基于燃燒學課程改革下的理論+實踐教學探究
——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

(新疆工程學院 安全科學與工程學院，烏魯木齊 830023)

燃燒學課程知識復雜、繁瑣，理論性較強[1]。為了使學生更好地將理論知識與分析解決實際工程應用問題的能力相結合，引入理論學習+實踐學習的教學模式。

1 燃燒學理論教學模式

第一，課堂緊密結合思想政治要素，穿插與燃燒學內容相關的發展史。其目的在于引導學生自主學習，品味人文精神，積淀知識底蘊。

第二，課程考查采取傳統考試+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上。

第三，采用線下+線上的課堂教學方式，提高學生的學習主動性和積極性。

2 燃燒學實踐教學模式

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

2.1 中毒與蒸氣云模型

第一，中毒模型[2]。有毒氣體泄漏擴散半徑計算公式為：

式中：R為有毒氣體擴散半徑(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形式儲存，如果瞬間泄漏后遇到延遲點火或氣態儲存時泄漏到空氣中遇到火源，則可能發生蒸氣云爆炸[2]。

根據荷蘭應用科研院(TNO)建議，可按下式預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為參與反應的可燃氣體的體積(m3)；Hc為可燃氣體的高燃燒熱值(kJ/m3)；N為效率因子(%)，其值與燃燒濃度持續展開所造成損耗的比例和燃料燃燒所得機械能的數量有關，一般取N=10%； Cs為經驗常數，取決于損害等級。

2.2 煤氣柜和液氨中毒與蒸氣云結果分析

以某化工企業的煤氣柜和液氨儲存為例進行分析。

第一，煤氣柜泄漏引起的蒸氣云爆炸事故分析結果。

假設南造氣車間東側的10 000 m3煤氣柜內可燃氣體全部泄漏與空氣迅速混合，之后遇強點火源，引起蒸氣云爆炸。

一旦煤氣泄漏發生蒸氣云爆炸事故，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，會重創建筑物和加工設備，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果。

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

南造氣車間東側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果。

假設其中一個100 m3液氨儲罐泄漏，液氨全部泄漏，經蒸發形成氨蒸汽，遇點火源發生爆炸事故。

一旦液氨儲罐泄漏發生蒸氣云爆炸事故，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果。

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

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，發現涉及燃燒學中燃燒的物質運輸、擴散和預混燃燒爆炸半徑、毒害作用等理論知識，幾乎涉及本課程全部章節內容。因此，結合下發課題、學生查閱相關資料、進行實際化工場所危險有害因素分析等實踐教學手段，能夠使學生較好地掌握燃燒學相關知識。

3 理論+實踐教學模式實施建議

第一，以應用為目的，選擇相應版本的教材，合理選擇理論教材與實訓教材，根據實際情況制定教學大綱，建立完善的教學素材庫，拓展學生對知識掌握的廣度。

第二，以現代化教學設備為依托，充分利用目前已有的多媒體教室，采用機動式、應用式的教學方式。根據相關課程章節內容的邏輯關系，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模式。同時，緊密結合本專業的發展前沿，授課時介紹一些學科前沿知識。

第三，開展相應的燃燒學反應模擬課程、實踐課題并設置相應的試驗課程，做好與其他課程的銜接，培養技能型人才和科研人才，適應生產、管理和技術服務的一線需求，真正實現產教融合。

4 結語

通過理論教學+實踐教學模式，在進行燃燒學理論教學時引入實踐教學，給學生下發課題進行相關探索與研究，使學生能夠將課程知識運用到化工企業、航空航天、建筑消防等火災防治分析中，提高理論聯系實際的能力。為學生后續專業課程學習奠定專業理論基礎，以便更好地掌握專業知識，培養出具備扎實理論知識與分析解決實際工程問題能力的應用型人才。