基于主成分分析的換熱器網(wǎng)絡(luò)能效評(píng)價(jià)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種換熱器網(wǎng)絡(luò)能效評(píng)價(jià)方法。特別是涉及一種基于主成分分析的換 熱器網(wǎng)絡(luò)能效評(píng)價(jià)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 換熱器是石油化工行業(yè)生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)熱量交換和能量傳遞的重要設(shè)備。換熱器 經(jīng)過長期使用后其傳熱能力會(huì)有所下降，嚴(yán)重的會(huì)造成腐蝕泄漏，從而導(dǎo)致裝置非計(jì)劃檢 修或停車，造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，因此對(duì)換熱器的能效進(jìn)行評(píng)價(jià)，為換熱器改造、選擇維修 和應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。
[0003] 在進(jìn)行換熱器能效評(píng)價(jià)方法的研究中，往往會(huì)涉及管程進(jìn)出口溫差、殼程進(jìn)出口 溫差、管程流量、殼程流量、管程壓降、殼程壓降、管程比熱、殼程比熱、換熱面積、熱負(fù)荷、傳 熱系數(shù)、熱效率、傳熱單元數(shù)、污垢熱阻等眾多影響換熱器能效的評(píng)價(jià)因素變量。但隨著評(píng) 價(jià)因素變量的增多，不僅會(huì)增加計(jì)算的復(fù)雜性，而且也加大了合理地分析問題和解釋問題 的困難。在換熱器能效評(píng)價(jià)過程中，換熱器涉及工藝參數(shù)眾多，參數(shù)之間關(guān)聯(lián)度大，常規(guī)評(píng) 價(jià)方法容易導(dǎo)致參數(shù)信息重復(fù)利用，造成評(píng)價(jià)偏差，
[0004] -般說來，在進(jìn)行換熱器能效評(píng)價(jià)過程中，每個(gè)評(píng)價(jià)因素變量都提供了一定的信 息，但其重要性有所不同。同時(shí)，由于評(píng)價(jià)因素變量間有一定的相關(guān)性，也使得這些因素變 量所涵蓋的信息在一定程度上有所重疊。
[0005] 目前有多種換熱器性能的評(píng)價(jià)方法，一種是對(duì)運(yùn)行中的換熱器的熱交換性能實(shí)時(shí) 評(píng)價(jià)，考慮因素比較單一，不能全面反映換熱器本身能效；另一種采用綜合評(píng)價(jià)法，主要采 用Delphi (德菲爾法）或?qū)哟畏治龇ǎˋHP)等進(jìn)行因素賦權(quán)，這一過程未能消除各因素之 間的共線性，且存在權(quán)重確定的主觀性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠避免評(píng)價(jià)的盲目性，增加評(píng)價(jià)的準(zhǔn) 確性和可操作性的基于主成分分析的換熱器網(wǎng)絡(luò)能效評(píng)價(jià)方法。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于主成分分析的換熱器網(wǎng)絡(luò)能效評(píng)價(jià)方法， 采用主成分分析法建立換熱器綜合評(píng)價(jià)模型；應(yīng)用綜合評(píng)價(jià)模型，對(duì)換熱器能效進(jìn)行定級(jí) 評(píng)價(jià)；其中，所述的采用主成分分析法建立換熱器綜合評(píng)價(jià)模型，包括：選取換熱器評(píng)價(jià)因 素變量；對(duì)選取評(píng)價(jià)因素變量做KMO檢驗(yàn)及SMC檢驗(yàn)；對(duì)通過檢驗(yàn)后的評(píng)價(jià)因素變量進(jìn)行 標(biāo)準(zhǔn)化；建立樣本相關(guān)矩陣，計(jì)算相關(guān)矩陣的特征值及特征向量；根據(jù)累積貢獻(xiàn)率確定評(píng) 價(jià)樣本主成分個(gè)數(shù)，由特征向量與標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)因素變量線性組合得到標(biāo)準(zhǔn)化主成分模型； 根據(jù)主成分權(quán)重建立換熱器綜合評(píng)價(jià)模型；計(jì)算換熱器能效綜合評(píng)價(jià)分，確定換熱器能效 級(jí)別劃分分值區(qū)間表。
