工程實(shí)訓(xùn)在化工安全教學(xué)過程中的應(yīng)用研究

楊偉　司靖宇

摘 要：為了培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的應(yīng)用型本科人才，改進(jìn)傳統(tǒng)化工安全理論課程的教學(xué)方法，構(gòu)建和實(shí)施了工程實(shí)訓(xùn)與化工安全相結(jié)合的交叉式教學(xué)模式.本文對(duì)這種教學(xué)模式進(jìn)行了研究和探索.

關(guān)鍵詞：工程實(shí)訓(xùn);化工安全教學(xué);應(yīng)用型本科

中圖分類號(hào)：G642? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2019）11-0160-03

1 前言

目前，我國化工行業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期，不僅促進(jìn)了國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，也給人們的生活帶了極大的便利.然而，近幾年來，我國先后發(fā)生了多起由危險(xiǎn)化學(xué)品引發(fā)的火災(zāi)爆炸事故，如“天津?yàn)I海新區(qū)爆炸事故”“清華大學(xué)化學(xué)系何添樓的火災(zāi)爆炸事故”“張家口盛華化工有限公司爆炸事故”“北京交通大學(xué)實(shí)驗(yàn)室爆炸”等.這些事故不僅導(dǎo)致了十分嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，而且造成了非常惡劣的社會(huì)影響.化工安全課程作為化工類專業(yè)的必修課，主要任務(wù)是讓學(xué)生正確理解化學(xué)物質(zhì)危險(xiǎn)分類和危險(xiǎn)表征，掌握燃燒和爆炸的過程、原理和類型，以及職業(yè)中毒的防護(hù)與急救措施，明確化工操作原理與危險(xiǎn)性，了解實(shí)驗(yàn)毒性學(xué)的基本原理和毒性物質(zhì)的分類，掌握職業(yè)中毒的防護(hù)與急救措施等.目前，單向傳授的教學(xué)方法是化工安全課程教學(xué)中的主要教學(xué)模式.這種教學(xué)方法的優(yōu)點(diǎn)是教師可以充分地利用學(xué)時(shí)把課程內(nèi)容講授清楚.然而，由于學(xué)生對(duì)化工生產(chǎn)的具體工藝并不十分清楚，在實(shí)際教學(xué)過程中難以將化工安全工程的基礎(chǔ)知識(shí)融入該課程，學(xué)生在聽課過程中會(huì)覺得比較枯燥，容易走神，甚至犯困[1，2].為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，我們將工程實(shí)訓(xùn)應(yīng)用于化工安全課程的教學(xué)過程中，著重培養(yǎng)學(xué)生分析和解決復(fù)雜工程問題的能力.

2 工程實(shí)訓(xùn)在化工安全教學(xué)中的應(yīng)用

工程實(shí)訓(xùn)是應(yīng)用型本科高校重要的教學(xué)模式之一，具有不同于理論教學(xué)課程的顯著特征，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的重要手段，是提高學(xué)生綜合素質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[3-5].我校在2018年建立了一套年產(chǎn)10噸甲醇合成催化劑的工程實(shí)訓(xùn)裝置，該裝置由溶化單元、中和單元、洗滌單元、熱處理單元和成型單元所組成，主要增強(qiáng)學(xué)生對(duì)大型化工裝置的認(rèn)識(shí)，鍛煉學(xué)生進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)操作的能力.我們將工程實(shí)訓(xùn)和化工安全課程緊密結(jié)合起來，讓學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過程中了解化工裝置中的危險(xiǎn)因素，提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)與解決方案.

2.1 工程實(shí)訓(xùn)裝置的安全設(shè)計(jì)

