《化工儀表與自動(dòng)化》課程教學(xué)與環(huán)境保護(hù)的結(jié)合分析論文

　　《化工儀表及自動(dòng)化》，是化工類學(xué)科一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要應(yīng)用自動(dòng)控制、儀器儀表及計(jì)算機(jī)等學(xué)科的理論與技術(shù)為化學(xué)工程相關(guān)學(xué)科服務(wù)。本課程適用于化學(xué)工程中的各專業(yè)，如化學(xué)工程與工藝、生物工程、食品科學(xué)與工程、制藥工程、高分子材料與工程、環(huán)境工程。該課程主要介紹了化工生產(chǎn)過程中的自動(dòng)調(diào)節(jié)及控制系統(tǒng)方面的基礎(chǔ)知識(shí)，構(gòu)成自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的對(duì)象和儀表，以及各類簡單、復(fù)雜控制系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。近年來，《化工儀表及自動(dòng)化》已成為絕大多數(shù)高等院校的必修或選修課程，高校教師們都試圖在理解《化工儀表及自動(dòng)化》教科書內(nèi)容、傳授主題教學(xué)大綱的基礎(chǔ)上，探索新的教學(xué)方法，尋找新的教學(xué)熱點(diǎn)，拓展新的教學(xué)領(lǐng)域。石梅、李中等老師提出要突出高新技術(shù)、與實(shí)驗(yàn)結(jié)合。北京化工大學(xué)、天津大學(xué)、揚(yáng)州大學(xué)等都探索了互動(dòng)式教學(xué)和研究型教學(xué)。為響應(yīng)教育部就出臺(tái)了《關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作，提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》，華東理工大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)(北京)都嘗試了《化工儀表及自動(dòng)化》雙語教學(xué)模式，效果顯著。對(duì)于煤炭類院校的學(xué)生，在我國當(dāng)前煤化工大力發(fā)展的階段，煤炭院校化工及相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，充分了解我國當(dāng)前煤化工領(lǐng)域工作環(huán)境，在走出大學(xué)校門、涉及化工儀表及自動(dòng)化方面工作時(shí)，才能工作的得心應(yīng)手。

　　我國在經(jīng)歷了過去30 多年的高速發(fā)展后，經(jīng)濟(jì)社會(huì)產(chǎn)生出很多問題，特別是近幾年的環(huán)境問題，已經(jīng)成為制約我國長期可持續(xù)發(fā)展的主要因素。對(duì)于煤化工行業(yè)排放的大量廢氣，是當(dāng)前以及未來很長一段時(shí)間需要解決的問題，也是煤化工專業(yè)學(xué)生可以涉足的重要工作領(lǐng)域。

　　本文在總結(jié)前人教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，使《化工儀表及自動(dòng)化》教學(xué)過程與環(huán)境污染防治相結(jié)合，特別針對(duì)化工儀表的使用及自動(dòng)化生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行有效治理，對(duì)新的教學(xué)過程進(jìn)行了探索與思考，使《化工儀表及自動(dòng)化》教學(xué)既與環(huán)保的煤化工生產(chǎn)實(shí)際接軌，又生動(dòng)活躍具有特色，為其他課程與環(huán)保主題結(jié)合教學(xué)提供示范。

　　1 涉及環(huán)境保護(hù)的課程章節(jié)介紹在化工生產(chǎn)

　　過程中主要涉及到環(huán)境污染物監(jiān)測和控制的章節(jié)包括第3 章——檢測儀表及傳感器，第5 章——執(zhí)行器，第9 章——計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。也就是說，自動(dòng)控制系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)(包括控制對(duì)象本身，測量元件、控制儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu))，以及各環(huán)節(jié)集成后在化工企業(yè)普遍使用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)都會(huì)涉及到環(huán)境保護(hù)的議題。

　　第 3 章——檢測儀表及傳感器主要包括壓力檢測及儀表、流量檢測及儀表、物位檢測及儀表、溫度檢測及儀表及各種氣體傳感器等，容易出現(xiàn)氣體泄漏的主要是壓力檢測儀表和流量檢測儀表，以及檢測有害氣體的氣體傳感器接口位置。壓力檢測儀表主要涉及氣體壓力的檢測和控制，其中包括所有負(fù)壓原料氣體，中間產(chǎn)物氣體，目標(biāo)產(chǎn)品氣體，污染排放的廢氣等壓力的檢測。壓力控制在生產(chǎn)過程限值之內(nèi)才能保證安全生產(chǎn)，避免燃爆發(fā)生，避免有毒有害氣液泄露，限制氣體污染物(如SO2、NOx、可揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)等)達(dá)標(biāo)排放，壓力儀表一旦發(fā)生泄漏，輕則排放出大量有害氣體，重則發(fā)生爆炸事故。流量檢測儀表也主要涉及氣體流量的檢測與控制，其中包括所有原料氣體，中間產(chǎn)物氣體，目標(biāo)產(chǎn)品氣體，污染排放的廢氣等流量的檢測，流量檢測儀表的接口位置容易發(fā)生泄漏，一般只會(huì)發(fā)生有害氣體的泄漏，很少發(fā)生爆炸事故。有害氣體的傳感器通常都會(huì)布置于氣體的管道或泄漏點(diǎn)，對(duì)有害氣體的傳輸和泄漏進(jìn)行監(jiān)控。

