案例贯穿法在《化工安全与环保》教学中的实践

秦宏云，付 强，陈 霞，黄昊飞

(山东理工大学化学化工学院，山东 淄博 255000)

化工安全与环保课程是一门实践应用类课程，深入学习课程内容，能够强化专业知识体系的建立，有效提升工程实践能力，特别是能够深刻理解绿色发展的理念和内涵。本课程学习的难点在于课程知识点较多、课程案例较多，每个案例强调的知识点不同，多案例多知识点的学习模式无疑增加了学生学习难度，不利于学生在逻辑关系上对整门课程进行系统性掌握。鉴于此，本教学团队初次尝试将博帕尔事故案例贯穿于整个教学过程，通过对单一案例的深度剖析，让学生加深对各知识点的联系与理解，使所学知识内容形成一个统一整体。另外，通过案例学习深度提升学生的社会责任、安全意识、实践能力、创新能力等各方面的综合能力[1-3]。

1 化工安全与环保教学内容

针对化工安全与环保课程，本教学团队讲授的主要内容如表1所示，主要包括绪论、化学品安全管理体系、化学品性质特征和危险性、燃烧爆炸与安全技术、职业毒害与防毒措施、化学品泄露与扩散模型、化工厂设计与装置安全、压力容器设计与使用安全、化工厂安全操作与维护及化工环境保护技术等内容。基本的逻辑关系为：先讲解化工安全的重要性，提出学习好本门课程的重要意义(第1部分)；再讲解化学品的安全管理体系及危险化学品特征、防护技术(第2～4部分)，指出化学品的危险性、防护措施及相关的法律法规；最后讲解个人职业防护与工艺的本质安全设计(第5～10部分)，提出本质安全设计的重要性。可以看出该课程所涉及的知识点数目较多、较零散，涉及的知识面较广，各专业课间的交叉性较强，各知识点间的有效关联性不强，采用多案例-多知识点的授课模式不利于学生联系所学知识，对于系统的掌握所学专业知识存在一定的难度。

表1 化工安全与环保授课内容

2 案例贯穿事故解析[4]

异氰酸甲酯是生产西维因和涕灭威的主要原料，博帕尔农药厂在使用过程中将其储存于MIC储罐中。异氰酸甲酯(MIC)储存系统如图1所示，主要由进料系统、清洗系统、MIC冷冻系统、氮封系统、洗涤系统及火炬等组成。整个系统采用氮气进行密封，来自精馏塔的MIC经过滤器过滤后进入MIC储罐，后经泵送进入到下一级生产单元；考虑到MIC易挥发，MIC储罐采用冷冻系统进行冷却；MIC储罐上设置有爆破片与安全阀等安全装置，防止储罐超压，少量泄露的MIC气体经洗涤器洗涤，后进入火炬系统；另配备的清洗系统可有效的对过滤器进行清洗，防止发生堵塞。

图1 异氰酸甲酯(MIC)储存系统的工艺流程简图[4]

事故经过：1984年12月3日维修人员在关闭进料阀门未进行盲板隔离(隔离法兰位置)的情况下，用水反向冲洗过滤器，进料阀门内漏导致冲洗水进入MIC储罐。冲洗水与MIC发生放热反应，由于检测仪表处于不正常工作状态，值班人员未及时发现。MIC储罐操作异常长时间内都未得到及时妥善的处置，最终导致储罐超压、爆破片破裂、安全阀起跳，大量MIC进入大气，导致毒气形成的浓烟笼罩在全市上空，造成了大量人员伤亡。为了纪念在灾难中受害的人们，国际农药组织将每年的12月3日确定为世界无农药日。该事故的直接原因为水进入MIC储罐，发生剧烈的放热反应。该事故的间接原因为：(1)MIC储罐上的冷冻单元失效，导致MIC储罐温度不可控；(2)温度、压力等安全检测仪表失效，操作人员未及时发现异常情况；(3)洗涤器与火炬失效，排放的MIC气体未能有效灭活；(4)消防设施没有发挥作用，无法有效捕集释放的MIC蒸汽；(5)安全管理缺陷，未能有效应急。

