張曉華

(1.中石化安全工程研究院有限公司，山東青島 266104 2.中石化管理體系認(rèn)證(青島)有限公司，山東青島 266071)

0 前言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2021年8月，全國(guó)高校實(shí)驗(yàn)室總數(shù)為66 600個(gè)，其中教學(xué)實(shí)驗(yàn)室55 700個(gè)，科研實(shí)驗(yàn)室7 854個(gè)，其他實(shí)驗(yàn)室3 072個(gè)；專職實(shí)驗(yàn)室人員148 800人。隨著我國(guó)科研工作投入不斷加大，實(shí)驗(yàn)室總體規(guī)模不斷增大。

為了研究提升實(shí)驗(yàn)室安全的方法和對(duì)策，首先需要分析引起化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全事故的因素。賀蕾，等[1]分析了1997—2016年間的高校實(shí)驗(yàn)室安全事故，發(fā)現(xiàn)火災(zāi)性事故與爆炸性事故占81%，事故數(shù)量在逐年降低，而中毒人數(shù)沒有得到控制，提出了防控對(duì)策。丁靜，等[2,3]分析了各事故的成因，提出了管理對(duì)策。目前尚未有人對(duì)直接引發(fā)事故的化學(xué)品、設(shè)備等進(jìn)行分析，設(shè)備和操作層面的改進(jìn)建議亟待給出。

本文通過對(duì)近20年的實(shí)驗(yàn)室安全事故進(jìn)行分析，尋求發(fā)現(xiàn)引起化學(xué)實(shí)驗(yàn)室事故的化學(xué)品類別、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及其他因素，分析潛在的管理原因，為提高實(shí)驗(yàn)室安全操作、安全管理提供參考。

1 化學(xué)實(shí)驗(yàn)室事故總體情況分析

2021年共有4名科研人員或高校學(xué)生因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室安全事故死亡，實(shí)驗(yàn)室千人死亡率達(dá)到0.026，是2020年全國(guó)安全生產(chǎn)千人死亡率0.013的2倍。筆者收集了2001—2022年4月間國(guó)內(nèi)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室公開事故有93起，事故造成了14人死亡，119人受傷。

1.1 事故趨勢(shì)

2001—2021年間，我國(guó)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全事故呈現(xiàn)波浪式發(fā)展趨勢(shì)，見圖1。此趨勢(shì)表明一次嚴(yán)重事故出現(xiàn)后會(huì)引起大家意識(shí)提高，會(huì)有 2～3年低事故階段，當(dāng)事故被遺忘后，又會(huì)出現(xiàn)事故高發(fā)。說明我國(guó)實(shí)驗(yàn)室安全沒有得到制度化、系統(tǒng)化管理，高校、科研企業(yè)、政府監(jiān)管沒有常態(tài)化、制度化。

圖1 化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全事故趨勢(shì)分布

1.2 事故類型

在2001—2022年4月期間國(guó)內(nèi)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室公開的93起事故中，爆炸事故發(fā)生了49起，占比最高，達(dá)到53%；火災(zāi)事故發(fā)生33起，占比35%；中毒事故發(fā)生9起，占比10%，其中有毒物質(zhì)泄漏引起的中毒事故有7起；其他事故中機(jī)械傷害事故1起，燙傷事故1起。火災(zāi)、爆炸和中毒事故合計(jì)占比98%，燙傷、機(jī)械傷害等其他事故占比2%。由于事故數(shù)據(jù)來源于媒體，一些燙傷、割傷、機(jī)械傷害等影響范圍小的事故未上報(bào)或公開，此類事故未納入本次事故統(tǒng)計(jì)。

1.3 事故發(fā)生階段

分析事故發(fā)生的階段，見圖2。

圖2 事故發(fā)生階段

57起事故發(fā)生在實(shí)驗(yàn)階段，占比61%；15起事故發(fā)生在化學(xué)品儲(chǔ)存過程，占比16%；9起事故發(fā)生在日常時(shí)間，如電線短路事故。

