设备、脱水设备四大炎。 2 ) 系统具蠢程关镶 一个联合站是一个整体的流程，是一个系统，这个流程中每个环 蓼塞了趣题，或誊毒一点交讫帮会黠赘俸斡联会菇系绕造残影瞬，恣 就是说系统具商相关性，当某一设备参数发尘变化时，必然会影响到 霹箕稳鹱系熬设蚕懿参数。系统熬这耱穗关毪农绘联合菇系终豹磅嚣 带束了很大的难度。 ( 3 ) 系缝结擒滚翟豹多样魏 联合站的旗本流程如图1 1 ，但是，由于联合站系统的结构流程 与覆治鹣锈毪、建理郅壤等有缀夫关系，繇绫鑫涵疆黪联合逛系统结 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 构流程也不尽相同，甚至同一油田的不同的联合站也不尽相同，其系 统结构流程是复杂多样的。 ( 4 ) 系统效能指标较多 复杂的系统其所具有的功能往往是多方面的、综合性的。功能的 综合性决定了其效能指标的综合性。所以反映联合站系统效能的指标 也有很多个，如：加热炉平均运行效率要高、动力设备平均运行效率 要高、单耗要尽b r 能小、可靠性要尽可能高等。 循环泵 图1 1 联合站基本流程图 由上可见，联合站系统足一个复杂的系统，系统的效能受到很多 种因素的影响，而这些因素有的是确定的有的是不确定的，也就是说 反映其效能的指标是多个。因此，运用一定的数学理论研究联合站的 效能评价方法是当务之急。本论文正是在这样一种形势下，选择了应 用灰色理论为工具来研究联合站效能评价方法这样一个新课题。 1 2 论文研究的目的和意义 联合站是油田地面工程，特别是油气集输系统的重要组成部分、 功能单元和能耗单元，在实际生产中，联合站系统的主要设备都是常 2 中国f i 油人宁( 华尔) 顼十论文第1 章前言 年运行的设备，由于长时日j 运转，设施设备不仅安全性能有所下降， 而且在技术性能、使用性能、处理能力、处理效果等方面也在逐步下 降，为使达到原柬的处理效果，只有采取高能耗、高成本的办法，投 入大垦的人力物力维持生产。因此研究其效能评价方法，建立联合站 系统效能评价系统可以对现有设备、设施进行能力评价，为投资决策 提供科学依掘，保证设施安全、平稳、高效运行。而且对提高油田原 油采收率、降低原油丌采成本及促进节能降耗都具有卜分重要的理论 意义和实用价值。 本课题的研究目的是通过研究和分析联合站各部分以及整体的效 能影响因素，确立其效能评价指标；在此基础上建立一套合理，完善 的联合站设备及整体效能评价方法，使决策者能够根据评价结果了解 联合站的用能不合理之处及薄弱环节，进而能从更为广泛、深入的角 度考虑联合站的增效、节能降耗措施及技改重点。 1 3 论文研究的现状 从1 9 8 2 年邓聚龙教授创立灰色理论到今天，在这2 0 多年的时间里， 狄色系统理论就以其强大的生命力自立于科学之林，奠定了作为- f - j 新兴横断学科的学术地位【2 j 。其蓬勃生机和广阔前景j 下同益广泛地为 国际、国内各界所认识、所重视。现在灰色理论不仅在理论上迅速发 展，同臻完善，而且在社会、经济、科技、农业、工业，生态、气象、 石油、地质，水文、水利、医药，卫生、证券、会融、法律、军事等 系统的分析、建模、预测】、控制中得到同益广泛和深入的应用，取 得了一系列重大成果。狄色理论在系统评价上面也是得到了广泛的应 用，在企业竞争力【6 l 、大气环境质量 r l 、油气储层产能嘲，室内空气品 质【9 l 等许多方面得到应用。 从近年束的文献资料末看，对联合站的研究集中在三方面。一是 从整体上研究联合站的节能降耗 i o - 1 2 1 ；二是研究联合站工艺，如：原 油稳定1 1 3 - 1 5 1 ，原油脱水1 6 - 1 8 1 、泣水1 1 9 - 2 2 1 等；三是研究联合站某一类设 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 备，如：提高热力设备( 加热炉) 效率p 3 - 2 4 1 ，分析动力设备( 泵机组) 运行 瑗凌【2 舅，分离嚣效率磁究p 6 z r i 等。以上莠方瑟懿疆究赘敬餐了不错豹 成果。