基于復(fù)雜工程問(wèn)題的輸油管道綜合課程設(shè)計(jì)改革研究

文江波，羅海軍，龍志勤

(1.廣東石油化工學(xué)院 石油工程學(xué)院，廣東 茂名 525000；2.廣東石油化工學(xué)院 實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處，廣東 茂名 525000)

工程教育是我國(guó)高等教育的重要組成部分，我國(guó)要建立門類齊全、獨(dú)立完整的工業(yè)體系，離不開(kāi)大量的工科畢業(yè)生。特別是在當(dāng)前貿(mào)易保護(hù)主義盛行、中美貿(mào)易戰(zhàn)持續(xù)升溫的情況下，提高工程教育的培養(yǎng)質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)工科人才，更成為了我國(guó)工科院校的歷史使命。2016年，我國(guó)正式成為國(guó)際工程教育《華盛頓協(xié)議》的成員國(guó)，標(biāo)志著我國(guó)工程教育質(zhì)量認(rèn)證體系實(shí)現(xiàn)了國(guó)際實(shí)質(zhì)等效，工程專業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到國(guó)際認(rèn)可。在國(guó)家高等教育政策導(dǎo)向以及國(guó)家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展需求的引領(lǐng)下，全國(guó)工科類院校紛紛大力開(kāi)展工程教育專業(yè)認(rèn)證工作，以期提高畢業(yè)生的培養(yǎng)質(zhì)量[1-3]。

工程教育專業(yè)認(rèn)證的一項(xiàng)核心任務(wù)是進(jìn)行課程教學(xué)改革，以學(xué)生為中心、產(chǎn)出為導(dǎo)向，致力于培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力[4-5]。廣東石油化工學(xué)院油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)作為華南地區(qū)的特色優(yōu)勢(shì)專業(yè)之一，也在積極開(kāi)展工程教育專業(yè)認(rèn)證工作。輸油管道設(shè)計(jì)與管理是油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)的一門核心主干專業(yè)課，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，致力于使學(xué)生了解長(zhǎng)距離輸油管道的設(shè)計(jì)、施工、投產(chǎn)及生產(chǎn)運(yùn)行的基本過(guò)程，掌握長(zhǎng)距離輸油管道設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理的原理和方法，為從事長(zhǎng)距離輸油管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理奠定技術(shù)理論基礎(chǔ)。與該門課程配套的課程設(shè)計(jì)，是檢驗(yàn)學(xué)生掌握理論專業(yè)知識(shí)的關(guān)鍵教學(xué)環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學(xué)生解決油氣儲(chǔ)運(yùn)工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題的有效途徑，是課程教學(xué)改革的重點(diǎn)。

本文分析了輸油管道設(shè)計(jì)與管理課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀，針對(duì)目前該教學(xué)環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題，闡述了輸油管道綜合課程設(shè)計(jì)改革的思路及具體建設(shè)方案。致力于檢驗(yàn)學(xué)生的知識(shí)體系，鍛煉學(xué)生的實(shí)踐技能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，使學(xué)生能夠?qū)τ蜌鈨?chǔ)運(yùn)工程領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行分析，并通過(guò)設(shè)計(jì)合理的解決方案，有效地解決復(fù)雜工程問(wèn)題。

1 綜合課程設(shè)計(jì)改革思路

1.1 存在的問(wèn)題分析

(1)輸油管道設(shè)計(jì)與管理課程設(shè)計(jì)的課時(shí)是1周時(shí)間，教學(xué)進(jìn)程安排在理論教學(xué)完成之后。現(xiàn)在的做法是理論教學(xué)完成后，再布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)，二者之間沒(méi)有充分融合，存在割裂的問(wèn)題。此外，一周的規(guī)定課時(shí)，幾乎無(wú)法讓大部分學(xué)生高質(zhì)量地完成課程設(shè)計(jì)，許多學(xué)生敷衍了事，達(dá)不到課程設(shè)計(jì)的培養(yǎng)目標(biāo)。

(2)工程教育認(rèn)證的一項(xiàng)重要指標(biāo)是檢驗(yàn)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，目前該課程設(shè)計(jì)的任務(wù)設(shè)置比較單一，綜合性不夠，專業(yè)知識(shí)的涵蓋面不夠廣泛。換言之，“復(fù)雜性”不夠，這也導(dǎo)致無(wú)法有效培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

(3)課程設(shè)計(jì)題目沒(méi)有緊扣實(shí)際工程項(xiàng)目，不同學(xué)生的題目區(qū)分度不高，雷同率較高。這一方面，使得學(xué)生沒(méi)法接觸實(shí)際工程項(xiàng)目，缺乏實(shí)際工程項(xiàng)目的鍛煉；另一方面，題目區(qū)分度不高，會(huì)造成一部分學(xué)生不思進(jìn)取，不認(rèn)真開(kāi)展課程設(shè)計(jì)工作，等著一部分優(yōu)秀學(xué)生完成報(bào)告后，直接抄襲，坐享其成。

