專(zhuān)利名稱(chēng)：一種乙烯工業(yè)能效指標(biāo)提取分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油化工過(guò)程企業(yè)用能及能源效率指標(biāo)提取分析方法，特別是一種用 于乙烯工業(yè)能效指標(biāo)提取分析方法。
背景技術(shù)：
隨著中國(guó)自主創(chuàng)新時(shí)代啟動(dòng)，能源對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的嚴(yán)重制約，已成為政府與工 業(yè)界必須傾全力解決的問(wèn)題。節(jié)能20%已被寫(xiě)進(jìn)了國(guó)家“十一五”規(guī)劃，已上升為國(guó)家戰(zhàn) 略的節(jié)能目標(biāo)，并將其作為約束性指標(biāo)。這既說(shuō)明節(jié)能已迫在眉睫，也說(shuō)明我國(guó)能源效率低 下，更說(shuō)明能源的嚴(yán)峻度已箭在弦上。石油化工企業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的一個(gè)重要支柱產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也是我國(guó)的耗能大戶(hù)，在 經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中占有相當(dāng)?shù)谋戎?，目前我?guó)石化行業(yè)的綜合能耗，與國(guó)際先進(jìn)水平相比仍然偏 高。乙烯工業(yè)是我國(guó)石化行業(yè)的龍頭，乙烯技術(shù)和產(chǎn)量是衡量一個(gè)國(guó)家石油化工水平的重 要標(biāo)志，近幾年來(lái)乙烯技術(shù)沒(méi)有出現(xiàn)大的改變，均向降低乙烯生產(chǎn)成本、乙烯裝置大型化、 原料多樣化和減少投資、節(jié)能降耗方面發(fā)展。目前石油化工行業(yè)的能耗指標(biāo)體系還沒(méi)有建立，如何對(duì)石油化工裝置的能耗進(jìn)行 合理的評(píng)價(jià)與分析，還沒(méi)有成熟的方法和衡量指標(biāo)。現(xiàn)在石化企業(yè)能耗分析大多是采用三 種方法①單位能耗分析法通過(guò)企業(yè)報(bào)告期能耗情況與基期比較或與同行業(yè)其它企業(yè)比 較，也可與本企業(yè)歷史水平等加以比較進(jìn)行分析，但主要的分析是通過(guò)對(duì)計(jì)劃單耗執(zhí)行情 況或完成情況所進(jìn)行的分析，基本方法是將實(shí)際單耗與計(jì)劃單耗或歷史單耗對(duì)比。②生產(chǎn) 結(jié)構(gòu)分析法通過(guò)企業(yè)報(bào)告期生產(chǎn)結(jié)構(gòu)與基期比較或與同行業(yè)其它企業(yè)比較，也可與本企 業(yè)歷史水平等加以比較進(jìn)行分析，結(jié)合單位能耗計(jì)算出由于生產(chǎn)結(jié)構(gòu)變化而造成能源消費(fèi) 總量的變化，便于正確分析企業(yè)能耗情況。③企業(yè)能量平衡分析法以企業(yè)為對(duì)象包括各種 能量的收入與支出的平衡，消耗與有效利用及損失之間的數(shù)量平衡，根據(jù)企業(yè)能量平衡的 結(jié)果，對(duì)企業(yè)用能情況進(jìn)行全面、系統(tǒng)地分析，以便明確企業(yè)能量利用程度，能量損失的大 小、分布與損失發(fā)生的原因。國(guó)內(nèi)乙烯工業(yè)是按照裝置或企業(yè)的綜合能耗作為指標(biāo)來(lái)計(jì)算的，綜合能耗分為四 種，即綜合能耗、單位產(chǎn)值綜合能耗、產(chǎn)品單位產(chǎn)量綜合能耗、產(chǎn)品單位產(chǎn)量可比綜合能耗。 但是存在以下缺點(diǎn)，單耗只能反映一家企業(yè)某一種能源消耗水平的高低，這往往受到企業(yè) 能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的影響；綜合能耗可以反映出企業(yè)能源利用的總水平，提高了行業(yè)內(nèi)部能源 消費(fèi)結(jié)構(gòu)不同企業(yè)之間的可比性，顯然，只有把所有購(gòu)入的二次能源都折算到等價(jià)熱值，才 是相對(duì)合理的，否則，用當(dāng)量熱量，會(huì)掩蓋一些企業(yè)能源利用不善的問(wèn)題，評(píng)價(jià)也會(huì)失去意 義。目前乙烯能耗指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)一般是以裝置的綜合能耗為評(píng)價(jià)指標(biāo)，而綜合能耗是 由多種因素造成的，比如說(shuō)工藝技術(shù)、生產(chǎn)規(guī)模、地理環(huán)境、生產(chǎn)原料等因素，其中原料的影 響最大，而綜合能耗評(píng)價(jià)方法是不考慮原料的影響的，對(duì)于企業(yè)產(chǎn)品的能耗指標(biāo)，由于各地 區(qū)、各行業(yè)的情況不同，制訂統(tǒng)一的能耗指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)有些企業(yè)的能耗進(jìn)行評(píng)價(jià)是不客觀、
