案例貫穿法在《化工安全與環(huán)?！方虒W(xué)中的實(shí)踐

秦宏云，付 強(qiáng)，陳 霞，黃昊飛

(山東理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山東 淄博 255000)

化工安全與環(huán)保課程是一門(mén)實(shí)踐應(yīng)用類(lèi)課程，深入學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，能夠強(qiáng)化專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系的建立，有效提升工程實(shí)踐能力，特別是能夠深刻理解綠色發(fā)展的理念和內(nèi)涵。本課程學(xué)習(xí)的難點(diǎn)在于課程知識(shí)點(diǎn)較多、課程案例較多，每個(gè)案例強(qiáng)調(diào)的知識(shí)點(diǎn)不同，多案例多知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)模式無(wú)疑增加了學(xué)生學(xué)習(xí)難度，不利于學(xué)生在邏輯關(guān)系上對(duì)整門(mén)課程進(jìn)行系統(tǒng)性掌握。鑒于此，本教學(xué)團(tuán)隊(duì)初次嘗試將博帕爾事故案例貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程，通過(guò)對(duì)單一案例的深度剖析，讓學(xué)生加深對(duì)各知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系與理解，使所學(xué)知識(shí)內(nèi)容形成一個(gè)統(tǒng)一整體。另外，通過(guò)案例學(xué)習(xí)深度提升學(xué)生的社會(huì)責(zé)任、安全意識(shí)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力等各方面的綜合能力[1-3]。

1 化工安全與環(huán)保教學(xué)內(nèi)容

針對(duì)化工安全與環(huán)保課程，本教學(xué)團(tuán)隊(duì)講授的主要內(nèi)容如表1所示，主要包括緒論、化學(xué)品安全管理體系、化學(xué)品性質(zhì)特征和危險(xiǎn)性、燃燒爆炸與安全技術(shù)、職業(yè)毒害與防毒措施、化學(xué)品泄露與擴(kuò)散模型、化工廠設(shè)計(jì)與裝置安全、壓力容器設(shè)計(jì)與使用安全、化工廠安全操作與維護(hù)及化工環(huán)境保護(hù)技術(shù)等內(nèi)容。基本的邏輯關(guān)系為：先講解化工安全的重要性，提出學(xué)習(xí)好本門(mén)課程的重要意義(第1部分)；再講解化學(xué)品的安全管理體系及危險(xiǎn)化學(xué)品特征、防護(hù)技術(shù)(第2～4部分)，指出化學(xué)品的危險(xiǎn)性、防護(hù)措施及相關(guān)的法律法規(guī)；最后講解個(gè)人職業(yè)防護(hù)與工藝的本質(zhì)安全設(shè)計(jì)(第5～10部分)，提出本質(zhì)安全設(shè)計(jì)的重要性?？梢钥闯鲈撜n程所涉及的知識(shí)點(diǎn)數(shù)目較多、較零散，涉及的知識(shí)面較廣，各專(zhuān)業(yè)課間的交叉性較強(qiáng)，各知識(shí)點(diǎn)間的有效關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，采用多案例-多知識(shí)點(diǎn)的授課模式不利于學(xué)生聯(lián)系所學(xué)知識(shí)，對(duì)于系統(tǒng)的掌握所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)存在一定的難度。

表1 化工安全與環(huán)保授課內(nèi)容

2 案例貫穿事故解析[4]

異氰酸甲酯是生產(chǎn)西維因和涕滅威的主要原料，博帕爾農(nóng)藥廠在使用過(guò)程中將其儲(chǔ)存于MIC儲(chǔ)罐中。異氰酸甲酯(MIC)儲(chǔ)存系統(tǒng)如圖1所示，主要由進(jìn)料系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)、MIC冷凍系統(tǒng)、氮封系統(tǒng)、洗滌系統(tǒng)及火炬等組成。整個(gè)系統(tǒng)采用氮?dú)膺M(jìn)行密封，來(lái)自精餾塔的MIC經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾后進(jìn)入MIC儲(chǔ)罐，后經(jīng)泵送進(jìn)入到下一級(jí)生產(chǎn)單元；考慮到MIC易揮發(fā)，MIC儲(chǔ)罐采用冷凍系統(tǒng)進(jìn)行冷卻；MIC儲(chǔ)罐上設(shè)置有爆破片與安全閥等安全裝置，防止儲(chǔ)罐超壓，少量泄露的MIC氣體經(jīng)洗滌器洗滌，后進(jìn)入火炬系統(tǒng)；另配備的清洗系統(tǒng)可有效的對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行清洗，防止發(fā)生堵塞。

圖1 異氰酸甲酯(MIC)儲(chǔ)存系統(tǒng)的工藝流程簡(jiǎn)圖[4]

