基于燃烧学课程改革下的理论+实践教学探究——以煤气柜和液氨泄漏中毒与蒸气云模型分析为例

孙海彤，王 悦，韦 刚

(新疆工程学院 安全科学与工程学院，乌鲁木齐 830023)

燃烧学课程知识复杂、繁琐，理论性较强[1]。为了使学生更好地将理论知识与分析解决实际工程应用问题的能力相结合，引入理论学习+实践学习的教学模式。

1 燃烧学理论教学模式

第一，课堂紧密结合思想政治要素，穿插与燃烧学内容相关的发展史。其目的在于引导学生自主学习，品味人文精神，积淀知识底蕴。

第二，课程考查采取传统考试+课程实验+平时成绩的形式，将平时成绩的重点考查比例放在课堂表现上。

第三，采用线下+线上的课堂教学方式，提高学生的学习主动性和积极性。

2 燃烧学实践教学模式

开展实践教学的目的在于将燃烧学中繁琐、复杂的燃烧理论、火灾分析模型等知识应用到具体生活实际中。以化工企业最常见的煤气柜和液氨等危险因素为例，对燃烧学中涉及的泄漏中毒与蒸气云模型进行分析。

2.1 中毒与蒸气云模型

第一，中毒模型[2]。有毒气体泄漏扩散半径计算公式为：

式中：R为有毒气体扩散半径(m)；V为有毒气体的蒸汽体积(m3)；C为有毒气体在空气中的危险浓度值(%)。

第二，蒸气云爆炸模型。

爆炸性气体主要是以液态形式储存，如果瞬间泄漏后遇到延迟点火或气态储存时泄漏到空气中遇到火源，则可能发生蒸气云爆炸[2]。

根据荷兰应用科研院(TNO)建议，可按下式预测蒸气云爆炸冲击波的损害半径[3]：

R=Cs(NE)1/3

式中：R为损害半径(m)；E为爆炸能量(kJ)，可按下式取E=V·Hc；V为参与反应的可燃气体的体积(m3)；Hc为可燃气体的高燃烧热值(kJ/m3)；N为效率因子(%)，其值与燃烧浓度持续展开所造成损耗的比例和燃料燃烧所得机械能的数量有关，一般取N=10%； Cs为经验常数，取决于损害等级。

2.2 煤气柜和液氨中毒与蒸气云结果分析

以某化工企业的煤气柜和液氨储存为例进行分析。

第一，煤气柜泄漏引起的蒸气云爆炸事故分析结果。

假设南造气车间东侧的10 000 m3煤气柜内可燃气体全部泄漏与空气迅速混合，之后遇强点火源，引起蒸气云爆炸。

一旦煤气泄漏发生蒸气云爆炸事故，10%玻璃破碎的破坏半径为76 m，玻璃破碎导致人员被碎玻璃击伤的破坏半径为28.5 m，会损坏建筑物外表，造成可修复性破坏。人员1%耳膜破裂，1%被碎片击伤的破坏半径为11.4 m，会重创建筑物和加工设备，人员1%死亡于肺部伤害，>50%耳膜破裂，>50%被碎片击伤的破坏半径为5.7 m。

第二，煤气柜泄漏中毒事故分析结果。

假设南造气车间东侧煤气柜破裂发生泄漏，煤气在设备损坏、操作失误等条件下泄漏时扩散升空迅速，发生泄漏时在泄漏点附近可能发生中毒事故[4]。

南造气车间东侧煤气柜煤气全部泄漏，引起煤气中度中毒的半径为76 m，煤气重度中毒的半径为60.7 m，煤气中毒的死亡半径48 m。

第三，液氨储罐泄漏引起的蒸气云爆炸事故分析结果。

假设其中一个100 m3液氨储罐泄漏，液氨全部泄漏，经蒸发形成氨蒸汽，遇点火源发生爆炸事故。

一旦液氨储罐泄漏发生蒸气云爆炸事故，建筑物破坏半径为200 m，人员受伤半径为75 m，人员重伤半径为30 m，死亡半径为15 m。

第四，液氨储罐泄漏中毒事故分析结果。

液氨储罐发生破裂后，液氨若不发生燃烧，就会蒸发气体(氨气)，造成大面积的毒害区域。

已知吸入5～10 min氨气致死的浓度为0.5%，则吸入5～10 min氨气致死的死亡半径为104.4 m。

通过该案例分析，发现涉及燃烧学中燃烧的物质运输、扩散和预混燃烧爆炸半径、毒害作用等理论知识，几乎涉及本课程全部章节内容。因此，结合下发课题、学生查阅相关资料、进行实际化工场所危险有害因素分析等实践教学手段，能够使学生较好地掌握燃烧学相关知识。

3 理论+实践教学模式实施建议

第一，以应用为目的，选择相应版本的教材，合理选择理论教材与实训教材，根据实际情况制定教学大纲，建立完善的教学素材库，拓展学生对知识掌握的广度。

第二，以现代化教学设备为依托，充分利用目前已有的多媒体教室，采用机动式、应用式的教学方式。根据相关课程章节内容的逻辑关系，可改变授课顺序、课时分配等，但不能削弱大纲基本要求，逐步形成一种简单易懂的课程教学模式。同时，紧密结合本专业的发展前沿，授课时介绍一些学科前沿知识。

第三，开展相应的燃烧学反应模拟课程、实践课题并设置相应的试验课程，做好与其他课程的衔接，培养技能型人才和科研人才，适应生产、管理和技术服务的一线需求，真正实现产教融合。

4 结语

通过理论教学+实践教学模式，在进行燃烧学理论教学时引入实践教学，给学生下发课题进行相关探索与研究，使学生能够将课程知识运用到化工企业、航空航天、建筑消防等火灾防治分析中，提高理论联系实际的能力。为学生后续专业课程学习奠定专业理论基础，以便更好地掌握专业知识，培养出具备扎实理论知识与分析解决实际工程问题能力的应用型人才。