劉天浩 楊紅偉 任坤

(1:北京首鋼股份有限公司硅鋼事業(yè)部 河北遷安 064400;2:首鋼集團有限公司礦業(yè)公司 河北遷安 064400 )

1 前言

某鋼廠的?；嵯礄C組由于設(shè)計規(guī)劃經(jīng)驗不足，機組上存在著設(shè)計缺陷和設(shè)計缺項等眾多問題，機組運行時酸系統(tǒng)非常不穩(wěn)定，出現(xiàn)多處高頻故障點，這些故障點嚴(yán)重的影響了機組的產(chǎn)能的釋放，因此對該機組進行了系統(tǒng)工程的分析。本文將以機組中高頻故障點多發(fā)區(qū)酸系統(tǒng)為例進行分析。

?；嵯垂桎撍嵯聪到y(tǒng)是一個由酸洗系統(tǒng)為主，配備了復(fù)雜的輔助系統(tǒng)的一個大系統(tǒng)。硅鋼酸洗可以分解為酸洗小系統(tǒng)、在線脫硅小系統(tǒng)、堿洗小系統(tǒng)之間的整體關(guān)系。這些系統(tǒng)之所以被稱為一個系統(tǒng)，是因為這些系統(tǒng)各個組成小系統(tǒng)之間不是零散、單獨存在的，而是小系統(tǒng)之間存在一定的相互關(guān)系，通過關(guān)系和關(guān)系相互聯(lián)結(jié)，讓各小系統(tǒng)之間相互影響，構(gòu)造了一個整體的硅鋼酸洗系統(tǒng)。所以在硅鋼酸洗系統(tǒng)中，不能單獨的看待這三個小系統(tǒng)，硅鋼酸系統(tǒng)也不是由這三個小系統(tǒng)簡單迭加的綜合。

硅鋼酸洗系統(tǒng)具有以下三個顯著特征：一是集合性，由三個小系統(tǒng)組成；二是整體性，即各個小系統(tǒng)不是簡單的迭加，而是相互聯(lián)系和作用，存在著復(fù)雜耦合關(guān)系的，構(gòu)成的統(tǒng)一的整體；三是層次性，硅鋼酸洗系統(tǒng)由三個小系統(tǒng)組成，酸洗小系統(tǒng)由三個酸洗工藝槽的子系統(tǒng)組成，在線脫硅由二套在線脫硅小系統(tǒng)組成，并且在線脫硅又由加藥，沉淀和壓濾三個子系統(tǒng)組成，堿洗系統(tǒng)又分為大循環(huán)堿洗和小循環(huán)堿洗子系統(tǒng)，這些小系統(tǒng)和子系統(tǒng)的功能不同，作業(yè)不同自然地位也不同。由于這個復(fù)雜的硅鋼酸洗系統(tǒng)中各個小系統(tǒng)存在著復(fù)雜的耦合關(guān)系，時間滯后和非線性等特性，因此各個小系統(tǒng)直接的關(guān)系很難明確，小系統(tǒng)或子系統(tǒng)中任何一個因素的變化,都會使其基本機制發(fā)生變化。因此,常規(guī)的定性分析與定量分析方法不能揭示和把握這種量化關(guān)系的變化規(guī)律。本文利用系統(tǒng)工程學(xué)理論分析了硅鋼酸洗系統(tǒng)，通過系統(tǒng)的分析梳理出各個子系統(tǒng)之間的工藝邏輯關(guān)系，明確各個子系統(tǒng)的相互關(guān)系，確定了子系統(tǒng)的工藝功能。而系統(tǒng)分析方法最適合這種有著復(fù)雜相關(guān)性和層次性的系統(tǒng)的分析(圖1)。

圖1 系統(tǒng)分析的步驟

2 系統(tǒng)工程學(xué)

系統(tǒng)論是本世紀(jì)40年代的美籍奧地利理論生物學(xué)家馮·貝塔朗菲首次提出,后經(jīng)過很多科學(xué)家發(fā)展形成,包括一般系統(tǒng)理論、控制理論、信息論、耗散結(jié)構(gòu)理論、合作理論等，也包括被廣泛應(yīng)用于科學(xué)與工程分析的系統(tǒng)分析技術(shù)[1]。