[0008] 所述的換熱器評(píng)價(jià)因素變量是選取影響換熱器能效的17個(gè)工藝參數(shù)作為評(píng)價(jià)因 素變量，包括：換熱面積、熱側(cè)流量、熱側(cè)比熱、熱側(cè)進(jìn)口溫度、熱側(cè)進(jìn)口壓力、熱側(cè)出口溫 度、冷側(cè)流量、冷側(cè)比熱、冷側(cè)進(jìn)口溫度、冷側(cè)進(jìn)口壓力、冷側(cè)出口溫度、熱負(fù)荷、傳熱系數(shù)、 熱側(cè)定壓比熱容、冷側(cè)定壓比熱容、熱效率和傳熱單元數(shù)。
[0009] 所述的對(duì)通過檢驗(yàn)后的評(píng)價(jià)因素變量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，采用正規(guī)化法對(duì)評(píng)價(jià)因素變量 進(jìn)行無量綱標(biāo)準(zhǔn)化，得到標(biāo)準(zhǔn)化后的評(píng)價(jià)因素變量Xi，其中i = 1，2,......，17。
[0010] 所述的建立樣本相關(guān)矩陣，計(jì)算相關(guān)矩陣的特征值及特征向量，是利用η個(gè)換熱 器樣本標(biāo)準(zhǔn)化后的評(píng)價(jià)因素變量X1建立相關(guān)矩陣R，解相關(guān)矩陣R的特征方程，得到相關(guān)矩 陣R的17個(gè)特征值λ i，其中i = 1，2,......，17及特征向量Θι，將特征值按大小順序進(jìn)行 排列λ 2彡……彡λ 17彡〇。
[0011] 所述的得到標(biāo)準(zhǔn)化主成分模型，是當(dāng)特征值累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到85 % 以上時(shí)的個(gè)數(shù)，則為主成分個(gè)數(shù)，對(duì)于η個(gè)樣本建立的換熱器能效評(píng)價(jià)相關(guān)矩陣，前5個(gè) 特征值X1, X2,......，人5的累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到85%以上，由特征向量e i，其中i = 1, 2,......, 5,與標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)因素變量Xi~X17線性組合后得到標(biāo)準(zhǔn)化主成分模型Y Y5。
[0012] 所述的標(biāo)準(zhǔn)化主成分模型Y 5為：
[0013] Y1 = 0. 304 X X !+0. 255 X X2+0. 055 X X3+0. 336 X X4+0. 204 X X5+0. 345 X X6
[0014] +0· 267 X X7-O. 146 X Χ8+0· 343 X Χ9+0· 070 X Χ10+0· 357 X Χη+0· 254 X X12
[0015] -0· 050 X Χ13+0· 269 X Χ14+0· 287 X Χ15+0· 050 X Χ16+0· 005 X 17;
[0016] Y2= 0· 112 XX1-0.0 87 XΧ2+0· 021 XΧ3+0· 059 XX4-O. 113 XX5-0.0 75 XX6
[0017] -0. 04ΧΧ7+0. 263ΧΧ8+0. 014 X X9-O. 342ΧΧ10+0. 070ΧΧη+0. 248 X X12
[0018] +0. 453 X X13-0.0 76ΧΧ14+0. 044ΧΧ15+0. 479ΧΧ16+0. 512 XX17;
[0019] Y3= 0· 117 XXJ0. 314XX2-O. 398 XX3-O. 266 XΧ4+0· 076 XX5-O. 274XX6
[0020] +0. 202 X X7-O. 363 X X8-O. 272ΧΧ9+0. 316 X X10-O. 226ΧΧη+0. 129 X X12
[0021] +0· 207 X Χ13+0· 259 X Χ14+0· 075 X Χ15+0· 102 X Χ16+0· 193 X X17;