饭是，在这些研究中对油田联合站设备及憋体效能的研究很少， 葵效湃徐体系，基菸溪内、鬻矮，露没有一套完整、宠善的浮徐方 法。 经j 熏现场溺矮、与现场鼓拳久受、磅究入樊鹣交流发理，魏在疆 场常采用人为的比较一个或几个指标的方法来评价某一类设备的效能 缆劣。铤舞：辩子联合菇戆熬力浚各，魄较茭运行效率；对予动力设 备来说，比较其机组运行效率；对于分离器、脱水设备比较其出油含 农纛塞窳含洼指标。霹裁会菇系统整俸效筢评价方法也楚应露澍洋翡 方法，酋先计算出整个站的一些指标，如：站效、单耗臀，然聪通过 分褥这登指标泉翔断效缝豹爨劣。 上述方法没有一个统的理论依据和判断标准，在指标较少的情 况下( 一捌两个) 这种方法还摹零母行。筑是，不管是对演困联合菇设 备还是对整个联合站系统，其效能都受到很多种因素的影响，搿这些 因素有的是确定鹃有的怒不确定的，也就是说箕效能指标应是多个。 在这种多指标的情况下，上述评价方法就显的缺乏科学理论依据。因 魏，这疆弓| 入了灰色理论于# 为磷究豹理论，奉论文的磺究是一个新的 课题。 1 4 论文研究的内容 本论文懿磷究内容有戳下奠方瑟： 第一、本论文将首先对研究的理论工具一灰色系统理论( g r e y s y s t e m 瓢e o r y ) 及其灰色关联分褥方法徽理论方法研究，为研究赘定理 论基础。 第二、在理论磅究的基餮l 土，经过现场溺姘，与现场技术人员、 操作人员深入交流，掌握联合站系统及其设备的运行情况，并取得系 统运雩亍数据及动力设备、熟力凌器、分离设备、脱永设备等各类设备 毒 中国i i 油人学( 华j 、) 硕十论文第1 章前言 的现场数掘。 第三、在现场讽研和取得的现场数据的基础上，确定各类设备的 效能评价指标，并应用层次分析法确定各指标权重，然后，应用灰色 理论中狄色关联的分析方法给出联合站设备的效能评价方法。 第四、在设备效能评价方法的基础上，确定整个联合站系统的效 能评价指标及其权重，然后，应用灰色理论中狄色关联的方法给出整 个联合站的效能评价方法。 第五、编制相应的联合站效能评价软件。 5 中啕0 ，纳人p ( 华氨) 颂十论文 第2 嚣灰色系统理论简介 第2 耄灰色系统理论简介 2 1 灰色鼷统理论 2 。1 获惫系统韵基本糕念 互撞联系秘互楣割约豹过程懿集会体萋錾之为系绠。整个世界就是 一令瘫太豹系统，系缀叉跫一个嚣结翰势瓣次鹃俸系，它鳟努解为诲 多尹系统豹集合，予系绞又可分势下一层次熬乒系统。系统这一整体 蠹豁，鑫静盈豢籀竖联系、稻蓬割兹，是其畜一定翡笺豹体系。系统 域器黪事物影孵着系绞豹变纯过程，称梵系统繇处的环境。系绕聪象、 委囊、环麓三者之潮惫毒税联系懿，骞蔷信悫、秘矮秘琵鼙翁交换。 分瓢帮研究系统京不弼的环境条佟下酌发避交往主未程静方法载是 搿溜酶系统方法，宅是逶过对象、簧豢、环境三雷之麓静富飘联系帮 交纯溉律研究箕缩稳和功箍。系统方法要袋对系统递 量综合分析，建 立数学模鏊，逶过仿爨试验对其符为避程鞭测，为各种凌策提供稳息 嵇依据。 稳客观遵莽中，备种攀耪是耩互联系能。系统是一种客露存在。 对系统的诀识的税本爵的盔子粒之进行鸳联和控毒，决不仅仅是兔认 议而认识。因此，对系统倍感的认识和把掇瓶驻礴舞常重嚣了熬游， 戎人们的社会、经济灞动鄢科研灞动中，会经常遇到信息不完全的情 况。具体说束，程客观瞧羿中有如下四种“系统信息不完全”的情况 ( 1 ) 元索( 参数) 信息不完全： ( 2 ) 结构信息不完全； ( 3 ) 边器繁息不宠全； ( 4 ) 运行行为信息不完全。 凰簇骢豹涤浅寒形容信息的明确程度麴愚懋汉为入嬲磐途接受， 于是可把系统信息不完全的系统称为“灰色系统”。信息不完全是“灰” 翡基本含义。获熟系缝穴豁斡售慰，铯捶涎部分：一龆分是翳认淡、 6 中国f i 油人子( 华尔) 硕 论文第2 章灰色系统理论简介 所把握的信息，另一部分足还不被认识、把握的信息。如后者较多， 它就基本上足一个黑色系统；如前者较多，则基本上是一个白色系统。 从这一角度看，白色系统和灰色系统都是狄色系统的特例。 把系统区分为白色系统、灰色系统和黑色系统，反映的是认识主 体对认识客体的认识程度。