李志華, 邱晨超, 賀繼高, 崔紅生

(中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所 科學(xué)技術(shù)處， 福州 350002)

0 引 言

化學(xué)類實驗室是化學(xué)學(xué)科及相關(guān)學(xué)科的重要實驗與教學(xué)場所，往往存在一定數(shù)量的化學(xué)品、特種設(shè)備等危險源，一旦管控措施不到位，容易發(fā)生火災(zāi)、爆炸、中毒等科研生產(chǎn)事故，造成人員傷亡、環(huán)境破壞和財產(chǎn)損失。近年來，全國化學(xué)類實驗室時有發(fā)生爆炸、火災(zāi)等事故，既影響了正常的教學(xué)科研進展，也造成了一定的人員傷亡和社會影響[1-5]。

相對于其他類型的實驗室而言，化學(xué)類實驗室中危險源特別是危險化學(xué)品數(shù)量大、種類多，實驗設(shè)備種類多樣，實驗人員結(jié)構(gòu)復(fù)雜、流動性大、技能水平參差不齊，因此，其安全管理難度較大。如何科學(xué)地做好實驗室安全管理特別是科研事故預(yù)防工作，是科研安全管理人員面臨的一個重要課題。本文根據(jù)風(fēng)險管理理論，對化學(xué)類實驗室存在的風(fēng)險進行客觀分析，進而依據(jù)風(fēng)險水平進行有針對性的管理，特別是對高風(fēng)險的危險源加強管理，可以科學(xué)預(yù)防科研事故的發(fā)生，利用有限的實驗室安全管理力量，發(fā)揮最大的作用，收到事半功倍的效果[6-11]。

1 化學(xué)類實驗室風(fēng)險分析

根據(jù)對2001～2013年6月全國高校、科研院所以及部分化學(xué)類企業(yè)實驗室發(fā)生典型事故的統(tǒng)計，火災(zāi)、爆炸、中毒是實驗室主要的安全事故類型，其中因危險化學(xué)品引發(fā)的燃燒爆炸事故占比約80%[3]。依據(jù)GB6441-1986《企業(yè)職工傷亡事故分類》中事故分類標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮起因物、引起事故的誘導(dǎo)性原因、致害物、傷害方式等，根據(jù)風(fēng)險矩陣圖，采取經(jīng)驗法進行化學(xué)類實驗室危險因素的分析，結(jié)果列于表1?？赡苄砸浴案?、中、低”來表示，“高”表示在安全檢查中每月均發(fā)現(xiàn)此類違規(guī)行為或操作時容易犯錯；“中”表示在安全檢查中每年均發(fā)現(xiàn)此類違規(guī)行為或操作時可能犯錯；“低”為日常檢查基本上未發(fā)現(xiàn)此類情況或基本上不可能犯此操作錯誤。事故后果，依據(jù)對人的傷害分為個體輕傷、個體重傷、個體死亡、多人死亡四類，按照以往化學(xué)類實驗室發(fā)生事故的情況和一般情形下的后果可能性進行分析，暫未考慮財產(chǎn)損失及環(huán)境影響因素。風(fēng)險情況，根據(jù)事故發(fā)生的可能性(危險源的使用頻率)和事故后果的嚴(yán)重性進行綜合判定(見表2)。

根據(jù)表1的風(fēng)險分析，在化學(xué)類實驗室可能發(fā)生的科研安全事故中，爆炸、中毒及窒息、火災(zāi)等風(fēng)險較高，可能引起群死群傷，應(yīng)該重點預(yù)防。應(yīng)當(dāng)注意的是，在實驗室內(nèi)火災(zāi)和爆炸往往相互伴生，火災(zāi)不及時控制可能引起爆炸事故，而爆炸事故發(fā)生后也往往會引發(fā)火災(zāi)?；瘜W(xué)類實驗室公共電梯造成的事故和一般的中高層建筑電梯事故類似，具有該類事故的普遍特點，雖非化學(xué)類實驗室所獨有，但因其風(fēng)險較大，也應(yīng)著重預(yù)防。

2 化學(xué)類實驗室事故預(yù)防對策

依據(jù)風(fēng)險管理理論，對化學(xué)類實驗室存在的具有較高風(fēng)險的爆炸、中毒及窒息、火災(zāi)等事故進行有針對性的預(yù)防，有助于切實減少傷亡事故特別是群死群傷事故的發(fā)生。

