工程实训在化工安全教学过程中的应用研究

杨伟　司靖宇

摘 要：为了培养具有创新精神的应用型本科人才，改进传统化工安全理论课程的教学方法，构建和实施了工程实训与化工安全相结合的交叉式教学模式.本文对这种教学模式进行了研究和探索.

關键词：工程实训;化工安全教学;应用型本科

中图分类号：G642  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2019）11-0160-03

1 前言

目前，我国化工行业进入了高速发展时期，不仅促进了国内经济的快速发展，也给人们的生活带了极大的便利.然而，近几年来，我国先后发生了多起由危险化学品引发的火灾爆炸事故，如“天津滨海新区爆炸事故”“清华大学化学系何添楼的火灾爆炸事故”“张家口盛华化工有限公司爆炸事故”“北京交通大学实验室爆炸”等.这些事故不仅导致了十分严重的人员伤亡和财产损失，而且造成了非常恶劣的社会影响.化工安全课程作为化工类专业的必修课，主要任务是让学生正确理解化学物质危险分类和危险表征，掌握燃烧和爆炸的过程、原理和类型，以及职业中毒的防护与急救措施，明确化工操作原理与危险性，了解实验毒性学的基本原理和毒性物质的分类，掌握职业中毒的防护与急救措施等.目前，单向传授的教学方法是化工安全课程教学中的主要教学模式.这种教学方法的优点是教师可以充分地利用学时把课程内容讲授清楚.然而，由于学生对化工生产的具体工艺并不十分清楚，在实际教学过程中难以将化工安全工程的基础知识融入该课程，学生在听课过程中会觉得比较枯燥，容易走神，甚至犯困[1，2].为了激发学生的学习兴趣和热情，我们将工程实训应用于化工安全课程的教学过程中，着重培养学生分析和解决复杂工程问题的能力.

2 工程实训在化工安全教学中的应用

工程实训是应用型本科高校重要的教学模式之一，具有不同于理论教学课程的显著特征，是培养学生创新精神和实践能力的重要手段，是提高学生综合素质的关键环节[3-5].我校在2018年建立了一套年产10吨甲醇合成催化剂的工程实训装置，该装置由溶化单元、中和单元、洗涤单元、热处理单元和成型单元所组成，主要增强学生对大型化工装置的认识，锻炼学生进行实际生产操作的能力.我们将工程实训和化工安全课程紧密结合起来，让学生在实训过程中了解化工装置中的危险因素，提出相应的应对与解决方案.

2.1 工程实训装置的安全设计

化工安全设计在预防化工事故中发挥着保障工作人员安全、保持生产装置平稳运行、营造安全的社会环境等作用[6-8].因此，针对本校的化工实训装置，我们通过对工艺路线和化工装置的讲解，结合对化工实训装置的实地考察，引导学生对若干安全问题进行安全设计.学生们首先提出的是防火防爆.火灾和爆炸是化工生产装置最容易出现的事故，这是由化工原料所决定的.本校的化工实训装置在生产甲醇合成催化剂所需要的原料包括硝酸铜、硝酸锌、水铝石、碳酸钠、硝酸和石墨，尽管这些原料的火灾危险性不高，但是火灾爆炸事故依然不容忽视.针对实训装置的整体布局，学生给出的安全设计方案为：（1）不同装置之间设置安全距离.（2）火源或加热设备应远离易燃易爆物件.（3）配置消防灭火器材或设备.此外，有的学生认为本校化工实训装置所用的原料大多数都是固体粉末，容易产生粉尘爆炸问题.因此，学生提出的安全设计方案为：（1）实训装置厂房内要安装加湿器，保证一定的湿度.（2）加大实训装置厂房内的空气流动，避免出现粉尘堆积.（3）在使用固体原料时，注意轻拿轻放，避免扬尘.化工装置容易出现的另一个安全问题是装置泄漏事故，历史上由于危险化学品泄漏导致的重大事故不胜枚举.本校化工实训装置所用的原料中有一个腐蚀性极强的物质—硝酸.在化工设备的长期使用过程中，硝酸会逐渐腐蚀反应容器，从而导致泄漏事故.因此，我们引导学生对装置的泄漏问题进行安全设计.学生们在现有装置的基础上提出的方案为：（1）加装泄漏报警装置.（2）生产和巡视人员随身携带泄漏报警仪.（3）建立完善的设备检查制度.此外，我们还组织学生对电气危害、静电危害、机械伤害等安全问题进行安全设计，加强学生对化工安全的理解，引导学生积极采用化工安全的理论知识去解决实际装置的安全问题.该教学模式鼓励学生们积极讨论，促进教师和学生的互动，有助于培养学生自主产生问题的意识，提高学生解决实际问题的能力.