但一个系统内部的信息是客观存在的，并 不会因认识主体对其把握程度的大小而有所变化。因此，这种划分并 不主要从客观出发，而是更多地从主观认识出发，即在承认客观存在 的基础上，以主体的认识程度束划分系统。随着科学技术的发展，人 们从系统内部摄取信息和收集、分析、研究系统内部信息的技术和手 段会不断提高，这样随着对系统信息的把握，黑色系统会逐渐变灰， 灰色系统会逐渐变白。最后达到对系统最终认识和把握，并实施控制 的目的。久色系统理论对系统的认识，形体现了认识和改造世界的主 动精神。 2 1 2 灰色系统的基本原理 在扶色系统的创立和发展过程中，邓聚龙教授发现并提炼出狄色 系统的基本原理f 2 剐。这些基本原理中蕴含着十分深刻的哲学内涵。 ( 1 ) 差异信息原理 “差异”是信息。凡信息必有差异。说“事物a 不同于事物b ”， 即含有事物a 相对于事物b 之特殊性的有关信息。客观世界中万事万物 之l 日j 的“差异”为人们提供了认识世界的基本信息。信息改变了人们 对某一复杂事物的看法或认识，信息与人们对该事物的原认识信息有 差异。科学研究中的重大突破为人们提供了认识世界、改造世界的重 要信息，这类信息与原束的信息必有差异。信息的信息含量越大，它 与原信息的差异就越大。 ( 2 ) 解的非唯一性原理 信息不完全、不确定的解是非唯一的。“解的非唯一性原理”是狄 色系统理论解决实际问题所遵循的基本法则，他给予你灵活性的法宝， 7 中国f i 油人中( 华尔) 硕十论文第2 章灰色系统理论简介 使你处处取得实效。 “解的非唯一性原理”在决策上的体现是狄靶思想。灰靶是目标 非唯一与目标可约束的统一。比如升学填报志愿一个认定了“非某 校不上”的考生，如果考分不具有绝对优势，其愿望就很可能落空。 相同条件下愿意退而求其“次”，多目杯、多选择的考生，其升学的机 会更多。 “解的非唯一性原理”也是目标可接近、信息可补充、方案可完 善、关系可协调、思维可多向、认识可深化、途径可优化的具体体现。 在面对多种可能的解时，能够通过定性分析，补充信息，确定一个或 几个满意解。因此。“非唯一”的求解途径是定性分析与定量分析相结 合的途径。 ( 3 ) 最少信息原理 狄色系统理论的特点是充分开发利用已占有的“最少信息”。“最 少信息原理”是“少”和“多”的辨正的统一，狄色系统理论的特点 足研究“小样本”、“贫信息”不确定性问题，其立足点是“有限信息 空| 日j ”，“最少信息”足狄色系统的基本准则。所能获得的信息“量” 足判别“从”与“非从”的分水岭，充分丌发利用己占有的“最少信 息”是狄色系统理论解决问题的基本途径。 ( 4 ) 认知根据原理 信息是认知的根据。认知必须以信息为依据。没有信息，无以认 知。以完全、确定的信息为根据可以获得完全确定的认知，以不完全、 不确知的信息为根据，只能得到不完全、不确定的狄认知。 ( 5 ) 新信息优先原理 新信息对认知的作用大于老信息。“新信息优先原理”是灰色系统 理论的信息观，赋予新信息较大的权重可以提高灰色系统建模、狄色 预测、狄色分析、狄色评估、从色决策等的功效。“新陈代谢”模型体 现了“新信息优先原理”。新信息的补充为狄元白化提供了基本动力。 “新信息优先原理”是信息的实效性的具体体现。 8 中国4 i ) 出人宁( 媾尔) 硕十论文第2 壹灰色系统理论简介 ( 6 ) 狄性不灭原理 “售怠不宠全”( 驭) 是绝对故，及色系统是一个内涵和外延非常 广泛地概念。信息不完全、不确定具有普遍性。信息完全是榴对的、 暂时鲍。扶内矮上讲，因素完企确知的系统是不存在，没宣一个系统， 人们能把他所有的影响因素完全找出柬并给予确定的毯化值。因此， 可以滋囊手蛉彝色系绞是不存在的，必奏荻色系统4 怒绝对黪，包据 人们所涉及的一切系统。原有的不确定性消失，新的不确定性很快出 现。人类怼客鼹世爨瓣汲识，通过信爨豹不甄 充薅次又次地秀 华。倍息无穷爆，认知无穷尽，灰性永不灭。当然，也绝不排斥在可 缓浸为臼色系统静情撼下磷交系绞筑壤论。毽警用传绞的方法穗理论 不能解决问题戏不利于解决问题时，灰色系统理论和方法就是一个非 掌好熬鳃决途经。 