3不公平的，影響結(jié)果可比性，同時(shí)也是不科學(xué)的。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)乙烯工業(yè)能耗指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)分析的缺點(diǎn)，具體提出乙烯工業(yè)能耗 指標(biāo)體系的建立及評(píng)價(jià)方法，以及實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，根據(jù)實(shí)際情況制定不同工藝技術(shù)、不同規(guī)模的 乙烯工業(yè)能耗標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)方法，為建立石化行業(yè)科學(xué)的節(jié)能降耗標(biāo)桿提供示范與借鑒。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有乙烯工業(yè)能效指標(biāo)提取方法存在的缺陷或不足，提供一種用于乙 烯工業(yè)能效指標(biāo)提取方法，能夠客觀評(píng)價(jià)不同乙烯裝置的能效狀況以及不同裝置乃至整個(gè) 行業(yè)能效指標(biāo)的虛擬標(biāo)桿及對(duì)比分析。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種用于乙烯工業(yè)能效指標(biāo)提取方法，其特征在于，在一個(gè)統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)周期內(nèi)針對(duì) 已建立的乙烯工業(yè)能效指標(biāo)體系，基于數(shù)據(jù)融合方法提取乙烯工業(yè)各能耗指標(biāo)及虛擬標(biāo) 桿。所述統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)周期是指乙烯工業(yè)或乙烯裝置以某段時(shí)期的能耗，通常以月或年為單位。所述能效指標(biāo)體系包括監(jiān)測(cè)指標(biāo)、分析指標(biāo)和能效指標(biāo)。其中監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括石腦油、輕柴油、加氫尾油、輕烴、抽余油和其它原料；燃料氣、 輕質(zhì)油、重質(zhì)油等燃料；超高壓蒸汽、高壓蒸汽、中壓蒸汽、低壓蒸汽；循環(huán)水、工業(yè)水、鍋爐 積水和其它水、電。其中分析指標(biāo)是在監(jiān)測(cè)指標(biāo)基礎(chǔ)之上，經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，得到更代表乙烯能耗特征 的指標(biāo)，包括每噸乙烯綜合能耗(SEC)由燃動(dòng)能耗、蒸汽能耗、水能耗、電耗相加得到；燃動(dòng) 能耗則有燃料氣、輕質(zhì)油和重質(zhì)油利用標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換系數(shù)轉(zhuǎn)換成兆焦(GJ)后相加得到；蒸汽 消耗是有各種壓力(超高壓、高壓、中壓、低壓)的蒸汽轉(zhuǎn)換成兆焦(GJ)后相加得到；水也 是循環(huán)水、工業(yè)水、鍋爐給水和其它水轉(zhuǎn)換后相加得到；電耗是把用電量轉(zhuǎn)換成能耗。其中能效指標(biāo)是指參照能源強(qiáng)度因子除以待評(píng)價(jià)的能源強(qiáng)度因子，是一個(gè)無(wú)量綱 的數(shù)。主要用途是能夠監(jiān)測(cè)給定工藝裝置整個(gè)生命周期中的能效進(jìn)展，并可用于準(zhǔn)確地反 映工藝生產(chǎn)裝置所采取的能效改進(jìn)措施與項(xiàng)目對(duì)能效的影響。圖I(A)-(D)是乙烯能效指 標(biāo)體系結(jié)構(gòu)圖。所述數(shù)據(jù)融合方法是指綜合利用多種信息集成處理方法、基于多變量時(shí)序數(shù)據(jù)最 小方差優(yōu)化融合方法，提取乙烯工業(yè)各能耗指標(biāo)。多種信息集成處理方法是指綜合利用缺失值處理算法、異常數(shù)據(jù)檢測(cè)及處理算 法、數(shù)據(jù)聚類(lèi)算法、數(shù)據(jù)規(guī)范化算法，處理能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、一致性與可靠 性。多變量時(shí)序數(shù)據(jù)最小方差優(yōu)化融合方法是指基于聚類(lèi)中心的均方差計(jì)算公式，計(jì) 算出各變量關(guān)于每個(gè)聚類(lèi)中心的均方差，將每個(gè)聚類(lèi)中心看作一個(gè)“傳感器”，選用一個(gè)綜 合加權(quán)向量對(duì)各聚類(lèi)中心加權(quán)融合，得到線(xiàn)性最小方差優(yōu)化融合的結(jié)果。具體計(jì)算流程如 下步驟1 選取m個(gè)變量時(shí)序數(shù)據(jù)集合X，如式⑴所示，其中t為時(shí)序長(zhǎng)度。


