Тенденции развития ХТС и их влияние на работоспособность
В период индустриализации нашей страны химические производства были чрезвычайно простыми, с малым числом оборудования. От этих производств требовалось количество продукта и качество, и все это любой ценой и скорее. “Любой ценой” означало, что работоспособность достигалась по плотницкому методу: “Подтяшем - лягеть!”, т.е. не жалея ресурсов. И такой подход к созданию ХТС в то время вполне оправдан. Далее, этот подход сохранился и на годы войны и на послевоенные годы.
Постепенно макросистема стала требовать от своих составляющих, в том числе от ХТС, не только “давай-давай”, но давай эффективно.Удовлетворение этого требования пошло по нескольким направлениям.
1. Оказалось, что большую долю в себестоимости целевого продукта химической промышленности составляет стоимость сырья, которая становилась все больше и больше из-за естественного стремления химиков иметь чистые и особо чистые вещества в качестве сырья. Последнее заставляло горнодобывающую промышленность создавать производства по обогащению сырья, его очистке от вредных и балластных для технологий веществ. И все это естественно удорожало сырье.
Это обстоятельство в свою очередь заставляет химиков-технологов увеличивать степень превращения сырья в целевой продукт. Здесь существует несколько приемов увеличения степени превращения и один из них - организация рециклов технологического потока, т.е. часть его, еще содержащая ценный химический компонент на выходе из ХТС, снова направляется в “голову” ХТС для повторной обработки. Конечно, эту часть потока приходится подготавливать для передела, ставить какое-то оборудование (очистка, нагрев, компремирование и т.д.).
Такой способ экономии дорогостоящего сырья приводит к:
* созданию обратных связей между частями ХТС, часть из них, как правило, положительные: чем хуже, тем хуже;
* увеличению числа оборудования, процессов переноса в них и химических (фазовых) превращений, что увеличивает число заданных параметров и число внешних воздействий.
И появление положительных обратных связей, и увеличение числа заданных параметров, внешних воздействий только уменьшает вероятность работоспособности. Иными словами, за эффективность использования сырья приходится платить снижением надежности ХТС.
2. Во многих химических производствах большую долю в себестоимости составляет не только сырье, но и потребление энергии (электроэнергия, тепловая в виде водяного пара, топливо (мазут, природный газ, уголь)). Химики-технологи с целью экономии энергии предложили и стали реализовывать в своих разработках ХТС оригинальный прием. Суть его в том, чтобы энергию тепловыделений при химических и фазовых превращениях транспортировать в виде массовых потоков в те места своих технологий, где требуется теплопоглощение. Так в технологических схемах современных ХТС снова появились обратные и перекрестные потоки масс технологических газов, резко увеличилось число теплообменников, сами схемы стали чрезвычайно сложными и запутанными для свежего взгляда. Возросло число и длина газоходов и трубопроводов, число вентиляторов и компрессоров, насосов, арматуры. Такой прием энергосбережения увеличивал металлоемкость (т.е. капитальные затраты) и затраты на электроэнергию, необходимую для перемещения технологического потока из “хвоста” ХТС в ее “голову” и обратно. Но ценообразующий базис при социализме был таков, что в целом реально наблюдалась экономия энергии.
Химики-технологи зашли так далеко в своем стремлении экономить энергию, что стали разрабатывать так называемые энерготехнологические производства. Это те химические производства, в которых вся энергия химических превращений полностью используется на собственные нужды технологии так, что нет затрат топлива и электроэнергии, разве только на стадии пусковых работ. Подчас технологи взлетают так высоко в своей экономии энергии, что создаются ХТС, которые еще и продают энергию на сторону (АК-72, К-700).
В целом стремление к энергосбережению приводит к усложнению технологической схемы, увеличению числа оборудования, удлинению газоходов и трубопроводов, увеличению мощности двигателей для перекачки технологического потока, образованию положительных обратных связей. Качество таких ХТС, т. е. работоспособность их, было невелико, зато эффективность на бумаге была высочайшей.
3. Последние 25-30 лет на химиков-технологов свалилось еще одно требование - экологическая чистота производства. Пришлось заняться газовыми выбросами, пылевыбросом, жидкими стоками, шлаками и балластами в сырье. Стали появляться оригинальные технологии переработки отходов химических и энергетических производств. В частности, 30 % всей потребной в СССР серной кислоты производилось из дымовых газов ТЭЦ, больших топочных устройств, в которых сжигался высокосернистый мазут или уголь, причем рентабельность этого производства была много выше рентабельности основного производства.
