大學(xué)生安全意識培養(yǎng)在化工原理實驗教學(xué)中的自然融入

李 玉，李 濤，董賀新，高 健，鄭金友，任保增

(鄭州大學(xué) 化工學(xué)院，河南 鄭州 450001)

1 化工安全意識培養(yǎng)

化工行業(yè)中所使用的原料、中間體甚至產(chǎn)品本身，約70%以上具有易燃易爆、有毒有害和有腐蝕性的特點(diǎn)。同時，化工生產(chǎn)過程涉及高溫、高壓、有毒、有害等危險操作，存在很多安全隱患，經(jīng)常因操作失誤或個人違章行為而造成安全事故的發(fā)生[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)化學(xué)品相關(guān)事故，2018年發(fā)生1 900余起，2019年發(fā)生1 600余起， 2020年1至11月，發(fā)生127起，共造成1 199人死亡的嚴(yán)重后果[2]。國內(nèi)高?；瘜W(xué)、化工實驗室的安全狀況也不容忽視，2018—2019年共發(fā)生典型安全事故3起。這些安全事故的發(fā)生，嚴(yán)重影響企業(yè)、高校正常的生產(chǎn)、教學(xué)、科研秩序，對企業(yè)員工及廣大師生的生命財產(chǎn)安全造成損害和威脅，在社會上造成了不良影響。 據(jù)不完全統(tǒng)計，無論是化工企業(yè)，還是國內(nèi)高校實驗室事故，人為因素中的不安全行為占比均超過50%，這些不安全行為包括了違反操作規(guī)程、操作不當(dāng)及使用不當(dāng)?shù)?。海因里希法則(Heinrich′s Law)又稱“海因里希安全法則”，這一法則說明，當(dāng)一個企業(yè)有300起隱患或違章，很可能意味著29起輕傷或故障將要發(fā)生，此外，還有一起重傷、死亡事故可能發(fā)生。海因里希認(rèn)為，事故的直接原因多為人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)，所以企業(yè)事故預(yù)防工作的重心在于消除人的不安全行為以及物的不安全狀態(tài)。該法則強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)：①事故發(fā)生是量積累的結(jié)果；②無論再好的制度、再完美的規(guī)章，在實際操作中也無法取代人的自身素質(zhì)及責(zé)任心。

2 化工原理實驗課程中存在的安全問題

化工原理實驗屬于工程實驗范疇，多以化工單元操作為中心，且使用具有工程或中間試驗規(guī)模的裝置設(shè)備，所進(jìn)行的實驗項目大都是今后從事化工生產(chǎn)或進(jìn)行科學(xué)研究經(jīng)常遇到的或需要解決的實際問題，對培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、實驗技能以及科學(xué)研究能力具有重要意義。

隨著本科生專業(yè)評估、專業(yè)認(rèn)證工作以及本科教學(xué)工程等高等教育項目的實施，高等教育對大學(xué)生的綜合素質(zhì)提出了新的、更高的要求。為了適應(yīng)新時代的人才培養(yǎng)要求，化工原理實驗課程教學(xué)也在不斷地進(jìn)行著改革和提升。為了培養(yǎng)化學(xué)、化工行業(yè)合格的專業(yè)人才，課堂教育不僅僅只有化工專業(yè)知識的傳授與學(xué)習(xí)，還要將安全知識和安全意識的教育始終貫穿于課堂之上，使安全知識和安全意識扎根于學(xué)生的內(nèi)心，只有這樣才能培養(yǎng)出既具有專業(yè)技術(shù)，又具有安全意識的新化工人。

化工原理實驗課程中存在的安全問題如下：違反操作規(guī)程、操作失誤導(dǎo)致事故的發(fā)生；高溫高壓設(shè)備的使用；各種氣體鋼瓶的使用；易燃、易爆、劇毒化學(xué)品的存儲和使用；水電線路老化、設(shè)備及線路老化、設(shè)備故障失靈等也是造成實驗室事故不可忽視的原因。

