大学生安全意识培养在化工原理实验教学中的自然融入

李 玉，李 涛，董贺新，高 健，郑金友，任保增

(郑州大学 化工学院，河南 郑州 450001)

1 化工安全意识培养

化工行业中所使用的原料、中间体甚至产品本身，约70%以上具有易燃易爆、有毒有害和有腐蚀性的特点。同时，化工生产过程涉及高温、高压、有毒、有害等危险操作，存在很多安全隐患，经常因操作失误或个人违章行为而造成安全事故的发生[1]。据不完全统计，国内化学品相关事故，2018年发生1 900余起，2019年发生1 600余起， 2020年1至11月，发生127起，共造成1 199人死亡的严重后果[2]。国内高校化学、化工实验室的安全状况也不容忽视，2018—2019年共发生典型安全事故3起。这些安全事故的发生，严重影响企业、高校正常的生产、教学、科研秩序，对企业员工及广大师生的生命财产安全造成损害和威胁，在社会上造成了不良影响。 据不完全统计，无论是化工企业，还是国内高校实验室事故，人为因素中的不安全行为占比均超过50%，这些不安全行为包括了违反操作规程、操作不当及使用不当等。海因里希法则(Heinrich′s Law)又称“海因里希安全法则”，这一法则说明，当一个企业有300起隐患或违章，很可能意味着29起轻伤或故障将要发生，此外，还有一起重伤、死亡事故可能发生。海因里希认为，事故的直接原因多为人的不安全行为和物的不安全状态，所以企业事故预防工作的重心在于消除人的不安全行为以及物的不安全状态。该法则强调两点：①事故发生是量积累的结果；②无论再好的制度、再完美的规章，在实际操作中也无法取代人的自身素质及责任心。

2 化工原理实验课程中存在的安全问题

化工原理实验属于工程实验范畴，多以化工单元操作为中心，且使用具有工程或中间试验规模的装置设备，所进行的实验项目大都是今后从事化工生产或进行科学研究经常遇到的或需要解决的实际问题，对培养学生的工程意识、实验技能以及科学研究能力具有重要意义。

随着本科生专业评估、专业认证工作以及本科教学工程等高等教育项目的实施，高等教育对大学生的综合素质提出了新的、更高的要求。为了适应新时代的人才培养要求，化工原理实验课程教学也在不断地进行着改革和提升。为了培养化学、化工行业合格的专业人才，课堂教育不仅仅只有化工专业知识的传授与学习，还要将安全知识和安全意识的教育始终贯穿于课堂之上，使安全知识和安全意识扎根于学生的内心，只有这样才能培养出既具有专业技术，又具有安全意识的新化工人。

化工原理实验课程中存在的安全问题如下：违反操作规程、操作失误导致事故的发生；高温高压设备的使用；各种气体钢瓶的使用；易燃、易爆、剧毒化学品的存储和使用；水电线路老化、设备及线路老化、设备故障失灵等也是造成实验室事故不可忽视的原因。

3 化工原理实验课大学生安全意识的培养

3.1 实验前的安全教育，强化学生的安全意识

化工原理实验装置接近工程实际、实验过程复杂、高温高压设备较多、数据采集点较多，相应地实验的危险因素也较多。任何一个小小的疏忽，都有可能酿成大的事故，造成难以估量的损失。所以在正式进行实验之前，对学生进行系统的安全教育是非常必要的。 ①要让学生了解实验室的基本安全守则等方面的规章制度和文件，以此加强学生的安全意识，并从制度层面约束学生的行为。如：学生进入实验室应规范服装，并统一穿戴防护服和护目镜；禁止学生在实验室内打闹，防止造成不必要的伤害；禁止饮食，防止食物中毒；未经实验指导教师允许，不得擅自开启、关闭一切电路开关和阀门；实验进行过程中，不得随意离开岗位，要密切注意实验的进展情况；在实验过程中，如有疑难问题，要及时请教指导教师或实验室工作人员；若实验中出现异常现象，应立即停止实验并进行应急处理，由指导教师排除故障后方可继续实验；在实验过程中，禁止用湿手触及电器设备等用电安全知识，防止触电事故的发生等。②将实验室中可能存在的安全问题对学生进行必要的介绍。如实验室中汞的泄漏、钢瓶的安全问题、精馏实验中塔釜的干烧等。③结合近年来企业和高校所发生的一些典型安全事故对学生进行安全意识的教育。如2016年上海松江大学园区内东华大学化学化工与生物工程学院的实验室爆炸事故，2018年发生的12·26北京交通大学实验室爆炸事故等，结合这些典型案例利用视频、图片等资料，事故所造成的人身伤害以及其他损失对个人、事故单位都造成了难以挽回的损失，社会影响极坏。通过这样的方式，让学生了解化学、化工事故后果的严重性，让学生在思想深处重视安全意识的培养。

