高职能源动力工程技术专业三年级：基于DCS仿真平台的超超临界机组吹扫阶段标准化操作与调试规范教案

高职能源动力工程技术专业三年级：基于DCS仿真平台的超超临界机组吹扫阶段标准化操作与调试规范教案

一、课程基本信息与课程标准依据

本教案适用于高职能源与动力工程技术专业（火电方向）三年级下学期核心课程《大型火力发电机组调试与运行》，同时可作为中电联电力行业职业技能鉴定中心“汽轮机本体检修工”及“电厂集控值班员”高级工培训模块。课程定位对接中国能源建设集团、国家能源集团等企业“百万机组”投产前的生产准备需求，严格遵循《火力发电建设工程启动试运及验收规程》（DL/T5437-2009）、《电力建设施工技术规范第3部分：汽轮发电机组》（DL5190.3-2019）及《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中关于汽机油系统清洁度控制的强制性条款。课时安排为4学时（180分钟），其中理实一体化实训占比70%，依托600MW或1000MW超超临界机组全范围仿真系统及实物缩小比例的油循环冲洗台架开展教学。

二、学科核心素养进阶与跨学科整合设计

本课程打破传统学科本位思想，构建基于典型工作任务的“技术融合·工程思维·规范内化”三维素养体系。在学科属性上，以热力涡轮机原理为核心，深度融合热工检测与控制技术、电厂化学及工程流体力学，形成跨学科的问题视域。在素养进阶层面，一是引导学生建立“清洁度即设备寿命”的工程哲学认知，从金属材料学角度理解颗粒磨损对轴承巴氏合金及调节保安系统的不可逆损伤机理；二是引入流体力学中的雷诺数与流动状态理论，解析“大流量、高流速、变温变粘”吹扫策略的物理底层逻辑；三是融入智能电厂概念，讲授在线颗粒计数器原理及其在ISO4406清洁度等级判定中的应用。通过将钳工工艺、化学监督、热控逻辑与运行规程四维贯通，促使学生从“单一操作者”向“系统调试工程师”的角色迁移，实现技能人才从“经验型”向“科技型”的跃升。

三、教学目标分层设定（OBE成果导向）

基于认知领域、技能领域与情感领域的分类学理论，结合岗位职业能力分析，确立本课时的可测可评教学目标：

（一）知识构建层

1.系统阐述汽轮机润滑油、调节油及顶轴油系统在安装或大修后必须进行油冲洗与吹扫的科学依据，精准复述DL/T5437规程中对油系统清洁度的三个阶段控制指标（冲洗、翻瓦检查、循环过滤后静态试验标准）。