3 化工原理實驗課大學(xué)生安全意識的培養(yǎng)

3.1 實驗前的安全教育，強(qiáng)化學(xué)生的安全意識

化工原理實驗裝置接近工程實際、實驗過程復(fù)雜、高溫高壓設(shè)備較多、數(shù)據(jù)采集點(diǎn)較多，相應(yīng)地實驗的危險因素也較多。任何一個小小的疏忽，都有可能釀成大的事故，造成難以估量的損失。所以在正式進(jìn)行實驗之前，對學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)的安全教育是非常必要的。 ①要讓學(xué)生了解實驗室的基本安全守則等方面的規(guī)章制度和文件，以此加強(qiáng)學(xué)生的安全意識，并從制度層面約束學(xué)生的行為。如：學(xué)生進(jìn)入實驗室應(yīng)規(guī)范服裝，并統(tǒng)一穿戴防護(hù)服和護(hù)目鏡；禁止學(xué)生在實驗室內(nèi)打鬧，防止造成不必要的傷害；禁止飲食，防止食物中毒；未經(jīng)實驗指導(dǎo)教師允許，不得擅自開啟、關(guān)閉一切電路開關(guān)和閥門；實驗進(jìn)行過程中，不得隨意離開崗位，要密切注意實驗的進(jìn)展情況；在實驗過程中，如有疑難問題，要及時請教指導(dǎo)教師或?qū)嶒炇夜ぷ魅藛T；若實驗中出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，應(yīng)立即停止實驗并進(jìn)行應(yīng)急處理，由指導(dǎo)教師排除故障后方可繼續(xù)實驗；在實驗過程中，禁止用濕手觸及電器設(shè)備等用電安全知識，防止觸電事故的發(fā)生等。②將實驗室中可能存在的安全問題對學(xué)生進(jìn)行必要的介紹。如實驗室中汞的泄漏、鋼瓶的安全問題、精餾實驗中塔釜的干燒等。③結(jié)合近年來企業(yè)和高校所發(fā)生的一些典型安全事故對學(xué)生進(jìn)行安全意識的教育。如2016年上海松江大學(xué)園區(qū)內(nèi)東華大學(xué)化學(xué)化工與生物工程學(xué)院的實驗室爆炸事故，2018年發(fā)生的12·26北京交通大學(xué)實驗室爆炸事故等，結(jié)合這些典型案例利用視頻、圖片等資料，事故所造成的人身傷害以及其他損失對個人、事故單位都造成了難以挽回的損失，社會影響極壞。通過這樣的方式，讓學(xué)生了解化學(xué)、化工事故后果的嚴(yán)重性，讓學(xué)生在思想深處重視安全意識的培養(yǎng)。

3.2 實驗教學(xué)中大學(xué)生安全意識的培養(yǎng)

安全管理應(yīng)遵從“以人為本”的管理理念，但學(xué)生安全意識的培養(yǎng)要遵循循序漸進(jìn)的方式，將安全教育貫穿于課堂教學(xué)之中，加強(qiáng)學(xué)生安全知識的傳授、規(guī)范學(xué)生實驗室內(nèi)和實驗過程中的行為，可以強(qiáng)化學(xué)生的安全意識，使大學(xué)生在校期間就牢固樹立起安全、規(guī)范操作的思想意識，減少在后續(xù)的學(xué)習(xí)和工作過程中發(fā)生安全事故的可能性。

