李 玉，李 濤，董賀新，高 健，鄭金友，任保增

(鄭州大學 化工學院，河南 鄭州 450001)

1 化工安全意識培養(yǎng)

化工行業(yè)中所使用的原料、中間體甚至產(chǎn)品本身，約70%以上具有易燃易爆、有毒有害和有腐蝕性的特點。同時，化工生產(chǎn)過程涉及高溫、高壓、有毒、有害等危險操作，存在很多安全隱患，經(jīng)常因操作失誤或個人違章行為而造成安全事故的發(fā)生[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)化學品相關(guān)事故，2018年發(fā)生1 900余起，2019年發(fā)生1 600余起， 2020年1至11月，發(fā)生127起，共造成1 199人死亡的嚴重后果[2]。國內(nèi)高校化學、化工實驗室的安全狀況也不容忽視，2018—2019年共發(fā)生典型安全事故3起。這些安全事故的發(fā)生，嚴重影響企業(yè)、高校正常的生產(chǎn)、教學、科研秩序，對企業(yè)員工及廣大師生的生命財產(chǎn)安全造成損害和威脅，在社會上造成了不良影響。 據(jù)不完全統(tǒng)計，無論是化工企業(yè)，還是國內(nèi)高校實驗室事故，人為因素中的不安全行為占比均超過50%，這些不安全行為包括了違反操作規(guī)程、操作不當及使用不當?shù)?。海因里希法則(Heinrich′s Law)又稱“海因里希安全法則”，這一法則說明，當一個企業(yè)有300起隱患或違章，很可能意味著29起輕傷或故障將要發(fā)生，此外，還有一起重傷、死亡事故可能發(fā)生。海因里希認為，事故的直接原因多為人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)，所以企業(yè)事故預防工作的重心在于消除人的不安全行為以及物的不安全狀態(tài)。該法則強調(diào)兩點：①事故發(fā)生是量積累的結(jié)果；②無論再好的制度、再完美的規(guī)章，在實際操作中也無法取代人的自身素質(zhì)及責任心。

2 化工原理實驗課程中存在的安全問題

化工原理實驗屬于工程實驗范疇，多以化工單元操作為中心，且使用具有工程或中間試驗規(guī)模的裝置設(shè)備，所進行的實驗項目大都是今后從事化工生產(chǎn)或進行科學研究經(jīng)常遇到的或需要解決的實際問題，對培養(yǎng)學生的工程意識、實驗技能以及科學研究能力具有重要意義。

隨著本科生專業(yè)評估、專業(yè)認證工作以及本科教學工程等高等教育項目的實施，高等教育對大學生的綜合素質(zhì)提出了新的、更高的要求。為了適應(yīng)新時代的人才培養(yǎng)要求，化工原理實驗課程教學也在不斷地進行著改革和提升。為了培養(yǎng)化學、化工行業(yè)合格的專業(yè)人才，課堂教育不僅僅只有化工專業(yè)知識的傳授與學習，還要將安全知識和安全意識的教育始終貫穿于課堂之上，使安全知識和安全意識扎根于學生的內(nèi)心，只有這樣才能培養(yǎng)出既具有專業(yè)技術(shù)，又具有安全意識的新化工人。

化工原理實驗課程中存在的安全問題如下：違反操作規(guī)程、操作失誤導致事故的發(fā)生；高溫高壓設(shè)備的使用；各種氣體鋼瓶的使用；易燃、易爆、劇毒化學品的存儲和使用；水電線路老化、設(shè)備及線路老化、設(shè)備故障失靈等也是造成實驗室事故不可忽視的原因。

3 化工原理實驗課大學生安全意識的培養(yǎng)

