城市燃气工程技术专业二年级《煤气柜投产方案》项目化教学设计

城市燃气工程技术专业二年级《煤气柜投产方案》项目化教学设计

一、教学背景与设计理念

本教学设计立足于高等职业院校城市燃气工程技术专业二年级学生的学情实际，对接国家职业教育专业教学标准与燃气行业岗位职业能力要求。在深入剖析“煤气柜投产”这一核心工作任务的基础上，以建构主义学习理论为指导，遵循“行动导向”的课程改革理念，将真实工作过程转化为学习过程。设计旨在打破传统理论教学与实践操作的壁垒，通过项目化、任务驱动式的教学模式，引导学生在完成具体任务的过程中，自主建构煤气柜投产相关的工艺原理、操作规范、安全管控及应急处置等综合性知识与技能。本设计强调跨学科视野的融合，不仅涵盖燃气工程专业知识，更有机融入流体力学、机械基础、仪表自动化、安全管理等相关学科的核心概念，着力培养学生系统化思维、严谨的职业态度以及解决复杂工程问题的能力，最终实现从“学习者”到“准职业人”的角色转换，达成专业知识、实践技能与职业素养的同步提升。教学过程中，将虚拟仿真与现场实操相结合，理论推演与案例分析相印证，确保学生在安全、可控的环境中深度掌握投产这一关键环节的核心技术。

二、教学主题

城市燃气工程技术专业二年级《煤气柜（干式稀油密封型）投产方案编制与模拟实施》

三、教学目标设计

基于“知、技、素”三位一体的育人目标，结合布鲁姆教育目标分类学，将本项目的教学目标具体化为以下层次：

一知识与理解层面

1.系统阐述干式稀油密封煤气柜的基本构造、工作原理及关键部件功能。【基础】【重要】

2.准确复述煤气柜投产的定义、目的、先决条件及核心工作流程。【基础】

3.深入解析投产过程中置换、吹扫、气密性试验、升压、活塞浮升及并网等关键工序的工艺原理与技术要求。【核心】【重要】【高频考点】

4.阐明煤气柜投产作业中涉及的安全风险、危险源辨识方法及相应的预防控制措施。【核心】【难点】

二技能与实践层面

5.能够依据现行国家及行业标准（如《城镇燃气输配工程施工及验收规范》CJJ33等），编制一份结构完整、内容翔实、具备可操作性的煤气柜投产作业方案。【核心】【综合】

6.能够熟练使用虚拟仿真软件，正确模拟煤气柜投产的主要操作步骤，并能够根据虚拟反馈调整操作参数。【重要】

7.能够正确识别并选用投产作业所需的工器具、检测仪器仪表（如防爆对讲机、便携式可燃气体检测仪、U型压力计等），并掌握其基本使用方法。【基础】【技能点】

8.能够在模拟的现场条件下，以小组为单位，协同完成包括置换、升压等关键环节的操作演练，并能够规范填写操作记录。【综合】

三情感态度与价值观层面

9.培养严谨细致、一丝不苟的工程职业习惯，深刻理解“安全第一、预防为主”在燃气行业的极端重要性。【核心】【素养】

10.树立团队协作意识，在小组任务中能够有效沟通、分工合作，共同解决问题。【重要】

11.养成遵守规范、敬畏规程的法律意识和标准意识。【基础】

12.激发对城市燃气工程技术专业的认同感与自豪感，培养精益求精的工匠精神。【素养】

四、教学对象与起点能力分析

本教学设计面向高职院校城市燃气工程技术专业二年级学生。学生已完成《流体力学泵与风机》、《工程热力学》、《燃气输配》、《燃气储运设备》等前序课程的学习，对燃气的基本性质、流动规律、输配系统构成以及储气设备（如储罐、气柜）的类型有了一定的理论认知。他们具备基本的识图能力和简单的计算能力，对专业领域有初步的热情，但缺乏对大型、复杂燃气设备（如10万立方米及以上容积的干式气柜）的直观认识和系统性的工程实践。学生的动手操作能力尚在形成中，对现场作业的风险意识和规范化操作的自觉性有待加强。因此，本设计在注重理论深化与系统化的同时，更强调通过虚拟仿真、模拟实操等方式，为学生搭建连接理论与实践的桥梁，在“做中学”、“学中悟”，有效突破从书本知识到工程应用的转化难点。