對(duì)時(shí)序數(shù)據(jù)在聚類(lèi)之前進(jìn)行歸一化處理，分別采用式( 和( 進(jìn)行轉(zhuǎn)換(
Xij =
mm
J
max _ min Xj ~Xj
⑵
有些變量對(duì)該主題起反作用，則采用 Xy
X - VminVmax — V
=1 Λν_ Λ; Λυ
max 一 min Xj 一 Xj
太max _J^min
(3)
’ }，i = 1,2,
式⑵與(3)中=msK{xlJ,x2J,---,Xy]， min = min{
t ； j = 1,2,…，m。步驟2 基于k-means聚類(lèi)方法的方差分析。對(duì)歸一化后的時(shí)序多變量數(shù)據(jù)采用的k-means算法聚類(lèi)得到n類(lèi)的聚類(lèi)中心 結(jié)果如式(4)所示。
X1X2 .‘XmK1^llKl ‘..l· K = K2^21k22 ‘..Ic K2m(4)KnKl^nm _ 參照均方差的計(jì)算公式，利用式的η類(lèi)聚類(lèi)中心以及各類(lèi)中包含的全部時(shí)序 數(shù)據(jù)，可得到如式(5)所示的基于聚類(lèi)中心的均方差計(jì)算公式，以計(jì)算出各變量關(guān)于每個(gè) 聚類(lèi)中心的均方差。度。
I ι ~I~——I j N1
(5)
其中i = l，2，…，n;j = l，2，…，IiuNi為第i個(gè)聚類(lèi)中心中包含的時(shí)序數(shù)據(jù)長(zhǎng)
步驟3 線(xiàn)性最小方差優(yōu)化融合 將每個(gè)聚類(lèi)中心看作
個(gè)“傳感器”，選用-
卜綜合加權(quán)向量Wt = [W1 WfWn]對(duì)
各聚類(lèi)中心加權(quán)融合，則矩陣K的線(xiàn)性最小方差融合問(wèn)題可以表示為Y = WTK，其中融合結(jié)果多變量向量Y = [Yl wyj求矩陣的二次型最優(yōu)問(wèn)題MinW。pt = arg min[P]P = E {ffT [K-E (K) ]}2 = E {ffT [K-E (K) ] [K-E (K) ] Tff}凸線(xiàn)性約束方程:WTA = 1，A為所有元素為1的nX 1的列向量。由式(7)可以得到P = W1RkkW其中
(6)
(7) ⑶
權(quán)利要求
1.一種用于乙烯工業(yè)能效指標(biāo)提取分析方法，其特征在于，在一個(gè)統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)周期內(nèi)針 對(duì)已建立的乙烯工業(yè)能效指標(biāo)體系，基于數(shù)據(jù)融合方法提取乙烯工業(yè)各能耗量化指標(biāo)及虛 擬標(biāo)桿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙烯工業(yè)能效指標(biāo)提取分析方法，其特征在于，所述乙烯工 業(yè)能效指標(biāo)體系包括監(jiān)測(cè)指標(biāo)、分析指標(biāo)和能效指標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙烯工業(yè)能效指標(biāo)提取分析方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)融 合方法是指綜合利用多種信息集成處理方法，基于多變量時(shí)序數(shù)據(jù)最小方差優(yōu)化融合方 法，提取乙烯工業(yè)各能耗量化指標(biāo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙烯工業(yè)能效指標(biāo)提取分析方法，其特征在于，所述虛擬標(biāo) 桿是根據(jù)單個(gè)裝置、或同規(guī)模、或同技術(shù)裝置的歷史數(shù)據(jù)融合代表該類(lèi)裝置能耗水平的虛 擬標(biāo)桿。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的乙烯工業(yè)能效指標(biāo)提取分析方法，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)指 標(biāo)包括石腦油、輕柴油、加氫尾油、輕烴、抽余油和其它原料；燃料氣、輕質(zhì)油、重質(zhì)油等燃 料；超高壓蒸汽、高壓蒸汽、中壓蒸汽、低壓蒸汽；循環(huán)水、工業(yè)水、鍋爐積水和其它水、電。