化工仿真訓練輔助生產實習的實踐

汪廣恒 任秀彬 章結兵 郭曉濱 張亞婷 周安寧

摘 要:通過實習前仿真訓練,實習過程中現場學習集散控制系統(DCS)操作,并在實習過程中穿插仿真訓練的方式,將化工仿真訓練與生產實習有機結合,實踐了化工仿真實訓輔助生產實習的新途徑。分析了化工仿真訓練輔助生產實習對化工專業學生掌握基礎理論知識、系統工程理念、操作技能和處理突發事件的能力等幾個方面的作用。

關鍵詞:化工仿真實訓生產實習實踐教學

中圖分類號:G424.4 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(b)-0140-01

生產實習是培養化工專業學生工程能力的重要途徑之一[1]。由于生產安全和效益等因素,企業一般只允許觀摩,學生在現場實操的機會很少。因此,生產實習往往達不到預期的訓練目標。化工仿真技術是化工過程(或單元設備)的數學仿真,它以化工過程基本規律為依據,建立數學模型,在計算機上再現該化工過程的一種應用技術,可以模擬開車、停車、正常運行和各種事故狀態的現象[2,3]。

基于生產實習的局限性和化工仿真訓練的優勢,作者在指導生產實習過程中,利用仿真訓練作為輔助手段,實現了兩者的有機結合,取得了良好的效果。具體的實施辦法是:(1)現場實習之前,指導教師針對工藝流程中的典型單元操作和工段進行基礎理論知識的介紹,利用東方仿真軟件,安排不低于8學時的上機仿真訓練;(2)現場實習過程中,學生跟班學習DCS操作,熟悉現場操作的技巧和處理實際問題的方法,并跟隨技術人員學習設備工作原理和操作注意事項;(3)倒班空閑時間,學生在計算機上針對現場單元設備仿真訓練,鞏固并加深現場學習的效果;(4)實習結束之后,撰寫心得體會,總結仿真訓練對輔助生產實習的作用。從實踐結果分析,仿真訓練輔助生產實習主要有以下4個方面的作用。

1 對基礎理論知識的強化作用

化工仿真是以化學、化工專業基礎理論為背景,通過建立數學模型,利用計算機技術實現的虛擬實驗平臺。涉及到化工熱力學、化學反應工程、分離過程、化學工藝學、化工過程控制、人工智能等跨學科的知識體系。所以,化工仿真訓練是學生深入理解和應用基礎理論的一個有效途徑。以往指導生產實習過程中,我們要求學生利用理論模型對現場裝置進行計算,體會理論計算與生產實踐的關系。比如讓學生根據現場精餾塔的工藝參數計算塔板數和板效率,比較理論計算和操作參數的區別;有了仿真訓練的輔助,學生不僅能夠體會到計算過程就是數學模型的求解,而且理解了仿真技術可以進行工況優化,對理論知識的應用提升了一個層次。

2 對化工系統工程理念的強化作用

化工過程是一個系統工程,必須用系統工程的原理和方法去研究、設計和操作。化工專業的學生具備了一定的專業基礎知識的條件下,還必須構建系統工程的理念。但是學生學習過程中,各門課程都是獨立教學,即便教師努力通過各門課程之間的理論聯系和在實際應用過程中的相關性,反復強調課程體系的系統性,學生仍然不能直觀地建立起系統工程的概念。生產實習過程中,學生結合技術人員的講解,能夠理解大致的生產工藝過程和各單元設備的作用及其之間的關系,還不足以建立清晰的系統工程概念。學生仿真操作開車、停車或事故處理過程中,深切體會到化工過程各個單元設備之間的關聯,各個工段之間的緊密關系,節能和副產回收的設計等,從而對系統工程的理念有更深層次的理解。

3 化工仿真對化工操作技能的培養

生產實習的目的之一,就是為了讓學生在現場操作儀器和設備,掌握實際操作的技能,并鍛煉解決生產現場出現的突發事件的能力。而現代化的大化工企業自動化程度高,安全意識強,學生動手實操的機會很少,即便跟班組下車間現場,也只能參觀(或觀摩DCS正常操作),部分學生會針對具體的操作問技術人員一些注意事項、操作經驗和原理,也有學生盲無目的走馬觀花,對生產過程中的事故處理更是無從深入分析和解決[3]。

化工仿真訓練恰恰可以幫助解決這一問題。學生通過仿真訓練對相近的生產流程、單元設備、管件、閥門、儀表的作用和調控方法等進行反復揣摩,還可以針對設定的事故分析和判斷,拿出可行的處理方案,反復練習。學生更能深刻體會到,操作過程中各閥門的調節是互相關聯的,必需要協同控制,而不是僅僅參照操作說明中的正常值一步到位;建立儲罐和塔器的液位和循環的必要性等等。從而彌補生產實習現場實操機會少的缺憾。同時,有了仿真訓練的經驗,學生在現場不再無的放矢,可以有針對性的提出建設性的問題和建議。

4 對化工過程開發能力的培養作用

在我們指導生產實習過程中有這樣一個細節,學生在現場看到一個應該是四組閥的自控閥處,看到多了一組自控閥(前后手閥和一個自控閥)覺得不合理。經過工人師傅解釋才弄清楚,原始的設計方案自控閥量程不夠,后來并聯了一組更大流量的閥門。學生認識到過程開發和設計時,即便是一個閥門都不能馬虎。另外,在仿真訓練時流程中的一個排氣閥(蒸汽),出口經過90°彎頭抬高了很多,原來是為了與現場熱水收集罐連接,而這個罐液位較高,可以利用這個液位輸送熱水。學生在仿真訓練的流程和現場之間發現了很多類似的設計方面的細節問題,這為學生將來進行過程開發提供了很好的借鑒和教訓。

化工仿真訓練輔助生產實習教學,為提高生產實習的質量提供了一種很好的思路,也對化工專業的教育工作者提出了更高的要求。如何完善實習前的理論授課,合理的安排仿真訓練,值得專業教師在教學過程中進一步實踐和探討。

參考文獻

[1] 毛磊,童仕唐,梁文懂,等.化學工程專業仿真實踐教學的探討[J].高等理科教育,2006(4):87～89.

[2] 陳群.化工仿真操作實訓[M].北京:化學工業出版社,2008.

[3] 楊月云,王小光,謝東坡.化工仿真在高校化工課程教學中的應用[J].周口師范學院學報,2010,27(2):78～80.