[0022] Y4= 0· 264 X X !+0· 42 X Χ2+0· 398 X X3-O. 159 X X4-O. 245 X X5-0.0 73 X X6
[0023] -0· 210 X Χ7+0· 327 X X8-O. 152 X X9-O. 112 X X10-0.0 90 X Χη+0· 190 X X12
[0024] -0· 023 X Χ13+0· 442 X X14-O. 141 X X15-O. 232 X X16-0.0 68 X X17;
[0025] Y5= -0· 154XX「0· 064XΧ2+0· 398 XX3-0.0 66 XX4-O. 480 XX5-0.0 76 XX6
[0026] +0. 500 X X7-0.0 89 X X8-0.0 58ΧΧ9+0. 004 X X10-O. 115 X X11-O. 118 X X12
[0027] +0· 099XX13-0.0 42XΧ14+0· 519XX15-O. OllXX16-0.0 69XΧ17。
[0028] 所述的根據(jù)主成分權(quán)重建立換熱器綜合評(píng)價(jià)模型，是利用換熱器評(píng)價(jià)的每個(gè)主成 分貢獻(xiàn)率計(jì)算權(quán)重，與標(biāo)準(zhǔn)化主成分模型計(jì)算的數(shù)據(jù)線性組合，建立換熱器綜合評(píng)價(jià)模型 Ζ*，
[0029]
[0030] 所述的計(jì)算換熱器能效綜合評(píng)價(jià)分，確定換熱器能效級(jí)別劃分分值區(qū)間表，是將 η個(gè)換熱器樣本評(píng)價(jià)因素對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)帶入換熱器綜合評(píng)價(jià)模型Ζ%計(jì)算換熱器能效綜合評(píng)價(jià) 值，采用級(jí)差正規(guī)化的方法，即，采用級(jí)差正規(guī)化經(jīng)驗(yàn)公式J二將所有 綜合評(píng)價(jià)值化為〇~100的分值區(qū)間的評(píng)價(jià)分Z，按照級(jí)間分值差異大、級(jí)內(nèi)分值差異小的 原則，采用總分頻率直方圖法劃分換熱器能效級(jí)別，確定換熱器能效級(jí)別劃分分值區(qū)間表。
[0031] 所述的應(yīng)用綜合評(píng)價(jià)模型，對(duì)換熱器能效進(jìn)行定級(jí)評(píng)價(jià)將被評(píng)價(jià)換熱器評(píng)價(jià)因素 信息直接帶入標(biāo)準(zhǔn)化主成分模型Y1W Y 5中，得出Y Y 5的值，將Y Y 5的值帶入換熱器 綜合評(píng)價(jià)模型Zi得出綜合評(píng)價(jià)值，將換熱器綜合評(píng)價(jià)值帶入級(jí)差正規(guī)化經(jīng)驗(yàn)公式中得到綜 合評(píng)價(jià)分Z，對(duì)照換熱器能效級(jí)別劃分分值區(qū)間表進(jìn)行換熱器能效定級(jí)。
[0032] 本發(fā)明的基于主成分分析的換熱器網(wǎng)絡(luò)能效評(píng)價(jià)方法，有益效果如下：
[0033] (1)避免了評(píng)價(jià)的盲目性。本發(fā)明是通過選取η個(gè)換熱器樣本，且與換熱器能效相 關(guān)的17個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行換熱器模型建立，隨著樣本數(shù)據(jù)增加，換熱器運(yùn)行過程中可能會(huì)出 現(xiàn)的各種狀況包含越多，使評(píng)價(jià)模型具有科學(xué)依據(jù)、客觀化，模型更加精確，在換熱器能效 評(píng)價(jià)過程中適用性更強(qiáng)。同時(shí)，評(píng)價(jià)模型的建立簡化了換熱器能效評(píng)價(jià)程序，能夠?qū)Q熱器 網(wǎng)絡(luò)或單臺(tái)換熱器進(jìn)行評(píng)價(jià)，避免了換熱器評(píng)價(jià)的盲目性。
[0034] (2)增加了評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性和可操作性。本發(fā)明是利用主成分分析的方法對(duì)運(yùn)行中 換熱器多項(xiàng)工藝參數(shù)進(jìn)行研