基于燃燒學(xué)課程改革下的理論+實踐教學(xué)探究
——以煤氣柜和液氨泄漏中毒與蒸氣云模型分析為例

孫海彤，王 悅，韋 剛

(新疆工程學(xué)院 安全科學(xué)與工程學(xué)院，烏魯木齊 830023)

燃燒學(xué)課程知識復(fù)雜、繁瑣，理論性較強(qiáng)[1]。為了使學(xué)生更好地將理論知識與分析解決實際工程應(yīng)用問題的能力相結(jié)合，引入理論學(xué)習(xí)+實踐學(xué)習(xí)的教學(xué)模式。

1 燃燒學(xué)理論教學(xué)模式

第一，課堂緊密結(jié)合思想政治要素，穿插與燃燒學(xué)內(nèi)容相關(guān)的發(fā)展史。其目的在于引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，品味人文精神，積淀知識底蘊(yùn)。

第二，課程考查采取傳統(tǒng)考試+課程實驗+平時成績的形式，將平時成績的重點考查比例放在課堂表現(xiàn)上。

第三，采用線下+線上的課堂教學(xué)方式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性。

2 燃燒學(xué)實踐教學(xué)模式

開展實踐教學(xué)的目的在于將燃燒學(xué)中繁瑣、復(fù)雜的燃燒理論、火災(zāi)分析模型等知識應(yīng)用到具體生活實際中。以化工企業(yè)最常見的煤氣柜和液氨等危險因素為例，對燃燒學(xué)中涉及的泄漏中毒與蒸氣云模型進(jìn)行分析。

2.1 中毒與蒸氣云模型

第一，中毒模型[2]。有毒氣體泄漏擴(kuò)散半徑計算公式為：

式中：R為有毒氣體擴(kuò)散半徑(m)；V為有毒氣體的蒸汽體積(m3)；C為有毒氣體在空氣中的危險濃度值(%)。

第二，蒸氣云爆炸模型。

爆炸性氣體主要是以液態(tài)形式儲存，如果瞬間泄漏后遇到延遲點火或氣態(tài)儲存時泄漏到空氣中遇到火源，則可能發(fā)生蒸氣云爆炸[2]。

根據(jù)荷蘭應(yīng)用科研院(TNO)建議，可按下式預(yù)測蒸氣云爆炸沖擊波的損害半徑[3]：

R=Cs(NE)1/3

式中：R為損害半徑(m)；E為爆炸能量(kJ)，可按下式取E=V·Hc；V為參與反應(yīng)的可燃?xì)怏w的體積(m3)；Hc為可燃?xì)怏w的高燃燒熱值(kJ/m3)；N為效率因子(%)，其值與燃燒濃度持續(xù)展開所造成損耗的比例和燃料燃燒所得機(jī)械能的數(shù)量有關(guān)，一般取N=10%； Cs為經(jīng)驗常數(shù)，取決于損害等級。

2.2 煤氣柜和液氨中毒與蒸氣云結(jié)果分析

以某化工企業(yè)的煤氣柜和液氨儲存為例進(jìn)行分析。

第一，煤氣柜泄漏引起的蒸氣云爆炸事故分析結(jié)果。

假設(shè)南造氣車間東側(cè)的10 000 m3煤氣柜內(nèi)可燃?xì)怏w全部泄漏與空氣迅速混合，之后遇強(qiáng)點火源，引起蒸氣云爆炸。

一旦煤氣泄漏發(fā)生蒸氣云爆炸事故，10%玻璃破碎的破壞半徑為76 m，玻璃破碎導(dǎo)致人員被碎玻璃擊傷的破壞半徑為28.5 m，會損壞建筑物外表，造成可修復(fù)性破壞。人員1%耳膜破裂，1%被碎片擊傷的破壞半徑為11.4 m，會重創(chuàng)建筑物和加工設(shè)備，人員1%死亡于肺部傷害，>50%耳膜破裂，>50%被碎片擊傷的破壞半徑為5.7 m。