(4)目前課程設(shè)計(jì)的考核方式，主要是對(duì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告及圖紙進(jìn)行評(píng)閱給分，考核方式單一。另外，缺乏對(duì)課程設(shè)計(jì)開(kāi)展過(guò)程的考核。在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，態(tài)度認(rèn)真、學(xué)習(xí)積極、勇于發(fā)問(wèn)的同學(xué)，應(yīng)得到鼓勵(lì)，列入考核指標(biāo)。

1.2 改革思路

針對(duì)目前輸油管道設(shè)計(jì)與管理課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題，基于培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的基本理念，提出以下教學(xué)改革思路：

(1)改變課程設(shè)計(jì)教學(xué)進(jìn)程安排，在輸油管道設(shè)計(jì)與管理課程理論教學(xué)之初，就向?qū)W生發(fā)布課程設(shè)計(jì)任務(wù)。這樣，理論教學(xué)的周期，同時(shí)也變成課程設(shè)計(jì)的周期，學(xué)生能夠及時(shí)地學(xué)以致用，達(dá)到事半功倍的效果。教師在理論教學(xué)過(guò)程中，在適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)節(jié)點(diǎn)上，安排學(xué)時(shí)對(duì)課程設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行講解，解答學(xué)生反饋的問(wèn)題，這樣可以有效掌握學(xué)生開(kāi)展課程設(shè)計(jì)的進(jìn)度和效果。這樣安排的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，理論授課期間，師生見(jiàn)面次數(shù)多，有利于學(xué)生進(jìn)行答疑。

(2)增加課程設(shè)計(jì)任務(wù)專業(yè)知識(shí)的覆蓋面，增強(qiáng)工程問(wèn)題的綜合性、復(fù)雜性。在將長(zhǎng)輸管道的工藝設(shè)計(jì)作為核心設(shè)計(jì)內(nèi)容的同時(shí)，適當(dāng)將輸油管道的上游(油田集輸?shù)孛婀こ?和下游(油庫(kù)建設(shè))結(jié)合起來(lái)，形成一個(gè)貫穿原油生產(chǎn)、處理、輸油、存儲(chǔ)等全方位過(guò)程的復(fù)雜工程問(wèn)題，全面考察學(xué)生多門專業(yè)課知識(shí)的掌握情況，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

(3)課程設(shè)計(jì)的題目要源于實(shí)際工程項(xiàng)目，這樣可以讓學(xué)生對(duì)于油氣儲(chǔ)運(yùn)工程領(lǐng)域的實(shí)際工程項(xiàng)目有直接清晰的認(rèn)識(shí)，達(dá)到工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的目的。題目在設(shè)計(jì)的時(shí)候，要注重形式多樣化，不同學(xué)生之間，題目的基礎(chǔ)條件要具有較高的區(qū)分度。這樣，可以有效避免一部分學(xué)生抄襲課程設(shè)計(jì)報(bào)告的問(wèn)題。

(4)對(duì)于課程設(shè)計(jì)的考核方式，除了對(duì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告及圖紙進(jìn)行評(píng)閱給分以外，還要將學(xué)生的平時(shí)表現(xiàn)以及答辯納入考核范圍，增強(qiáng)考核力度。平時(shí)表現(xiàn)主要考核學(xué)生做課程設(shè)計(jì)的積極性、答疑次數(shù)、課程設(shè)計(jì)進(jìn)度等指標(biāo)。課程設(shè)計(jì)報(bào)告提交以后，組織學(xué)生對(duì)報(bào)告進(jìn)行限時(shí)答辯，并對(duì)答辯過(guò)程進(jìn)行考核。如果學(xué)生數(shù)量過(guò)多，無(wú)法組織全部答辯時(shí)，可以采用自愿報(bào)名和隨機(jī)抽取的方式進(jìn)行答辯。

2 綜合課程設(shè)計(jì)改革建設(shè)方案

2.1 教學(xué)目標(biāo)

總體規(guī)劃是通過(guò)對(duì)實(shí)際長(zhǎng)距離輸油管道進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)(輔以管道上下游環(huán)節(jié)的工藝設(shè)計(jì))，達(dá)成以下教學(xué)目標(biāo)：使學(xué)生能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)對(duì)輸油管道設(shè)計(jì)所涉及的公式進(jìn)行推導(dǎo)；能夠運(yùn)用熱力學(xué)、流體力學(xué)知識(shí)進(jìn)行輸油管道設(shè)計(jì)所需的熱力計(jì)算、水力計(jì)算；能夠根據(jù)給定的條件，綜合考慮法規(guī)、安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等因素，進(jìn)行輸油管道工藝計(jì)算和初步設(shè)計(jì)；能夠進(jìn)行輸油管道系統(tǒng)工況分析，熟知輸油管道運(yùn)行的動(dòng)態(tài)過(guò)程，初步具備對(duì)長(zhǎng)距離輸油管道的運(yùn)行進(jìn)行日常管理的能力；能夠?qū)﹂L(zhǎng)距離輸油管道的上游油田地面工程、下游油庫(kù)建設(shè)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，掌握輸油管道與其上下游工程之間的銜接關(guān)系；能夠就油品管道輸送技術(shù)問(wèn)題與業(yè)界同行及社會(huì)公眾進(jìn)行有效溝通和交流，并具備一定的國(guó)際視野。

