化工仿真训练辅助生产实习的实践

汪广恒 任秀彬 章结兵 郭晓滨 张亚婷 周安宁

摘 要:通过实习前仿真训练,实习过程中现场学习集散控制系统(DCS)操作,并在实习过程中穿插仿真训练的方式,将化工仿真训练与生产实习有机结合,实践了化工仿真实训辅助生产实习的新途径。分析了化工仿真训练辅助生产实习对化工专业学生掌握基础理论知识、系统工程理念、操作技能和处理突发事件的能力等几个方面的作用。

关键词:化工仿真实训生产实习实践教学

中图分类号:G424.4 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(b)-0140-01

生产实习是培养化工专业学生工程能力的重要途径之一[1]。由于生产安全和效益等因素,企业一般只允许观摩,学生在现场实操的机会很少。因此,生产实习往往达不到预期的训练目标。化工仿真技术是化工过程(或单元设备)的数学仿真,它以化工过程基本规律为依据,建立数学模型,在计算机上再现该化工过程的一种应用技术,可以模拟开车、停车、正常运行和各种事故状态的现象[2,3]。

基于生产实习的局限性和化工仿真训练的优势,作者在指导生产实习过程中,利用仿真训练作为辅助手段,实现了两者的有机结合,取得了良好的效果。具体的实施办法是:(1)现场实习之前,指导教师针对工艺流程中的典型单元操作和工段进行基础理论知识的介绍,利用东方仿真软件,安排不低于8学时的上机仿真训练;(2)现场实习过程中,学生跟班学习DCS操作,熟悉现场操作的技巧和处理实际问题的方法,并跟随技术人员学习设备工作原理和操作注意事项;(3)倒班空闲时间,学生在计算机上针对现场单元设备仿真训练,巩固并加深现场学习的效果;(4)实习结束之后,撰写心得体会,总结仿真训练对辅助生产实习的作用。从实践结果分析,仿真训练辅助生产实习主要有以下4个方面的作用。

1 对基础理论知识的强化作用

化工仿真是以化学、化工专业基础理论为背景,通过建立数学模型,利用计算机技术实现的虚拟实验平台。涉及到化工热力学、化学反应工程、分离过程、化学工艺学、化工过程控制、人工智能等跨学科的知识体系。所以,化工仿真训练是学生深入理解和应用基础理论的一个有效途径。以往指导生产实习过程中,我们要求学生利用理论模型对现场装置进行计算,体会理论计算与生产实践的关系。比如让学生根据现场精馏塔的工艺参数计算塔板数和板效率,比较理论计算和操作参数的区别;有了仿真训练的辅助,学生不仅能够体会到计算过程就是数学模型的求解,而且理解了仿真技术可以进行工况优化,对理论知识的应用提升了一个层次。

2 对化工系统工程理念的强化作用

化工过程是一个系统工程,必须用系统工程的原理和方法去研究、设计和操作。化工专业的学生具备了一定的专业基础知识的条件下,还必须构建系统工程的理念。但是学生学习过程中,各门课程都是独立教学,即便教师努力通过各门课程之间的理论联系和在实际应用过程中的相关性,反复强调课程体系的系统性,学生仍然不能直观地建立起系统工程的概念。生产实习过程中,学生结合技术人员的讲解,能够理解大致的生产工艺过程和各单元设备的作用及其之间的关系,还不足以建立清晰的系统工程概念。学生仿真操作开车、停车或事故处理过程中,深切体会到化工过程各个单元设备之间的关联,各个工段之间的紧密关系,节能和副产回收的设计等,从而对系统工程的理念有更深层次的理解。

3 化工仿真对化工操作技能的培养

生产实习的目的之一,就是为了让学生在现场操作仪器和设备,掌握实际操作的技能,并锻炼解决生产现场出现的突发事件的能力。而现代化的大化工企业自动化程度高,安全意识强,学生动手实操的机会很少,即便跟班组下车间现场,也只能参观(或观摩DCS正常操作),部分学生会针对具体的操作问技术人员一些注意事项、操作经验和原理,也有学生盲无目的走马观花,对生产过程中的事故处理更是无从深入分析和解决[3]。

化工仿真训练恰恰可以帮助解决这一问题。学生通过仿真训练对相近的生产流程、单元设备、管件、阀门、仪表的作用和调控方法等进行反复揣摩,还可以针对设定的事故分析和判断,拿出可行的处理方案,反复练习。学生更能深刻体会到,操作过程中各阀门的调节是互相关联的,必需要协同控制,而不是仅仅参照操作说明中的正常值一步到位;建立储罐和塔器的液位和循环的必要性等等。从而弥补生产实习现场实操机会少的缺憾。同时,有了仿真训练的经验,学生在现场不再无的放矢,可以有针对性的提出建设性的问题和建议。

4 对化工过程开发能力的培养作用

在我们指导生产实习过程中有这样一个细节,学生在现场看到一个应该是四组阀的自控阀处,看到多了一组自控阀(前后手阀和一个自控阀)觉得不合理。经过工人师傅解释才弄清楚,原始的设计方案自控阀量程不够,后来并联了一组更大流量的阀门。学生认识到过程开发和设计时,即便是一个阀门都不能马虎。另外,在仿真训练时流程中的一个排气阀(蒸汽),出口经过90°弯头抬高了很多,原来是为了与现场热水收集罐连接,而这个罐液位较高,可以利用这个液位输送热水。学生在仿真训练的流程和现场之间发现了很多类似的设计方面的细节问题,这为学生将来进行过程开发提供了很好的借鉴和教训。

化工仿真训练辅助生产实习教学,为提高生产实习的质量提供了一种很好的思路,也对化工专业的教育工作者提出了更高的要求。如何完善实习前的理论授课,合理的安排仿真训练,值得专业教师在教学过程中进一步实践和探讨。

参考文献

[1] 毛磊,童仕唐,梁文懂,等.化学工程专业仿真实践教学的探讨[J].高等理科教育,2006(4):87～89.

[2] 陈群.化工仿真操作实训[M].北京:化学工业出版社,2008.

[3] 杨月云,王小光,谢东坡.化工仿真在高校化工课程教学中的应用[J].周口师范学院学报,2010,27(2):78～80.