2.准确描述油温对运动粘度的函数关系，解释加热装置与冷却水系统协同调控油温以突破层流区、达到紊流状态（雷诺数Re>4000）的热力学机理。

3.辨识不同材质油管路（碳钢、不锈钢）的酸洗钝化、大流量冲洗及脉冲吹扫工艺差异，牢记“严禁用蒸汽直接吹扫油管路”及“禁止裸手触摸精加工油口”等强制性安全禁令。

（二）能力实操层

1.能够在DCS仿真界面独立完成交流润滑油泵、直流事故油泵、顶轴油泵及油烟风机的程控逻辑检查与启停顺步操作，准确设置油温自动调节回路的PID参数目标值。

2.正确使用便携式激光颗粒计数仪对油样进行取样检测，依据NAS1638或ISO4406标准判读清洁度等级，并能根据实测数据反推滤芯更换周期及冲洗路径切换策略。

3.协同小组成员在仿真系统上完成“冷油器旁路冲洗”、“轴承进油管短接冲洗”及“调节油蓄能器隔离吹扫”三种典型工况的系统隔离与恢复操作，确保无漏项、无误操作。

（三）素质内化层

1.树立“失之毫厘谬以千里”的精密机电意识，在模拟挂闸、遮断试验等操作中养成“一人操作、一人监护、三秒思考”的电力安全行为习惯。

2.涵养工匠精神与环保责任，正确处理废油及沾染油污的棉纱，深刻理解油系统着火对特大型电力设施的灾难性后果，从被动受规转变为主动守规。

四、教学重点、难点及破解策略

（一）教学重点

1.油冲洗循环回路构建与切换逻辑。

2.DCS画面中润滑油温、母管压力的精准调控。

3.基于NAS1638标准的油样取样规范。

（二）教学难点

1.突破层流瓶颈的流体力学原理与工程措施的对应关系（如“升温降粘”与“大流量泵”的协同）。

2.调节油系统（抗燃油/EHC油）与润滑油系统（透平油）吹扫工艺的根本性差异及其背后的材料与化学原理。

（三）破解策略

采用“双轨推演”教学法：利用三维动画演示油流在直管段、弯头及轴承间隙处的流线分布，将抽象的雷诺数可视化；引入“摩擦生热-油温上升-粘度下降-流速增加”的正反馈模型，以数学函数图像引导学生理解温控对冲洗效率的乘数效应。针对EHC油，引入“磷酸酯抗燃油遇水劣化”的化学实验录像，以直观的油液变色现象建立感性认知。

五、教学准备与情境创设

（一）场地与设备

1.智慧电厂仿真中心：配备60台仿真终端，部署与现场一致性的DCS操作员站界面，服务器加载某1000MW机组油系统全物理过程数学模型，可响应温度、压力、流量及污染物浓度变化。

2.油冲洗模拟实训台：透明有机玻璃制作的主油箱、管路、轴承模型，内置可变频调速水泵模拟油泵，添加示踪粒子显示流动状态，支持手动阀门切换回路。

3.检测工具区：提供不同污染程度的油样瓶、进口HachHLAC系列颗粒计数器（教学演示版）、不同精度的滤芯解剖标本。

（二）数字化资源

自制微课《油系统“血夜”净化之旅——从颗粒云集到清澈见底》，时间8分钟；发电厂金属探伤及磨损事故案例库；虚拟现实（VR）油管路内部巡检系统。

（三）前置任务

通过“云课堂”发布课前预习任务单：要求学生复习《工程流体力学》中牛顿内摩擦定律及《电厂金属材料》中巴氏合金ZChSnSb11-6的成分与性能。完成关于“汽轮机烧瓦事故原因分析”的文献检索作业，并在学习平台提交简要观点。

六、教学实施过程（核心环节，呈现五阶十环深度学习范式）

本过程严格遵循“职业活动导向、项目任务载体、技能层层递进”的设计原则，将课堂重构为“工艺设计工程师+调试操作员”的双重角色体验。总时长180分钟，含课间休息10分钟。

（一）情境导入与战略锚定（15分钟）

1.预警式案例复盘。教师不直接宣布课题，而是播放一段真实的设备监拍视频：某电厂新建66万千瓦机组在整套启动试运第23分钟，润滑油母管压力骤降，触发保护跳机。事后解体发现，高压调节阀油动机进口滤网被大量氧化皮及焊渣堵塞。画面定格在磨损严重的轴瓦照片上。

2.逆向推演归因。教师以“事故调查员”身份提问：焊渣从何而来？为何在分系统试运时未能发现？调试吹扫标准是否得到刚性执行？引发学生对“吹扫质量=机组寿命”的共鸣。随即展示本节课的终极挑战任务：作为调试项目总工，你需要编制一份科学、经济且完全符合国标的《#3机组油系统蒸汽吹扫及油循环冲洗作业指导书》。

3.标题释义与标准植入。教师点出核心概念——“吹扫”并非简单冲刷，而是包含“爆破吹扫、连续冲洗、颗粒过滤、清洁度评估”的系统工程。此时板书记录优化后的课题，明确本节课将遵循的“圣经”——《ISO4406:2017》及《NAS1638》清洁度等级标准。

（二）理论溯源与模型构建（35分钟）

1.从“沙子与河流”类比到雷诺判据。教师不直接抛出公式，而是通过仿真台透明管路示踪粒子演示：低速流动时，红色染料呈线状规整移动（层流）；提速后，染料剧烈翻卷充满全管（紊流）。引导学生得出结论：只有紊流才能卷起管底沉积物。进而引出雷诺数计算公式，重点落在“运动粘度”与“流速”的对立统一关系。