系統(tǒng)分析是一門分析技術(shù)，系統(tǒng)分析具有一種獨特的思考問題和處理問題的方法，通常需要采用多種解決方案進行求解。這就是系統(tǒng)分析方法論。系統(tǒng)分析方法論除采用一般系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述方法和邏輯推理方法外，還涉及工程技術(shù)的規(guī)范和社會科學(xué)的藝術(shù)等。描述性、邏輯性、規(guī)范性、藝術(shù)性這些特點交織在一起，構(gòu)成了系統(tǒng)分析獨特的思想方法、理論基礎(chǔ)、基本程序和方法步驟。在系統(tǒng)工程方法中，系統(tǒng)分析起著核心的作用，可以從不同的角度來分析系統(tǒng)[2]。通過對不同分析方法的篩選，最終選擇了比較合適的目標(biāo)—手段分析法和因果分析法來對硅鋼酸洗系統(tǒng)進行分析。

目標(biāo)—手段分析法，就是將要達到的目標(biāo)和所需的手段安裝系統(tǒng)展開，一級手段等于二級目標(biāo)，二級手段等于三級目標(biāo)，依次類推，便產(chǎn)生了層次分析，相互聯(lián)系又逐漸具體話分層目標(biāo)系統(tǒng)。，相互聯(lián)系又逐漸具體化的分層目標(biāo)系統(tǒng)。在分解過程中，要注意分解的分目標(biāo)與總目標(biāo)保持一致，分目標(biāo)的集合一定要保證總目標(biāo)的實現(xiàn)。分解過程中，分目標(biāo)直接可能一致，也可能不一致，甚至是矛盾的，這就需要不斷的調(diào)整，使之在總體上保持協(xié)調(diào)。將總目標(biāo)分解為若干個階層的分目標(biāo)，需要有很大的創(chuàng)造行和掌握豐富的科學(xué)技術(shù)知識與實踐經(jīng)驗。目標(biāo)分解反復(fù)進行直到認(rèn)為滿意為止。

因果分析法，它是利用因果分析圖來分析影響系統(tǒng)的因素，并從中找出產(chǎn)生某種結(jié)果的主要原因的一種定性分析方法。系統(tǒng)某一行為(結(jié)果)的發(fā)生，絕非是一種或兩種原因所造成，而往往是由于多種復(fù)雜因素的影響所致。為了分析影響系統(tǒng)的重要因素，找出產(chǎn)生某種結(jié)果的主要原因，系統(tǒng)分析人員廣泛使用了一種簡便而有效的定性分析方法——因果分析法。這種方法是在圖上用箭頭表示原因與結(jié)果之間的關(guān)系，形象簡單，一目了然，特別是在分析的問題越復(fù)雜時越能發(fā)揮其長處，因為它把人們頭腦中所想問題的結(jié)果與其產(chǎn)出的原因結(jié)構(gòu)圖形化、條理化。許多工程技術(shù)人員集體討論一個問題時，這種方法便于把各種不同的意見加以綜合整理，從而使得所有工程技術(shù)人員對問題的看法逐漸趨于一致[3]。

3 應(yīng)用

硅鋼酸洗系統(tǒng)存在的表象問題是：帶鋼出現(xiàn)大量欠酸洗，噴嘴和管道堵塞，酸洗循環(huán)泵異常高頻損壞，壓濾機無法有效的壓濾出硅泥餅等各類問題。依據(jù)這些表現(xiàn)和系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和特性，使用系統(tǒng)分析方法的分析情況如下：

硅鋼酸洗系統(tǒng)由三個小系統(tǒng)組成分別為酸洗系統(tǒng)、在線脫硅系統(tǒng)、堿洗系統(tǒng)，三者之間的關(guān)系是在線脫硅系統(tǒng)和酸洗系統(tǒng)是主輔關(guān)系，在線脫硅能及時排除酸洗系統(tǒng)硅泥的含量，確保系統(tǒng)中運行的酸液中的硅泥能保持較低的含量；堿洗系統(tǒng)和酸洗系統(tǒng)是主從關(guān)系，當(dāng)酸洗生產(chǎn)結(jié)束后，堿洗系統(tǒng)開始工作，使得酸洗系統(tǒng)中積存的硅泥和硅垢及時得到排出系統(tǒng)，把系統(tǒng)的功能有效的恢復(fù)；在線脫硅和堿洗系統(tǒng)的關(guān)系是并行關(guān)系，兩種排出硅泥的手段相互補充，使得酸洗系統(tǒng)能夠延長有效的生產(chǎn)作業(yè)時間和及時的恢復(fù)系統(tǒng)的功能[4] [5] [6]。這些問題和改善功能邏輯關(guān)系看上去根本無從入手，從現(xiàn)象看根本無法捋順關(guān)系。因此從系統(tǒng)論的概念和思想出發(fā)，綜合應(yīng)用多專業(yè)的知識和方法，研究系統(tǒng)各要素的相互關(guān)系和系統(tǒng)整體變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)和綜合，迅速梳理處改善手段的層次關(guān)系，達到系統(tǒng)改善總目標(biāo)最優(yōu)的目的。為此首先選擇了系統(tǒng)分析方法中目標(biāo)—手段方法對硅鋼酸洗系統(tǒng)的狀態(tài)，特性，運行機理等進行了系統(tǒng)的梳理，對硅鋼酸洗系統(tǒng)的問題由表及理的進行分析，最終借助專業(yè)方法找到最底層的改善手段作為優(yōu)先改善點，差找出了需要優(yōu)先改善的系統(tǒng)缺陷點(圖2)。