五、教学重难点分析

一教学重点

1.煤气柜投产工艺流程的系统性认知与核心工序（置换、气密性试验、活塞浮升）的工艺原理。【非常重要】【核心知识】

2.投产作业方案的构成要素与编制方法，特别是安全技术措施的制定。【非常重要】【综合能力】

3.投产作业过程中的风险辨识与分级管控措施，尤其是对燃气泄漏、火灾爆炸等重大风险的防范。【非常重要】【职业素养】

二教学难点

4.活塞平稳浮升的原理与动态控制。【难点】涉及活塞配重的计算、密封油压力与气体压力的动态平衡调节，是一个多物理场耦合的动态过程，学生难以直观感知其内在机理。

5.气密性试验过程中泄漏点的判定与处理。【难点】泄漏现象具有隐蔽性和不确定性，需要根据压力变化、肥皂泡检查等多种手段综合判断，对学生分析问题和解决问题的能力要求高。

6.将抽象的理论规范（如《城镇燃气设计规范》GB50028中关于气柜安全间距、消防设施的要求）具体应用于方案编制的实践中。【难点】学生容易照搬规范条文，而无法根据实际工况（如周边环境、季节因素、气柜类型等）进行适应性调整和细化。

六、教学实施过程（核心环节）

本项目教学总计安排8学时，分四次课完成。实施过程遵循“任务导入-理论建构-虚拟仿真-模拟实操-总结评价”的闭环逻辑。

（一）项目启动与任务发布（第1学时）

1.创设情境，导入任务【重要】教师播放一段经过剪辑的、无声音的某大型煤气柜成功投产的现场视频片段，画面中呈现庞大的柜体、忙碌但有序的操作人员以及各种仪表。随后提出问题：“同学们，这座宏伟的建筑是如何从冰冷的钢铁躯壳，变成一个能够安全、稳定储存可燃气体的‘巨型容器’的？它第一次充满燃气，需要经历怎样惊心动魄而又精密无比的过程？”以此激发学生的好奇心和探索欲。教师进而明确本项目的核心任务：“我们现在模拟的是一家燃气公司的项目部，承接了某新建10万立方米干式稀油密封煤气柜的投产作业任务。你们作为技术员，需要编制一份科学、安全的《投产方案》，并在实训基地进行模拟实施。”

2.角色扮演，明确职责【基础】将全班学生分为4-5个小组，每组模拟为一个“投产作业班组”。每个班组内部分设不同角色：组长（负责整体协调与决策）、安全员（负责风险识别与安全检查）、操作员（负责阀门启闭、设备监控等操作）、记录员（负责数据记录与方案整理）。教师扮演“项目总工”和“监理”，负责发布指令、审核方案、评价结果。通过角色扮演，让学生迅速代入工作场景，明确各自职责，为后续的协作学习奠定基础。

3.发布任务书，解读成果要求【重要】教师以书面形式向各小组发布《煤气柜投产方案编制与模拟实施任务书》。任务书应包含：项目背景（气柜类型、容积、建设地点等）；任务目标（提交一份完整的投产方案、完成关键步骤的模拟操作）；具体任务分解（如：方案编制阶段需完成置换方案、气密性试验方案、升压方案等）；成果提交要求（方案文本、操作记录表、小组总结PPT）；评价标准（从方案的科学性、完整性、创新性、操作规范性、团队协作等多维度进行评价，并给出具体的评分细则）。学生通过解读任务书，对本项目学习的目标和路径形成清晰的整体认知。

（二）工艺流程深度解析与方案编制（第2-3学时）

1.知识建构：气柜构造与投产原理【非常重要】【核心知识】教师结合三维动画模型和现场图片，详细讲解干式稀油密封煤气柜的核心构造：柜体底板、侧板、顶板；活塞系统（活塞板、活塞桁架、密封机构）；密封油系统（油泵、油槽、油管路）；T档板/调平装置；以及进出气管、放散管、人孔等附件。在学生对构造有了直观了解后，教师重点剖析投产过程的科学内涵：投产不仅仅是简单的“通入气体”，而是一个用安全介质（通常是氮气或惰性气体）逐步置换出柜内空气，并通过气密性、强度等一系列试验，最终安全平稳地引入工作介质（燃气）的动态过程。其核心在于风险控制，即严格杜绝在柜内形成爆炸性混合气体。【热点】

2.工序分解：投产流程全解析【核心】【综合】教师以流程图的形式，系统讲解投产的完整工序，并对每一道工序进行精细化解读：

(1)投产前的先决条件检查：【基础】检查内容包括：土建工程验收合格、柜体安装焊接质量检验报告齐全、密封油系统循环调试完成并达到设计油位、活塞水平度检测合格、电气及仪表控制系统调试完毕、消防系统处于备用状态、应急预案已审批并演练等。教师强调，任何一个先决条件不满足，都不得启动投产程序，这是工程原则。