3.1 實驗前的安全教育，強化學生的安全意識

化工原理實驗裝置接近工程實際、實驗過程復雜、高溫高壓設(shè)備較多、數(shù)據(jù)采集點較多，相應(yīng)地實驗的危險因素也較多。任何一個小小的疏忽，都有可能釀成大的事故，造成難以估量的損失。所以在正式進行實驗之前，對學生進行系統(tǒng)的安全教育是非常必要的。 ①要讓學生了解實驗室的基本安全守則等方面的規(guī)章制度和文件，以此加強學生的安全意識，并從制度層面約束學生的行為。如：學生進入實驗室應(yīng)規(guī)范服裝，并統(tǒng)一穿戴防護服和護目鏡；禁止學生在實驗室內(nèi)打鬧，防止造成不必要的傷害；禁止飲食，防止食物中毒；未經(jīng)實驗指導教師允許，不得擅自開啟、關(guān)閉一切電路開關(guān)和閥門；實驗進行過程中，不得隨意離開崗位，要密切注意實驗的進展情況；在實驗過程中，如有疑難問題，要及時請教指導教師或?qū)嶒炇夜ぷ魅藛T；若實驗中出現(xiàn)異常現(xiàn)象，應(yīng)立即停止實驗并進行應(yīng)急處理，由指導教師排除故障后方可繼續(xù)實驗；在實驗過程中，禁止用濕手觸及電器設(shè)備等用電安全知識，防止觸電事故的發(fā)生等。②將實驗室中可能存在的安全問題對學生進行必要的介紹。如實驗室中汞的泄漏、鋼瓶的安全問題、精餾實驗中塔釜的干燒等。③結(jié)合近年來企業(yè)和高校所發(fā)生的一些典型安全事故對學生進行安全意識的教育。如2016年上海松江大學園區(qū)內(nèi)東華大學化學化工與生物工程學院的實驗室爆炸事故，2018年發(fā)生的12·26北京交通大學實驗室爆炸事故等，結(jié)合這些典型案例利用視頻、圖片等資料，事故所造成的人身傷害以及其他損失對個人、事故單位都造成了難以挽回的損失，社會影響極壞。通過這樣的方式，讓學生了解化學、化工事故后果的嚴重性，讓學生在思想深處重視安全意識的培養(yǎng)。

3.2 實驗教學中大學生安全意識的培養(yǎng)

安全管理應(yīng)遵從“以人為本”的管理理念，但學生安全意識的培養(yǎng)要遵循循序漸進的方式，將安全教育貫穿于課堂教學之中，加強學生安全知識的傳授、規(guī)范學生實驗室內(nèi)和實驗過程中的行為，可以強化學生的安全意識，使大學生在校期間就牢固樹立起安全、規(guī)范操作的思想意識，減少在后續(xù)的學習和工作過程中發(fā)生安全事故的可能性。

3.2.1實驗步驟的規(guī)范操作

化工原理實驗裝置接近工程實際，多套裝置中安裝有泵和風機，并使用閥門來調(diào)節(jié)流體流量的大小。如在柏努利方程演示實驗、流體流動阻力的測定實驗、離心泵特性曲線的測定以及流量計的標定實驗、傳熱測定實驗、流化床干燥實驗以及風洞干燥實驗中分別用到了離心泵和旋渦風機，在離心泵和風機進、出口管路安裝有進口閥門和調(diào)節(jié)閥。閥門的開關(guān)順序關(guān)乎離心泵和風機的正確使用。在柏努利方程演示實驗、流體流動阻力的測定實驗中，因為離心泵安裝高度低于儲水槽液面，所以只有出口管路上安裝有閥門。正確的操作步驟應(yīng)該是先檢查離心泵出口閥處于關(guān)閉狀態(tài)，然后開啟電源，啟動離心泵，再打開出口閥調(diào)節(jié)管道中流體流量的大小。離心泵特性曲線的測定以及流量計的標定實驗與前兩個實驗裝置不同。因為離心泵的安裝高度高于儲水槽的液面，所以在離心泵的進、出口管路上不僅安裝有出口閥，在進口管段上還安裝有進口閥。那么其正確的操作是在灌泵之后關(guān)閉離心泵出口閥門，打開電源開關(guān)啟動泵，迅速開啟進口閥，然后打開出口閥門來調(diào)節(jié)管道中流體流量的大小。

在實驗結(jié)束后，則應(yīng)先關(guān)閉離心泵的出口閥，然后在停泵。這是為了防止出現(xiàn)“水錘”現(xiàn)象而對離心泵造成損毀。當然，在實驗室的裝置中，因為管道不夠高，即使出現(xiàn)“水錘”現(xiàn)象，可能管道中水的沖擊力沒有大到對離心泵造成損毀的程度。但如果在學習過程中不能養(yǎng)成正確的操作意識，工作中的疏忽有可能造成事故，對企業(yè)或個人人身造成不可估量的傷害。

