
صفورا حسینی
پیش بینی خط مبنای انرژی در واحدهای عملیاتی شرکت پالایش نفت شازند جهت ارائه راهکار در بهبود مصرف انرژی
- دانشجو
- صفورا حسینی
- استاد راهنما
- محمدتقی تقوی فرد
- استاد مشاور
- جهانیار بامداد صوفی
- استاد داور
- مقصود امیری
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- مدیریت و حسابداری
- شماره ساختمان محل ارائه
- ۴۵
- نام کلاس محل ارائه
- کلاس ۱۴[۲۴۱۴]
- شماره کلاس محل ارائه
- ۱۱۴
- تاریخ دفاع
- ۳۰ بهمن ۱۴۰۲
- ساعت دفاع
- ۱۱:۰۰
- چکیده
-
تولید و مصرف حاملهای انرژی از سوختهای فسیلی (زغالسنگ، نفت و گاز)، بزرگترین منبع گرمایش جهانی و انتشار گازهای گلخانهای میباشد. ازاینرو، نیاز به توسعه و اجرای استراتژیهایی به منظور دستیابی به هدف توافق پاریس و محدودکردن گرمایش زمین وجود دارد. در این زمینه، صنایع انرژی بر، مانند پالایشگاههای نفت و گاز، نقش حیاتی ایفا میکنند. نخستین گام در مدیریت انرژی یک پالایشگاه، شناسایی پتانسیل موجود برای صرفهجویی در مصرف انرژی است. به این ترتیب، در گام نخست چارچوب جامعی برای پردازش دادهها و توسعه مدلهای پیشبینی با روشهای آماری و آموزش ماشین برای پیشبینی مصرف انرژی در واحد بنزینسازی شرکت پالایش نفت شازند انجام شد. متغیرهای کنترلی فرایند بنزینسازی ارزیابی و مهمترین پارامترهای مؤثر بر مصرف انرژی در این واحد شناسایی شدند. دادههای تاریخی در بازه زمانی روزانه از ابتدای سال ۱۳۹۷ تا انتهای سال ۱۴۰۱ جمعآوری شد و جهت تعیین حداقل تعداد متغیرهای مورد نیاز مدلسازی، از یک طرح پردازش چندمرحلهای شامل تجزیهوتحلیل چندخطی و انتخاب ویژگیهای مهم مبتنی بر مدل، مورد استفاده قرار گرفت. در مرحله مدلسازی، برای دستیابی به بهترین و دقیقترین مدل، پنج الگوریتم متداول گزارش شده در مقالات، بررسی و مقایسه شدهاند. از میان تمامی الگوریتمها، مدل رگرسیون تقویت گرادیان و جنگل تصادفی، عملکرد بهتری نسبت به سایر روشها نشان دادند و دارای کمترین خطای اعتبارسنجی هستند. نتایج نشان میدهد، این مدلها با مقدار ضریب تعیین ۹۱/۰ در مجموعه دادههای آزمون، مقادیر مصرف انرژی در واحد بنزینسازی و سایر متغیرها را با دقت بسیار خوبی پیشبینی نمودند. علاوه بر این، ارزیابی دادههای آزمون نشان داد که با تنظیم متغیرها منطبق با نتایج مدلسازی، %۴۳/۴ پتانسیل صرفهجویی انرژی، معادل کاهش مصرف ۸۳/۵۶۴۸ کیلو نرمال مترمکعب سوخت گازی پالایشگاهی در یک سال وجود دارد. در این تحقیق همچنین چارچوب نوینی برای کنترل عملیاتی مبتنی بر آموزش ماشین و با هدف بهبود عملکرد انرژی ارائه شده است. در استراتژی کنترل عملیاتی ابتدا با الگوریتم خوشهبندی K-means، حالتهای عملیاتی واحد بنزینسازی دستهبندی، سپس کمترین میزان مصرف انرژی در هر حالت عملیاتی، به عنوان مرجع کنترل عملیاتی فرآیند، انتخاب گردید؛ در مرحله بعد با استفاده از مدلهای پیشبینی، پارامترهای کنترلشده و متغیرهای خروجی تعیین شدند. تجزیه و تحلیل دادههای آزمون اثبات نمود که با تنظیم پارامترهای کنترلی واحد مذکور منطبق با بهترین عملکردهای تاریخی، %۷ پتاسیل صرفهجویی انرژی، معادل کاهش مصرف ۴۷/۸۸۹۴ کیلو نرمالمترمکعب سوخت گازی پالایشگاهی در یکسال وجود دارد.
کلیدواژهها: صرفهجویی و مدیریت عملکرد انرژی، واحد تصفیه هیدروژنی نفتا، خط مبنا انرژی
- Abstract
-
roduction and consumption of energy carriers from fossil fuels (coal, oil and gas) is the biggest source of global warming and greenhouse gas emissions. Therefore, there is a need to develop and implement strategies to achieve the goal of the Paris Agreement and limit global warming. In this context, energy-intensive industries, such as oil and gas refineries, play a vital role. The first step in the energy management of a refinery is to identify the potential for saving energy. In this way, in the first step, a comprehensive framework for data processing and development of prediction models with statistical methods and machine learning was carried out to predict energy consumption in the gasoline unit of Shazand Oil Refining Company. The control variables of the gasoline making process were evaluated and the most important parameters affecting energy consumption in this unit were identified. Historical data was collected daily from the beginning of ۱۳۹۷ to the end of ۱۴۰۱ and to determine the minimum number of variables required for modeling, a multi-stage processing plan including multi-linear analysis and selection of important features based on the model was used. In the modeling stage, to achieve the best and most accurate model, five common algorithms reported in the articles have been reviewed and compared. Among all the algorithms, gradient boosting regression model and random forest showed better performance than other methods and have the lowest validation error. The results show that these models, with a determination coefficient of ۰.۹۱ in the test data set, predicted the energy consumption in the gasoline unit and other variables very accurately. In addition, the evaluation of the test data showed that by adjusting the variables in accordance with the modeling results, there is a ۴.۴۳% energy saving potential, equivalent to a reduction in the consumption of ۵۶۴۸.۸۳ kilo normal cubic meters of refinery gas fuel in one year. In this research, a new framework for operational control based on machine learning with the aim of improving energy performance is presented. In the operational control strategy, the operational modes of the gasoline production unit were first categorized with the K-means clustering algorithm, then the lowest amount of energy consumption in each operational mode was selected as the operational control reference of the proce In the next step, controlled parameters and output variables were determined using predictive models. The analysis of the test data proved that by adjusting the control parameters of the mentioned unit in accordance with the best historical performances, there is a ۷% energy saving potential, equivalent to reducing the consumption of ۸۸۹۴.۴۷ cubic meters of refinery gas fuel in one year. Keywords: energy saving and performance management, Naphtha hydrogen refining unit, energy baseline ?