事故經(jīng)過(guò)：1984年12月3日維修人員在關(guān)閉進(jìn)料閥門(mén)未進(jìn)行盲板隔離(隔離法蘭位置)的情況下，用水反向沖洗過(guò)濾器，進(jìn)料閥門(mén)內(nèi)漏導(dǎo)致沖洗水進(jìn)入MIC儲(chǔ)罐。沖洗水與MIC發(fā)生放熱反應(yīng)，由于檢測(cè)儀表處于不正常工作狀態(tài)，值班人員未及時(shí)發(fā)現(xiàn)。MIC儲(chǔ)罐操作異常長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都未得到及時(shí)妥善的處置，最終導(dǎo)致儲(chǔ)罐超壓、爆破片破裂、安全閥起跳，大量MIC進(jìn)入大氣，導(dǎo)致毒氣形成的濃煙籠罩在全市上空，造成了大量人員傷亡。為了紀(jì)念在災(zāi)難中受害的人們，國(guó)際農(nóng)藥組織將每年的12月3日確定為世界無(wú)農(nóng)藥日。該事故的直接原因?yàn)樗M(jìn)入MIC儲(chǔ)罐，發(fā)生劇烈的放熱反應(yīng)。該事故的間接原因?yàn)椋?1)MIC儲(chǔ)罐上的冷凍單元失效，導(dǎo)致MIC儲(chǔ)罐溫度不可控；(2)溫度、壓力等安全檢測(cè)儀表失效，操作人員未及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況；(3)洗滌器與火炬失效，排放的MIC氣體未能有效滅活；(4)消防設(shè)施沒(méi)有發(fā)揮作用，無(wú)法有效捕集釋放的MIC蒸汽；(5)安全管理缺陷，未能有效應(yīng)急。

針對(duì)該事故本文提出可能的改進(jìn)措施：(1)加強(qiáng)本質(zhì)安全設(shè)計(jì)，本質(zhì)安全是指通過(guò)設(shè)計(jì)等手段使生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)系統(tǒng)本身具有安全性，即使在誤操作或發(fā)生故障的情況下也不會(huì)造成事故的功能，具體表現(xiàn)在總平面布局、設(shè)備平面布置、設(shè)備設(shè)施、物料及工藝控制等方面的全方位安全設(shè)計(jì)[5]。廠址的安全選定，該事故中廠址選擇距離市區(qū)較近，距離交通樞紐較近，附近人口聚集。對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程中使用的中間體劇毒化合物 MIC缺少系統(tǒng)性的考慮，導(dǎo)致工廠選址出現(xiàn)問(wèn)題，工廠選址應(yīng)遠(yuǎn)離居民區(qū)；工藝本質(zhì)安全設(shè)計(jì)，該生產(chǎn)工藝中儲(chǔ)存了大量的MIC有毒物質(zhì)，增加了危險(xiǎn)隱患，可能的措施一方面可采用替代工藝，避免生產(chǎn)過(guò)程中使用劇毒物質(zhì)MIC，另一方面也可降低生產(chǎn)過(guò)程中MIC的儲(chǔ)存量，尤其是在工廠初始設(shè)計(jì)階段堅(jiān)持毒物儲(chǔ)量最小化設(shè)計(jì)原則；(2)加強(qiáng)安全環(huán)保設(shè)施的應(yīng)急響應(yīng)，定期對(duì)安全設(shè)施進(jìn)行檢查、檢驗(yàn)與應(yīng)急演練；(3)加強(qiáng)員工的安全作業(yè)培訓(xùn)與作業(yè)管理，進(jìn)行嚴(yán)格的作業(yè)審批程序；(4)加強(qiáng)對(duì)開(kāi)停車(chē)及檢修作業(yè)的安全管理，嚴(yán)格執(zhí)行開(kāi)停車(chē)操作規(guī)范。

3 知識(shí)點(diǎn)的案例貫穿

針對(duì)表1中安全與環(huán)保的主要授課內(nèi)容，博帕爾事故與授課內(nèi)容相互貫穿的思維導(dǎo)圖如圖2所示。將博帕爾事故貫穿于本門(mén)課程所授的10部分內(nèi)容中。通過(guò)案例貫穿，讓學(xué)生深刻的理解該事故的起因與所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)間的聯(lián)系。

圖2 案例貫穿的思維導(dǎo)圖

舉例1：第6節(jié)職業(yè)毒害與防毒措施，這一節(jié)主要知識(shí)內(nèi)容包括：(1)毒性物質(zhì)及有效劑量；(2)常見(jiàn)物質(zhì)的毒性作用；(3)物質(zhì)毒性的影響因素；(4)毒性物質(zhì)侵入人體途徑；(5)毒性物質(zhì)資料的應(yīng)用；(6)職業(yè)中毒與診斷過(guò)程；(7)職業(yè)中毒臨床表現(xiàn)；(8)防止職業(yè)中毒的技術(shù)措施；(9)毒物的通風(fēng)排毒與凈化吸收。

