仿真教学在石油加工生产技术课程中的应用

    王睿　龚黎黎

    【摘 要】 石油加工生产技术课程实践性强，仿真教学在该课程的课堂理论教学与工厂顶岗实习之间有重要的链接作用。本文叙述了石油加工仿真教学形式的特点和功能，并分析得出教师实践水平的提升、教学模式与方法改革和实训基地的开放机制均有助于保障仿真教学的高效实施，达到良好的教学效果。

    【关键词】 仿真教学；石油加工；教学模式

    【中图分类号】 G64.28 【文献标识码】 A 【文章编号】 2095-3089（2017）14-00-02

    石油加工生产技术课程讲述的是将原油通过一次加工（常减压蒸馏）、二次加工（催化裂化、催化重整、加氢裂化）和三次加工（气体加工）生产为以汽油、煤油和柴油为主的石油产品的工艺过程。该课程是石油化工技术专业的应用核心课程，对应岗位是燃料油生产一线高级操作工，同时也是从事燃料油生产领域技能型人才培养过程中所需的专业素养形成课程[1]。該课程所有实训环节与理论课绑定，实训课时达50%，理论实训一体化教学，是与石油加工生产岗位零距离对接的课程。

    石油加工生产技术课程中的教学情境，其实际过程是在高温、高压、密闭的工艺条件下进行的，在校园内无法简单复制，实训室内的真实情境演练无法实现。因此，对于石油加工生产实践性很强的课程，仿真教学在石油加工生产技术课程的实训教学环节中发挥着重要的作用。

    一、石油加工生产技术课程教学中的仿真形式

    1.DCS仿真系统

    仿真软件采用DCS控制系统，在计算机上应用仿真软件进行装置冷态开车、运行调节、正常停车、事故处理等操作训练，其控制参数与工厂一致，自带评分系统，可反复进行操作训练。如催化裂化反应-再生DCS仿真操作系统，学生可掌握催化裂化反应和再生过程的工艺流程，了解反应器、再生器等常用设备功能及物料流向；熟练催化裂化开、停车步骤，通过手动、自动控制，掌握工艺指标的调节方法，了解内操、外操职责。通过DCS仿真软件，将真实石化企业的内操工作在校园内运行，使催化裂化的理论教学过程生产化、实际化。

    2.三维虚拟仿真工厂

    三维虚拟仿真工厂根据工业现场实际装置采用三维建模手段还原工厂实际，通过鼠标和键盘的操作，学生行走于虚拟装置中，并对现场设备的操作，自带评分系统。同时学生可以对工艺中的核心设备的结构与特点进行三维剖解与分析，提供身临其境的现场感。

    三维虚拟仿真教学系统以装置冷态开车、正常停车的工作步骤为主要训练内容，也包括工艺参数平衡稳定调节和事故处理等工作状况，满足不同层次学生的学习要求。该系统在石油加工生产技术课程教学中的应用，促进了学生基本工艺原理及设备工作原理的理解，提高了学生的调节控制工艺参数的操作能力。立体显示技术及仿真技术等多种科学技术综合了计算机图形技术、多媒体技术、人机交互技术、网络技术应用[2]，可真实再现生产场景，使学生能够全面掌握生产工艺流程，了解内操和外操的相互配合过程，实用性强。

    3.半实物仿真工厂

    半实物仿真工厂由实物装置、中央控制室和仿真教室三部分组成。实物装置采用石化公司实际装置按一定比例缩小的生产流程，鉴于安全与环保角度不走真实物料，但能模拟进行温度、压力、流量、液位的测量和控制，学生也可进行工艺流程图的现场识读。中央控制室采用DCS控制系统，在仿真条件下进行装置冷态开车、调节阀控制及正常运行等操作训练，通过设置各类模拟故障，使操作人员能够处理各类紧急状况。装置运行过程节能、环保，既能锻炼学生操作技能，又能确保学生实训安全。仿真教室包括三维虚拟仿真系统、主要设备内部结构和工业版仿真软件。半实物仿真工厂使学生从“沉浸—交互—构想”的虚拟世界走进现实世界。

    如DCS控制常减压半实物仿真工厂将计算机仿真软件和常减压蒸馏装置操作统一起来，外操现场操作手动阀，内操在中控室进行调节阀控制，同时观察初馏塔、常压塔、减压塔的液面及塔顶、塔底和各侧线温度，整个过程将使虚拟仿真与真实装置操作实训结合起来，内操与外操同时配合完成，培养了学生的协作意识，同时对职业岗位群所包含的操作技能进行强化。