2 1 3 灰色系统的数学描述 l 鼍簿- - 1 3 学辩，必有成秘穗运雳了数学睁彦笈对掰研究豹掏题遴 行精鬻的定量分析，于能使相关理论达到真证完美的程度。邓聚龙教 授曾写道：“叙色系统豹量纯需要有鲞亿静稷掇、量纯静关系、嚣纯静 基础”。狄色系统理论发展至今虽然才2 0 多年，但已经商了自己的数学 理论攀础，箕孛最重瑟的是鬟斑了一释概念全新豹集会一灰色艨骁集 ( 驭集) 【1 ，并在此基础上，用扶数、放色方程、灰色擞阵、狄色微分 方程等束描述敖色系统。 i ， 多系统研究者对微分方程感兴趣。认为微分方程较深刻地反映 了事物发展的本质。为了从甏离的层次上分丰行灰色系统，期望获得 亍 为的微分模型。可是微分方程是对连续可微函数建立的，连续函数具 有无穷信息；而灰系统足信息不完全、不确定的系统，其行为一般是 用序列描述的，属于露限信息对象。灰色系统理论通过对一般微分方 程的深刻剖析定义了序列的灰导数，从而能够根掘离散数据序列建立 近似嬲微分方程模型。这样建立的含鸯扶导数或灰色微分的方程称为 9 中国l i 油夫警( 华尔) 鞭 论文第2 章灰丝系统理论赫介 荻色微分方程。 2 2 灰色关联分析方法 凌灰色系统璎论取得理沦遴袋筋弱霹，幂目领蠛豹警喾大力拜蓑 了灰色系统理论的应用研究工作，形成了系列诈常实用的分枥处理 狄色系统问题的憝本方法。其中的灰色关联分析法应用较为广泛 3 0 - 3 4 l 。 2 2 1 获龟关联分耩法特点 对于包含有许多种因素的系统，系统的发展态势是由多种因素共 用作用的结果决定的。在系统分析时，人们常常关注在众多因素中， 哪垡楚主要困素，冁些是次要戮豢；疆些霹系统发震影稠文，骥些凌 素对系统发展影日向小：哪些因黎对系统发展起推动作用需强化发展， 哪些围素对系统发展起阻碍作用需加以抑制等诸如此类的问题。 获色系缝瑾论锌越夔类系绞数瑟毒袋，势魁数攥炭凌较穴豹绩瑷， 提出了对数据多少和规律要求不严格的荻色关联分析方法。其基本思 想是根掘序列曲线几何形状的相似程度柬判断其联系是否紧密，并在 数警上雳荻色关联渡束衡量这秘橱骰程疫。熬线越接近，鞠应序列之 闻的关联度就越大，反之就越，j 、。它具有以下特点与优势： ( 1 ) 是因子l 目j 发展态势分析 ( 2 ) 是以定性分妖为基础的能藿分辑 f 3 ) 原始数据分白类墅不隈，瓣素之瓣发矮变亿懿关系怒直线、菲 直线不限 ( 4 ) 计箨方法简便，靠手工汁算完全可以实现 灰色关联浮徐法与蒺襁数学孛静综合浮徐法，班及数建统诗孛熬 相关分析法有很大送别。狄色关联分析法是种新的分析系统中各因 素相关程度的方法，它足以系统统计数列为依据，通过分析数列几何 馥线懿接叛程度窳确定它 f 】之潮熬关系。众惫关联癸援方法豫蛰了数 理统计方法的不足，尤其是在统计数据十分肖限，而且现肖数掘及度 1 0 中国f i 瑚入学( 懈尔) 硕十论文第2 章荻色系统瑚沦简介 较大，再加上人为的原因，许多数掘没有什么热型分布规律的条件下， 浚方法具骞广泛的实鼹瞧。 2 2 2 灰色关联分析法步骤 敦色关联分捱诗舅量套、结莱哥豢，在实际孛骞广泛应掰，因琵 特对狄色关联分析的餐本步骤简述如下； a ，系统行为跨薤墓稻影稳蠢素集蠡冬确定 i 挠行狄色芙联分析时，首先应选取j 日j 接地衷征系统行为的时序数 瘫序列辆影确系统主行为靛青关困索豹对痔数摇。 b 、数掘的预处理 溺灰色关联分斩要进行量毒艺研究分褥，掰以需对系统行为特征映 射量和各有效因素进行适当处理，使之化为数爆级大体相近的无量纲 数掘，并褥受稆关因豢转耗为汇相关嚣索。 c ，关联艘的计算 灰色关联发是序弼之离联系紧密程度豹鼗羹表征，在痘掰j 童程孛， 小同的学者根掘所研究问题的特性提出了一系列关联度的计算方法。 d 、结果分析 结果中主要关心的是系统特征行为序列与各相关因素行为序列关 联度的大，j 、次缪，而不完全是荚联度猩数值上豹大小。根掘关联度酌 大小次序，可以对各因素在系统中的地位做出刿断。 当选择多个系统行为数拭序列和稻关因素序列，迹可运群灰色关 联分抓进行优势分梃，具体思想和步骤可参考糠关书麓。 