《化工儀表與自動化》課程教學與環境保護的結合分析論文
《化工儀表及自動化》，是化工類學科一門重要的專業基礎課，主要應用自動控制、儀器儀表及計算機等學科的理論與技術為化學工程相關學科服務。本課程適用於化學工程中的各專業，如化學工程與工藝、生物工程、食品科學與工程、製藥工程、高分子材料與工程、環境工程。該課程主要介紹了化工生產過程中的自動調節及控制系統方面的基礎知識，構成自動調節系統的物件和儀表，以及各類簡單、複雜控制系統及計算機控制系統等。近年來，《化工儀表及自動化》已成為絕大多數高等院校的必修或選修課程，高校教師們都試圖在理解《化工儀表及自動化》教科書內容、傳授主題教學大綱的基礎上，探索新的教學方法，尋找新的教學熱點，拓展新的教學領域。石梅、李中等老師提出要突出高新技術、與實驗結合。北京化工大學、天津大學、揚州大學等都探索了互動式教學和研究型教學。為響應教育部就出臺了《關於加強高等學校本科教學工作，提高教學質量的若干意見》，華東理工大學、中國礦業大學(北京)都嘗試了《化工儀表及自動化》雙語教學模式，效果顯著。對於煤炭類院校的學生，在我國當前煤化工大力發展的階段，煤炭院校化工及相關專業的學生，充分了解我國當前煤化工領域工作環境，在走出大學校門、涉及化工儀表及自動化方面工作時，才能工作的得心應手。
我國在經歷了過去30 多年的高速發展後，經濟社會產生出很多問題，特別是近幾年的環境問題，已經成為制約我國長期可持續發展的主要因素。對於煤化工行業排放的大量廢氣，是當前以及未來很長一段時間需要解決的問題，也是煤化工專業學生可以涉足的重要工作領域。
本文在總結前人教學經驗的同時，使《化工儀表及自動化》教學過程與環境汙染防治相結合，特別針對化工儀表的使用及自動化生產過程中產生的廢氣進行有效治理，對新的教學過程進行了探索與思考，使《化工儀表及自動化》教學既與環保的煤化工生產實際接軌，又生動活躍具有特色，為其他課程與環保主題結合教學提供示範。
1 涉及環境保護的課程章節介紹在化工生產
過程中主要涉及到環境汙染物監測和控制的`章節包括第3 章——檢測儀表及感測器，第5 章——執行器，第9 章——計算機控制系統。也就是說，自動控制系統的各個環節(包括控制物件本身，測量元件、控制儀表、執行機構)，以及各環節整合後在化工企業普遍使用的計算機控制系統都會涉及到環境保護的議題。
第 3 章——檢測儀表及感測器主要包括壓力檢測及儀表、流量檢測及儀表、物位檢測及儀表、溫度檢測及儀表及各種氣體感測器等，容易出現氣體洩漏的主要是壓力檢測儀表和流量檢測儀表，以及檢測有害氣體的氣體感測器介面位置。壓力檢測儀表主要涉及氣體壓力的檢測和控制，其中包括所有負壓原料氣體，中間產物氣體，目標產品氣體，汙染排放的廢氣等壓力的檢測。壓力控制在生產過程限值之內才能保證安全生產，避免燃爆發生，避免有毒有害氣液洩露，限制氣體汙染物(如SO2、NOx、可揮發性有機物(VOCs)等)達標排放，壓力儀表一旦發生洩漏，輕則排放出大量有害氣體，重則發生爆炸事故。流量檢測儀表也主要涉及氣體流量的檢測與控制，其中包括所有原料氣體，中間產物氣體，目標產品氣體，汙染排放的廢氣等流量的檢測，流量檢測儀表的介面位置容易發生洩漏，一般只會發生有害氣體的洩漏，很少發生爆炸事故。有害氣體的感測器通常都會佈置於氣體的管道或洩漏點，對有害氣體的傳輸和洩漏進行監控。
第 5 章——執行器針對的是化工生產過程中的各類閥門，主要包括氣動閥門、電動閥門和液動閥門，在化工和煉油行業主要是使用氣動和電動閥門，很少使用液動閥門。不管是使用氣動閥門還是電動閥門，在長期工作過程中，都有存在化工氣體洩漏的可能，往往會有大量的VOCs 在長期生產過程中發生洩漏，對大氣環境造成不良影響，影響廠區工作人員的健康。針對於以上章節中存在的環保問題，需要在教學過程中給學生灌輸良好的環保理念，讓學生認知化工生產過程中排放的廢氣對環境的危害和對人體的影響。特別是針對於不可見的廢氣，需要有合理有效的方式進行治理，還美好藍天。以下一節重點介紹本課程與有害氣體排放防治的相關內容。
2 環保措施方法的引入與授課改革
近些年，國內外的化工企業為了能夠有效的防治有害氣體的洩漏，一般都採用“洩漏檢測與修復”的方法。洩漏檢測與修復(Leak Detection And Repair，LDAR)是一種用於尋找裝置洩漏，並透過修復以減少排放的工作實踐方法。透過對特定組建實施檢測，比如壓力錶、流量計、感測器、各類閥門等位置的介面，定期檢測是否存在洩漏。任何洩漏元件都需要在特定時間內進行替換或者修復。LDAR 使用專門的氣體檢測儀器進行檢測，確認洩漏的裝置或裝置，透過修理降低無組織排放。
在介紹第3 章——檢測儀表與感測器和第5 章——執行器之前，先引入LDAR 的概念，讓學生們充分了解在化工自動化生產過程中，儘管操作人員可以不在現場工作，但是各類自動控制儀表和裝置的介面位置都是存在有害汙染物洩漏的可能，且是不可避免的過程。授課過程中給出了汙染物洩漏的不同區劃範圍：200ppm 以下無需處理;200~1000 ppm 需要引起注意，採取預防措施;1000 ppm 以上需及時處理，讓學生們瞭解到汙染物洩漏的排量範圍。
在介紹第 9 章——計算機控制系統時，除了介紹目前普遍使用的集散控制系統(Distributed Control System-DCS)和現場匯流排控制系統(Fieldbus Control System-FCS)外，要把環保監測的內容給學生們灌輸進去。隨著我國環境治理壓力的不斷增大，化工企業已成為PM2.5 的主要汙染源SO2、NOx、VOCs、NH3 的重要排放源。對於煤炭類為主的高校，化工專業的一批同學未來的工作會涉及到煤化工，煤化工企業裡自動化控制中汙染物的監控與管理，是滿足環保要求的必由措施。在集散控制系統和現場匯流排控制系統中，都會加入各類汙染物監控的感測器和報警系統，最後集中顯示與中央控制系統中。透過授課和課件的例項，開拓了學生的視野，提高了學生們的環境保護意識。
3 結論
本文重點對《化工儀表及自動化》中涉及到環境保護的章節進行了介紹和剖析，環境保護內容在傳統教學內容中的穿插與創新，教學內容和教學方式的改進。對於化工企業中氣體汙染物的排放做了介紹，同時引入了“洩漏檢測與修復”系統。這樣可以使學生在掌握了基本教學知識的基礎上，開拓視野、加強環境保護的意識。在課件和授課方式上，筆者嘗試了化工儀表自動化與環保知識穿插教學的方法，循序漸進，深入淺出的講授了該門課程。學生們透過兩門專業知識的交叉學習，瞭解了更多環境保護專業知識，提高了對專業課的學習興趣。