2.1 爆炸事故預(yù)防

爆炸是物質(zhì)發(fā)生物理或化學(xué)變化，瞬間釋放出巨大能量或大量氣體，發(fā)生劇烈體積變化的一種現(xiàn)象。爆炸物自身易發(fā)生爆炸，易燃氣體、易燃氣溶膠、自反應(yīng)物質(zhì)或混合物、易燃液體、自燃液體、自燃固體、自熱物質(zhì)和混合物、遇水放出易燃氣體的物質(zhì)或混合物等劇烈反應(yīng)也容易發(fā)生爆炸。

表1 化學(xué)類實驗室風(fēng)險分析

表2 化學(xué)類實驗室風(fēng)險矩陣圖

2.1.1爆炸物管理

實驗室常見的爆炸物一般含有炔基、疊氮根、雷酸根、亞硝基、硝基、硝酸根、過氧基、臭氧基、氯酸根或過氯酸根、鹵氮基等基團。這類物質(zhì)在外界能量的作用下，化學(xué)鍵很容易斷裂，從而發(fā)生爆炸反應(yīng)[12]。

爆炸物對撞擊、摩擦、溫度等具有強烈的敏感性。摩擦、撞擊、震動、受熱等均有可能給爆炸物提供足夠的爆炸能，所以爆炸物需嚴(yán)格按要求遠離發(fā)熱源，避免物理碰撞與摩擦，輕拿輕放；放置應(yīng)牢固，以防其跌落引發(fā)爆炸。

2.1.2易爆炸反應(yīng)

2種或2種以上非爆炸物相混合，也可能發(fā)生劇烈反應(yīng)，引起爆炸。表3列出了實驗室常見的部分易爆炸反應(yīng)。此類化學(xué)物質(zhì)混合使用時，極有可能發(fā)生劇烈反應(yīng)而爆炸，所以一定要控制反應(yīng)溫度以降低反應(yīng)速度，特別要注意防止飛溫，控制加料速度以避免劇烈反應(yīng)，采取必要的防爆措施以減少事故萬一發(fā)生時的損失。除此以外，劇烈放熱或產(chǎn)生氣體的化學(xué)反應(yīng)，如速度控制不當(dāng)，也有可能發(fā)生爆炸[13-14]。

表3 化學(xué)類實驗室常見混合易爆炸反應(yīng)

2.1.3爆炸性氣體混合物

易燃氣體或易燃液體蒸氣與空氣或氧氣等氧化性氣體混合，形成爆炸性混合物，遇到火源即可能發(fā)生爆炸。其爆炸極限范圍在不同的外界條件下也會不同，一般來說，混合性爆炸氣體的初始溫度越高，爆炸極限范圍就越寬，則爆炸下限越低，上限越高，危險性越大；初始壓力越大，氣體爆炸極限也變大；混合性爆炸氣體中氧含量增加，爆炸極限擴大；點火源的活化能越大，加熱面積越大，作用時間越長，爆炸極限范圍也越大。表4列出了部分實驗室常用氣體和液體在空氣及氧氣中的爆炸極限范圍。乙炔、氫氣、一氧化碳及乙醚蒸氣在空氣中的爆炸極限范圍非常寬，需要重點預(yù)防。

表4 部分實驗室常用氣體和液體蒸氣的爆炸極限

在使用表4類似的易燃氣體與液體時，一定要采取技術(shù)措施預(yù)防爆炸的發(fā)生，特別注意以下幾點：① 定期進行整個反應(yīng)系統(tǒng)的氣密性檢查和檢修。② 安裝氣體泄漏報警與聯(lián)鎖系統(tǒng)，一旦氣體泄漏時，可及時進行預(yù)警與處置。③ 氣體均具有流動擴散性，可能聚集在實驗室房頂?shù)人澜翘?，遇火源發(fā)生燃燒或爆炸。④ 使用易燃氣體時，保持通風(fēng)，即使發(fā)生氣體泄漏，也能夠及時有效排出。氣體排出設(shè)備使用防爆設(shè)備。⑤ 使用乙醚等易燃液體時，盡量密閉操作，防止蒸氣擴散，且應(yīng)在通風(fēng)櫥內(nèi)操作，以有效排出少量蒸氣。⑥ 消除使用地附近各類點火源。⑦ 避免氣體與管道材料發(fā)生反應(yīng)，如使用乙炔氣體時，不得使用銅管。

2.1.4氣體鋼瓶

氣體鋼瓶的安全管理主要分為購買、使用和保存三個階段。在使用和保存時，應(yīng)預(yù)防泄露、傾倒和遭受外力損害[15-16]。

新購買氣體鋼瓶進入實驗室時，要注意檢查氣瓶的顏色、字樣及其他標(biāo)記與所預(yù)訂氣體的符合性；氣瓶的年檢標(biāo)志是否合格；瓶體外觀情況，如變形情況、受損情況、瓶閥情況等；氧氣瓶或氧化性氣瓶沾染油脂情況；氣體的種類及組分含量等與預(yù)期是否相符等。

