化工安全工程专业实验室建设与实践

2018-10-11周一卉闫兴清任婧杰胡大鹏

实验技术与管理 2018年9期

周一卉, 闫兴清, 任婧杰, 胡大鹏

(大连理工大学化工机械与安全学院, 辽宁大连 116023)

石油化工行业是国民经济重要支柱产业,也是安全生产事故的多发区,化工事故案例史表明,对加工的化学物质性质及有关的物理化学原理不甚了解、忽视过程和操作安全违章操作,是酿成化工事故的主要原因。化工事故造成的损失约为其他工业的5倍。同时,人才不足的问题制约着石油化工行业的健康发展,主要体现在：①严重缺乏化工安全生产复合型人才；②现有的教学体系与化工安全生产的实际联系不够；③现有的教学内容对先进技术介绍不足；④化工仪表自动化专业人才严重缺乏；⑤非常缺乏具有安全专业知识的操作人员；⑥化工专业学生普遍缺乏安全生产意识和安全操作技能[1]。为此,国务院、国家安全监管总局、教育部等多次对化工安全复合型人才培养提出指导意见[2-4],鼓励高校根据需求在本科专业和研究生学科内设置化工安全方向,着力提高学生的安全素养和实践能力。

大连理工大学安全学院设有爆炸机理与防治、石化工艺风险评估与防控、过程装备可靠性与安全监测等研究方向,长期致力于石化介质爆炸灾害机理以及防控技术的研究,学院在化工安全复合型人才培养过程中,坚持理论联系实际,建设了化工安全工程实验室,不断加大安全工程专业实验教学体系和教学内容改革的力度,依托企业工程实践中心和学科科研平台,积极引导学生开展安全科技研究,着力提升化工安全工程实践能力。

1 实验教学体系设计

学生工程实践能力的培养是工科专业人才培养的核心,依托校内外实验实训平台,主要通过实验、实习、设计、科研训练、毕业论文(设计)等环节进行培养[5-7],其中实验教学是课程体系的重要组成部分,实验教学相对于理论教学更具有直观性、综合性和创新性,对于提高学生的综合素质、工程实践能力和科技创新能力具有不可替代的重要作用[8-11]。我们将安全工程专业实验规划制定为一门独立的64学时实验课程,而不依附于任何一门专业理论课程,强化实验课程与理论课程相同的重要地位,避免了因学时限制造成的实验拆分和知识点破碎,影响教学效果的问题。

同时,将培养学生解决化工安全实际问题的能力设定为实验教学的首要目标,实验教学内容、实验教学方法和实验教学成效评定都围绕着教学目标而展开,促进学生扎实掌握理论基础,提升利用先进仪器,通过团队合作，综合应用多学科知识制定、实施实验方案并获得有效数据结论的能力。激发学生探索未知世界的热情与兴趣,形成创新思维。

在实验教学体系设计上,始终围绕石油化工行业普遍存在的过程安全、装备安全、管理安全等核心问题开展研究与讨论,删去了电气安全、人机工程等内容,突出重点和专业学科特色,强化深度,改变泛泛而做、多而不精的问题。

实验教学体系充分贯彻“产教融合、科教融合”理念,在对行业安全需求进行充分调研的基础上,确定实验主题和内容；依托学科在过程安全和装备安全方向上的研究特色与优势,将平台大型仪器,如Stereo PIV,PDPA,Tomographic PIV,空气动力学粒径谱仪等无偿支持本科实验教学,以问题驱动探索,突出多层次、多任务、多学科的交叉综合,培养学生科研工作方法和创新能力。

在实验教学体系规划设计过程中,我们也着重考虑了与前后其他实践教学环节的链接与响应。如前序课程设计中要完成化学火灾爆炸危险性评价；《化工安全工程》课程中安排危险性物质泄漏扩散预测与制定紧急安全预案大作业；后续生产实习环节中,将深入石油化工企业开展危险化学品储运、操作安全、特种设备、安全法规、安全管理、消防等一系列环节的实践实训。通过打造“3C” 模式(comprehensive,cross,capability,即综合、贯通、能力)的实践教学活动,形成较为完善的理论与实践相结合的化工安全复合型人才培养体系。

2 实验教学内容设计

在辽宁省教改项目、国家及省级精品课程建设、大连理工大学实验室建设重点项目支持下,自主研发出气体爆炸、粉尘爆炸、气体/粉尘混合爆炸特性测试平台、沸腾液体扩展蒸汽爆炸(BLEVE)特性测试平台、超细水雾抑爆实验系统、压力容器安全泄放技术实验平台、燃烧火焰与流场诊断实验系统等40余台套实验仪器装置,共开设20个教学实验，总实验学时64 h。在学生动手能力和创新能力培养中发挥了很大的作用。我校安全工程实验教学内容见表1。

表1 大连理工大学安全工程专业实验一览表

通过实验课程,旨在培养学生的如下能力：

(1) 理解安全工程行业特征,能够把握和预测在石油化工和能源等领域中可能出现的安全、健康、法律、环境和文化等问题,并能采取恰当的应对措施,具备应对突发事件和危机的能力；

(2) 在设计方案中体现创新意识,并具备对创新方案的实施效果与原定的技术指标进行对比评估的能力；

(3) 能够设计与安全工程专业相关的测试、检验、控制等实验,开展对复杂工程问题的实验研究,并通过信息综合获得有效实验结论；

(4) 运用专业前沿实验仪器、先进测试方法与技术,并将其应用于研究安全工程相关复杂工程问题,并能够理解其局限性；

(5) 能够有效沟通,提出意见,推进团队计划实施,参与团队的口头或书面报告。

3 实验教学方法改革与创新

在实验教学中,着重突出学生在学习过程中的主体地位,根据不同实验的特点和教学目标,选择合适的实验教学方法,实施多层次、多任务的教学指导,保证良好的实验教学效果。

首先,认识“安全工程实验室”本身即是一节非常有意义的教学课。每学期开始的第一次实验课就是指导学生认识实验室,学会辨识实验室内危险源,掌握应急处置措施,只有通过实验室安全考核的学生才有资格进入到实验室,开展实验和研究。

我们将所有实验分为3个层次,即操作型、综合型和研究型。在操作型实验中,学生需要按照课前预习内容,依照实验讲义和实验设备指导书,按步骤完成实验内容,记录并整理实验数据。综合型实验中,涉及到力学、化学等多学科知识内容,指导教师只负责指导实验装置使用、设定实验目标,学生自行组成团队,制订并实施实验方案,最终以团队形式提交实验报告。研究型实验,是不预设任何结论的探索性工作,教师主要就科学研究方法、团队协作等方面进行指导,逐渐培养学生的科研精神和研究能力。学生根据研究内容和要求查阅文献资料,拟定实验研究计划和方案,并在大型仪器平台上完成实验内容，研究型实验允许失败。

根据不同实验层次,编写不同的实验教学大纲,采取不同的教学方法。在实验教学中,教师主要对学生实验中提出的问题进行答疑,启发和鼓励学生独立思考和克服困难,使学生通过自己的努力完成实验,提高分析、解决问题的实践动手能力,并以此作为评定实验成效的主要标准。为配合以学生为主的实验教学,安全工程实验室采取全天候开放模式运行,只要学生有时间有需求,实验室管理与指导非常灵活,尽可能满足学生开展实验活动的需求。