    4.智能化模拟操作工厂

    智能化模拟工厂主要由智能工厂、关键塔器自动门、虚拟工厂、DCS仿真和设备结构资源库五部分组成。智能工厂是以各色有机玻璃管和手动阀门为基本原件，按照一定比例制作而成的“小型工厂”。同时采用DCS控制系统，利用电动、灯光、立体、透视、色彩等现代化手段制作，使之外形、工作状态即事故现象更加逼真。关键塔专门开设自动门，学员可以清晰看到塔内部结构。

    虚拟工厂再现了现场真实场景，使学生犹如进入了真实生产环境。设备结构资源库集成了详细的设备结构，方便学生对设备进行认知和学习。设备结构仿真系统主要包括反应器、产品罐、泵、阀等主要设备的内部结构，可进行虚拟组装及拆卸，便于学生了解设备的内部结构和装卸原理。

    5.综合实训演练系统

    在化工企业中，安全意识是一个永恒重要的主题，在确保安全的前提下全面培养学生的综合素质。基于安全生产过程的HSE演练装置由中央控制室和生产系统组成。装置按照甲类防火区设计的加氢精制装置配置HSE演练装置辅助用品（实训工作服、安全帽等）和演练装置附件（维修工具、易耗品、实训工具及物品等）。该实训演练装置通过工艺流程和控制阀的模拟以及与现场实物装置的互动，实现学生化工安全技术认知、应急救援、装置生产操作模拟及HSE消防演练的实际应用能力，获得“身临其境”真实工厂，并对其进行操控的强大体验，锻炼应急能力和处理突发事件的能力，并建立良好的安全防范意识。同时，该装置有考试平台、评分系统和帮助系统。

    二、仿真教学实施的保障措施

    1.教师教学能力提升

    由于仿真教学过程以实际生产过程为出发点，对教师的要求更全面，不仅具备基础理论教学的能力，更要具备实践操作教学的能力。利用双师型教师和设备资源对实训教师进行在职培训，调动教师的工作积极性和创造性，提高其自身素质和实践教学水平。每年利用寒暑假期间，选派教师到企业挂职锻炼、参加化工行业培训、实践教学研讨会，实操技术培训班，技师培训班等，提高了教学和管理队伍的整体素质。

    同时利用与企业良好的合作关系，进行人才互聘，企业兼职教师可带领青年教师和优秀学生参与产学研项目，通过定期地开设专题讲座介绍专业新技术及新工艺，对教师和学生进行实践操作培训及创新创业实践指导等。

    2.教学方法改革

    （1）“现场实操—理论讲授—仿真演练”螺旋上升式教学模式

    本专业的实训过程可分為三个层次，分别是基本化学技能实训、化工单元操作技能实训和石油化工综合技能实训。依据实训平台，进行“现场实操—理论讲授—仿真演练”的教学模式改革。对学生进行从简单到复杂、从单元操作到综合操作、从仿真模拟训练到生产实习、从验证性试验到科研能力的训练，提升学生的综合技能[3]。

    （2）“教师—学生助理—学生”的实训组织方法

    通过理论、技能和面试考核，选拔优秀学生，担任实训教师助理工作，通过学生相互之间的“传帮带”，共同提高职业技能，这种“教师—学生助理—学生”的实训组织方法，可以极大地提高了学生的技能水平。每个年级选拔3-5名优秀学生做实训教师助教，学生之间更便于沟通。

    （3）开放式实训基地运行机制

    融入企业职业素质、质量安全意识，建设开放式实训基地；按照企业管理模式，借助实训室管理系统全天候开放实训室，轮班轮岗，师生协作，规范管理实训室。保证了实训室的高效利用，促进了学生可持续发展。此外，服务对象从学生、教师可拓展到企业职工及社会相关人员。在仿真技能训练和教学科研基础上，实训基地教学资源共享，能够提供职工培训、技能竞赛、师资培养等多元化、多层次服务。

    三、结束语

    随着信息技术的高速发展，仿真技术在石油化工加工教学领域越来越趋向于石油化工全流程综合实训，通过自动控制、生产调节与管理、调度、执行等教学操作，实现安全、节能与高效一体化生产[4]，仿真教学形式的综合化发展大大促进了石油加工生产技术课程的教学效率，提升学生的学习积极性，为将来全面履行石油加工生产岗位的工作职责，成为合格的技术人员奠定基础。

    参考文献：

    [1]刘兰，莫桂娣.石油化工加工实验教学的反思与虚拟仿真技术的应用[J].中国化工贸易，2013，10.

    [2]李海涛，赵小平.三维数字化工厂技术在中石油炼化企业中的应用[J].中国信息界，2012，9.

    [3]杜刚.高职《石油加工生产技术》课程改革探讨[J].职业时空，2014，8.

    [4]吴重光，夏迎春.我国石油化工仿真技术20年成就与发展[J].系统仿真学报，2009，21.