保存鋼瓶時，應(yīng)由專人負責(zé)臺帳登記與管理，并注意以下幾點：① 不得置于暴曬及雨淋處。② 保持實驗室有效通風(fēng)。③ 安裝氣體泄漏報警與聯(lián)鎖系統(tǒng)。④ 可燃氣體保管場所使用防爆電器。⑤ 遠離其他易燃易爆化學(xué)品，以免受外來火災(zāi)波及。⑥ 清理附近點火源。⑦ 空瓶和實瓶分開存放，并做出明顯標(biāo)志。⑧ 氣瓶直立放置并有效固定。⑨ 避免長時間保存，限期儲存的鋼瓶要明確標(biāo)注存放日期等。⑩ 瓶內(nèi)氣體相互接觸能引起燃燒、爆炸、產(chǎn)生毒物的氣瓶，如氫氣與氧氣等，不得同室混放。

除上述可燃氣體使用注意事項外，使用氣體鋼瓶時，還應(yīng)注意到：① 直立放置。② 氣路連接處應(yīng)牢固，防止脫落引發(fā)事故。③ 開啟閥門時，不得將氣體總閥對準(zhǔn)自己或別人。④ 瓶內(nèi)氣體不能用盡，必須留有剩余壓力。⑤ 使用氧化性氣體鋼瓶時，操作者應(yīng)仔細檢查沾染油脂情況，氣路的所有連接處不得采用可燃性材料。

2.2 中毒及窒息預(yù)防

有毒物質(zhì)一般通過口腔、呼吸道或皮膚進入人體內(nèi)造成傷害。因此，預(yù)防中毒和窒息，主要就是要預(yù)防有毒物質(zhì)失去控制，進入到空氣或其他公共區(qū)域中。

2.2.1劇毒品管理

劇毒化學(xué)品對人體的損害巨大，應(yīng)對其嚴(yán)格管控，一定要按照“五雙”及其他相關(guān)規(guī)定加強對劇毒品的管理。在實驗室中，要特別注意：① 實驗前對劇毒品進行除水等預(yù)處理時，確保有雙人值班。② 取用、稱量、加料等操作時，采取好個人防護措施和拋灑時應(yīng)急處置措施，謹(jǐn)慎操作。③ 加料反應(yīng)后，在其完全轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)前，要安排雙人值守。④ 反應(yīng)后，對廢液中含有的劇毒物質(zhì)，采取化學(xué)反應(yīng)的方法，完全破壞其毒性后，再倒入廢液桶。⑤ 進行一般化學(xué)實驗時，如可能生成劇毒物質(zhì)特別是劇毒氣體時，要采取足夠有效的通風(fēng)及防護措施，避免中毒。含有相關(guān)物質(zhì)的反應(yīng)液體，也應(yīng)完全處理后再倒入廢液桶。⑥ 含有劇毒基團的化學(xué)物質(zhì)采用一鍋煮方法反應(yīng)時，也有可能生成劇毒物質(zhì)。

2.2.2有毒氣體管理

有毒氣體特別是高毒氣體發(fā)生泄漏時，如不能及時發(fā)現(xiàn)或處置，則有可能造成人員中毒甚至死亡，如有毒氣體大面積擴散，則可能造成較嚴(yán)重的中毒事故，發(fā)生群死群傷。有毒氣體中毒事故的預(yù)防除上述預(yù)防易燃氣體泄漏措施以外，還應(yīng)保持有效通風(fēng)，做好應(yīng)急及救援物資儲備。

2.2.3有毒液體與固體管理

預(yù)防有毒液體與固體中毒主要是杜絕其被誤食。應(yīng)注意：① 進實驗室必須戴口罩、手套等，養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣，實驗完畢后要洗手。② 不戴實驗時所用手套接觸門把手、電梯按鈕等公共部位。③ 實驗室內(nèi)不得放食物，不能飲水或進食。④ 嚴(yán)格防止化學(xué)品拋灑，如操作不慎污染實驗記錄本等。⑤ 從實驗室進入辦公室時的物品，如實驗記錄本、衣服等，不得與食物接觸。⑥ 化學(xué)品不得進入辦公室。⑦ 不用實驗容器盛放食物。⑧ 在辦公室飲水或進食前洗手。