3.2.1實驗步驟的規(guī)范操作

化工原理實驗裝置接近工程實際，多套裝置中安裝有泵和風(fēng)機(jī)，并使用閥門來調(diào)節(jié)流體流量的大小。如在柏努利方程演示實驗、流體流動阻力的測定實驗、離心泵特性曲線的測定以及流量計的標(biāo)定實驗、傳熱測定實驗、流化床干燥實驗以及風(fēng)洞干燥實驗中分別用到了離心泵和旋渦風(fēng)機(jī)，在離心泵和風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口管路安裝有進(jìn)口閥門和調(diào)節(jié)閥。閥門的開關(guān)順序關(guān)乎離心泵和風(fēng)機(jī)的正確使用。在柏努利方程演示實驗、流體流動阻力的測定實驗中，因為離心泵安裝高度低于儲水槽液面，所以只有出口管路上安裝有閥門。正確的操作步驟應(yīng)該是先檢查離心泵出口閥處于關(guān)閉狀態(tài)，然后開啟電源，啟動離心泵，再打開出口閥調(diào)節(jié)管道中流體流量的大小。離心泵特性曲線的測定以及流量計的標(biāo)定實驗與前兩個實驗裝置不同。因為離心泵的安裝高度高于儲水槽的液面，所以在離心泵的進(jìn)、出口管路上不僅安裝有出口閥，在進(jìn)口管段上還安裝有進(jìn)口閥。那么其正確的操作是在灌泵之后關(guān)閉離心泵出口閥門，打開電源開關(guān)啟動泵，迅速開啟進(jìn)口閥，然后打開出口閥門來調(diào)節(jié)管道中流體流量的大小。

在實驗結(jié)束后，則應(yīng)先關(guān)閉離心泵的出口閥，然后在停泵。這是為了防止出現(xiàn)“水錘”現(xiàn)象而對離心泵造成損毀。當(dāng)然，在實驗室的裝置中，因為管道不夠高，即使出現(xiàn)“水錘”現(xiàn)象，可能管道中水的沖擊力沒有大到對離心泵造成損毀的程度。但如果在學(xué)習(xí)過程中不能養(yǎng)成正確的操作意識，工作中的疏忽有可能造成事故，對企業(yè)或個人人身造成不可估量的傷害。

在風(fēng)洞干燥實驗中，所用風(fēng)機(jī)為離心風(fēng)機(jī)，在啟動風(fēng)機(jī)之前風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口放空閥應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，一方面是因為此時風(fēng)機(jī)的啟動功率最小，另一方面是為了電加熱器盡快升到預(yù)定溫度。此外，在操作過程中，要先開啟風(fēng)機(jī)，開啟送風(fēng)后再開啟電加熱器，這樣電加熱器產(chǎn)生的熱量能及時被風(fēng)帶走，可以防止電加熱器因為干燒而損壞的事故發(fā)生。

在流體流動阻力的測定實驗、離心泵特性曲線的測定以及流量計的標(biāo)定實驗中使用了U形管壓差計，并在U行管壓差計中安裝平衡閥。平衡閥的安裝有兩個目的：①排除實驗管道中的氣體；②防止管道中液體壓力過大將水銀沖出U形管壓差計。所以，平衡閥的正確操作也很重要。實驗前，平衡閥應(yīng)處于開啟狀態(tài)，防止啟動離心泵之后管道中流體壓力太大將水銀沖出U形管壓差計；實驗中，U形管壓差計平衡閥應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)；實驗結(jié)束之后，應(yīng)將平衡閥打開，再停泵。

在精餾實驗中，操作參數(shù)多、操作復(fù)雜，正確的操作更加重要。如塔釜液面的控制、塔釜壓力、進(jìn)料量、回流比的大小等。如果塔釜液面下降，會出現(xiàn)干塔、燒壞電加熱；如果液面上升，則會出現(xiàn)淹塔。塔釜壓力如果過高，P釜>3 kPa，會出現(xiàn)液沫夾帶和夾帶液泛等操作異常現(xiàn)象；如果塔釜壓力太低，P釜<1 kPa，則會出現(xiàn)塔板漏液等異常操作。進(jìn)料量過小則會引起塔頂產(chǎn)品不合格，直接現(xiàn)象是靈敏板溫度逐漸升高而引起危險；進(jìn)料量過大則會引起降液管液泛等非正常操作現(xiàn)象。如果回流比過小(塔頂采出量過大)則會引起塔頂產(chǎn)品不合格，直接現(xiàn)象是靈敏板溫度急劇升高而導(dǎo)致精餾塔出現(xiàn)非正常操作。特別是進(jìn)料量過大或者塔釜壓力過大時，容易引起塔釜壓力急劇升高，造成塔釜自動出料液封內(nèi)液體壓出而導(dǎo)致液封失效，引起蒸汽從排出口竄出，造成危險。