(2)系统吹扫：【重要】【工序1】采用分段吹扫的方式，使用压缩空气（吹扫后需置换）或氮气，对进出气管道、柜内气体空间进行吹扫，清除安装过程中遗留的焊渣、铁锈等杂物。教师需讲解吹扫气源的选择、吹扫压力的控制、吹扫时间的确定以及如何通过靶板试验检验吹扫效果。

(3)置换（氮气置换）：【非常重要】【工序2】【高频考点】这是投产中最关键的防爆措施。教师详细讲解“氮气置换法”的原理：利用氮气的惰性，分阶段、缓慢地将柜内空气通过顶部放散管排出。重点讲解置换过程中的关键控制点：a.气源保障：确保氮气纯度（通常要求99.5%以上）和充足供应；b.充气与排放位置：通常从底部管道充入氮气，顶部放散管排放，形成“推挤式”置换；c.监测手段：在排放口设置氧含量分析仪，连续监测排出气体的氧含量，当氧含量低于规定值（如2%）并稳定一段时间后，方可认为置换合格。教师引导学生分析为什么不能直接从顶部充入氮气，从底部排放（会形成混合，效率低）。

(4)气密性试验：【非常重要】【工序3】【难点】【高频考点】在置换合格后，继续向柜内充入氮气，进行气密性试验。试验压力通常为气柜的工作压力。教师讲解试验步骤：a.升压：分级升压，每升一级，稳压一段时间，检查有无异常；b.查漏：达到试验压力后，关闭进气阀，记录压力、温度，经过一段时间（如24小时），计算泄漏率。泄漏率需满足设计规范要求（通常小于2%）。教师强调查漏的精细方法，如在焊缝、法兰连接处涂抹肥皂水，观察有无气泡，这不仅需要经验，更需要耐心和细致。引导学生思考：如果泄漏率超标，该如何排查和处理？【难点】

(5)活塞浮升调试：【核心】【工序4】【难点】教师利用动画演示活塞浮升的物理过程。随着氮气的持续充入，活塞底部压力逐渐增大，当气体作用在活塞上的向上推力大于活塞自重、密封机构摩擦力之和时，活塞便开始平稳升起。讲解调平装置的作用：通过钢丝绳和配重，确保活塞在升降过程中始终保持水平，防止倾斜卡死。重点讲解密封油的作用：在活塞与柜壁之间的缝隙中形成油膜，既起到密封作用，又起到润滑作用。密封油的循环供给和油位控制是保证密封效果的关键。【非常重要】

(6)燃气置换与并网：【重要】【工序5】气密性试验合格后，开始用燃气置换柜内的氮气。此过程与氮气置换空气的过程类似，但风险更高。教师强调操作要点：严格控制燃气进入速度，保持活塞平稳；在放散口连续监测燃气含量，当燃气浓度达标后，关闭放散，气柜正式进入储备状态，并与外部燃气管网并网，完成投产。

3.方案编制实战【综合】【非常重要】在教师讲解完工艺流程后，各小组开始着手编制《投产方案》。教师提供方案编制模板，并巡回指导。方案应包含但不限于以下章节：编制依据、工程概况、作业组织机构及职责、投产前的准备、工艺流程与操作步骤（详细）、安全技术措施、应急预案、质量保证措施、作业进度计划、附件（如操作记录表格、检查清单等）。教师重点指导学生如何根据虚拟的现场条件（如气柜容积10万立方米、建设场地受限、周边有居民区等），将理论知识转化为具体、可操作的文字指令和安全要求。例如，安全技术措施中，不仅要列出“禁火”、“通风”等原则性要求，更要细化到“进入警戒区人员必须穿防静电工作服，关闭手机”、“现场配备足够数量的干粉灭火器具体摆放位置”等。应急预案部分，要指导学生针对可能发生的氮气窒息、燃气泄漏、活塞卡滞等突发情况，制定详细的应急响应流程、人员疏散路线和紧急联络机制。【非常重要】

（三）虚拟仿真与模拟实操（第4-5学时）

1.虚拟仿真操作【重要】利用学校已有的燃气储运仿真软件，各小组在电脑上模拟煤气柜的投产全过程。软件能够实时显示压力、活塞高度、气体浓度等关键参数的变化，并可以模拟各种故障（如阀门故障、密封油泵停运、活塞倾斜报警等）。学生根据自己编制的方案步骤进行操作，观察参数变化，记录仿真结果。当遇到模拟故障时，小组需立即分析原因，并依据预案采取相应的处置措施（如在软件中执行停止操作、启动备用泵等）。虚拟仿真提供了一个零风险、可重复的试错环境，让学生能直观感受操作与结果之间的关联，加深对工艺流程和控制逻辑的理解。【重要】

