基于復雜工程問題的輸油管道綜合課程設計改革研究

文江波，羅海軍，龍志勤

(1.廣東石油化工學院 石油工程學院，廣東 茂名 525000；2.廣東石油化工學院 實驗室與設備管理處，廣東 茂名 525000)

工程教育是我國高等教育的重要組成部分，我國要建立門類齊全、獨立完整的工業(yè)體系，離不開大量的工科畢業(yè)生。特別是在當前貿易保護主義盛行、中美貿易戰(zhàn)持續(xù)升溫的情況下，提高工程教育的培養(yǎng)質量，培養(yǎng)高素質工科人才，更成為了我國工科院校的歷史使命。2016年，我國正式成為國際工程教育《華盛頓協議》的成員國，標志著我國工程教育質量認證體系實現了國際實質等效，工程專業(yè)質量標準達到國際認可。在國家高等教育政策導向以及國家經濟、社會發(fā)展需求的引領下，全國工科類院校紛紛大力開展工程教育專業(yè)認證工作，以期提高畢業(yè)生的培養(yǎng)質量[1-3]。

工程教育專業(yè)認證的一項核心任務是進行課程教學改革，以學生為中心、產出為導向，致力于培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力[4-5]。廣東石油化工學院油氣儲運工程專業(yè)作為華南地區(qū)的特色優(yōu)勢專業(yè)之一，也在積極開展工程教育專業(yè)認證工作。輸油管道設計與管理是油氣儲運工程專業(yè)的一門核心主干專業(yè)課，通過本課程的學習，致力于使學生了解長距離輸油管道的設計、施工、投產及生產運行的基本過程，掌握長距離輸油管道設計和運行管理的原理和方法，為從事長距離輸油管道系統(tǒng)設計和運行管理奠定技術理論基礎。與該門課程配套的課程設計，是檢驗學生掌握理論專業(yè)知識的關鍵教學環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學生解決油氣儲運工程領域復雜工程問題的有效途徑，是課程教學改革的重點。

本文分析了輸油管道設計與管理課程設計教學環(huán)節(jié)的現狀，針對目前該教學環(huán)節(jié)存在的問題，闡述了輸油管道綜合課程設計改革的思路及具體建設方案。致力于檢驗學生的知識體系，鍛煉學生的實踐技能，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，使學生能夠對油氣儲運工程領域的復雜工程問題進行分析，并通過設計合理的解決方案，有效地解決復雜工程問題。

1 綜合課程設計改革思路

1.1 存在的問題分析

(1)輸油管道設計與管理課程設計的課時是1周時間，教學進程安排在理論教學完成之后?，F在的做法是理論教學完成后，再布置課程設計任務，二者之間沒有充分融合，存在割裂的問題。此外，一周的規(guī)定課時，幾乎無法讓大部分學生高質量地完成課程設計，許多學生敷衍了事，達不到課程設計的培養(yǎng)目標。

(2)工程教育認證的一項重要指標是檢驗學生解決復雜工程問題的能力，目前該課程設計的任務設置比較單一，綜合性不夠，專業(yè)知識的涵蓋面不夠廣泛。換言之，“復雜性”不夠，這也導致無法有效培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力。

(3)課程設計題目沒有緊扣實際工程項目，不同學生的題目區(qū)分度不高，雷同率較高。這一方面，使得學生沒法接觸實際工程項目，缺乏實際工程項目的鍛煉；另一方面，題目區(qū)分度不高，會造成一部分學生不思進取，不認真開展課程設計工作，等著一部分優(yōu)秀學生完成報告后，直接抄襲，坐享其成。

(4)目前課程設計的考核方式，主要是對課程設計報告及圖紙進行評閱給分，考核方式單一。另外，缺乏對課程設計開展過程的考核。在課程設計過程中，態(tài)度認真、學習積極、勇于發(fā)問的同學，應得到鼓勵，列入考核指標。

1.2 改革思路

針對目前輸油管道設計與管理課程設計教學環(huán)節(jié)存在的問題，基于培養(yǎng)學生解決復雜工程問題能力的基本理念，提出以下教學改革思路：

(1)改變課程設計教學進程安排，在輸油管道設計與管理課程理論教學之初，就向學生發(fā)布課程設計任務。這樣，理論教學的周期，同時也變成課程設計的周期，學生能夠及時地學以致用，達到事半功倍的效果。教師在理論教學過程中，在適當的教學節(jié)點上，安排學時對課程設計的相關內容進行講解，解答學生反饋的問題，這樣可以有效掌握學生開展課程設計的進度和效果。這樣安排的另一個優(yōu)勢是，理論授課期間，師生見面次數多，有利于學生進行答疑。

(2)增加課程設計任務專業(yè)知識的覆蓋面，增強工程問題的綜合性、復雜性。在將長輸管道的工藝設計作為核心設計內容的同時，適當將輸油管道的上游(油田集輸地面工程)和下游(油庫建設)結合起來，形成一個貫穿原油生產、處理、輸油、存儲等全方位過程的復雜工程問題，全面考察學生多門專業(yè)課知識的掌握情況，培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力。