3.2 实验教学中大学生安全意识的培养

安全管理应遵从“以人为本”的管理理念，但学生安全意识的培养要遵循循序渐进的方式，将安全教育贯穿于课堂教学之中，加强学生安全知识的传授、规范学生实验室内和实验过程中的行为，可以强化学生的安全意识，使大学生在校期间就牢固树立起安全、规范操作的思想意识，减少在后续的学习和工作过程中发生安全事故的可能性。

3.2.1实验步骤的规范操作

化工原理实验装置接近工程实际，多套装置中安装有泵和风机，并使用阀门来调节流体流量的大小。如在柏努利方程演示实验、流体流动阻力的测定实验、离心泵特性曲线的测定以及流量计的标定实验、传热测定实验、流化床干燥实验以及风洞干燥实验中分别用到了离心泵和旋涡风机，在离心泵和风机进、出口管路安装有进口阀门和调节阀。阀门的开关顺序关乎离心泵和风机的正确使用。在柏努利方程演示实验、流体流动阻力的测定实验中，因为离心泵安装高度低于储水槽液面，所以只有出口管路上安装有阀门。正确的操作步骤应该是先检查离心泵出口阀处于关闭状态，然后开启电源，启动离心泵，再打开出口阀调节管道中流体流量的大小。离心泵特性曲线的测定以及流量计的标定实验与前两个实验装置不同。因为离心泵的安装高度高于储水槽的液面，所以在离心泵的进、出口管路上不仅安装有出口阀，在进口管段上还安装有进口阀。那么其正确的操作是在灌泵之后关闭离心泵出口阀门，打开电源开关启动泵，迅速开启进口阀，然后打开出口阀门来调节管道中流体流量的大小。

在实验结束后，则应先关闭离心泵的出口阀，然后在停泵。这是为了防止出现“水锤”现象而对离心泵造成损毁。当然，在实验室的装置中，因为管道不够高，即使出现“水锤”现象，可能管道中水的冲击力没有大到对离心泵造成损毁的程度。但如果在学习过程中不能养成正确的操作意识，工作中的疏忽有可能造成事故，对企业或个人人身造成不可估量的伤害。

在风洞干燥实验中，所用风机为离心风机，在启动风机之前风机进、出口放空阀应处于关闭状态，一方面是因为此时风机的启动功率最小，另一方面是为了电加热器尽快升到预定温度。此外，在操作过程中，要先开启风机，开启送风后再开启电加热器，这样电加热器产生的热量能及时被风带走，可以防止电加热器因为干烧而损坏的事故发生。

在流体流动阻力的测定实验、离心泵特性曲线的测定以及流量计的标定实验中使用了U形管压差计，并在U行管压差计中安装平衡阀。平衡阀的安装有两个目的：①排除实验管道中的气体；②防止管道中液体压力过大将水银冲出U形管压差计。所以，平衡阀的正确操作也很重要。实验前，平衡阀应处于开启状态，防止启动离心泵之后管道中流体压力太大将水银冲出U形管压差计；实验中，U形管压差计平衡阀应处于关闭状态；实验结束之后，应将平衡阀打开，再停泵。

在精馏实验中，操作参数多、操作复杂，正确的操作更加重要。如塔釜液面的控制、塔釜压力、进料量、回流比的大小等。如果塔釜液面下降，会出现干塔、烧坏电加热；如果液面上升，则会出现淹塔。塔釜压力如果过高，P釜>3 kPa，会出现液沫夹带和夹带液泛等操作异常现象；如果塔釜压力太低，P釜<1 kPa，则会出现塔板漏液等异常操作。进料量过小则会引起塔顶产品不合格，直接现象是灵敏板温度逐渐升高而引起危险；进料量过大则会引起降液管液泛等非正常操作现象。如果回流比过小(塔顶采出量过大)则会引起塔顶产品不合格，直接现象是灵敏板温度急剧升高而导致精馏塔出现非正常操作。特别是进料量过大或者塔釜压力过大时，容易引起塔釜压力急剧升高，造成塔釜自动出料液封内液体压出而导致液封失效，引起蒸汽从排出口窜出，造成危险。