　　第 5 章——執(zhí)行器針對(duì)的是化工生產(chǎn)過程中的各類閥門，主要包括氣動(dòng)閥門、電動(dòng)閥門和液動(dòng)閥門，在化工和煉油行業(yè)主要是使用氣動(dòng)和電動(dòng)閥門，很少使用液動(dòng)閥門。不管是使用氣動(dòng)閥門還是電動(dòng)閥門，在長期工作過程中，都有存在化工氣體泄漏的可能，往往會(huì)有大量的VOCs 在長期生產(chǎn)過程中發(fā)生泄漏，對(duì)大氣環(huán)境造成不良影響，影響廠區(qū)工作人員的健康。針對(duì)于以上章節(jié)中存在的環(huán)保問題，需要在教學(xué)過程中給學(xué)生灌輸良好的環(huán)保理念，讓學(xué)生認(rèn)知化工生產(chǎn)過程中排放的廢氣對(duì)環(huán)境的危害和對(duì)人體的影響。特別是針對(duì)于不可見的廢氣，需要有合理有效的方式進(jìn)行治理，還美好藍(lán)天。以下一節(jié)重點(diǎn)介紹本課程與有害氣體排放防治的相關(guān)內(nèi)容。

　　2 環(huán)保措施方法的引入與授課改革

　　近些年，國內(nèi)外的化工企業(yè)為了能夠有效的防治有害氣體的泄漏，一般都采用“泄漏檢測與修復(fù)”的方法。泄漏檢測與修復(fù)(Leak Detection And Repair，LDAR)是一種用于尋找設(shè)備泄漏，并通過修復(fù)以減少排放的工作實(shí)踐方法。通過對(duì)特定組建實(shí)施檢測，比如壓力表、流量計(jì)、傳感器、各類閥門等位置的接口，定期檢測是否存在泄漏。任何泄漏組件都需要在特定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行替換或者修復(fù)。LDAR 使用專門的氣體檢測儀器進(jìn)行檢測，確認(rèn)泄漏的設(shè)備或裝置，通過修理降低無組織排放。

　　在介紹第3 章——檢測儀表與傳感器和第5 章——執(zhí)行器之前，先引入LDAR 的概念，讓學(xué)生們充分了解在化工自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，盡管操作人員可以不在現(xiàn)場工作，但是各類自動(dòng)控制儀表和設(shè)備的接口位置都是存在有害污染物泄漏的可能，且是不可避免的過程。授課過程中給出了污染物泄漏的不同區(qū)劃范圍：200ppm 以下無需處理;200~1000 ppm 需要引起注意，采取預(yù)防措施;1000 ppm 以上需及時(shí)處理，讓學(xué)生們了解到污染物泄漏的排量范圍。

　　在介紹第 9 章——計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，除了介紹目前普遍使用的集散控制系統(tǒng)(Distributed Control System-DCS)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(Fieldbus Control System-FCS)外，要把環(huán)保監(jiān)測的內(nèi)容給學(xué)生們灌輸進(jìn)去。隨著我國環(huán)境治理壓力的不斷增大，化工企業(yè)已成為PM2.5 的主要污染源SO2、NOx、VOCs、NH3 的重要排放源。對(duì)于煤炭類為主的高校，化工專業(yè)的一批同學(xué)未來的工作會(huì)涉及到煤化工，煤化工企業(yè)里自動(dòng)化控制中污染物的監(jiān)控與管理，是滿足環(huán)保要求的必由措施。在集散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中，都會(huì)加入各類污染物監(jiān)控的傳感器和報(bào)警系統(tǒng)，最后集中顯示與中央控制系統(tǒng)中。通過授課和課件的實(shí)例，開拓了學(xué)生的視野，提高了學(xué)生們的環(huán)境保護(hù)意識(shí)。

　　3 結(jié)論

　　本文重點(diǎn)對(duì)《化工儀表及自動(dòng)化》中涉及到環(huán)境保護(hù)的章節(jié)進(jìn)行了介紹和剖析，環(huán)境保護(hù)內(nèi)容在傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容中的穿插與創(chuàng)新，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的改進(jìn)。對(duì)于化工企業(yè)中氣體污染物的排放做了介紹，同時(shí)引入了“泄漏檢測與修復(fù)”系統(tǒng)。這樣可以使學(xué)生在掌握了基本教學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，開拓視野、加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)。在課件和授課方式上，筆者嘗試了化工儀表自動(dòng)化與環(huán)保知識(shí)穿插教學(xué)的方法，循序漸進(jìn)，深入淺出的講授了該門課程。學(xué)生們通過兩門專業(yè)知識(shí)的交叉學(xué)習(xí)，了解了更多環(huán)境保護(hù)專業(yè)知識(shí)，提高了對(duì)專業(yè)課的學(xué)習(xí)興趣。