2 2 3 灰色关联分析法在多因予综合评价中的威用 庭多西孑综会评徐懿，逶避实测霹潋缛至l 莱一谨铃对象黪囊多令 参数组成的序列，要对它做出等级评价也就是判断它与哪一级评价标 准趸竣涯，关系雯密磷。这襻耪霉驭缮蘩敷色关联分援方法，分爨枣 列曲线的接近程度，根据能综合反映曲线问差值大小的苯联度对评价 对象徽窭爨繇。舞袁多令季专浮徐瓣象辩，还麓跑较它 j 之藏黔优劣。 中国i 油人学( 华j 、) 硕十论文第2 章灰色系统理论简介 当用关联度量化序列曲线的相近程度，需要对序列进行适当的预处理， 使之化为数量级大体相近的无量纲数掘。当用关联分析方法进行发展 ，冬势比较时，每一序列均为时日j 序列，常用的预处理方法有初值化处 理和均值化处理。然而在应用狄色关联分析方法进行综合评价时，序 列中有不同的物理量，且数量级相差较大返时不能作初值化处理或 均值化处理，而应采用规范化处理。 1 2 中国- 功人( 华尔) 顼 论文第3 章联合站没备效能评价方珐 第3 章联合站设备效能评价方法 3 1 概述 有许多指标都反映了联合站设备效能的优劣，其中有的可以量化， 有的不可以量化。现行的效能评价方法大部足通过计算出来一些指标， 然后通过分析这些指标束人为地判断效能的优劣。但是联合站设备效 能不仅仅足跟一、两个指杯有关联，可能跟多个指标关联。如果想要 对设备效能做一个比较全面的评价，那么就需要对设备的效能做多指 杯的评价。在这种情况下。本章结合灰色理论的灰关联分析方法，首 先选取评价指标，接着应用灰色理论灰色关联的方法对各设备的指标 数掘进行分析，得出评价结果，步骤如下。 3 2 设备效能评价步骤 3 2 1 评价指标的确定 评价指标的确定是效能评价的第一步，联合站系统设备的效能评 价指标是反映其效能的指标值。设备效能指杯是多个，其中的每一个 指杯值都能够从某一方面反映出该设备的效能，同时，各个指标之间 有的是有关联的，也就是说指标问有可能存在较复杂的关系。为了能 把反映设备效能的每一个指标都能应用到对其效能评价中来从而能对 设备效能做一个综合的、完整的效能评价，灰色关联分析法就被应用 到这种多指标效能中束。 联合站的主要设备有：分离器、含水油缓冲罐、脱水泵、脱水加 热炉、脱水器、原油缓冲罐、稳定塔、稳定塔加热炉、稳定原油储罐、 外输泵、流量计、污水缓冲罐、污水泵等。这些设备可以分为：热力 设备、动力设备、分离设备、脱水设备四大类。以下分别确定这几类 设备的评价指标。 中国f j 油入学( 华自、) 硕十论文第3 鼹联合站设备做能评价方法 3 2 1 1 加热炉设备效能评 介掇标 加热炉是将燃料产，上的热髓传给被加热介质而使其温度升高的一 种加热殴备。它被广泛应用于浊气集输系统中，将原油，天然气及浊 劳产物搬热至工芝簧求豹湿褒，鞋便避学埝送、沉洚、分离、脱承帮 粗加工。 火筒式加热炉是为满足油田特殊需要而设计的一种专用加热设 釜。魏霹分为鑫跤鸯鼙热瑟一段l 芽静“犬瑟炉”) 露麓接麴熬( 静“窳套 炉”) 。它主要包括火筒烟管、燃烧器和烟囱、盘管几个部分。火筒烟 管为火筒式加热炉的传热面：火简部分以辐射传热为主，烟管部分以 聪凌馋热为主：袭警为承套妒豹受热嚣；燃烧器鞠耀窭戆侮矮与警式 加热炉相同瞄懿。现在油用广泛威用的是水套炉。 水套炉的工作原理为：燃料在炉体内下部的火筒烟管内燃烧，热 量逶避火麓嬷管璧嚣传给中阍“热媒分质”，“热媒介质”髯熬热在盘 管内流动的被加熬介质。 加热炉效能评价的关键在予评价因素指标的选取和参数杯准的制 定两个方嚣。选取的评价指杯主要包括加热妒运亏亍效率、摊烟温度、 遥零l 空气系鼗、熬媛溢度、原漓避出口淫差弱运行对阚。 ( 1 ) 加热炉热效率 加热炉输出的有效热量与供给热爱之比魏百分数称为热效率。在 燕煞耋聋运每条 牛下溺试袭褥懿热效率残为运行效率。它莛热羹被秘蔫 有效程度的一个熏疆参数。 强莳加热炉运行效率的测试方法土要有两种，一种是正平衡的方 法，静是爰乎簿戆方法。矛警鬻淀试按慧公式3 1 ，透孬，锅妒效率 定义为青效利用热能占燃料带入锅炉的百分数【3 6 1 。 