3.2.2高温高压设备的规范操作

传热测定实验是测定单根水平圆管套管换热器的中传热系数及管内和管外的传热膜系数。管内冷流体为空气，管外的加热介质为水蒸气。水蒸气的发生采用蒸汽发生器，其压力为0.4 MPa，属于高压设备。实验前会给学生讲解高压设备使用中的正确操作及注意事项，让学生清楚只要按照正确的操作步骤操作，安全是没有问题的。实验过程中，冷空气从套管换热器一端的内管进入换热管内，冷空气在流过换热管的过程中被加热，热空气则从空气放空口排出。水蒸气从套管换热器另一端进入间壁，没有冷却的水蒸气则从蒸汽放空口排出。在整个实验过程中，套管换热器、蒸汽放空口以及空气放空口的温度都比较高，所以实验前告诫学生不要因为好奇而用手触摸这些高温的设备，以免烫伤。

在传热系数测定实验中，操作步骤的正确也是安全的保证。实验结束后，应该先关闭蒸汽发生器的电源，但此时风机还不能停止工作，旁路阀的开关不能全开，以保证实验换热器内冷空气的持续输入。这是因为，虽然蒸汽发生器的电源已经关掉，但内部的水源由于高温仍然会继续产生蒸汽进入套管换热器间壁，如果内管没有冷空气流入，蒸汽无法冷凝，可能由于蒸汽压力过大发生憋压而造成设备的毁损，进而有可能造成人员伤亡。

3.2.3高压气瓶的规范操作

吸收实验中用到了二氧化碳钢瓶。虽然钢瓶在专门的房间存放，二氧化碳气体是采用管道输送到实验室总气管中，再利用管道向各台实验装置供气，这样降低了实验室的安全风险。但学生将来无论是进入化工企业的生产一线或者是科研院所进行学术研究，都可能会用到气体钢瓶。所以高压气体钢瓶的安全运用也是学生必须要掌握的内容。钢瓶在使用时首先检查减压阀是否关紧，然后缓缓打开根部阀，再打开减压阀调节管路气体压力至实验所需压力。实验结束后应该先关闭根部阀，等减压阀中剩余气体排出干净后再关闭减压阀。学生还应清楚，减压阀的开关方向和一般阀门的开关方向是相反的，这样的设计也是出于安全的考虑。

3.2.4化学试剂以及危险化学品的安全管理和使用

化工原理实验中要用到一些剧毒及易燃易爆的化学品。使用化学试剂应在熟悉其理化性质及危险特性的前提下使用，才能减少实验室安全事故的发生。化工原理实验中，多套实验装置用到了水-汞U形管压差计。在设计U形管压差计时设置了平衡阀，其作用之一就是防止实验管道中的流体由于压力过大将汞冲出U形管压差计。另外，实验室需要预备硫黄，万一由于U形管破碎等原因致使水银洒落地面，可以第一时间在水银上撒硫黄，使硫黄和水银反应生成固体硫化汞，以防止汞蒸气的产生对师生的身体造成伤害。这些安全知识，在实验现场预习时会给学生反复强调。

精馏实验中，实验所用的体系为乙醇-水溶液。因此，实验室在酒精存放上有严格的规范。①实验室内严禁存放大量酒精；②每次取用后必须立即将容器上盖封闭，严禁敞开放置。同时，在实验过程中，学生应佩戴化学安全防护眼镜，实验室则要求通风。有关易燃、易爆化学品储存、使用方面的安全知识，会在实验过程中恰当地传递给学生。

3.2.5设备老化、设备故障失灵

设备老化、设备故障失灵也是造成实验室事故不可忽视的原因。各种电器设备在开、关和短路时往往产生火花，与易燃气体接触以后，极易发生火灾。实验结束后若插座不拔或者不关闭电源也会造成火灾。

为了避免此类安全事故的发生，不但要求实验老师实验前对实验装置进行严格的安全检查，也要求学生在实验过程中注意观察，在出现事故后果断采取安全措施，如及时断水、断电等。实验结束后实验装置包括整间实验室都应该关闭电源、水源，然后才能离开实验室。这也是大学生通过化工原理实验培养的良好习惯和意识。

综合分析化工原理实验中存在的危险因素，无论是实验操作、高温高压设备、化学试剂以及危险化学品的安全管理和使用、设备老化、设备故障失灵等等，只要严格按照正确、规范的操作步骤操作，就可以避免危险事故的发生。由此可见，在实验过程中规范操作至关重要。通过化工原理实验教学实践活动，将规范操作的理念能够嵌入到学生的意识之中。

4 结语

化工原理实验教学对于化工类专业学生工程素养及创新能力的培养具有重要作用，对学生工程意识、实验技能、科研能力和综合素质能力的提高是理论教学无法代替的。随着科技的发展和进步以及绿色化工教育的实施，具有专业能力和安全意识的复合型人才才能适应新时代的要求。为适应这一人才需求，我们在加强学生专业素质培养的同时加强学生安全知识和意识的培养，提升人才培养水平，使学生在校期间就树立起安全第一、严格规范操作的思想意识。