3.2.2高溫高壓設(shè)備的規(guī)范操作

傳熱測定實驗是測定單根水平圓管套管換熱器的中傳熱系數(shù)及管內(nèi)和管外的傳熱膜系數(shù)。管內(nèi)冷流體為空氣，管外的加熱介質(zhì)為水蒸氣。水蒸氣的發(fā)生采用蒸汽發(fā)生器，其壓力為0.4 MPa，屬于高壓設(shè)備。實驗前會給學(xué)生講解高壓設(shè)備使用中的正確操作及注意事項，讓學(xué)生清楚只要按照正確的操作步驟操作，安全是沒有問題的。實驗過程中，冷空氣從套管換熱器一端的內(nèi)管進(jìn)入換熱管內(nèi)，冷空氣在流過換熱管的過程中被加熱，熱空氣則從空氣放空口排出。水蒸氣從套管換熱器另一端進(jìn)入間壁，沒有冷卻的水蒸氣則從蒸汽放空口排出。在整個實驗過程中，套管換熱器、蒸汽放空口以及空氣放空口的溫度都比較高，所以實驗前告誡學(xué)生不要因為好奇而用手觸摸這些高溫的設(shè)備，以免燙傷。

在傳熱系數(shù)測定實驗中，操作步驟的正確也是安全的保證。實驗結(jié)束后，應(yīng)該先關(guān)閉蒸汽發(fā)生器的電源，但此時風(fēng)機(jī)還不能停止工作，旁路閥的開關(guān)不能全開，以保證實驗換熱器內(nèi)冷空氣的持續(xù)輸入。這是因為，雖然蒸汽發(fā)生器的電源已經(jīng)關(guān)掉，但內(nèi)部的水源由于高溫仍然會繼續(xù)產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入套管換熱器間壁，如果內(nèi)管沒有冷空氣流入，蒸汽無法冷凝，可能由于蒸汽壓力過大發(fā)生憋壓而造成設(shè)備的毀損，進(jìn)而有可能造成人員傷亡。

3.2.3高壓氣瓶的規(guī)范操作

吸收實驗中用到了二氧化碳鋼瓶。雖然鋼瓶在專門的房間存放，二氧化碳?xì)怏w是采用管道輸送到實驗室總氣管中，再利用管道向各臺實驗裝置供氣，這樣降低了實驗室的安全風(fēng)險。但學(xué)生將來無論是進(jìn)入化工企業(yè)的生產(chǎn)一線或者是科研院所進(jìn)行學(xué)術(shù)研究，都可能會用到氣體鋼瓶。所以高壓氣體鋼瓶的安全運(yùn)用也是學(xué)生必須要掌握的內(nèi)容。鋼瓶在使用時首先檢查減壓閥是否關(guān)緊，然后緩緩打開根部閥，再打開減壓閥調(diào)節(jié)管路氣體壓力至實驗所需壓力。實驗結(jié)束后應(yīng)該先關(guān)閉根部閥，等減壓閥中剩余氣體排出干凈后再關(guān)閉減壓閥。學(xué)生還應(yīng)清楚，減壓閥的開關(guān)方向和一般閥門的開關(guān)方向是相反的，這樣的設(shè)計也是出于安全的考慮。