在使用有毒液體化學(xué)品時，要采取有效通風(fēng)與防護措施防止吸入有毒液體蒸氣。

2.2.4氮氣與惰性氣體窒息

氮氣與惰性氣體可窒息致人死亡。使用此類氣體時，要注意防止泄露，可以安裝氣體泄漏報警器或氧氣探測器進行實時監(jiān)控。要特別注意進入密閉空間進行作業(yè)前的檢測，嚴(yán)格執(zhí)行密閉空間作業(yè)相關(guān)管理規(guī)定。

2.3 火災(zāi)預(yù)防

燃燒在時間或空間上失去控制，就會造成災(zāi)害，即為火災(zāi)。燃燒必須同時具備可燃物、氧化劑和點火源3個條件。易燃氣體、易燃氣溶膠、易燃液體、易燃固體、自反應(yīng)物質(zhì)或混合物、自燃液體、自燃固體、自熱物質(zhì)和混合物等均可以作為可燃物參與燃燒；而氧化性氣體、氧化性液體、氧化性固體、有機過氧化物等均是常見的氧化劑。點火源指具有一定能量，能夠引起可燃物燃燒的能源，主要有明火、電火花、沖擊與摩擦火花等。

根據(jù)文獻報道和事故案例，化學(xué)類實驗室發(fā)生火災(zāi)的常見原因有危險化學(xué)品引發(fā)火災(zāi)，用電設(shè)備引發(fā)火災(zāi)，點火源引發(fā)火災(zāi)，電路引發(fā)火災(zāi)等[16]。

2.3.1點火源管理

化學(xué)類實驗室易燃物及可燃物種類和數(shù)量繁多，一旦遇到點火源，容易引發(fā)火災(zāi)。實驗室內(nèi)常見及容易引起忽略的點火源有：① 加熱用火，如酒精燈、煤氣噴燈、氫氧焰、冬季取暖設(shè)備等；② 電氣火花，包括電氣設(shè)備各類開關(guān)、保險絲、電線接頭處等，在斷開或接通電源時，易產(chǎn)生火花；③ 設(shè)備余熱，如電吹風(fēng)、加熱槍等使用完畢后，雖關(guān)閉電源，但其余熱碰到易燃物時，仍可能引發(fā)火災(zāi)；④ 蚊香、蟑螂熏劑等明火驅(qū)蚊驅(qū)蟲用品；⑤ 固體高溫表面，如馬弗爐、烘箱、烤箱等外殼；⑥ 機械火花；⑦ 靜電火花等。在實驗室內(nèi)，要注意加強對這些點火源的安全管理，避免其引發(fā)火災(zāi)。

2.3.2危險化學(xué)品火災(zāi)預(yù)防

危險化學(xué)品引發(fā)的火災(zāi)可以分為?；繁４娌划?dāng)引發(fā)的火災(zāi)和使用不當(dāng)引發(fā)的火災(zāi)。在保存及使用過程中，易于自燃的物質(zhì)，遇水放出易燃氣體的物質(zhì)，氧化性物質(zhì)和有機過氧化物容易引起著火，需要特別小心。常見的此類物質(zhì)有黃磷、三乙基鋁、鈉等，這類化學(xué)品應(yīng)單獨存放，且保存在合適的環(huán)境中，如黃磷保存在水中，鈉密封保存在煤油或石蠟中，并經(jīng)常檢查。

有些化學(xué)物質(zhì)混合后，極易引起著火，對于此類化學(xué)反應(yīng)，在操作時應(yīng)當(dāng)特別謹(jǐn)慎，儲存時也應(yīng)隔離。表5列出了部分化學(xué)實驗室內(nèi)容易混合起火的反應(yīng)[13]。

2.3.3設(shè)備引發(fā)火災(zāi)預(yù)防

除上述電吹風(fēng)、加熱槍等加熱設(shè)備使用不當(dāng)可作為點火源引發(fā)火災(zāi)外，用電設(shè)備超負荷使用、使用環(huán)境惡劣或超過其使用壽命時，也容易發(fā)生故障，引起著火。

