《化工仪表与自动化》课程教学与环境保护的结合分析论文

《化工仪表与自动化》课程教学与环境保护的结合分析论文

　　《化工仪表及自动化》，是化工类学科一门重要的专业基础课，主要应用自动控制、仪器仪表及计算机等学科的理论与技术为化学工程相关学科服务。本课程适用于化学工程中的各专业，如化学工程与工艺、生物工程、食品科学与工程、制药工程、高分子材料与工程、环境工程。该课程主要介绍了化工生产过程中的自动调节及控制系统方面的基础知识，构成自动调节系统的对象和仪表，以及各类简单、复杂控制系统及计算机控制系统等。近年来，《化工仪表及自动化》已成为绝大多数高等院校的必修或选修课程，高校教师们都试图在理解《化工仪表及自动化》教科书内容、传授主题教学大纲的基础上，探索新的教学方法，寻找新的教学热点，拓展新的教学领域。石梅、李中等老师提出要突出高新技术、与实验结合。北京化工大学、天津大学、扬州大学等都探索了互动式教学和研究型教学。为响应教育部就出台了《关于加强高等学校本科教学工作，提高教学质量的若干意见》，华东理工大学、中国矿业大学(北京)都尝试了《化工仪表及自动化》双语教学模式，效果显著。对于煤炭类院校的学生，在我国当前煤化工大力发展的阶段，煤炭院校化工及相关专业的学生，充分了解我国当前煤化工领域工作环境，在走出大学校门、涉及化工仪表及自动化方面工作时，才能工作的得心应手。

　　我国在经历了过去30 多年的高速发展后，经济社会产生出很多问题，特别是近几年的环境问题，已经成为制约我国长期可持续发展的主要因素。对于煤化工行业排放的大量废气，是当前以及未来很长一段时间需要解决的问题，也是煤化工专业学生可以涉足的重要工作领域。

　　本文在总结前人教学经验的同时，使《化工仪表及自动化》教学过程与环境污染防治相结合，特别针对化工仪表的使用及自动化生产过程中产生的废气进行有效治理，对新的教学过程进行了探索与思考，使《化工仪表及自动化》教学既与环保的煤化工生产实际接轨，又生动活跃具有特色，为其他课程与环保主题结合教学提供示范。

　　1 涉及环境保护的课程章节介绍在化工生产

　　过程中主要涉及到环境污染物监测和控制的章节包括第3 章——检测仪表及传感器，第5 章——执行器，第9 章——计算机控制系统。也就是说，自动控制系统的各个环节(包括控制对象本身，测量元件、控制仪表、执行机构)，以及各环节集成后在化工企业普遍使用的计算机控制系统都会涉及到环境保护的议题。

　　第 3 章——检测仪表及传感器主要包括压力检测及仪表、流量检测及仪表、物位检测及仪表、温度检测及仪表及各种气体传感器等，容易出现气体泄漏的主要是压力检测仪表和流量检测仪表，以及检测有害气体的气体传感器接口位置。压力检测仪表主要涉及气体压力的检测和控制，其中包括所有负压原料气体，中间产物气体，目标产品气体，污染排放的废气等压力的检测。压力控制在生产过程限值之内才能保证安全生产，避免燃爆发生，避免有毒有害气液泄露，限制气体污染物(如SO2、NOx、可挥发性有机物(VOCs)等)达标排放，压力仪表一旦发生泄漏，轻则排放出大量有害气体，重则发生爆炸事故。流量检测仪表也主要涉及气体流量的检测与控制，其中包括所有原料气体，中间产物气体，目标产品气体，污染排放的废气等流量的检测，流量检测仪表的接口位置容易发生泄漏，一般只会发生有害气体的泄漏，很少发生爆炸事故。有害气体的传感器通常都会布置于气体的管道或泄漏点，对有害气体的传输和泄漏进行监控。

　　第 5 章——执行器针对的是化工生产过程中的各类阀门，主要包括气动阀门、电动阀门和液动阀门，在化工和炼油行业主要是使用气动和电动阀门，很少使用液动阀门。不管是使用气动阀门还是电动阀门，在长期工作过程中，都有存在化工气体泄漏的可能，往往会有大量的VOCs 在长期生产过程中发生泄漏，对大气环境造成不良影响，影响厂区工作人员的健康。针对于以上章节中存在的环保问题，需要在教学过程中给学生灌输良好的环保理念，让学生认知化工生产过程中排放的废气对环境的危害和对人体的影响。特别是针对于不可见的废气，需要有合理有效的方式进行治理，还美好蓝天。以下一节重点介绍本课程与有害气体排放防治的相关内容。

　　2 环保措施方法的引入与授课改革

　　近些年，国内外的化工企业为了能够有效的防治有害气体的泄漏，一般都采用“泄漏检测与修复”的方法。泄漏检测与修复(Leak Detection And Repair，LDAR)是一种用于寻找设备泄漏，并通过修复以减少排放的工作实践方法。通过对特定组建实施检测，比如压力表、流量计、传感器、各类阀门等位置的接口，定期检测是否存在泄漏。任何泄漏组件都需要在特定时间内进行替换或者修复。LDAR 使用专门的气体检测仪器进行检测，确认泄漏的设备或装置，通过修理降低无组织排放。

　　在介绍第3 章——检测仪表与传感器和第5 章——执行器之前，先引入LDAR 的概念，让学生们充分了解在化工自动化生产过程中，尽管操作人员可以不在现场工作，但是各类自动控制仪表和设备的接口位置都是存在有害污染物泄漏的可能，且是不可避免的过程。授课过程中给出了污染物泄漏的不同区划范围：200ppm 以下无需处理;200~1000 ppm 需要引起注意，采取预防措施;1000 ppm 以上需及时处理，让学生们了解到污染物泄漏的排量范围。

　　在介绍第 9 章——计算机控制系统时，除了介绍目前普遍使用的集散控制系统(Distributed Control System-DCS)和现场总线控制系统(Fieldbus Control System-FCS)外，要把环保监测的内容给学生们灌输进去。随着我国环境治理压力的不断增大，化工企业已成为PM2.5 的主要污染源SO2、NOx、VOCs、NH3 的重要排放源。对于煤炭类为主的高校，化工专业的一批同学未来的工作会涉及到煤化工，煤化工企业里自动化控制中污染物的监控与管理，是满足环保要求的必由措施。在集散控制系统和现场总线控制系统中，都会加入各类污染物监控的传感器和报警系统，最后集中显示与中央控制系统中。通过授课和课件的实例，开拓了学生的视野，提高了学生们的环境保护意识。

　　3 结论

　　本文重点对《化工仪表及自动化》中涉及到环境保护的章节进行了介绍和剖析，环境保护内容在传统教学内容中的穿插与创新，教学内容和教学方式的改进。对于化工企业中气体污染物的排放做了介绍，同时引入了“泄漏检测与修复”系统。这样可以使学生在掌握了基本教学知识的基础上，开拓视野、加强环境保护的意识。在课件和授课方式上，笔者尝试了化工仪表自动化与环保知识穿插教学的方法，循序渐进，深入浅出的讲授了该门课程。学生们通过两门专业知识的交叉学习，了解了更多环境保护专业知识，提高了对专业课的学习兴趣。