圖2 硅鋼酸洗系統(tǒng)目標(biāo)—手段分析圖

由于外方的設(shè)計缺陷和缺項，存在著不適合現(xiàn)有工況的機械設(shè)備選型，檢測儀表的缺失，控制功能的不完善，工藝控制點不明確等各種問題。這些問題不能被單獨的機械，自動化，工藝專業(yè)所能全部分析清楚和解決。再次選擇了采用因果分析法對硅鋼酸洗系統(tǒng)的機械、電氣、工藝、操作、自動化五個專業(yè)方面的存在的問題進行了分析。這些專業(yè)問題都存在于硅鋼酸洗系統(tǒng)中，這些問題有些獨立的有些是相互聯(lián)系的，通過因果分析找出各專業(yè)的共性問題作為優(yōu)先改善點，作為破解復(fù)雜的系統(tǒng)問題迷局的鑰匙(圖3)。

對于硅鋼酸洗系統(tǒng)這種復(fù)雜的系統(tǒng)的問題分析采用了目標(biāo)—手段分析法和因果分析法，從多維的視角分析了系統(tǒng)問題，迅速分析出系統(tǒng)問題解決的關(guān)鍵點為加藥系統(tǒng)定量泵改型和增加流量計。為了進一步確定關(guān)鍵改善點，對問題點對系統(tǒng)的影響工藝邏輯進行性了梳理。加藥系統(tǒng)流量計缺失無法發(fā)現(xiàn)定量泵是否有效工作；定量泵無法有效工作導(dǎo)致無法向混合罐中添加足劑量的絮凝劑；沒有足量藥劑的酸液流到沉淀罐中無法產(chǎn)生大量的沉淀的泥漿；沒有大量沉淀的泥漿壓濾機就無法產(chǎn)生泥餅；壓濾機無法有效壓濾出大量的泥餅酸系統(tǒng)中的硅泥就無法有效排除；硅泥無法有效排除就導(dǎo)致管道和泵等設(shè)備堵塞、儀表失效、整個系統(tǒng)失穩(wěn)，最終的結(jié)果是酸洗系統(tǒng)失穩(wěn)的結(jié)果是設(shè)備大量高頻異常損壞、大量硅鋼欠酸洗現(xiàn)象發(fā)生。上述一系列的現(xiàn)象的發(fā)生類似于氣象學(xué)里的蝴蝶效應(yīng)，一個非常小的擾動將會引起一場大的風(fēng)暴，這里是一個小的儀表的缺失導(dǎo)致整個系統(tǒng)性失穩(wěn)，因此這里可以簡稱“硅鋼酸系統(tǒng)的蝴蝶效應(yīng)”。通過正向推演明確了關(guān)鍵改善點的重要性，通過系統(tǒng)改進提升在線脫硅系統(tǒng)穩(wěn)定性，使得整個系統(tǒng)逐步趨于穩(wěn)定，從而為下一步對系統(tǒng)進行進一步的改善奠定了基礎(chǔ)。

圖3 硅鋼酸洗系統(tǒng)因果分析圖

4 結(jié)論

介紹了系統(tǒng)工程理論；并以硅鋼酸洗系統(tǒng)為例，闡述了系統(tǒng)工程理論在復(fù)雜系統(tǒng)失穩(wěn)中的具體應(yīng)用；利用系統(tǒng)工程理論，描述了各個小系統(tǒng)的功能，找出不合理的因素，明確了影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行的真正的癥結(jié)所在，確定了不同的癥結(jié)點改善的邏輯關(guān)系，對系統(tǒng)的行為走向及解決問題的途徑做出了定性的判斷。最終結(jié)果表明，系統(tǒng)分析方法引入對?；嵯礄C組其他系統(tǒng)缺陷的分析中，例如帶鋼糾偏系統(tǒng)、常化爐系統(tǒng)的缺陷分析，都取得了良好效果。