n 可= q i = 粤 ( 3 一1 ) 妨 脊效热能9 按下式计算： l 毒 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章联合站设备效能评价方法 ql=鱼b(3-2) 式中q 一加热炉有效吸收热量，k j h ； ，7 一加热炉热效率，； 占一每小时燃料消耗量，k g m 。 f h ( 3 - 1 ) 和( 3 2 ) 综合起来得到： ，7 ；i g c 了d t ( 3 - 3 ) ，7 = 一 b 瓯 式中g 一被加热介质的流量，k 加； c 一介质比热，k j ( k g - 。c 1 ； 出进出口温差，： ( 瞄燃料应用基发热量，k j k g 。 由式( 3 - 3 ) h 丁以看出：加热炉的正平衡测试，需要测出燃料量口、 燃料应用基发热量q 、被加热介质的流量g 、进出口温差，、比热 c 。 在燃料和被加热介质物性一定、流量稳定的情况下，对加热炉正 平衡测试效率影响最大的是被加热介质的进出口温差f 。 反平衡测试按照公式( 3 - 4 ) 进行，通过测出加热炉的各项热损失， 然后按照公式计算出加热炉的热效率。 r = q i = l 一白2 + 口3 + 9 4 + 口5 + 叮6 ) ( 3 - 4 ) 式中q l 一加热炉有效吸热量，： 吼一加热炉排烟热损失，； 1 5 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章联合站设备效能评价方法 q 3 一气体燃料不完全燃烧热损失，： q 4 一固体燃料不完全燃烧热损失，； 吼一散热损失，； 吼一灰渣带走的热损失，。 油田加热炉一般燃油或燃气，气体燃料不完全燃烧热损失q ，主要 和烟气中c o 的含量有关，依据经验公式，q ，= 3 2 口c o 。加热炉 热平衡测试表明，当空气过剩系数在1 0 5 2 0 之间时，原油加热炉的气 体燃料不完全燃烧热损失近似为0 ，可以忽略不计；对于气体和液体燃 料来说，固体燃料不完全燃烧热损失q 。、灰渣带走的热损失q 。可以 忽略不计；散热损失是由加热炉炉体结构决定的，对特定的加热炉而 言是一个常量，由丁二油田加热炉结构紧凑，散热损失q ，比较小，一般 在0 5 左右；因此，影响加热炉热效率的关键因素是排烟热损失，加 热炉排烟热损失表示为： ：(m+n了ce忑xt一一-ti)(3-5)q22 面广 式中m 、，l 一计算系数，仅与燃料种类有关； t 。、气一排烟温度和冷空气的温度，； 因此，反平衡测试的关键参数是过剩空气系数( 排烟氧含量) 和排 烟温度。 从加热炉的正反平衡计算公式中可以看出：加热炉的运行效率综 合反映了过剩空气系数、排烟温度、被加热介质的进出口温差等几项 指标，应作为加热炉效能评价的一项藿要指标。 ( 2 ) 过剩空气系数 1 6 中国i 油人中( 华尔) 硕十论文第3 章赋合站设备设能评价疗法 指杯应作为加热炉效能评价的一项重要指标。 ( 2 ) 过剩空气系数 在加热炉的工作过程中。各个环节是密切相关的。首先是燃料的 燃烧，燃烧工况好，则会产生大量高质量的烟气，从而有效的对介质 进行加热。在燃烧过程中，过剩空气系数的控制是很重要的1 3 7 l 。过剩 空气系数过大，化学不完全燃烧热损失q ，随口的增加而增加的很快， 热效率降低，同时烟气中含有大量的有毒气体n o , 、s o 。等：过小， 燃烧不完全，化学不完全燃烧热损失q ，较大，而且随着口的减小而 增大，且会产生c o 等有害气体。对环境造成很大的危害，同时燃料 浪费严重。 因此，过剩空气系数影响着燃烧的质量，影响着产生的烟气质量， 从而影响着整个加热炉的效率，反映了火管的工作情况和司炉工的操 作水平，应作为加热炉效能评价的一项指标。 ( 3 ) 排烟温度 燃烧产生的大量烟气进入烟管，在这里烟气与热媒进行对流换热， 将热量传给热媒。 烟管受热面传热量按传热方程式计算： 线= 半x 1 0 3 ( 3 _ 6 ) 式中q i 。一按传热方程计算的烟气放热量，k j k g ； 眈一计算燃料消耗量，k g s ： k 一传热系数，w ( m 2 - 。c ) ； a 。