化工安全設(shè)計(jì)在預(yù)防化工事故中發(fā)揮著保障工作人員安全、保持生產(chǎn)裝置平穩(wěn)運(yùn)行、營造安全的社會(huì)環(huán)境等作用[6-8].因此，針對(duì)本校的化工實(shí)訓(xùn)裝置，我們通過對(duì)工藝路線和化工裝置的講解，結(jié)合對(duì)化工實(shí)訓(xùn)裝置的實(shí)地考察，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)若干安全問題進(jìn)行安全設(shè)計(jì).學(xué)生們首先提出的是防火防爆.火災(zāi)和爆炸是化工生產(chǎn)裝置最容易出現(xiàn)的事故，這是由化工原料所決定的.本校的化工實(shí)訓(xùn)裝置在生產(chǎn)甲醇合成催化劑所需要的原料包括硝酸銅、硝酸鋅、水鋁石、碳酸鈉、硝酸和石墨，盡管這些原料的火災(zāi)危險(xiǎn)性不高，但是火災(zāi)爆炸事故依然不容忽視.針對(duì)實(shí)訓(xùn)裝置的整體布局，學(xué)生給出的安全設(shè)計(jì)方案為：（1）不同裝置之間設(shè)置安全距離.（2）火源或加熱設(shè)備應(yīng)遠(yuǎn)離易燃易爆物件.（3）配置消防滅火器材或設(shè)備.此外，有的學(xué)生認(rèn)為本?；?shí)訓(xùn)裝置所用的原料大多數(shù)都是固體粉末，容易產(chǎn)生粉塵爆炸問題.因此，學(xué)生提出的安全設(shè)計(jì)方案為：（1）實(shí)訓(xùn)裝置廠房內(nèi)要安裝加濕器，保證一定的濕度.（2）加大實(shí)訓(xùn)裝置廠房內(nèi)的空氣流動(dòng)，避免出現(xiàn)粉塵堆積.（3）在使用固體原料時(shí)，注意輕拿輕放，避免揚(yáng)塵.化工裝置容易出現(xiàn)的另一個(gè)安全問題是裝置泄漏事故，歷史上由于危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏導(dǎo)致的重大事故不勝枚舉.本?；?shí)訓(xùn)裝置所用的原料中有一個(gè)腐蝕性極強(qiáng)的物質(zhì)—硝酸.在化工設(shè)備的長期使用過程中，硝酸會(huì)逐漸腐蝕反應(yīng)容器，從而導(dǎo)致泄漏事故.因此，我們引導(dǎo)學(xué)生對(duì)裝置的泄漏問題進(jìn)行安全設(shè)計(jì).學(xué)生們在現(xiàn)有裝置的基礎(chǔ)上提出的方案為：（1）加裝泄漏報(bào)警裝置.（2）生產(chǎn)和巡視人員隨身攜帶泄漏報(bào)警儀.（3）建立完善的設(shè)備檢查制度.此外，我們還組織學(xué)生對(duì)電氣危害、靜電危害、機(jī)械傷害等安全問題進(jìn)行安全設(shè)計(jì)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)化工安全的理解，引導(dǎo)學(xué)生積極采用化工安全的理論知識(shí)去解決實(shí)際裝置的安全問題.該教學(xué)模式鼓勵(lì)學(xué)生們積極討論，促進(jìn)教師和學(xué)生的互動(dòng)，有助于培養(yǎng)學(xué)生自主產(chǎn)生問題的意識(shí)，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力.

2.2 編制事故應(yīng)急預(yù)案

在對(duì)本校化工實(shí)訓(xùn)裝置的安全設(shè)計(jì)教學(xué)過程中，學(xué)生們已經(jīng)深入了解了生產(chǎn)和儲(chǔ)存環(huán)節(jié)所存在的安全問題，并進(jìn)行了相應(yīng)的安全設(shè)計(jì).安全設(shè)計(jì)是對(duì)事故進(jìn)行的預(yù)防措施，雖然能降低事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，但是不能完全杜絕事故的發(fā)生.生產(chǎn)和操作人員在實(shí)際工作中可能會(huì)由于操作不當(dāng)或零部件失效而發(fā)生事故.因此，編制和有效執(zhí)行事故的應(yīng)急預(yù)案能夠盡可能減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失.此外，在化工安全教學(xué)中，編制應(yīng)急預(yù)案有助于學(xué)生進(jìn)一步了解化工安全，并掌握化工事故的應(yīng)對(duì)方案.例如，教師根據(jù)實(shí)訓(xùn)裝置和生產(chǎn)工藝流程引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生若干事故假想：（1）非計(jì)劃停電.（2）硝酸灼傷.（3）水超標(biāo)排放.（4）NOx尾氣超標(biāo)排放.（5）物理性傷害（如物體打擊、高空墜落、觸電等）.（6）火災(zāi)爆炸.然后，將學(xué)生分成6組，每組針對(duì)1個(gè)假想事故編制相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案.在事故應(yīng)急預(yù)案編制完成后，組與組之間互相檢查，并提出問題.表1是學(xué)生根據(jù)硝酸灼傷假想事故提出的應(yīng)急預(yù)案.該預(yù)案相對(duì)較為完整，包含了發(fā)現(xiàn)事故立即啟動(dòng)應(yīng)急程序、報(bào)警、醫(yī)務(wù)人員處理傷員等環(huán)節(jié).然而，在組與組互查時(shí)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)該預(yù)案缺少一個(gè)重要環(huán)節(jié)：切斷泄露源.學(xué)生們經(jīng)過充分討論，提出增加切斷泄露源這一環(huán)節(jié)，并給出具體措施：（1）若硝酸儲(chǔ)罐等儲(chǔ)酸容器泄漏，關(guān)閉進(jìn)口閥門，打開出口閥門.（2）若閥門泄漏，關(guān)閉上口閥門.（3）切斷泄漏源人員必須穿戴相關(guān)防護(hù)裝備.除了編制應(yīng)急預(yù)案，我們還組織學(xué)生根據(jù)應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行演練，在演練過程中，學(xué)生將學(xué)習(xí)使用滅火器、練習(xí)心肺復(fù)蘇法、劃定警戒范圍等.學(xué)生們經(jīng)過編制應(yīng)急預(yù)案和具體的演練，可以將在課堂上所學(xué)習(xí)到的化工安全方面的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際的化工生產(chǎn)中，這對(duì)于提高學(xué)生的實(shí)踐能力是行之有效的.