7起事故發(fā)生在清理階段，主要是清洗以前存留的試劑瓶，因不明試劑類別用水清洗或刮擦導(dǎo)致事故：其中3起事故涉及的不明雜質(zhì)為氫化鈣、鋰、鈉等，遇水反應(yīng)生成氫氣燃爆；2起事故涉及的雜質(zhì)為多氮物易爆物質(zhì)，清洗人使用硬匙刮擦導(dǎo)致爆炸；1起事故是存留試劑反應(yīng)形成易爆氣體；1起事故是違章自行燃燒剩余易爆品引發(fā)火災(zāi)和人員受傷。

5起事故發(fā)生在安裝調(diào)試或維修階段，其中1起為搬運(yùn)設(shè)備擠壓死亡；1起為樣品處理間的排風(fēng)櫥因長(zhǎng)期使用高氯酸，在維修時(shí)電鉆產(chǎn)生電火花引起燃燒；1起是維修時(shí)色譜儀內(nèi)一色譜柱被卸走，導(dǎo)致大量氫氣泄漏到色譜柱箱內(nèi)，開機(jī)未試漏導(dǎo)致爆炸；1起為更換硫化氫氣體鋼瓶時(shí)，氣體泄漏導(dǎo)致人員中毒死亡；1起嚴(yán)重事故是2013年南京某大學(xué)校內(nèi)一廢棄實(shí)驗(yàn)室拆遷，因?qū)嶒?yàn)室有遺留爆炸品未處理好，施工過程發(fā)生意外爆炸，現(xiàn)場(chǎng)施工的工人1人死亡，1人重傷，2名輕傷。

1.4 人員受傷部位

通過分析人員的受傷部位，可以識(shí)別科學(xué)合理的個(gè)體防護(hù)裝備配備。如圖3，手部受傷的事故起數(shù)是10起，占比11%，但實(shí)驗(yàn)事故中手部受傷大部分是爆炸引起，手套主要是防護(hù)腐蝕，對(duì)預(yù)防爆炸事故的作用有限，預(yù)防手部爆炸傷害的方法應(yīng)考慮使用工具操作。呼吸系統(tǒng)傷害事故9起，占比10%，人員試驗(yàn)時(shí)沒有佩戴防中毒口罩導(dǎo)致泄漏后人員中毒。眼睛和面部傷害事故各8起，占比均為9%，實(shí)驗(yàn)人員未在通風(fēng)櫥中實(shí)驗(yàn)、未佩戴防護(hù)眼鏡，導(dǎo)致眼睛和面部傷害。頭部傷害2起，1起是高壓反應(yīng)釜彈起后打擊頭部死亡事故，高壓反應(yīng)釜等有壓力沖擊風(fēng)險(xiǎn)的操作可通過佩戴安全帽避免嚴(yán)重傷害。

圖3 化工實(shí)驗(yàn)室事故傷害部位分析

2 化學(xué)實(shí)驗(yàn)室事故原因統(tǒng)計(jì)分析

2.1 事故直接原因

粗略分析引起化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全事故的直接原因，見圖4。61起事故是操作不當(dāng)引起，占比66%；21起事故與設(shè)備缺陷有關(guān)，占比22%；10起事故與環(huán)境不整潔有關(guān)，占比11%?？梢钥闯?，實(shí)驗(yàn)室不但人員技能和安全意識(shí)有待改進(jìn)，在設(shè)備本質(zhì)安全、環(huán)境管理方面也有很大改進(jìn)空間。

