基于主成分分析的换热器网络能效评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种换热器网络能效评价方法。特别是涉及一种基于主成分分析的换 热器网络能效评价方法。
【背景技术】
[0002] 换热器是石油化工行业生产过程中实现热量交换和能量传递的重要设备。换热器 经过长期使用后其传热能力会有所下降，严重的会造成腐蚀泄漏，从而导致装置非计划检 修或停车，造成严重的资源浪费，因此对换热器的能效进行评价，为换热器改造、选择维修 和应用具有指导意义。
[0003] 在进行换热器能效评价方法的研究中，往往会涉及管程进出口温差、壳程进出口 温差、管程流量、壳程流量、管程压降、壳程压降、管程比热、壳程比热、换热面积、热负荷、传 热系数、热效率、传热单元数、污垢热阻等众多影响换热器能效的评价因素变量。但随着评 价因素变量的增多，不仅会增加计算的复杂性，而且也加大了合理地分析问题和解释问题 的困难。在换热器能效评价过程中，换热器涉及工艺参数众多，参数之间关联度大，常规评 价方法容易导致参数信息重复利用，造成评价偏差，
[0004] -般说来，在进行换热器能效评价过程中，每个评价因素变量都提供了一定的信 息，但其重要性有所不同。同时，由于评价因素变量间有一定的相关性，也使得这些因素变 量所涵盖的信息在一定程度上有所重叠。
[0005] 目前有多种换热器性能的评价方法，一种是对运行中的换热器的热交换性能实时 评价，考虑因素比较单一，不能全面反映换热器本身能效；另一种采用综合评价法，主要采 用Delphi (德菲尔法）或层次分析法（AHP)等进行因素赋权，这一过程未能消除各因素之 间的共线性，且存在权重确定的主观性。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够避免评价的盲目性，增加评价的准 确性和可操作性的基于主成分分析的换热器网络能效评价方法。
[0007] 本发明所采用的技术方案是：一种基于主成分分析的换热器网络能效评价方法， 采用主成分分析法建立换热器综合评价模型；应用综合评价模型，对换热器能效进行定级 评价；其中，所述的采用主成分分析法建立换热器综合评价模型，包括：选取换热器评价因 素变量；对选取评价因素变量做KMO检验及SMC检验；对通过检验后的评价因素变量进行 标准化；建立样本相关矩阵，计算相关矩阵的特征值及特征向量；根据累积贡献率确定评 价样本主成分个数，由特征向量与标准化评价因素变量线性组合得到标准化主成分模型； 根据主成分权重建立换热器综合评价模型；计算换热器能效综合评价分，确定换热器能效 级别划分分值区间表。
[0008] 所述的换热器评价因素变量是选取影响换热器能效的17个工艺参数作为评价因 素变量，包括：换热面积、热侧流量、热侧比热、热侧进口温度、热侧进口压力、热侧出口温 度、冷侧流量、冷侧比热、冷侧进口温度、冷侧进口压力、冷侧出口温度、热负荷、传热系数、 热侧定压比热容、冷侧定压比热容、热效率和传热单元数。
[0009] 所述的对通过检验后的评价因素变量进行标准化，采用正规化法对评价因素变量 进行无量纲标准化，得到标准化后的评价因素变量Xi，其中i = 1，2,......，17。
[0010] 所述的建立样本相关矩阵，计算相关矩阵的特征值及特征向量，是利用η个换热 器样本标准化后的评价因素变量X1建立相关矩阵R，解相关矩阵R的特征方程，得到相关矩 阵R的17个特征值λ i，其中i = 1，2,......，17及特征向量Θι，将特征值按大小顺序进行 排列λ 2彡……彡λ 17彡〇。
[0011] 所述的得到标准化主成分模型，是当特征值累积方差贡献率达到85 % 以上时的个数，则为主成分个数，对于η个样本建立的换热器能效评价相关矩阵，前5个 特征值X1, X2,......，人5的累积方差贡献率达到85%以上，由特征向量e i，其中i = 1, 2,......, 5,与标准化评价因素变量Xi~X17线性组合后得到标准化主成分模型Y Y5。
[0012] 所述的标准化主成分模型Y 5为：
[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] 所述的根据主成分权重建立换热器综合评价模型，是利用换热器评价的每个主成 分贡献率计算权重，与标准化主成分模型计算的数据线性组合，建立换热器综合评价模型 Ζ*，
[0029]
[0030] 所述的计算换热器能效综合评价分，确定换热器能效级别划分分值区间表，是将 η个换热器样本评价因素对应数据带入换热器综合评价模型Ζ%计算换热器能效综合评价 值，采用级差正规化的方法，即，采用级差正规化经验公式J二将所有 综合评价值化为〇~100的分值区间的评价分Z，按照级间分值差异大、级内分值差异小的 原则，采用总分频率直方图法划分换热器能效级别，确定换热器能效级别划分分值区间表。
[0031] 所述的应用综合评价模型，对换热器能效进行定级评价将被评价换热器评价因素 信息直接带入标准化主成分模型Y1W Y 5中，得出Y Y 5的值，将Y Y 5的值带入换热器 综合评价模型Zi得出综合评价值，将换热器综合评价值带入级差正规化经验公式中得到综 合评价分Z，对照换热器能效级别划分分值区间表进行换热器能效定级。
[0032] 本发明的基于主成分分析的换热器网络能效评价方法，有益效果如下：
[0033] (1)避免了评价的盲目性。本发明是通过选取η个换热器样本，且与换热器能效相 关的17个工艺参数进行换热器模型建立，随着样本数据增加，换热器运行过程中可能会出 现的各种状况包含越多，使评价模型具有科学依据、客观化，模型更加精确，在换热器能效 评价过程中适用性更强。同时，评价模型的建立简化了换热器能效评价程序，能够对换热器 网络或单台换热器进行评价，避免了换热器评价的盲目性。
[0034] (2)增加了评价的准确性和可操作性。本发明是利用主成分分析的方法对运行中 换热器多项工艺参数进行研