2.3 環(huán)境保護(hù)措施

化學(xué)工業(yè)是極易產(chǎn)生污染的一個(gè)行業(yè)，在化工產(chǎn)品生產(chǎn)當(dāng)中會(huì)生成大量的污染物質(zhì)，容易造成嚴(yán)重的環(huán)境污染.甲醇合成催化劑由銅、鋅、鋁的氧化物組成.銅、鋅的硝酸鹽溶液，按一定比例混合后，與碳酸鈉溶液中和，得到的沉淀經(jīng)過洗滌后與載體擬薄水鋁石混合，經(jīng)板框?yàn)V機(jī)進(jìn)行洗滌，得到的濾餅經(jīng)過干燥、碾料造粒，粒子煅燒后加入潤滑劑再壓片成型，經(jīng)過包裝獲得催化劑成品.因此，我們根據(jù)甲醇合成催化劑的制備原理和生產(chǎn)工藝引導(dǎo)學(xué)生提出環(huán)境污染問題：（1）廢水.（2）廢氣.（3）固體廢棄物.（4）噪聲.我們將學(xué)生分成4組，每組首先針對(duì)1個(gè)環(huán)境污染問題，列出該污染的具體危害，然后編制相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)措施.例如，甲醇合成催化劑在實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢氣污染主要是氮氧化合物（NOx），學(xué)生經(jīng)過查閱資料、組內(nèi)討論給出了氮氧化合物的危害和相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)措施，如表2所示.然而，在組與組互查時(shí)，學(xué)生提出該環(huán)保措施過于簡單，沒有給出能排放至大氣中NOx含量的最低標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的檢測方法.經(jīng)過充分討論，我們引導(dǎo)學(xué)生查閱國家標(biāo)準(zhǔn)《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16297-2008），標(biāo)準(zhǔn)提出“氮氧化物最高允許排放濃度240mg/m3”.在檢測方法方面，學(xué)生通過查閱資料和向檢測公司咨詢等手段，提出了采用檢測儀和收集氣體去專業(yè)檢測實(shí)驗(yàn)室去分析等方法.通過工程實(shí)訓(xùn)中的環(huán)境保護(hù)教學(xué)與自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，學(xué)生們深刻了解了化工生產(chǎn)過程中所伴隨產(chǎn)生的環(huán)境污染問題，并且能夠針對(duì)污染問題提出相應(yīng)的解決方案，這對(duì)于加強(qiáng)環(huán)保與化工安全生產(chǎn)意識(shí)以及提高解決實(shí)際問題的能力有著顯著的促進(jìn)作用.

