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油田加热炉能效等级制定及对标分析研究

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加热炉作为油田生产过程中的重要耗能设备,其能耗约占集输系统总能耗的80%,如何科学合理地控制加热炉能效水平已成为油田面临的一项重要课题。由于国内现行的加热炉能效指标限值的界定方法不够合理,仅从能“量”的角度对热效率进行等级划分,忽略了具有更大节能潜力的㶲效率,且未综合考虑加热炉类型和负荷率对其运行效率的影响,致使评价结果对现场的生产无法起到指导作用。为此引入“㶲效率”作为能效等级指标,制定一种考虑负荷率的能效等级拟合曲线,并将节能评价值作为标杆对加热炉进行对标评价,识别用能薄弱点,制定具有针对性的节能技改措施,从而实现加热炉提质增效的目的。 以油田加热炉为研究对象,根据油气田常用加热炉类型,对加热炉的结构和工作原理进行系统化的分析,进而确定不同测试目的、炉型下加热炉能效测试要求;依据热力学第一定律和第二定律建立加热炉的热平衡分析模型和㶲平衡分析模型,从能量和能质的角度分析加热炉的各项能量损失,根据基础数据计算热效率为 85.76%,㶲效率为40.47%,其对比结果体现出㶲分析在加热炉节能评价方面的优越性。 运用Python语言对某石油集团公司19家油田现场加热炉实测数据进行预处理,包括:完整性检验、异常值识别和缺失值插补;结合加热炉实际运行数据,从加热炉类型、使用年限等五个方面对其能效特征进行分析,选取加热炉类型和额定功率为能效等级的划分依据,最后分析加热炉运行参数对热效率和㶲效率的影响情况,确定加热炉能效等级指标,包括热效率、㶲效率、排烟温度、过剩空气系数、负荷率和环表温差。 结合加热炉实际生产运行数据,对加热炉能效等级制定方法进行分析比选,其中覆盖率法误差率为10.2%,最值法误差率为1.13%,故选用最值法与一元非线性回归法相结合的方法确定热效率和㶲效率等级的拟合曲线和拟合公式;建立了基于PCA-SVR的㶲效率计算模型,得到均方根误差RMSE为0.032、平均绝对误差MAE为0.211、拟合优度 R2高达 94%;选用二次先进平均值法对加热炉辅助评价指标,包括:排烟温度、过剩空气系数和环表温差的限定值进行确定。 最后建立了基于博弈论组合赋权-灰色TOPSIS法的加热炉能效对标评价模型,采用直觉模糊层次分析法确定主观权重,差异系数CRITIC法确定客观权重,博弈论组合赋权法确定综合权重,在此基础上采用灰色TOPSIS法计算各加热炉与标杆值间的相对贴近度集中在0.4~0.6之间,识别用能薄弱环节并提出技改措施。 综上所述,本文提出了一种考虑㶲效率、负荷率的能效等级制定方法和多层级能效对标评价方法,丰富了油田加热炉能效等级制定和能效对标评价方法,为识别加热炉用能薄弱点及后续节能技改提供理论支持和参考。

于靖波

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油田集输系统 加热炉 能效等级 能效对标

硕士

油气储运工程

成庆林

2024

东北石油大学

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