2.2 编制事故应急预案

在对本校化工实训装置的安全设计教学过程中，学生们已经深入了解了生产和储存环节所存在的安全问题，并进行了相应的安全设计.安全设计是对事故进行的预防措施，虽然能降低事故发生的风险，但是不能完全杜绝事故的发生.生产和操作人员在实际工作中可能会由于操作不当或零部件失效而发生事故.因此，编制和有效执行事故的应急预案能够尽可能减少人员伤亡和财产损失.此外，在化工安全教学中，编制应急预案有助于学生进一步了解化工安全，并掌握化工事故的应对方案.例如，教师根据实训装置和生产工艺流程引导学生产生若干事故假想：（1）非计划停电.（2）硝酸灼伤.（3）水超标排放.（4）NOx尾气超标排放.（5）物理性伤害（如物体打击、高空坠落、触电等）.（6）火灾爆炸.然后，将学生分成6组，每组针对1个假想事故编制相应的应急预案.在事故应急预案编制完成后，组与组之间互相检查，并提出问题.表1是学生根据硝酸灼伤假想事故提出的应急预案.该预案相对较为完整，包含了发现事故立即启动应急程序、报警、医务人员处理伤员等环节.然而，在组与组互查时，学生发现该预案缺少一个重要环节：切断泄露源.学生们经过充分讨论，提出增加切断泄露源这一环节，并给出具体措施：（1）若硝酸储罐等储酸容器泄漏，关闭进口阀门，打开出口阀门.（2）若阀门泄漏，关闭上口阀门.（3）切断泄漏源人员必须穿戴相关防护装备.除了编制应急预案，我们还组织学生根据应急预案进行演练，在演练过程中，学生将学习使用灭火器、练习心肺复苏法、划定警戒范围等.学生们经过编制应急预案和具体的演练，可以将在课堂上所学习到的化工安全方面的知识应用到实际的化工生产中，这对于提高学生的实践能力是行之有效的.

2.3 环境保护措施

化学工业是极易产生污染的一个行业，在化工产品生产当中会生成大量的污染物质，容易造成严重的环境污染.甲醇合成催化剂由銅、锌、铝的氧化物组成.铜、锌的硝酸盐溶液，按一定比例混合后，与碳酸钠溶液中和，得到的沉淀经过洗涤后与载体拟薄水铝石混合，经板框滤机进行洗涤，得到的滤饼经过干燥、碾料造粒，粒子煅烧后加入润滑剂再压片成型，经过包装获得催化剂成品.因此，我们根据甲醇合成催化剂的制备原理和生产工艺引导学生提出环境污染问题：（1）废水.（2）废气.（3）固体废弃物.（4）噪声.我们将学生分成4组，每组首先针对1个环境污染问题，列出该污染的具体危害，然后编制相应的环境保护措施.例如，甲醇合成催化剂在实际生产中产生的废气污染主要是氮氧化合物（NOx），学生经过查阅资料、组内讨论给出了氮氧化合物的危害和相应的环境保护措施，如表2所示.然而，在组与组互查时，学生提出该环保措施过于简单，没有给出能排放至大气中NOx含量的最低标准和相应的检测方法.经过充分讨论，我们引导学生查阅国家标准《大气污染物综合排放标准》（GB 16297-2008），标准提出“氮氧化物最高允许排放浓度240mg/m3”.在检测方法方面，学生通过查阅资料和向检测公司咨询等手段，提出了采用检测仪和收集气体去专业检测实验室去分析等方法.通过工程实训中的环境保护教学与自主学习环节，学生们深刻了解了化工生产过程中所伴随产生的环境污染问题，并且能够针对污染问题提出相应的解决方案，这对于加强环保与化工安全生产意识以及提高解决实际问题的能力有着显著的促进作用.

