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

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

　　《化工儀表及自動(dòng)化》，是化工類(lèi)學(xué)科一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎課，主要應用自動(dòng)控制、儀器儀表及計算機等學(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(zhuān)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(guò)程中的自動(dòng)調節及控制系統方面的基礎知識，構成自動(dòng)調節系統的對象和儀表，以及各類(lèi)簡(jiǎn)單、復雜控制系統及計算機控制系統等。近年來(lái)，《化工儀表及自動(dòng)化》已成為絕大多數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(shū)內容、傳授主題教學(xué)大綱的基礎上，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)驗結合。北京化工大學(xué)、天津大學(xué)、揚州大學(xué)等都探索了互動(dòng)式教學(xué)和研究型教學(xué)。為響應教育部就出臺了《關(guān)于加強高等學(xué)校本科教學(xué)工作，提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見(jiàn)》，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(yǔ)教學(xué)模式，效果顯著(zhù)。對于煤炭類(lèi)院校的學(xué)生，在我國當前煤化工大力發(fā)展的階段，煤炭院�；�工及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，充分了解我國當前煤化工領(lǐng)域工作環(huán)境，在走出大學(xué)校門(mén)、涉及化工儀表及自動(dòng)化方面工作時(shí)，才能工作的得心應手。

　　我國在經(jīng)歷了過(guò)去30 多年的高速發(fā)展后，經(jīng)濟社會(huì )產(chǎn)生出很多問(wèn)題，特別是近幾年的環(huán)境問(wèn)題，已經(jīng)成為制約我國長(cháng)期可持續發(fā)展的主要因素。對于煤化工行業(yè)排放的大量廢氣，是當前以及未來(lái)很長(cháng)一段時(shí)間需要解決的問(wèn)題，也是煤化工專(zhuān)業(yè)學(xué)生可以涉足的重要工作領(lǐng)域。

　　本文在總結前人教學(xué)經(jīng)驗的同時(shí)，使《化工儀表及自動(dòng)化》教學(xué)過(guò)程與環(huán)境污染防治相結合，特別針對化工儀表的使用及自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行有效治理，對新的教學(xué)過(guò)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)保主題結合教學(xué)提供示范。

　　1 涉及環(huán)境保護的課程章節介紹在化工生產(chǎn)

　　過(guò)程中主要涉及到環(huán)境污染物監測和控制的章節包括第3 章——檢測儀表及傳感器，第5 章——執行器，第9 章——計算機控制系統。也就是說(shuō)，自動(dòng)控制系統的各個(gè)環(huán)節(包括控制對象本身，測量元件、控制儀表、執行機構)，以及各環(huán)節集成后在化工企業(yè)普遍使用的計算機控制系統都會(huì )涉及到環(huán)境保護的議題。

　　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，其中包括所有負壓原料氣體，中間產(chǎn)物氣體，目標產(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(guò)程限值之內才能保證安全生產(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)性有機物(VOCs)等)達標排放，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)，對有害氣體的傳輸和泄漏進(jìn)行監控。

　　第 5 章——執行器針對的是化工生產(chǎn)過(guò)程中的各類(lèi)閥門(mén)，主要包括氣動(dòng)閥門(mén)、電動(dòng)閥門(mén)和液動(dòng)閥門(mén)，在化工和煉油行業(yè)主要是使用氣動(dòng)和電動(dòng)閥門(mén)，很少使用液動(dòng)閥門(mén)。不管是使用氣動(dòng)閥門(mén)還是電動(dòng)閥門(mén)，在長(cháng)期工作過(guò)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(cháng)期生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生泄漏，對大氣環(huán)境造成不良影響，影響廠(chǎng)區工作人員的健康。針對于以上章節中存在的環(huán)保問(wèn)題，需要在教學(xué)過(guò)程中給學(xué)生灌輸良好的環(huán)保理念，讓學(xué)生認知化工生產(chǎn)過(guò)程中排放的廢氣對環(huán)境的危害和對人體的影響。特別是針對于不可見(jiàn)的廢氣，需要有合理有效的方式進(jìn)行治理，還美好藍天。以下一節重點(diǎn)介紹本課程與有害氣體排放防治的相關(guān)內容。

　　2 環(huán)保措施方法的引入與授課改革

　　近些年，國內外的化工企業(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”的方法。泄漏檢測與修復(Leak Detection And Repair，LDAR)是一種用于尋找設備泄漏，并通過(guò)修復以減少排放的工作實(shí)踐方法。通過(guò)對特定組建實(shí)施檢測，比如壓力表、流量計、傳感器、各類(lèi)閥門(mén)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)間內進(jìn)行替換或者修復。LDAR 使用專(zhuān)門(mén)的氣體檢測儀器進(jìn)行檢測，確認泄漏的設備或裝置，通過(guò)修理降低無(wú)組織排放。

　　在介紹第3 章——檢測儀表與傳感器和第5 章——執行器之前，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(guò)程中，盡管操作人員可以不在現場(chǎng)工作，但是各類(lèi)自動(dòng)控制儀表和設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(guò)程。授課過(guò)程中給出了污染物泄漏的不同區劃范圍：200ppm 以下無(wú)需處理;200~1000 ppm 需要引起注意，采取預防措施;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——計算機控制系統時(shí)，除了介紹目前普遍使用的集散控制系統(Distributed Control System-DCS)和現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(Fieldbus Control System-FCS)外，要把環(huán)保監測的內容給學(xué)生們灌輸進(jìn)去。隨著(zhù)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。對于煤炭類(lèi)為主的高校，化工專(zhuān)業(yè)的一批同學(xué)未來(lái)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控與管理，是滿(mǎn)足環(huán)保要求的必由措施。在集散控制系統和現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統中，都會(huì )加入各類(lèi)污染物監控的傳感器和報警系統，最后集中顯示與中央控制系統中。通過(guò)授課和課件的實(shí)例，開(kāi)拓了學(xué)生的視野，提高了學(xué)生們的環(huán)境保護意識。

　　3 結論

　　本文重點(diǎn)對《化工儀表及自動(dòng)化》中涉及到環(huán)境保護的章節進(jìn)行了介紹和剖析，環(huán)境保護內容在傳統教學(xué)內容中的穿插與創(chuàng )新，教學(xué)內容和教學(xué)方式的改進(jìn)。對于化工企業(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”系統。這樣可以使學(xué)生在掌握了基本教學(xué)知識的基礎上，開(kāi)拓視野、加強環(huán)境保護的意識。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)保知識穿插教學(xué)的方法，循序漸進(jìn)，深入淺出的講授了該門(mén)課程。學(xué)生們通過(guò)兩門(mén)專(zhuān)業(yè)知識的交叉學(xué)習，了解了更多環(huán)境保護專(zhuān)業(yè)知識，提高了對專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習興趣。