(3)課程設計的題目要源于實際工程項目，這樣可以讓學生對于油氣儲運工程領域的實際工程項目有直接清晰的認識，達到工程實踐能力培養(yǎng)的目的。題目在設計的時候，要注重形式多樣化，不同學生之間，題目的基礎條件要具有較高的區(qū)分度。這樣，可以有效避免一部分學生抄襲課程設計報告的問題。

(4)對于課程設計的考核方式，除了對課程設計報告及圖紙進行評閱給分以外，還要將學生的平時表現以及答辯納入考核范圍，增強考核力度。平時表現主要考核學生做課程設計的積極性、答疑次數、課程設計進度等指標。課程設計報告提交以后，組織學生對報告進行限時答辯，并對答辯過程進行考核。如果學生數量過多，無法組織全部答辯時，可以采用自愿報名和隨機抽取的方式進行答辯。

2 綜合課程設計改革建設方案

2.1 教學目標

總體規(guī)劃是通過對實際長距離輸油管道進行工藝設計(輔以管道上下游環(huán)節(jié)的工藝設計)，達成以下教學目標：使學生能夠運用數學知識對輸油管道設計所涉及的公式進行推導；能夠運用熱力學、流體力學知識進行輸油管道設計所需的熱力計算、水力計算；能夠根據給定的條件，綜合考慮法規(guī)、安全、經濟、環(huán)保等因素，進行輸油管道工藝計算和初步設計；能夠進行輸油管道系統(tǒng)工況分析，熟知輸油管道運行的動態(tài)過程，初步具備對長距離輸油管道的運行進行日常管理的能力；能夠對長距離輸油管道的上游油田地面工程、下游油庫建設進行初步設計，掌握輸油管道與其上下游工程之間的銜接關系；能夠就油品管道輸送技術問題與業(yè)界同行及社會公眾進行有效溝通和交流，并具備一定的國際視野。

2.2 具體內容環(huán)節(jié)

輸油管道綜合課程設計的任務內容主要包括以下環(huán)節(jié)：

2.2.1 輸油管道上游的油田集輸工藝初步設計

根據給定油田區(qū)塊的油井坐標，以經濟費用最少為原則，對集輸管網進行拓撲布局；對油田集輸管網進行工藝計算，并對集輸流程進行初步設計；根據區(qū)塊油井采出液量，對聯合站進行初步設計，并對站內設備進行配置。

2.2.2 選線、基礎設計參數收集

根據管道起、終點位置，依據相關選線標準，綜合考慮投資、安全、環(huán)保等問題，對管道進行選線。查詢收集管道的相關基礎設計參數，包括沿線縱斷面數據、氣溫、地溫等信息。管道的設計輸量為給定油田區(qū)塊的產油量。

2.2.3 工藝計算

①根據任務輸量、設計壓力等已知條件，確定合適的管徑、壁厚、管材等設計參數；結合油品性質及溫度選擇應考慮的各種因素，確定進、出站油溫。鼓勵大家根據初選管徑、壁厚、管材等，形成若干不同的方案，供優(yōu)選。

②采用軸向溫降公式對管道進行熱力計算，確定加熱站數和加熱站間距，計算加熱站熱負荷，對加熱爐進行選型。

③在油品物性計算的基礎上，采用平均油溫法對管道進行水力計算，得到全線所需總壓頭。根據泵機組的選擇原則，選擇合適的泵機組型號、數量及組合方式，確定泵站數。

④對加熱站、泵站進行初步布站。然后，綜合考慮管道線路走向及其它方面的要求，調整泵站和加熱站的位置，盡量使加熱站和泵站合并建設。

⑤校核計算。對進出站溫度、進出站壓力、動靜水壓力、允許最小輸量等進行校核，確保各項參數滿足設計要求。

⑥綜合考慮動力費用、熱力費用、建站費用等，對不同設計方案進行經濟必選，確定最優(yōu)方案。

2.2.4 工藝流程設計

工藝流程的設計應遵照相關的原則進行，要滿足各個輸油生產環(huán)節(jié)的需要。中間熱、泵站工藝流程應與輸油方式相適應，便于事故的處理和檢修等。

2.2.5 配套設施設計

對保障管道安全運行的配套工藝設施進行選擇和配置，主要包括供配電系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等。

2.2.6 安全、節(jié)能、環(huán)保等措施配置

考慮安全、節(jié)能、環(huán)保等相關要求，對管道完整性管理、HSE風險管理等方面進行規(guī)劃設計。

2.2.7 輸油管道下游的油庫初步設計

根據管道輸量，對油庫進行初步設計，主要包括庫容計算、裝卸油設施計算、管路水力熱力計算、油庫平面布置等。

3 結束語

根據工程教育專業(yè)認證標準，對專業(yè)課程進行教學改革，是提高畢業(yè)生培養(yǎng)質量的有效途徑。輸油管道設計與管理是油氣儲運工程專業(yè)的一門核心主干專業(yè)課，與之配套的課程設計對于學生解決問題能力的培養(yǎng)至關重要。對輸油管道綜合課程設計進行教學改革，提出了合理的改革建設方案，有利于全方位檢驗學生的知識體系，培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力，為學生能夠勝任油氣儲運工程領域的工作崗位打下堅實基礎。