2.4 典型事故案例

经过工程实训的锤炼，学生掌握了甲醇合成催化剂实训装置的操作方法，了解了实际生产过程中存在的安全隐患，编制了假想事故的应急预案和环境保护措施.然而，这些不是真实发生的事情，学生对于化工安全的认识和学习还不够深刻.因此，我们将工程实训与典型化工安全事故案例结合起来，使学生在真实事件中了解事故发生的原因，反过来对工程实训装置的潜在安全问题进行进一步剖析.在该环节的教学过程中，我们首先选取具有代表性的化工安全事故案例，并布置给学生，让学生通过网络查阅相关文字信息、观看相关视频，对事故案例的类型、事故原因、危险物质及危险因素等进行初步分析;其次，围绕事故原因、危险因素等进行课堂分组讨论，充分挖掘造成事故发生的直接和间接原因，深度剖析事故案例所隐含的化工安全问题;最后，对事故案例进行分析总结，一方面探讨学生在分析过程中存在的问题，另一方面提出事故案例的预防和控制措施.例如，选择典型事故案例“天津滨海新区爆炸事故”，让学生在课下通过网络搜索事故的相关信息，包括文字记载和事故视频等，初步了解造成事故发生的原因.在课堂讨论环节中提出若干问题，如“天津港爆炸中存在哪些危险化学品”“危险化学品的危险因素”“消防员的灭火措施是否正确”等，让学生进行充分讨论，挖掘事故案例中存在的问题，如危险化学品的储存和管理不当、危险化学品事故应急处置能力不足、事故企业违法违规经营、地方管理部分监管不严、消防员灭火措施有误、事故企业与居民区的安全距离偏小等（如图1所示）.结合本校的工程实训装置，我们让学生根据“天津滨海新区爆炸事故”中的安全问题逐条分析，深入剖析本校工程实训装置中是否也存在类似的安全隐患及其应对办法，如装置中存在的危化品及其储存与管理方法、危化品假想事故的应急预案、化工厂拟运营所满足的条件、分级管理与监管政策、消防器材及其使用方法、工程实训装置与周围教学楼的安全距离是否合适等.学生完成这样的任务需要运用在理论课以及自主学习所得到的知识，因此，这对于理论知识的潜移默化具有十分积极的作用.此外，对于典型事故的剖析，可以使学生充分认识安全生产的重要性，深入了解化工生产中的安全隐患，在化工安全理论教学以及工程实训实践教学过程中学生能够举一反三，提高化工过程的安全设计能力.同时，引导学生探索绿色生产、安全生产的可持续发展道路，这对于培养具备一定科学素养和创新能力的人才大有裨益.

3 总结

为了让学生能够更好地学习化工安全理论课程，我们将工程实训应用于化工安全的理论教学中.工程实训侧重于实践，具有不同于理论教学课程的显著特征，实用性和趣味性较为显著.因此，将工程实训与化工安全教学结合能有效提高学生的学习兴趣.此外，这种交叉式的教学方法强调学生进行主动探究和亲身体验，鼓励学生主动投入到课程的学习过程中，积极引导学生提出工程实训装置中存在的安全问题，运用理论教学中所学习得到的化工安全知识去寻找解决实际安全问题的途径，在探究过程中将知识潜移默化，同时深化实践技能培养，这对于培养具有创新意识的应用型本科人才具有十分显著的作用.

参考文献：

〔1〕董丁稳.《化工过程安全》案例教学方法实践[J].新西部，2015（4）：119.

〔2〕杨伟，章云冉，杨本宏，胡坤宏.有机化学理论课程教学方法的研究与探索[J].广东化工，2015，42（6）：195-196.

〔3〕何理瑞.应用型本科院校工程实训教学师资队伍建设探讨[J].浙江水利水电学院学报，2015，27（4）：90-92.

〔4〕何理瑞.高职院校工程实训安全管理分析与对策[J].实验技术与管理，2010（12）：200-201.

〔5〕谷龙.基于应用本科校内机械工程实训开放型的教学模式探索与实践[J].科技资讯，2018（7）：22-24.

〔6〕刘金翼.化工安全设计在预防化工事故中的重要性分析[J].化工管理，2019（24）：67-68.

〔7〕王涛.优化化工安全设计在预防化工事故发生中的重要性[J].云南化工，2017，44（12）：91-95.

〔8〕张玉华.论加强化工安全设计在预防化工事故发生中的作用[J].中国石油和化工标准与质量，2018（12）：12-13.