授課過(guò)程：(1)學(xué)生搜索MIC的化學(xué)安全技術(shù)說(shuō)明書(shū)MSDS，查閱MIC的LD50數(shù)據(jù)，展開(kāi)對(duì)MIC的毒性及其有效劑量的講解；(2)通過(guò)對(duì)MIC分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，展開(kāi)對(duì)毒性作用及影響因素的講解；(3)通過(guò)MIC進(jìn)入人體的途徑以及所產(chǎn)生的嚴(yán)重后果，展開(kāi)4～7知識(shí)點(diǎn)的講解；通過(guò)對(duì)MIC的合成工藝及洗滌、火炬系統(tǒng)的分析，展開(kāi)對(duì)8～9知識(shí)點(diǎn)的講解。

舉例2：第7節(jié)化工廠設(shè)計(jì)與裝置安全，這一節(jié)主要知識(shí)內(nèi)容包括：(1)化工廠設(shè)計(jì)安全；(2)化工工藝設(shè)計(jì)安全；(3)過(guò)程裝置與設(shè)備設(shè)計(jì)安全；(4)儲(chǔ)存設(shè)備安全設(shè)計(jì)；(5)其它安全附屬裝置設(shè)計(jì)；(6)安全校核、安全評(píng)價(jià)與環(huán)境評(píng)價(jià)；(7)HAZOP分析。

授課過(guò)程：(1)學(xué)生針對(duì)授課內(nèi)容對(duì)比分析博帕爾農(nóng)藥廠的選址可能存在的問(wèn)題，加深對(duì)化工廠設(shè)計(jì)安全問(wèn)題的理解；(2)分析博帕爾的合成工藝路線，查閱相關(guān)的無(wú)需中間體MIC的合成工藝，比較分析其優(yōu)缺點(diǎn)，從提高工藝的本質(zhì)安全角度進(jìn)行化工工藝設(shè)計(jì)安全的講解；(3)以MIC儲(chǔ)存運(yùn)輸為基礎(chǔ)講解設(shè)備設(shè)計(jì)安全等知識(shí)點(diǎn)；(4)以MIC的儲(chǔ)存要求為基礎(chǔ)展開(kāi)對(duì)儲(chǔ)存危險(xiǎn)液體裝備技術(shù)安全以及相關(guān)附屬設(shè)備的講解；(5)講解MIC儲(chǔ)存系統(tǒng)中火炬的作用，依次展開(kāi)對(duì)安全附屬裝置設(shè)計(jì)的介紹；(6)以博帕爾事故產(chǎn)生的原因及造成的后果為依據(jù)展開(kāi)對(duì)安全校核、安全評(píng)價(jià)與環(huán)境評(píng)價(jià)及HAZOP分析問(wèn)題的講解。

效果評(píng)價(jià)：學(xué)生普遍認(rèn)為單案例-多知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)效果較好于多案例-多知識(shí)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)單一案例的深度剖析，發(fā)掘其中的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，做到關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)與案例的相互對(duì)應(yīng)，能夠強(qiáng)化學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的深度理解。并且具體案例與實(shí)踐相結(jié)合，可有效增強(qiáng)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的工程運(yùn)用能力，能夠建立完整的知識(shí)體系，有助于學(xué)生工程能力的培養(yǎng)，符合新工科的培養(yǎng)要求。

4 課程思政的案例貫穿

通過(guò)對(duì)博帕爾事故案例分析，讓學(xué)生深刻感受到化工安全事故對(duì)人類(lèi)生活的影響，自發(fā)思考個(gè)人對(duì)化工職業(yè)所肩負(fù)的安全責(zé)任，深刻認(rèn)識(shí)本課程的重要性，進(jìn)一步通過(guò)案例教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的家國(guó)情懷。舉例部分課程思政內(nèi)容：(1)通過(guò)對(duì)工藝的技術(shù)革新及相關(guān)新技術(shù)的介紹，培養(yǎng)學(xué)生勇于創(chuàng)新、無(wú)私奉獻(xiàn)、勇攀科研高峰的職業(yè)精神；(2)通過(guò)對(duì)博帕爾案例直接事故原因剖析，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成良好的職業(yè)規(guī)范，提升專(zhuān)業(yè)認(rèn)同感；(3)對(duì)我國(guó)化工發(fā)展過(guò)程中形成的先進(jìn)技術(shù)、先進(jìn)理論進(jìn)行介紹，提升學(xué)生的民族自豪感，培養(yǎng)學(xué)生的家國(guó)情懷等[6-7]。

5 結(jié) 語(yǔ)

化工安全與環(huán)保課程旨在培養(yǎng)學(xué)生的安全與環(huán)保意識(shí)，并掌握一些危險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)與安全環(huán)保防護(hù)措施。通過(guò)案例貫穿教學(xué)，將知識(shí)點(diǎn)與單一案例有效結(jié)合，可以強(qiáng)化學(xué)習(xí)過(guò)程。同時(shí)，可將課程思政很好的融合進(jìn)去，有效培養(yǎng)學(xué)生的家國(guó)情懷與職業(yè)素養(yǎng)。實(shí)踐表明，通過(guò)案例貫穿有效提升了學(xué)生的社會(huì)責(zé)任、安全意識(shí)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力等各方面的綜合能力。