第二，煤氣柜泄漏中毒事故分析結(jié)果。

假設(shè)南造氣車間東側(cè)煤氣柜破裂發(fā)生泄漏，煤氣在設(shè)備損壞、操作失誤等條件下泄漏時擴(kuò)散升空迅速，發(fā)生泄漏時在泄漏點附近可能發(fā)生中毒事故[4]。

南造氣車間東側(cè)煤氣柜煤氣全部泄漏，引起煤氣中度中毒的半徑為76 m，煤氣重度中毒的半徑為60.7 m，煤氣中毒的死亡半徑48 m。

第三，液氨儲罐泄漏引起的蒸氣云爆炸事故分析結(jié)果。

假設(shè)其中一個100 m3液氨儲罐泄漏，液氨全部泄漏，經(jīng)蒸發(fā)形成氨蒸汽，遇點火源發(fā)生爆炸事故。

一旦液氨儲罐泄漏發(fā)生蒸氣云爆炸事故，建筑物破壞半徑為200 m，人員受傷半徑為75 m，人員重傷半徑為30 m，死亡半徑為15 m。

第四，液氨儲罐泄漏中毒事故分析結(jié)果。

液氨儲罐發(fā)生破裂后，液氨若不發(fā)生燃燒，就會蒸發(fā)氣體(氨氣)，造成大面積的毒害區(qū)域。

已知吸入5～10 min氨氣致死的濃度為0.5%，則吸入5～10 min氨氣致死的死亡半徑為104.4 m。

通過該案例分析，發(fā)現(xiàn)涉及燃燒學(xué)中燃燒的物質(zhì)運(yùn)輸、擴(kuò)散和預(yù)混燃燒爆炸半徑、毒害作用等理論知識，幾乎涉及本課程全部章節(jié)內(nèi)容。因此，結(jié)合下發(fā)課題、學(xué)生查閱相關(guān)資料、進(jìn)行實際化工場所危險有害因素分析等實踐教學(xué)手段，能夠使學(xué)生較好地掌握燃燒學(xué)相關(guān)知識。

3 理論+實踐教學(xué)模式實施建議

第一，以應(yīng)用為目的，選擇相應(yīng)版本的教材，合理選擇理論教材與實訓(xùn)教材，根據(jù)實際情況制定教學(xué)大綱，建立完善的教學(xué)素材庫，拓展學(xué)生對知識掌握的廣度。

第二，以現(xiàn)代化教學(xué)設(shè)備為依托，充分利用目前已有的多媒體教室，采用機(jī)動式、應(yīng)用式的教學(xué)方式。根據(jù)相關(guān)課程章節(jié)內(nèi)容的邏輯關(guān)系，可改變授課順序、課時分配等，但不能削弱大綱基本要求，逐步形成一種簡單易懂的課程教學(xué)模式。同時，緊密結(jié)合本專業(yè)的發(fā)展前沿，授課時介紹一些學(xué)科前沿知識。

第三，開展相應(yīng)的燃燒學(xué)反應(yīng)模擬課程、實踐課題并設(shè)置相應(yīng)的試驗課程，做好與其他課程的銜接，培養(yǎng)技能型人才和科研人才，適應(yīng)生產(chǎn)、管理和技術(shù)服務(wù)的一線需求，真正實現(xiàn)產(chǎn)教融合。

4 結(jié)語

通過理論教學(xué)+實踐教學(xué)模式，在進(jìn)行燃燒學(xué)理論教學(xué)時引入實踐教學(xué)，給學(xué)生下發(fā)課題進(jìn)行相關(guān)探索與研究，使學(xué)生能夠?qū)⒄n程知識運(yùn)用到化工企業(yè)、航空航天、建筑消防等火災(zāi)防治分析中，提高理論聯(lián)系實際的能力。為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)奠定專業(yè)理論基礎(chǔ)，以便更好地掌握專業(yè)知識，培養(yǎng)出具備扎實理論知識與分析解決實際工程問題能力的應(yīng)用型人才。