圖4 化工實(shí)驗(yàn)室安全直接原因

a) 操作不當(dāng)包括：下班離開未關(guān)閉電源(5起，占比5%)、實(shí)驗(yàn)過程離開(3起)、反應(yīng)速度過快、私自擴(kuò)大反應(yīng)規(guī)模、反應(yīng)物質(zhì)不稱重、違規(guī)使用高溫加熱爐加熱反應(yīng)釜、誤取反應(yīng)藥品投入反應(yīng)、不按照操作規(guī)程操作高壓反應(yīng)釜等。

b) 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境管理不規(guī)范，引起事故的情況包括：①實(shí)驗(yàn)室存放備用化學(xué)品，垃圾不及時(shí)清理，走廊存放紙箱及其他易燃物等，少量火花噴濺引起火災(zāi)或爆炸；②存放試劑的冰箱放在實(shí)驗(yàn)室中，冰箱短路或不防爆引發(fā)試劑爆炸，導(dǎo)致人員傷亡；③亂拉電線，導(dǎo)致電線短路引發(fā)火災(zāi)；④氫氣等可燃?xì)馄糠胖迷趯?shí)驗(yàn)室，泄漏或引燃導(dǎo)致人員傷亡；有毒氣瓶放置實(shí)驗(yàn)室，監(jiān)測(cè)設(shè)備缺失，泄漏導(dǎo)致人員中毒死亡；⑤通風(fēng)櫥不進(jìn)行定期清掃，累積易燃易爆物等維修時(shí)引發(fā)爆炸；⑥實(shí)驗(yàn)室本質(zhì)安全設(shè)計(jì)中未設(shè)計(jì)通風(fēng)櫥、可燃或有毒氣體監(jiān)測(cè)設(shè)備，無洗眼器、淋浴設(shè)備或有相關(guān)設(shè)施但無法正常使用等。實(shí)驗(yàn)人員在不具備安全條件的情況下操作，不能預(yù)防或減緩事故后果。

2.2 事故管理原因分析

經(jīng)過分析，事故的管理原因主要有兩個(gè)層面：①政府監(jiān)管不嚴(yán)；②高校和科研機(jī)構(gòu)管理不規(guī)范。

a) 目前我國(guó)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)仍然欠缺，沒有建立化學(xué)實(shí)驗(yàn)室分級(jí)要求、本質(zhì)安全設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)室安全管理、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；政府監(jiān)管不嚴(yán)格，從國(guó)家到地方政府沒有建立對(duì)實(shí)驗(yàn)室的定期檢查、隱患和事故處罰機(jī)制，導(dǎo)致大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)安全管理重視不足，投入少。

b) 高校和科研機(jī)構(gòu)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室存在的管理問題有：①實(shí)驗(yàn)室安全管理組織機(jī)構(gòu)不健全、安全管理人員不專業(yè)。②沒有建立系統(tǒng)化、科學(xué)化的管理體系、管理制度、管理標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致一系列的問題，包括職責(zé)不清，科研人員和學(xué)生培訓(xùn)不系統(tǒng)甚至沒有培訓(xùn)；實(shí)驗(yàn)室硬件設(shè)施不具備[4]；操作沒有方案或規(guī)程；應(yīng)急設(shè)施和應(yīng)急物資沒有或未及時(shí)維護(hù)；化學(xué)品儲(chǔ)存不具備條件，劇毒化學(xué)品管理不規(guī)范；對(duì)設(shè)備設(shè)施檢查和定期維護(hù)沒有或不專業(yè)；維修維護(hù)沒有進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估沒有方案等等。③高校和科研機(jī)構(gòu)沒有利用好智能科技的發(fā)展成果，通過信息化技術(shù)和智能監(jiān)測(cè)技術(shù)提升管理水平和風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)水平。

3 事故涉及化學(xué)品、設(shè)備分析

3.1 事故涉及的化學(xué)品

引起化學(xué)實(shí)驗(yàn)室事故的化學(xué)品種類較多，分析發(fā)現(xiàn)有一些化學(xué)品事故重復(fù)發(fā)生、多次發(fā)生，應(yīng)該特別警惕，見圖5。