2.温控策略的函数思维训练。展示某品牌透平油粘温特性曲线图：40℃时粘度为46cSt，50℃时降至28cSt。学生在草稿纸上计算：若维持粘度不变，温度从40℃升至50℃，同等管径下冲洗流量可提升约40%。这一发现让学生顿悟“冲洗时为什么必须开加热器”。教师进一步追问：温度是否越高越好？引出“油品抗氧化寿命随温度升高呈指数衰减”的铁律，确立润滑油冲洗控温在65℃-75℃、抗燃油冲洗控温在40℃-50℃的黄金区间。

3.跨学科材料学介入。展示一组对比照片：全新滤芯vs.从现场截获的堵塞滤芯。显微镜下，堵塞物不仅有金属磨屑，还有大量硅酸盐（灰尘）和胶质（油品老化）。教师讲解“硬质颗粒磨损”与“软质污染物淤积”的不同机理，强调油系统清洁作业必须贯穿“设备保管、安装、冲洗、运行”全生命周期。

（三）规范解构与工艺推演（40分钟）

1.规程条款情景化拆解。学生翻开《DL5190.3-2019》，教师带领逐条解读第4.3.5条“油系统冲洗”强制性条文。采用“条款-为什么-怎么做”三栏逻辑，将生硬文本转化为工艺动作。例如条款：“冲洗油应经滤网返回油箱”，教师解读：这是为了防止污染物在系统内循环沉积，滤网精度应从80目逐步过渡到150目、200目。

2.大流量冲洗与短路技术的工程智慧。教师提出核心矛盾：轴承间隙极小（微米级），大流量冲洗可能顶起轴颈损坏钨金，但流量太小又无法形成紊流。如何破解？引出关键工艺——“轴承节流孔板短接”或“临时轴瓦套”。学生在仿真软件上操作隔离主油箱至轴承的进油阀门，打开临时旁路阀门，实现“油不过瓦、高速循环”。

3.脉冲吹扫与油锤效应。针对死区管路，教师讲授“间歇式启停油泵”产生压力波动冲击沉积物的方法。在DCS仿真界面，指导学生将润滑油泵控制由“自动”切为“手动”，设定启40秒、停20秒的循环逻辑，观察母管压力波形图呈现剧烈锯齿状。教师解释：这种非稳态流动产生的加速度是稳态冲刷的数倍。

4.EHC油与透平油的工艺决裂。重点强调抗燃油（磷酸酯）遇水水解产生酸性物质的化学特性。明确指出：抗燃油系统严禁用水冲洗管道，严禁使用与透平油相同的清洗剂。展示专用清洗滤油机及分子筛脱水装置的工作原理动画。

（四）仿真实战与标准执行（核心技能突破，60分钟）

本环节采用“双重任务并行、角色轮换”模式，将班级分为6个作业组，每组配置两台仿真终端和一套实物模型。

1.任务A：润滑油系统冲洗回路重构（30分钟）。

1.2.初次操作：学生以“巡检员”身份登录DCS仿真系统，按照操作票步骤启动交流润滑油泵。此时系统默认处于正常运行模式，油流全部通过各轴承。观察发现：母管流量仅为额定值的60%，油温维持在38℃（粘度偏高），轴承回油窥视窗流量细小。不符合吹扫工况要求。

2.3.工艺决策：小组讨论，需执行“冲洗模式”切换。学生在仿真画面中找到“系统试验/隔离”隐藏面板，依次执行：

1.3.4.关闭#1-#8轴承进油手动隔离阀。

2.4.5.全开冷油器旁路阀（绕过阻力件）。

3.5.6.投入油箱电加热器，设定目标值70℃。

4.6.7.增启一台备用顶轴油泵，利用顶轴油管路向轴承供油管反冲洗。

7.8.数据监控与判定：观察趋势曲线，油温以2℃/分钟速率上升，母管压力下降（因粘度降低流动阻力减小），流量回归至额定值95%以上。仿真系统提示“轴承进油管流态已转为紊流”。学生记录此时油温、流量参数，并截屏作为过程凭证。