2.模拟实操演练【核心】【综合】在燃气储运实训基地，利用一套小型的、采用空气作为介质的煤气柜模拟教学装置进行实操。该装置虽然尺寸缩小，但完整复现了干式气柜的核心结构、阀门仪表系统和调平系统。

(1)工器具准备与检查：各小组根据方案要求，到实训工具间领取所需工器具，如防爆扳手、F型扳手、便携式气体检测仪（可检测氧气和甲烷）、U型压力计、对讲机、肥皂水喷壶等，并对仪器仪表的电量、完好性进行检查。【基础技能】

(2)安全交底与任务分配：【重要】在开始操作前，由组长组织安全交底，安全员宣读当日操作的危险点和注意事项。全体成员在操作记录表上签字确认。

(3)分步操作演练：

任务一：阀门状态确认与系统检查。小组对照工艺流程图，逐一核对模拟装置上所有阀门的编号和当前状态（开/关），检查电源、气源是否就绪。

任务二：氮气置换模拟。模拟装置接入氮气瓶，操作员按照指令缓慢开启充气阀门，记录员观察并记录U型压力计的压力变化，以及装置顶部“放散口”（可连接软管至室外或尾气处理装置）的氧气检测仪读数。小组讨论并确定何时可以认为置换合格。【重要】【操作点】

任务三：活塞浮升观察。继续充气，观察模拟气柜的活塞（透明有机玻璃柜壁可见）是否开始平稳上升。调节充气流量，观察活塞上升速度的变化。当活塞上升到预定高度时，停止充气，观察并记录活塞的静止状态和密封情况。

任务四：肥皂水查漏。在装置的典型焊缝和法兰连接处（可预设1-2处微小泄漏点），用喷壶喷涂肥皂水，观察是否有气泡产生。发现泄漏点后，小组讨论标记方法，并模拟上报“总工”。【难点】

任务五：紧急情况模拟处置。教师模拟一个突发状况，如“检测到柜内氧含量异常升高，疑似置换不彻底”，指令操作组立即停止操作。各小组需迅速反应，关闭充气阀，开启放散阀，组织模拟人员撤离至安全区域，并向“监理”报告情况。此环节重点考察学生的应急反应能力和处置程序的规范性。【非常重要】

(4)全过程记录：记录员必须按照规范格式，在操作记录表上工整、准确地记录每一步操作的时间、内容、关键参数及操作人姓名。

（四）成果展示、评价与总结（第6-8学时）

1.小组汇报与方案评审【综合】【重要】各小组派代表，利用PPT向全班（模拟为“项目评审会”）汇报本组编制的《投产方案》，并结合仿真和实操过程中的体会，阐述方案的特点、遇到的问题及解决方法。其他小组成员和教师扮演评审专家，进行提问和质询。例如，专家可以提问：“你小组的预案中提到了氮气泄漏可能导致窒息，请问在方案中具体有哪些措施来防止或应对这种情况？”通过汇报与质询，锻炼学生的表达能力、逻辑思维能力和应变能力。

2.多维评价体系构建【非常重要】评价不仅关注最终成果，更注重过程。采用教师评价（40%）、小组互评（30%）、组内自评（30%）相结合的方式。

(1)教师评价：基于对各小组课堂表现、方案文本质量、虚拟仿真操作记录、实操演练规范性的观察，对照任务书中的评价标准进行评分。重点考察方案的科学性与完整性、操作的规范性、安全意识的强弱以及团队的协作能力。

(2)小组互评：每个小组根据其他组的汇报和演示，从方案的创新性、可行性、展示效果等方面进行交叉评分，并提出1-2条建设性意见。

(3)组内自评：小组成员根据各自在项目中的贡献度、任务完成情况、团队协作表现进行自我评价和相互评价，填写组内评价表。

3.教师总结与知识升华【基础】教师对各小组的表现进行全面、深入的点评。首先，肯定优点，如某些小组在应急预案的细化方面做得非常出色，某些小组在查漏环节表现出了极高的耐心。其次，重点指出共性问题，例如，部分方案在安全技术措施的制定上仍然存在“放之四海而皆准”的空泛化倾向，缺乏针对具体设备和环境的针对性；在操作演练中，个别同学对仪表读数的记录不够规范等。最后，教师将本次项目的知识点进行系统梳理和升华，将煤气柜投产这个具体案例，上升到“大型燃气设施投产/投运”的一般性规律，强调其核心思想永远是“安全、平稳、受控”。再次重申燃气行业从业者所肩负的社会责任，鼓励学生将本次项目学习的严谨态度和系统思维，迁移到未来的职业生涯中，不断追