针对该事故本文提出可能的改进措施：(1)加强本质安全设计，本质安全是指通过设计等手段使生产设备或生产系统本身具有安全性，即使在误操作或发生故障的情况下也不会造成事故的功能，具体表现在总平面布局、设备平面布置、设备设施、物料及工艺控制等方面的全方位安全设计[5]。厂址的安全选定，该事故中厂址选择距离市区较近，距离交通枢纽较近，附近人口聚集。对于生产过程中使用的中间体剧毒化合物 MIC缺少系统性的考虑，导致工厂选址出现问题，工厂选址应远离居民区；工艺本质安全设计，该生产工艺中储存了大量的MIC有毒物质，增加了危险隐患，可能的措施一方面可采用替代工艺，避免生产过程中使用剧毒物质MIC，另一方面也可降低生产过程中MIC的储存量，尤其是在工厂初始设计阶段坚持毒物储量最小化设计原则；(2)加强安全环保设施的应急响应，定期对安全设施进行检查、检验与应急演练；(3)加强员工的安全作业培训与作业管理，进行严格的作业审批程序；(4)加强对开停车及检修作业的安全管理，严格执行开停车操作规范。

3 知识点的案例贯穿

针对表1中安全与环保的主要授课内容，博帕尔事故与授课内容相互贯穿的思维导图如图2所示。将博帕尔事故贯穿于本门课程所授的10部分内容中。通过案例贯穿，让学生深刻的理解该事故的起因与所学专业知识间的联系。

图2 案例贯穿的思维导图

举例1：第6节职业毒害与防毒措施，这一节主要知识内容包括：(1)毒性物质及有效剂量；(2)常见物质的毒性作用；(3)物质毒性的影响因素；(4)毒性物质侵入人体途径；(5)毒性物质资料的应用；(6)职业中毒与诊断过程；(7)职业中毒临床表现；(8)防止职业中毒的技术措施；(9)毒物的通风排毒与净化吸收。

授课过程：(1)学生搜索MIC的化学安全技术说明书MSDS，查阅MIC的LD50数据，展开对MIC的毒性及其有效剂量的讲解；(2)通过对MIC分子结构进行分析，展开对毒性作用及影响因素的讲解；(3)通过MIC进入人体的途径以及所产生的严重后果，展开4～7知识点的讲解；通过对MIC的合成工艺及洗涤、火炬系统的分析，展开对8～9知识点的讲解。

举例2：第7节化工厂设计与装置安全，这一节主要知识内容包括：(1)化工厂设计安全；(2)化工工艺设计安全；(3)过程装置与设备设计安全；(4)储存设备安全设计；(5)其它安全附属装置设计；(6)安全校核、安全评价与环境评价；(7)HAZOP分析。

授课过程：(1)学生针对授课内容对比分析博帕尔农药厂的选址可能存在的问题，加深对化工厂设计安全问题的理解；(2)分析博帕尔的合成工艺路线，查阅相关的无需中间体MIC的合成工艺，比较分析其优缺点，从提高工艺的本质安全角度进行化工工艺设计安全的讲解；(3)以MIC储存运输为基础讲解设备设计安全等知识点；(4)以MIC的储存要求为基础展开对储存危险液体装备技术安全以及相关附属设备的讲解；(5)讲解MIC储存系统中火炬的作用，依次展开对安全附属装置设计的介绍；(6)以博帕尔事故产生的原因及造成的后果为依据展开对安全校核、安全评价与环境评价及HAZOP分析问题的讲解。

效果评价：学生普遍认为单案例-多知识点的学习效果较好于多案例-多知识点。通过对单一案例的深度剖析，发掘其中的关键知识点，做到关键知识点与案例的相互对应，能够强化学生对知识点的深度理解。并且具体案例与实践相结合，可有效增强学生对基础知识的工程运用能力，能够建立完整的知识体系，有助于学生工程能力的培养，符合新工科的培养要求。

4 课程思政的案例贯穿

通过对博帕尔事故案例分析，让学生深刻感受到化工安全事故对人类生活的影响，自发思考个人对化工职业所肩负的安全责任，深刻认识本课程的重要性，进一步通过案例教学培养学生的家国情怀。举例部分课程思政内容：(1)通过对工艺的技术革新及相关新技术的介绍，培养学生勇于创新、无私奉献、勇攀科研高峰的职业精神；(2)通过对博帕尔案例直接事故原因剖析，培养学生的职业素养，引导学生养成良好的职业规范，提升专业认同感；(3)对我国化工发展过程中形成的先进技术、先进理论进行介绍，提升学生的民族自豪感，培养学生的家国情怀等[6-7]。

5 结 语

化工安全与环保课程旨在培养学生的安全与环保意识，并掌握一些危险识别技术与安全环保防护措施。通过案例贯穿教学，将知识点与单一案例有效结合，可以强化学习过程。同时，可将课程思政很好的融合进去，有效培养学生的家国情怀与职业素养。实践表明，通过案例贯穿有效提升了学生的社会责任、安全意识、实践能力、创新能力等各方面的综合能力。