9.任务B：油样取样与清洁度虚拟判定（15分钟）。

1.10.规范动作训练：每组领取一套模拟取样工具包，包含真空式取样瓶、紫铜管、生料带。学生在模型台架上模拟从冷油器放油阀处取样：必须执行“放油冲洗取样口3-5秒、瓶口朝向气流下游、瓶内留1/4空气膨胀空间”的标准化流程。组内互查纠错。

2.11.数据判读：仿真系统随机生成三份“油样检测报告”，分别对应ISO4406代码为18/15/12、16/13/10、22/18/15。学生对照国标，判别哪份报告达到“油循环冲洗合格”标准（通常要求NAS7级或ISO16/13/10）。教师随机抽查，要求解释为何22/18/15必须继续循环。

12.任务C：典型异常工况处置（15分钟）。

1.13.故障设置：教师在教师机植入故障——“滤网压差高报警”。

2.14.应急响应：仿真画面弹出“润滑油过滤器差压高II值”红色报警。小组需在三分钟内完成处置流程：确认识别报警真伪（检查变送器趋势）->判断是否需在线切换滤筒->操作三通阀隔离故障侧->检查备用滤筒是否已排空注油->恢复系统平衡。全程执行“手指口述”，复诵操作指令。

（五）标准落地与成果固化（30分钟）

1.作业指导书片段编制。各小组基于刚才的仿真操作体验及理论铺垫，在提供的模板上补充完善“油系统冲洗质量验收标准”章节。重点填写：冲洗油温范围、最低连续冲洗时间、颗粒度检测频次、静态与动态下清洁度差异要求。教师巡视，选取两份典型作业投屏展示，邀请学生互评，指出数据设定依据是否充分。

2.安全红线再强调。播放一段违规处置动画：某操作员未确认滤筒隔离阀状态强行拆卸滤盖，高压油喷溅成雾状。教师定格画面，与学生共同复盘，提炼出三条永不触碰的高压燃油系统安全红线：带压不拆盖、高温不换滤、严禁用化纤布擦拭油口。

3.知识图谱梳理。师生以思维导图形式（教师板画，学生口述）共同完成本课知识架构：以“清洁度”为核心，放射出“原理层（流体力学、化学劣化）、执行层（切换回路、温控、脉冲）、评价层（取样、颗粒计数、标准对照）”。每一条连线都由学生说出逻辑关系，实现知识的结构化内省。

七、学业评价方案

采用“过程性评价占60%+终结性评价占40%”的增值评价模式，彻底摒弃单纯的理论试卷考核。

（一）过程性评价细目（60分）

1.仿真操作规范度（20分）：通过DCS仿真系统后台日志自动抓取，评价指标包括操作步骤正确率、阀门开关顺序合规性、报警响应时间、参数调整平稳度（无剧烈震荡）。系统自动生成操作熟练度雷达图。

2.标准执行意识（20分）：实训台油样取样操作规范、滤芯更换模拟操作中防污染措施落实、劳动防护用品穿戴（模拟）、废油倒入指定容器。由组间交叉检查评分，教师仲裁。

3.团队协作与沟通（10分）：在故障处理任务中，记录各角色发言频次与建议采纳率，重点评价机组长指挥分工的合理性及信息传递的闭环性（发令-复诵-确认-执行-汇报）。

4.数字化学习档案（10分）：云课堂预习任务完成度、仿真截屏标注的专业性、课后测试题首次正确率。

（二）终结性评价设计（40分）

实施“标准解读与方案答辩”模式。发布综合性任务：给定一套简化版的某电厂EH油系统PID图，图上标注有三处典型设计位置（油动机入口、再生装置前、回油过滤器后）。学生需在40分钟内完成：

1.论述该三处位置油样清洁度预期的差异及原因。

2.若回油过滤器后检测NAS等级为9级（高于标准要求的6级），请从工艺执行角度列出至少三条可能的成因（如冲洗时间不足、滤芯精度不够、冷油器内部残留等）并提出改进措施。

3.