3.2.4化學(xué)試劑以及危險化學(xué)品的安全管理和使用

化工原理實驗中要用到一些劇毒及易燃易爆的化學(xué)品。使用化學(xué)試劑應(yīng)在熟悉其理化性質(zhì)及危險特性的前提下使用，才能減少實驗室安全事故的發(fā)生?；ぴ韺嶒炛校嗵讓嶒炑b置用到了水-汞U形管壓差計。在設(shè)計U形管壓差計時設(shè)置了平衡閥，其作用之一就是防止實驗管道中的流體由于壓力過大將汞沖出U形管壓差計。另外，實驗室需要預(yù)備硫黃，萬一由于U形管破碎等原因致使水銀灑落地面，可以第一時間在水銀上撒硫黃，使硫黃和水銀反應(yīng)生成固體硫化汞，以防止汞蒸氣的產(chǎn)生對師生的身體造成傷害。這些安全知識，在實驗現(xiàn)場預(yù)習(xí)時會給學(xué)生反復(fù)強(qiáng)調(diào)。

精餾實驗中，實驗所用的體系為乙醇-水溶液。因此，實驗室在酒精存放上有嚴(yán)格的規(guī)范。①實驗室內(nèi)嚴(yán)禁存放大量酒精；②每次取用后必須立即將容器上蓋封閉，嚴(yán)禁敞開放置。同時，在實驗過程中，學(xué)生應(yīng)佩戴化學(xué)安全防護(hù)眼鏡，實驗室則要求通風(fēng)。有關(guān)易燃、易爆化學(xué)品儲存、使用方面的安全知識，會在實驗過程中恰當(dāng)?shù)貍鬟f給學(xué)生。

3.2.5設(shè)備老化、設(shè)備故障失靈

設(shè)備老化、設(shè)備故障失靈也是造成實驗室事故不可忽視的原因。各種電器設(shè)備在開、關(guān)和短路時往往產(chǎn)生火花，與易燃?xì)怏w接觸以后，極易發(fā)生火災(zāi)。實驗結(jié)束后若插座不拔或者不關(guān)閉電源也會造成火災(zāi)。

為了避免此類安全事故的發(fā)生，不但要求實驗老師實驗前對實驗裝置進(jìn)行嚴(yán)格的安全檢查，也要求學(xué)生在實驗過程中注意觀察，在出現(xiàn)事故后果斷采取安全措施，如及時斷水、斷電等。實驗結(jié)束后實驗裝置包括整間實驗室都應(yīng)該關(guān)閉電源、水源，然后才能離開實驗室。這也是大學(xué)生通過化工原理實驗培養(yǎng)的良好習(xí)慣和意識。

綜合分析化工原理實驗中存在的危險因素，無論是實驗操作、高溫高壓設(shè)備、化學(xué)試劑以及危險化學(xué)品的安全管理和使用、設(shè)備老化、設(shè)備故障失靈等等，只要嚴(yán)格按照正確、規(guī)范的操作步驟操作，就可以避免危險事故的發(fā)生。由此可見，在實驗過程中規(guī)范操作至關(guān)重要。通過化工原理實驗教學(xué)實踐活動，將規(guī)范操作的理念能夠嵌入到學(xué)生的意識之中。

4 結(jié)語

化工原理實驗教學(xué)對于化工類專業(yè)學(xué)生工程素養(yǎng)及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有重要作用，對學(xué)生工程意識、實驗技能、科研能力和綜合素質(zhì)能力的提高是理論教學(xué)無法代替的。隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步以及綠色化工教育的實施，具有專業(yè)能力和安全意識的復(fù)合型人才才能適應(yīng)新時代的要求。為適應(yīng)這一人才需求，我們在加強(qiáng)學(xué)生專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)的同時加強(qiáng)學(xué)生安全知識和意識的培養(yǎng)，提升人才培養(yǎng)水平，使學(xué)生在校期間就樹立起安全第一、嚴(yán)格規(guī)范操作的思想意識。