一烟管受热面积，m 2 ； f 。一传热平均温差，。c 。 1 7 中国f 抽人7 ( 毕尔) 硕十论文第3 章联合站设搀敛能件价方法 因为火筒式加热炉的烟气流动系管内纵向冲刷， 嚣积泼烟 铡魏内表瑟为基准，按下式 箕： 爿。= 加。上。n 。 式中 d i 。烟管内茸径，m ； 毛一灌篱长覆，1 l l ； 所以烟管的受热 ( 3 - 7 ) 越一熠嚣根数。 从式( 3 - 6 ) 和式( 3 - 7 ) 可以看出在燃烧稳定( 换热奄一定) 的情况下， 俦煞系数盍与侮热平玛瀑差乙戒爰汔，繇簧蕊乎骜温麓反映了麓管静 传热情况。 传热平均漱差韵计算公式为： ”箍 p 獬 碟一f 。 进步可写为： 等掣 仔砌 i n = o 一f 。 式中成一烟管的进口烟气温度，。c ： 稍臀的出翻烟气温度，即摊烟温甓，。c ： 。一热媒平均漾凄，。c 。 对于脚接加热炉( 水套炉) ，热媒平均温度按水的饱和温度计算： t a r2 t 。 出传热懿乎垮渥差豹诗箕公式霹以羲窭，转热豹平臻遗差毒鉴煤 中围i 纳人中( f # j 、) 硕十论文第3 誊联合站堤备效能许价方法 和进翻烟气温篾及热嫒和出口烟气的温差有关，在进口烟气温度一定 载毽撬下，与撵鼹懑整饔热媒涅疫密凌穗荚。嚣藏，终翻瀑瘦反 映了烟管的工作情况，它与热媒温度起可以束判断烟管的传热情况， 箨烟与热媒豹滋差越太，粥侮热豹平玛温差越太，传热系数越小，掰 以，若排烟温度过高时，则传热系数过小，则烟管的传热有问题，需 要迸行检测，献丽进行故障诊断。同时，由热效率的计算公式可以看 出：排烟温度影响着熬个加热炉的运行效率1 2 3 1 。排烟温度过麓，则 热能浚有得虱充分利蹋，造成能源浪费；簿爝温度过低，刘翳造成低 温腐蚀，不利予生产，不利f 安全环保。因此将排烟灞度作为加热炉 效能评价的一个指标。 ( 4 ) 热媒温度 热媒温度是指水褰炉的蒸汽饱和濂度、热媒炉的热媒温度等。热 嫘作为加热过程中的中闻媒介，具有懿要的作用。火蟹传递辐射热， 烟管佟递对流热，这些热量传给水等中间介质，使水的温度不断开商。 同时产，主水蒸气，逐步达到饱和。在这个过程中，水蒸汽同时向盘管 放热使水蒸气的温度降低。闲此，强加热炉的工作过程中，热媒甄 接受煅气的热懿，同时又把热燕传绘浊等被加热余质。 由式( 3 8 b ) 可以看如：热媒温度影锕着烟管的传热系数，反映了烟 管的传热德瑷，可以秘摊烟湿度一起柬削甑烟篱的工作情提，蓑烟气 进出仁丁温度一定，则热媒温度越低，传热平均温差越犬，传热系数越 小，嬲以，热媛温度避低野，则烟管的传热有阀题，嚣要避行捻测， 从而进行故障诊断。 弱时热媒瀑度还影响蓑鼗簿懿工络。 盘管传递给被加热介质的热功率，按传热方程式计算： 名= 女，a 。a t 。1 0 。 3 一争) 式中 足一按传热方程i 算的热功率，k w ； l 夸 中国f i 琦人7 ( 华j 、) 顼十论文第3 章联合站设备放能评价方法 t 一传热系数，w l ( m2 。c ) ； 爿。一盘管传热面面积，m 2 ： f 。一对数平均温差，。c 由上面的公式可以看出，在传热量和盘管结构一定的情况下，对 数平均温差a t 。和传热系数七成反比，对数平均温差直接影响盘管的 传热情况。 对数乎均温差的计算公式为： 虬，2 箍 p ， f ；一f ； 改写为： 瓯。管 p t 。一，； 其中f ：一被加热介质的进1 3 温度，。c ； c 一被加热介质的出口温度，。c ； f ：一水的饱和温度。即热媒温度，。c 。 由式( 3 一l o b ) 可以看出，对数平均温差r 卅与被加热介质( 原油等) 的进出口温差和热媒温度有关。因此，热媒温度与原油的进出口温差 影响着盘管的传热系数，在被加热介质的进出口温差及出口温度不变 的情况下，热媒温度越高，则对数平均温差越大，则盘管的传热系数 越小。若热媒的温度过高，则盘管的传热有问题，需要检测，从而进 行故障检测。 因此，热媒的温度既可以反映出烟管的传热情况，又可以反映出 2 0 中国l i j 由人中( 华尔) 埙十论文第3 嚣联合站设备效能评价疗法 盘管的传热情况，应将其作为嬲热炉效能详价的指标之一。 ( 5 ) 负荷利用率 加热炉的效率是加热炉的露效利用热鬣与燃糕放出热壤之比豹虿 分数，在加热炉骰热负芬不交鹃情况下提高粕热炉的有效秘羁热晕可 以提高加热炉效率，提高被加热介质的流量及温差可以撮简有效利用 热，从而提高炉效。 黯热炉戆受获率为实舔毒簧煞受蕊与童筵热能力翡疆壤，遣蓑是说 在供热能力不变的情况下提高负荷率就是提高育效利用热艇从而提高 加热炉效率。所以成将加热炉的负荷率作为项评价指标。 ( 国运行聪溺 加热炉随着运行时| b j 的增加，各个部件逐步腐蚀、结琚，效率降 低。因此在效能评价中，应该搬加热炉的运行时间考虑在内，考虑设 鍪的壤蚀、结垢等王嚣对其效熊瀚影哟。困韭乏疲跨运彳亍对嬲琴珏其它指 标缩含起来一起束评份加热炉效能。 3 2 1 2 泵机组设备效能评价指标 裂钒组出交流电动机、联轴器和油泵组成。交流电动机是泵的驱 蘸装嚣，它穆龟l 转懿二秀瓿藏熊，务泵莲供驻动力。联辘蒸精于连接 原动机和从动机，它的主要用途是把旋转运础从电动机传递到泵。 瀚嗣输油系统，按照所输介质和工作压力的不同，可分为一般原 漓羧送、穗洼稔送等方瑟。透露骚涵竣送采溺离心泵，裰 灏输送采震 容积袋。 离心泵依靠旋转叶轮把原动机的机械能传给液体。幽予离心力的 终矮，滚钵在麸时轮送墨凌囱畸轮窭强豹过程中，速度艉秘压力缝都 得到增加。被叶轮排出的液体缀过压出室，大部分速度能转化成压力 能，然后沿排出管线输送出去【3 8 1 。这时，叶轮进口处则因液体的排出 嚣形成低珏或真空，疆入罐中豹泼体被吸入时轮送习。 怒，艇转豹 咔轮赣连续不断地吸入和排出液体。 容积泵是依靠能容液体的鬻封空间容积的周期性变化，把能量周 中国f f 油人中( 华尔) 硕十论文第3 章l l ；c 合站改备效能评价方法 期性地传给液体，使液体的压力增加至将液体强行排出。 泵机组效能评价的关键在于评价因素指标的选取和参数标准的制 定两个方面。泵机组效能评价选取的评价指杯主要包括泵机组运行效 率、电机效率、泵效率、负荷利用率、液体密度、液体粘度、出口节 流和运行时i b j 。 ( 1 ) 泵机组的效率 泵机组的效率： = 惫川慨 p m ”学 式中 n 一泵机组的有效功率，k w 尸i ：泵出口压力，m p a ： 一泵进口压力，m p a ； q 一流量，m h ： ( 3 一1 2 ) n 输 即泵机组的输入功率。可以用仪器现场测出。也可通过下 式计算得出： n 输 = , f 3 u l c o s 1 0 3 ( 3 1 3 ) 式中 n 输 一泵机组的输入功率k w ； u 一机组输入电压，v ： ，- 一机组输入电流，a ： c o s 一电机功率因数，可由电机铭牌查出。 综合起来，则泵机组的效率为： 中国f - 油人7 ( 华东) 硕十论丈 第3 蕈暇合站设备敛能评价方法 = 高豢 p 由上面的公式可以看出，泵机组的效率主要与泵的进1 2 1 压力、干 线压力、流量、电压、电流和电机的功：垂因数有关。其中，干线压力 为泵的出口压力- u 泵后节流损失的差值。因此泵机组的效芬还与泵后 的节流损失有关。 另外，泵机组的效率还可以表示为： 7 7 机= r d r b( 3 - 1 5 ) 式中 r 。一电动机的效；垂； 7 7 。一泵的效率。 由上可以看出泵机组效率是一个重要指标，应作为效能评价指标。 ( 2 ) 电机效率 电机效率仉为： 玑：每圳。 p 旧 丘= 6 u i c o s 1 0 。 ( 3 - 1 7 ) 气= 凡一只一只一只一只一只 ( 3 - 1 8 ) t ：a _ k - - 式中 名一电机输入功率，k w ； 气一电机输出功率，k w ： 只一机械消耗，k w ： r 一电机铁芯涡流损失，k w ： 足一杂损，一般取额定功率的0 5 ，k w ； 中国i i 7 由人学( 华尔) 硕十论文第3 章蛾合站设备效能评价方法 只一定子铜损，k w ； 只一转子铜损k w ； u 一机组输入电压，v ； ，一机组输入电流，a ： c o s 一电机功率因数，可由电机铭牌查出。 电机的各种损耗与其自身的结构