2.4 典型事故案例

經(jīng)過工程實(shí)訓(xùn)的錘煉，學(xué)生掌握了甲醇合成催化劑實(shí)訓(xùn)裝置的操作方法，了解了實(shí)際生產(chǎn)過程中存在的安全隱患，編制了假想事故的應(yīng)急預(yù)案和環(huán)境保護(hù)措施.然而，這些不是真實(shí)發(fā)生的事情，學(xué)生對(duì)于化工安全的認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)還不夠深刻.因此，我們將工程實(shí)訓(xùn)與典型化工安全事故案例結(jié)合起來，使學(xué)生在真實(shí)事件中了解事故發(fā)生的原因，反過來對(duì)工程實(shí)訓(xùn)裝置的潛在安全問題進(jìn)行進(jìn)一步剖析.在該環(huán)節(jié)的教學(xué)過程中，我們首先選取具有代表性的化工安全事故案例，并布置給學(xué)生，讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)查閱相關(guān)文字信息、觀看相關(guān)視頻，對(duì)事故案例的類型、事故原因、危險(xiǎn)物質(zhì)及危險(xiǎn)因素等進(jìn)行初步分析;其次，圍繞事故原因、危險(xiǎn)因素等進(jìn)行課堂分組討論，充分挖掘造成事故發(fā)生的直接和間接原因，深度剖析事故案例所隱含的化工安全問題;最后，對(duì)事故案例進(jìn)行分析總結(jié)，一方面探討學(xué)生在分析過程中存在的問題，另一方面提出事故案例的預(yù)防和控制措施.例如，選擇典型事故案例“天津?yàn)I海新區(qū)爆炸事故”，讓學(xué)生在課下通過網(wǎng)絡(luò)搜索事故的相關(guān)信息，包括文字記載和事故視頻等，初步了解造成事故發(fā)生的原因.在課堂討論環(huán)節(jié)中提出若干問題，如“天津港爆炸中存在哪些危險(xiǎn)化學(xué)品”“危險(xiǎn)化學(xué)品的危險(xiǎn)因素”“消防員的滅火措施是否正確”等，讓學(xué)生進(jìn)行充分討論，挖掘事故案例中存在的問題，如危險(xiǎn)化學(xué)品的儲(chǔ)存和管理不當(dāng)、危險(xiǎn)化學(xué)品事故應(yīng)急處置能力不足、事故企業(yè)違法違規(guī)經(jīng)營、地方管理部分監(jiān)管不嚴(yán)、消防員滅火措施有誤、事故企業(yè)與居民區(qū)的安全距離偏小等（如圖1所示）.結(jié)合本校的工程實(shí)訓(xùn)裝置，我們讓學(xué)生根據(jù)“天津?yàn)I海新區(qū)爆炸事故”中的安全問題逐條分析，深入剖析本校工程實(shí)訓(xùn)裝置中是否也存在類似的安全隱患及其應(yīng)對(duì)辦法，如裝置中存在的?；芳捌鋬?chǔ)存與管理方法、危化品假想事故的應(yīng)急預(yù)案、化工廠擬運(yùn)營所滿足的條件、分級(jí)管理與監(jiān)管政策、消防器材及其使用方法、工程實(shí)訓(xùn)裝置與周圍教學(xué)樓的安全距離是否合適等.學(xué)生完成這樣的任務(wù)需要運(yùn)用在理論課以及自主學(xué)習(xí)所得到的知識(shí)，因此，這對(duì)于理論知識(shí)的潛移默化具有十分積極的作用.此外，對(duì)于典型事故的剖析，可以使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)安全生產(chǎn)的重要性，深入了解化工生產(chǎn)中的安全隱患，在化工安全理論教學(xué)以及工程實(shí)訓(xùn)實(shí)踐教學(xué)過程中學(xué)生能夠舉一反三，提高化工過程的安全設(shè)計(jì)能力.同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生探索綠色生產(chǎn)、安全生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展道路，這對(duì)于培養(yǎng)具備一定科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的人才大有裨益.

3 總結(jié)

為了讓學(xué)生能夠更好地學(xué)習(xí)化工安全理論課程，我們將工程實(shí)訓(xùn)應(yīng)用于化工安全的理論教學(xué)中.工程實(shí)訓(xùn)側(cè)重于實(shí)踐，具有不同于理論教學(xué)課程的顯著特征，實(shí)用性和趣味性較為顯著.因此，將工程實(shí)訓(xùn)與化工安全教學(xué)結(jié)合能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.此外，這種交叉式的教學(xué)方法強(qiáng)調(diào)學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)探究和親身體驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)投入到課程的學(xué)習(xí)過程中，積極引導(dǎo)學(xué)生提出工程實(shí)訓(xùn)裝置中存在的安全問題，運(yùn)用理論教學(xué)中所學(xué)習(xí)得到的化工安全知識(shí)去尋找解決實(shí)際安全問題的途徑，在探究過程中將知識(shí)潛移默化，同時(shí)深化實(shí)踐技能培養(yǎng)，這對(duì)于培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)的應(yīng)用型本科人才具有十分顯著的作用.

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