В целом экологические требования к ХТС со стороны макросистемы приводят к созданию установок очистки, утилизации, обезвреживания всех отходов, эти установки становятся составной частью ХТС, опять приходится создавать положительные обратные связи, снова увеличивается число заданных параметров и внешних воздействий и, как следствие, ухудшение качества ХТС, т.е. работоспособность ХТС уменьшается.
4. Примерно за 20 лет до реформ в России химическую промышленность и химическое машиностроение СССР потряс сильнейший системный удар со стороны правительства. Тогдашний министр химической промышленности добился финансирования на приобретение импортных химических производств и установок, аргументируя тем, что отечественные химические производства дурно работают, много внеплановых остановок и последующих простоев.
«С 1960 по 1980 годы на основе закупленных новых технологий, лицензий и комплектного оборудования, заводов и установок в Советском Союзе в сотрудничестве с зарубежными фирмами и организациями построили и ввели в эксплуатацию около 1200 крупномасштабных объектов химической и нефтехимической промышленности. Общая стоимость этих закупок составила 12 миллиардов инвалютных рублей (15 миллиардов долларов). Это позволило резко увеличить производство химической и нефтехимической продукции, крайне необходимой для развития промышленности, строительства, транспорта и сельского хозяйства» [69, стр. 28].
“Из-за ограниченных возможностей отечественного машиностроения в конструировании и изготовлении новейшего оборудования подавляющая часть установок для нового строительства закупалась, на что требовалась валюта, которой постоянно не хватало. Тогда Леонидом Аркадьевичем(Костандовым, П.Н.Н.)был разработан и использован принцип компенсационных соглашений.”[69, стр. 35].
Не будем отвлекаться на разрушительные последствия для макросистемы такого решения, но заострим внимание на этом событии с точки зрения работоспособности создаваемых отечественных ХТС. Принятие решения о закупке импортных технологий по существу означает прекращение финансирования на разработку и создание отечественных ХТС. Вся структура разработки и создания отечественных ХТС, обеспечивающая самодостаточность СССР, дружно рухнула за какие-то 3-4 года, а создавалась долго, эволюционно, с большим напряжением. Сегодня можно говорить о том, что 25 лет до реформ + 20 лет самих реформ, т.е. почти 2 поколения людей, отключено, отвергнуто от процесса разработки и создания химических производств. О каком качестве разработки, о какой работоспособности ХТС можно теперь говорить? Наш учитель з.д.н., д.ф-м.н., проф. А.А. Гухман оказался прав, обращаясь к Ученому Совету МИХМа в 1956 г.: «Известно, куда попадешь, подтягиваясь по хвосту бешено скачущей лошади!»
5. Наверное, надо честно признать, что разработчики и создатели технологических систем, преподаватели и профессура высших учебных заведений не освятили себя или не смогли освятить системным мышлением. Мы до сих пор находимся во власти классического подхода, ориентированного на познание целого через изучение частей. А практика пусковых работ опытно-промышленной или головной ХТС наглядно показывает, что познание частей должно быть основано на знании целого, что свойства ХТС совсем не являются алгебраической суммой свойств ее частей. Более того, у ХТС существуют проявления, эффекты, свойства, которых нет ни у одной части и которые в принципе нельзя уяснить, предсказать из свойств частей.
Даже в относительно простом процессе псевдоожижения понадобилось почти 20 лет изучения гидродинамики псевдоожиженного слоя (т.е. поиск и прогнозирование полей скоростей фаз и поля концентрации частиц в объеме слоя), чтобы понять, что гидродинамика слоя в лабораторном аппарате не имеет ничего общего с гидродинамикой в том же аппарате в составе всей технологической линии. Наверное, поэтому псевдоожиженный слой так слабо сегодня применяется в промышленности: отсутствие системного мышления мстит разработчикам систем их неработоспособностью.
Догматизм в изучении частей, чтобы понять поведение системы, привел к сильнейшей дифференциации специалистов по профессиям. Эрудиция Леонардо да Винчи, Ньютона, Лапласа, Паскаля, Эйлера, Менделеева, Вернадского - сейчас просто невозможное событие. Научные работники разных специальностей не понимают друг друга из-за отсутствия общего понятийно-терминологического аппарата. Просто Вавилонское столпотворение! В такой обстановке и не может возникнуть системное мышление.
Проблема системности мышления встала сейчас во весь свой рост и просто угрожает самому бытию людей. Перефразируя известное изречение г. Черчилля, можно сказать, что, если человек не будет заниматься системами, то системы сами займутся человеком.