在進行化學(xué)反應(yīng)時，一旦發(fā)生飛溫，則可能引發(fā)火災(zāi)甚至爆炸。在使用溫度控制類儀器設(shè)備(以下簡稱為溫控儀)進行溫控化學(xué)反應(yīng)時，要注意：① 根據(jù)實驗需求和周邊環(huán)境選用合適型號和規(guī)格的溫控儀，并從有資質(zhì)廠家購買。② 試用時應(yīng)有人全程監(jiān)控。③ 應(yīng)安放在潔凈環(huán)境中且穩(wěn)固，不得放置在窗口、空調(diào)出風(fēng)口等易淋雨、風(fēng)吹處，不得放置在臨時支撐物上，且應(yīng)遠離易燃及可燃物品；溫控儀的周圍應(yīng)當(dāng)留有足夠的維修檢查通道且透風(fēng)。④ 選擇合適的供電線路，嚴(yán)禁超負荷用電；接線應(yīng)穩(wěn)固；經(jīng)常檢查相關(guān)接頭、電路等是否有異味或其它異常現(xiàn)象。⑤ 應(yīng)當(dāng)根據(jù)產(chǎn)品說明書的要求和實際使用情況進行年檢，并按規(guī)定淘汰。⑥ 根據(jù)需求選擇合適類型的熱電偶。在使用時，應(yīng)確保熱電偶插入加熱設(shè)備內(nèi)并跟蹤其正常升溫；設(shè)置溫控儀斷電保護程序，在熱電偶短路或斷路時，切斷加熱電路。⑦ 合理利用溫控儀自身安全保護功能。⑧ 對于失控后可能引發(fā)嚴(yán)重后果的實驗，應(yīng)采用兩臺或多臺溫控儀共同監(jiān)控，以防個別溫控儀出現(xiàn)故障后造成事故；兩臺或多臺溫控儀監(jiān)控同一反應(yīng)時，應(yīng)確保只要其中一臺監(jiān)控到異常時，即可切斷電源并發(fā)出警報。

表5 化學(xué)類實驗室常見混合易起火反應(yīng)

使用既具有溫控功能，又具有加熱功能的溫控加熱攪拌器時，還應(yīng)注意：① 注意加熱油的選擇。不同種類的有機硅油使用溫度不同，溫控加熱攪拌器實驗著火，很大一部分原因是有機硅油選用不對，或長時間使用老化造成的。② 水浴時，應(yīng)經(jīng)常檢查水位是否覆蓋加熱爐絲，避免干燒。③ 夜間電壓不穩(wěn)，攪拌不均勻，容易引發(fā)反應(yīng)容器晃動甚至破碎。使用磁力攪拌子，容易造成磁子跳動，打碎玻璃容器；或者磁子不轉(zhuǎn)動，起不到攪拌的效果，導(dǎo)致導(dǎo)熱不均；此兩種情形均可能導(dǎo)致火災(zāi)及其它事故。④ 夜間水壓不穩(wěn)，水壓突然增大時，易造成冷凝水水管脫落，致使反應(yīng)容器過熱。

2.3.4電路火災(zāi)預(yù)防

電路超負荷使用或電線老化，也容易引發(fā)著火，釀成火災(zāi)。應(yīng)加強對電路的安全管理，嚴(yán)格按照設(shè)計負荷使用，并定期進行檢查，發(fā)現(xiàn)異味后及時進行維修；應(yīng)采取防漏電、防觸電、短路等技術(shù)措施及預(yù)警措施，以減少發(fā)生故障時的損失。

此外，化學(xué)實驗室的起重傷害事故主要包括公共電梯事故和實驗室內(nèi)起重設(shè)備事故等。其中公共電梯引起的起重傷害是所有中高層建筑普遍存在的風(fēng)險，在此不再詳述。實驗室內(nèi)起重傷害的預(yù)防要點有：① 要嚴(yán)格按照國家特種設(shè)備的管理規(guī)定，落實各項管理措施特別是持證上崗要求，定期進行維修保養(yǎng)，并監(jiān)督維修保養(yǎng)單位的工作質(zhì)量。② 注意非正常狀況下的使用，如臺風(fēng)、暴雨、火災(zāi)、漏水、斷電等對設(shè)備正常運行會造成影響。

3 結(jié) 語

運用風(fēng)險矩陣圖，對化學(xué)類實驗室事故風(fēng)險做了分析，總結(jié)出化學(xué)類實驗室著重預(yù)防爆炸、中毒及窒息和火災(zāi)三類高風(fēng)險科研安全事故，并有針對性地提出了一系列預(yù)防對策。提出從爆炸物、易爆炸反應(yīng)、爆炸性混合氣體和氣體鋼瓶四方面加強爆炸事故的預(yù)防；采取措施來加強劇毒品、有毒氣體、有毒液體和固體中毒事故和惰性氣體窒息事故的預(yù)防；提出強化點火源、危險化學(xué)品、用電設(shè)備和電路四個方面的管理來預(yù)防實驗室火災(zāi)的發(fā)生。

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