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的乙烯工業(yè)能效指標(biāo)提取分析方法，其特征在于，所述分析指 標(biāo)是在監(jiān)測(cè)指標(biāo)基礎(chǔ)之上，經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，得到更能代表乙烯能耗特征的指標(biāo)，包括綜合能 耗(SEC)由燃動(dòng)能耗、蒸汽能耗、水能耗、電耗相加得到；燃動(dòng)能耗則有燃料氣、輕質(zhì)油和重 質(zhì)油利用標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換系數(shù)轉(zhuǎn)換成兆焦(GJ)后相加得到；蒸汽消耗是有超高壓、高壓、中壓、 低壓蒸汽轉(zhuǎn)換成兆焦(GJ)后相加得到；水是循環(huán)水、工業(yè)水、鍋爐給水和其它水轉(zhuǎn)換后相 加得到；電耗是把用電量轉(zhuǎn)換成能耗。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的乙烯工業(yè)能效指標(biāo)提取分析方法，其特征在于，所述能效指 標(biāo)是指參照能源強(qiáng)度因子除以待評(píng)價(jià)能源強(qiáng)度因子，是一個(gè)無(wú)量綱的數(shù)，其主要用途是監(jiān) 測(cè)給定乙烯裝置整個(gè)生命周期中的能效進(jìn)展。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的乙烯工業(yè)能效指標(biāo)提取分析方法，其特征在于，所述綜合利 用多種信息集成處理方法是指綜合利用缺失值處理算法、異常數(shù)據(jù)檢測(cè)及處理算法、數(shù)據(jù) 聚類(lèi)算法、數(shù)據(jù)規(guī)范化算法，處理能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、一致性與可靠性。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的乙烯工業(yè)能效指標(biāo)提取分析方法，其特征在于，所述基于多 變量時(shí)序數(shù)據(jù)最小方差優(yōu)化融合方法，是指基于聚類(lèi)中心的均方差計(jì)算公式，計(jì)算出各變 量關(guān)于每個(gè)聚類(lèi)中心的均方差，將每個(gè)聚類(lèi)中心看作一個(gè)“傳感器”，選用一個(gè)綜合加權(quán)向 量對(duì)各聚類(lèi)中心加權(quán)融合，得到線(xiàn)性最小方差優(yōu)化融合的結(jié)果。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述乙烯工業(yè)能效指標(biāo)提取分析方法，其特征在于，所述參照能源 強(qiáng)度因子是基于權(quán)利要求8、9所述方法分別得到的單個(gè)乙烯裝置、或多個(gè)乙烯裝置、或同 規(guī)模、或同技術(shù)的能源強(qiáng)度因子。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于乙烯工業(yè)能效指標(biāo)提取分析方法，屬于石油化工過(guò)程企業(yè)用能效率指標(biāo)提取及其評(píng)價(jià)領(lǐng)域。該方法是在一個(gè)統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)周期內(nèi)對(duì)已建立的乙烯工業(yè)能效指標(biāo)體系，基于數(shù)據(jù)融合方法提取乙烯工業(yè)各能耗量化指標(biāo)及虛擬標(biāo)桿，同時(shí)提供了一個(gè)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的軟件平臺(tái)系統(tǒng)。該方法能客觀評(píng)價(jià)乙烯裝置能效狀況，不同裝置之間、乙烯行業(yè)能效指標(biāo)對(duì)比分析，乙烯裝置能效虛擬對(duì)標(biāo)。本發(fā)明綜合考慮了不同裝置之間的原料、工藝技術(shù)和裝置規(guī)模的差異，克服了傳統(tǒng)能耗統(tǒng)計(jì)方法標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，影響結(jié)果可比性的缺點(diǎn)，提取的能耗指標(biāo)體系完整、合理、客觀，有助于找到乙烯裝置節(jié)能降耗的方向與量化目標(biāo)，也可用于其他流程裝置能耗指標(biāo)提取及分析評(píng)價(jià)。
文檔編號(hào)G01N35/00GK102116773SQ20101003390
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2010年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月6日
發(fā)明者朱群雄, 耿志強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)