在風洞干燥實驗中，所用風機為離心風機，在啟動風機之前風機進、出口放空閥應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，一方面是因為此時風機的啟動功率最小，另一方面是為了電加熱器盡快升到預定溫度。此外，在操作過程中，要先開啟風機，開啟送風后再開啟電加熱器，這樣電加熱器產(chǎn)生的熱量能及時被風帶走，可以防止電加熱器因為干燒而損壞的事故發(fā)生。

在流體流動阻力的測定實驗、離心泵特性曲線的測定以及流量計的標定實驗中使用了U形管壓差計，并在U行管壓差計中安裝平衡閥。平衡閥的安裝有兩個目的：①排除實驗管道中的氣體；②防止管道中液體壓力過大將水銀沖出U形管壓差計。所以，平衡閥的正確操作也很重要。實驗前，平衡閥應(yīng)處于開啟狀態(tài)，防止啟動離心泵之后管道中流體壓力太大將水銀沖出U形管壓差計；實驗中，U形管壓差計平衡閥應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)；實驗結(jié)束之后，應(yīng)將平衡閥打開，再停泵。

在精餾實驗中，操作參數(shù)多、操作復雜，正確的操作更加重要。如塔釜液面的控制、塔釜壓力、進料量、回流比的大小等。如果塔釜液面下降，會出現(xiàn)干塔、燒壞電加熱；如果液面上升，則會出現(xiàn)淹塔。塔釜壓力如果過高，P釜>3 kPa，會出現(xiàn)液沫夾帶和夾帶液泛等操作異?，F(xiàn)象；如果塔釜壓力太低，P釜<1 kPa，則會出現(xiàn)塔板漏液等異常操作。進料量過小則會引起塔頂產(chǎn)品不合格，直接現(xiàn)象是靈敏板溫度逐漸升高而引起危險；進料量過大則會引起降液管液泛等非正常操作現(xiàn)象。如果回流比過小(塔頂采出量過大)則會引起塔頂產(chǎn)品不合格，直接現(xiàn)象是靈敏板溫度急劇升高而導致精餾塔出現(xiàn)非正常操作。特別是進料量過大或者塔釜壓力過大時，容易引起塔釜壓力急劇升高，造成塔釜自動出料液封內(nèi)液體壓出而導致液封失效，引起蒸汽從排出口竄出，造成危險。

3.2.2高溫高壓設(shè)備的規(guī)范操作

傳熱測定實驗是測定單根水平圓管套管換熱器的中傳熱系數(shù)及管內(nèi)和管外的傳熱膜系數(shù)。管內(nèi)冷流體為空氣，管外的加熱介質(zhì)為水蒸氣。水蒸氣的發(fā)生采用蒸汽發(fā)生器，其壓力為0.4 MPa，屬于高壓設(shè)備。實驗前會給學生講解高壓設(shè)備使用中的正確操作及注意事項，讓學生清楚只要按照正確的操作步驟操作，安全是沒有問題的。實驗過程中，冷空氣從套管換熱器一端的內(nèi)管進入換熱管內(nèi)，冷空氣在流過換熱管的過程中被加熱，熱空氣則從空氣放空口排出。水蒸氣從套管換熱器另一端進入間壁，沒有冷卻的水蒸氣則從蒸汽放空口排出。在整個實驗過程中，套管換熱器、蒸汽放空口以及空氣放空口的溫度都比較高，所以實驗前告誡學生不要因為好奇而用手觸摸這些高溫的設(shè)備，以免燙傷。

在傳熱系數(shù)測定實驗中，操作步驟的正確也是安全的保證。實驗結(jié)束后，應(yīng)該先關(guān)閉蒸汽發(fā)生器的電源，但此時風機還不能停止工作，旁路閥的開關(guān)不能全開，以保證實驗換熱器內(nèi)冷空氣的持續(xù)輸入。這是因為，雖然蒸汽發(fā)生器的電源已經(jīng)關(guān)掉，但內(nèi)部的水源由于高溫仍然會繼續(xù)產(chǎn)生蒸汽進入套管換熱器間壁，如果內(nèi)管沒有冷空氣流入，蒸汽無法冷凝，可能由于蒸汽壓力過大發(fā)生憋壓而造成設(shè)備的毀損，進而有可能造成人員傷亡。