2.2 具體內(nèi)容環(huán)節(jié)

輸油管道綜合課程設(shè)計(jì)的任務(wù)內(nèi)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(shè)計(jì)

根據(jù)給定油田區(qū)塊的油井坐標(biāo)，以經(jīng)濟(jì)費(fèi)用最少為原則，對(duì)集輸管網(wǎng)進(jìn)行拓?fù)洳季?；?duì)油田集輸管網(wǎng)進(jìn)行工藝計(jì)算，并對(duì)集輸流程進(jìn)行初步設(shè)計(jì)；根據(jù)區(qū)塊油井采出液量，對(duì)聯(lián)合站進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，并對(duì)站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行配置。

2.2.2 選線、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)收集

根據(jù)管道起、終點(diǎn)位置，依據(jù)相關(guān)選線標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮投資、安全、環(huán)保等問(wèn)題，對(duì)管道進(jìn)行選線。查詢收集管道的相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)，包括沿線縱斷面數(shù)據(jù)、氣溫、地溫等信息。管道的設(shè)計(jì)輸量為給定油田區(qū)塊的產(chǎn)油量。

2.2.3 工藝計(jì)算

①根據(jù)任務(wù)輸量、設(shè)計(jì)壓力等已知條件，確定合適的管徑、壁厚、管材等設(shè)計(jì)參數(shù)；結(jié)合油品性質(zhì)及溫度選擇應(yīng)考慮的各種因素，確定進(jìn)、出站油溫。鼓勵(lì)大家根據(jù)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(duì)管道進(jìn)行熱力計(jì)算，確定加熱站數(shù)和加熱站間距，計(jì)算加熱站熱負(fù)荷，對(duì)加熱爐進(jìn)行選型。

③在油品物性計(jì)算的基礎(chǔ)上，采用平均油溫法對(duì)管道進(jìn)行水力計(jì)算，得到全線所需總壓頭。根據(jù)泵機(jī)組的選擇原則，選擇合適的泵機(jī)組型號(hào)、數(shù)量及組合方式，確定泵站數(shù)。

④對(duì)加熱站、泵站進(jìn)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(diào)整泵站和加熱站的位置，盡量使加熱站和泵站合并建設(shè)。

⑤校核計(jì)算。對(duì)進(jìn)出站溫度、進(jìn)出站壓力、動(dòng)靜水壓力、允許最小輸量等進(jìn)行校核，確保各項(xiàng)參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。

⑥綜合考慮動(dòng)力費(fèi)用、熱力費(fèi)用、建站費(fèi)用等，對(duì)不同設(shè)計(jì)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)必選，確定最優(yōu)方案。

2.2.4 工藝流程設(shè)計(jì)

工藝流程的設(shè)計(jì)應(yīng)遵照相關(guān)的原則進(jìn)行，要滿足各個(gè)輸油生產(chǎn)環(huán)節(jié)的需要。中間熱、泵站工藝流程應(yīng)與輸油方式相適應(yīng)，便于事故的處理和檢修等。

2.2.5 配套設(shè)施設(shè)計(jì)

對(duì)保障管道安全運(yùn)行的配套工藝設(shè)施進(jìn)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(guān)要求，對(duì)管道完整性管理、HSE風(fēng)險(xiǎn)管理等方面進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。

2.2.7 輸油管道下游的油庫(kù)初步設(shè)計(jì)

根據(jù)管道輸量，對(duì)油庫(kù)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，主要包括庫(kù)容計(jì)算、裝卸油設(shè)施計(jì)算、管路水力熱力計(jì)算、油庫(kù)平面布置等。

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)專業(yè)課程進(jìn)行教學(xué)改革，是提高畢業(yè)生培養(yǎng)質(zhì)量的有效途徑。輸油管道設(shè)計(jì)與管理是油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)的一門核心主干專業(yè)課，與之配套的課程設(shè)計(jì)對(duì)于學(xué)生解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。對(duì)輸油管道綜合課程設(shè)計(jì)進(jìn)行教學(xué)改革，提出了合理的改革建設(shè)方案，有利于全方位檢驗(yàn)學(xué)生的知識(shí)體系，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，為學(xué)生能夠勝任油氣儲(chǔ)運(yùn)工程領(lǐng)域的工作崗位打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。