基于层次分析法的煤层气增压设备优选

2012-10-21罗志鹏陈小清萧峰超

中国设备工程 2012年1期

罗志鹏，汪勇，陈小清，萧峰超

（1.西安石油大学石油工程学院，陕西西安 710065；2.中国石油长庆油田公司第一采油厂，陕西延安 716000）

层次分析法（AHP）是一种定量与定性相结合的设备选择评价方法，特别适合具有复杂层次结构、定性与定量指标众多的系统评价。将该方法运用于煤层气增压设备的优选中，能将复杂的问题分解为不同的组成因素，按照因素间的相互关联、隶属关系，构成一个多层次的系统结构模型，利用定性与定量相结合的方法进行判断，从而有利于决策者进行最优化决策。

一、煤层气增压设备的工作原理和技术特点

目前，气田地面集输常用的压缩机主要有往复式、离心式和螺杆式。常用增压设备的工作原理和主要技术特点对比见表1。

二、层次分析法的决策步骤

1.建立递阶层次结构模型。综合分析拟解决问题，然后将其分解为由元素组成的各个部分，再将这些元素按不同属性划分为不同层次，最后建立递阶层次结构。递阶层次结构通常由目标层(描述预定目标或理想结果)、准则层(实现目标的中间环节)、方案层(实现目标的措施和方案)构成。可以用图框形式表示层次的递阶结构和因素间的隶属关系，见图1。

图1 递阶层次结构示意图

表1 煤层气增压设备的工作原理和主要技术特点对比

2.构造比较判断矩阵。建立递推层次结构后，上下层次之间元素的隶属关系随之也被确定，此后采用1～9的比例标度，标度的含义如表2所示，对同一层次的各元素关于上一层中某准则的重要性进行比较，构造两两比较判断矩阵。

表2 AHP法中1～9标度的含义

3.单一准则下元素相对权重计算。根据判断矩阵A计算要素关于相邻上一层次要素的优先权重，称为层次单排序。层次单排序可以归结为求矩阵A中最大特征值(λmax)对应的特征向量，即满足AW=λmaxW的特征向量W=[w1，w2，…，wn]T。本文采用方根法求解，该方法的计算步骤如下。

（1）计算判断矩阵A的各行各个元素乘积aij

（2）计算n次方根λmax

（3）对向量W=(w1，w2，…wn)T进行规范化

（4）计算A的最大特征值λmax

（5）为了保证判断的一致性，需要对判断矩阵进行一致性检验：

式中：CI——一致性指标；

n——特征向量的维数。

在表3中可查)，判别矩阵的一致性满足要求，CR≥0.1时，应该对判别矩阵作适当修正。

表3 平均随机一致性指标

4.层次的合成权数计算及排序

在单一准则排序的基础上，计算同一层所有要素对于最高层(目标)相对重要性的排序权值，称为层次合成权数。假如k-1层上的n个元素对目标层的排序为W(k-1)=W1(k-1)，W2(k-1)，…，Wn(k-1)，第k层上n个元素对k-1层上各元素的排序结果是P(k)=P1(k)，P2(k)，…，Pn(k)，则第k层上元素对目标层的合成排序为W(k)=W(k-1)×P(k)。

综合排序向量数值最大者所对应的方案即为最优备选方案，并按数值大小确定各方案的相对优越性排序。

三、对煤层气增压设备进行比选

以某地拟建煤层气集气站为例，该集气站负责附近5口气井的煤层气收集和加压输送至中心处理厂的任务，单口气井生产参数：产气量2 000～2500m3/d、压力0.2～0.5MPa、温度10～20℃。采用集气站和中心处理厂增压集输模式，将该5口气井采出的煤层气收集后在集气站增压后输送至中心处理厂。集气站压缩机出口压力为1.4MPa，进口压力为0.05～0.08MPa，压比为8.3～9.9，气井产气量波动较大。

1.在考虑煤层气生产工艺、设备使用性能和经济性三个评价准则基础上，选择构建满足高压比、适应低流量等9个评价子准则，构建层次结构模型，如图2所示。然后对备选增压设备的主要技术经济指标进行定性比较分析，分析结果见表4。