3.2.3高壓氣瓶的規(guī)范操作

吸收實驗中用到了二氧化碳鋼瓶。雖然鋼瓶在專門的房間存放，二氧化碳氣體是采用管道輸送到實驗室總氣管中，再利用管道向各臺實驗裝置供氣，這樣降低了實驗室的安全風險。但學生將來無論是進入化工企業(yè)的生產(chǎn)一線或者是科研院所進行學術(shù)研究，都可能會用到氣體鋼瓶。所以高壓氣體鋼瓶的安全運用也是學生必須要掌握的內(nèi)容。鋼瓶在使用時首先檢查減壓閥是否關(guān)緊，然后緩緩打開根部閥，再打開減壓閥調(diào)節(jié)管路氣體壓力至實驗所需壓力。實驗結(jié)束后應(yīng)該先關(guān)閉根部閥，等減壓閥中剩余氣體排出干凈后再關(guān)閉減壓閥。學生還應(yīng)清楚，減壓閥的開關(guān)方向和一般閥門的開關(guān)方向是相反的，這樣的設(shè)計也是出于安全的考慮。

3.2.4化學試劑以及危險化學品的安全管理和使用

化工原理實驗中要用到一些劇毒及易燃易爆的化學品。使用化學試劑應(yīng)在熟悉其理化性質(zhì)及危險特性的前提下使用，才能減少實驗室安全事故的發(fā)生?；ぴ韺嶒炛校嗵讓嶒炑b置用到了水-汞U形管壓差計。在設(shè)計U形管壓差計時設(shè)置了平衡閥，其作用之一就是防止實驗管道中的流體由于壓力過大將汞沖出U形管壓差計。另外，實驗室需要預備硫黃，萬一由于U形管破碎等原因致使水銀灑落地面，可以第一時間在水銀上撒硫黃，使硫黃和水銀反應(yīng)生成固體硫化汞，以防止汞蒸氣的產(chǎn)生對師生的身體造成傷害。這些安全知識，在實驗現(xiàn)場預習時會給學生反復強調(diào)。

精餾實驗中，實驗所用的體系為乙醇-水溶液。因此，實驗室在酒精存放上有嚴格的規(guī)范。①實驗室內(nèi)嚴禁存放大量酒精；②每次取用后必須立即將容器上蓋封閉，嚴禁敞開放置。同時，在實驗過程中，學生應(yīng)佩戴化學安全防護眼鏡，實驗室則要求通風。有關(guān)易燃、易爆化學品儲存、使用方面的安全知識，會在實驗過程中恰當?shù)貍鬟f給學生。

3.2.5設(shè)備老化、設(shè)備故障失靈

設(shè)備老化、設(shè)備故障失靈也是造成實驗室事故不可忽視的原因。各種電器設(shè)備在開、關(guān)和短路時往往產(chǎn)生火花，與易燃氣體接觸以后，極易發(fā)生火災。實驗結(jié)束后若插座不拔或者不關(guān)閉電源也會造成火災。

為了避免此類安全事故的發(fā)生，不但要求實驗老師實驗前對實驗裝置進行嚴格的安全檢查，也要求學生在實驗過程中注意觀察，在出現(xiàn)事故后果斷采取安全措施，如及時斷水、斷電等。實驗結(jié)束后實驗裝置包括整間實驗室都應(yīng)該關(guān)閉電源、水源，然后才能離開實驗室。這也是大學生通過化工原理實驗培養(yǎng)的良好習慣和意識。

綜合分析化工原理實驗中存在的危險因素，無論是實驗操作、高溫高壓設(shè)備、化學試劑以及危險化學品的安全管理和使用、設(shè)備老化、設(shè)備故障失靈等等，只要嚴格按照正確、規(guī)范的操作步驟操作，就可以避免危險事故的發(fā)生。由此可見，在實驗過程中規(guī)范操作至關(guān)重要。通過化工原理實驗教學實踐活動，將規(guī)范操作的理念能夠嵌入到學生的意識之中。

4 結(jié)語

化工原理實驗教學對于化工類專業(yè)學生工程素養(yǎng)及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有重要作用，對學生工程意識、實驗技能、科研能力和綜合素質(zhì)能力的提高是理論教學無法代替的。隨著科技的發(fā)展和進步以及綠色化工教育的實施，具有專業(yè)能力和安全意識的復合型人才才能適應(yīng)新時代的要求。為適應(yīng)這一人才需求，我們在加強學生專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)的同時加強學生安全知識和意識的培養(yǎng)，提升人才培養(yǎng)水平，使學生在校期間就樹立起安全第一、嚴格規(guī)范操作的思想意識。