圖5 引起化學(xué)實(shí)驗(yàn)室事故的化學(xué)品

a) 涉氫氣事故14起，占比15%。涉氫氣事故包括：氫氣瓶使用過程中泄漏，將氫氣與其他氣體混合作為反應(yīng)物達(dá)到爆炸極限，活性金屬與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣、氫化鈣等其他物質(zhì)在反應(yīng)過程中產(chǎn)生氫氣。氫氣在空氣中的點(diǎn)火能量?jī)H為20μJ，遠(yuǎn)低于化學(xué)纖維摩擦所產(chǎn)生靜電火花的能量，所以氫氣極易被環(huán)境中的靜電火花、電氣火花等點(diǎn)火源引爆。如2018年北京某大學(xué)進(jìn)行垃圾滲濾液污水處理科研試驗(yàn)，使用攪拌機(jī)對(duì)鎂粉和磷酸攪拌反應(yīng)過程中，料斗內(nèi)產(chǎn)生的氫氣被攪拌機(jī)轉(zhuǎn)軸處金屬摩擦、碰撞產(chǎn)生的火花點(diǎn)燃爆炸，爆炸引起周邊鎂粉(實(shí)驗(yàn)室存放多桶鎂粉)和其他可燃物燃燒，造成現(xiàn)場(chǎng)3名學(xué)生死亡。

b) 自燃物引起的事故占比10%，其中活性金屬引發(fā)的事故有7起。發(fā)生事故的自燃物包括活性金屬鋰、鈉、雷尼鎳，活性金屬化合物，如叔丁基鋰，還包括極度易燃的乙醚、石油醚、二硫化碳等。自燃物事故多是發(fā)生在取用時(shí)意外掉落或意外暴露時(shí)，周邊有垃圾箱等易燃物引起火災(zāi)。2015年12月18日，北京市某大學(xué)化學(xué)系實(shí)驗(yàn)室因?qū)嶒?yàn)室儲(chǔ)存的危險(xiǎn)化學(xué)品叔丁基鋰燃燒發(fā)生火災(zāi)，引起存放在實(shí)驗(yàn)室的氫氣氣瓶在火災(zāi)中發(fā)生爆炸，造成一名正在做實(shí)驗(yàn)的博士后當(dāng)場(chǎng)死亡。

c) 有毒物質(zhì)引發(fā)中毒事故9起，占比10%，導(dǎo)致事故的有毒物質(zhì)有N-二甲基亞硝胺(劇毒)、硫化氫(劇毒)、氯硅烷、氬氣、丙烯醛、一氧化碳、甲醇、甲醛、氨氣等。中毒事故最多的是泄漏導(dǎo)致人員中毒，泄漏原因包括實(shí)驗(yàn)過程離開、氣瓶泄漏、夏季高溫導(dǎo)致管線內(nèi)物料蒸發(fā)、拆裝泄漏等。其他中毒事故還包括：對(duì)劇毒化學(xué)品管理不嚴(yán)，學(xué)生帶出N-二甲基亞硝胺投毒導(dǎo)致一人死亡；誤將一氧化碳?xì)怏w接至通另一實(shí)驗(yàn)室輸氣管導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室內(nèi)1人死亡；甲醇試劑沒有標(biāo)簽導(dǎo)致誤飲中毒等。

d) 強(qiáng)氧化物導(dǎo)致的事故有5起，占比5%。導(dǎo)致事故的強(qiáng)氧化物有高錳酸鉀(2起)、雙氧水(2起)、過氧化物(1起)。在有強(qiáng)氧化物參與或產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)中，反應(yīng)物的質(zhì)量沒有進(jìn)行計(jì)算、反應(yīng)速率沒有控制等導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)物迅速生成，超壓引發(fā)爆炸。2016年9月21日，上海某大學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行氧化石墨烯實(shí)驗(yàn)發(fā)生爆炸，導(dǎo)致2名學(xué)生重傷，其中一名學(xué)生幾乎雙目失明，操作過程中加入高錳酸鉀不稱重，無操作規(guī)程，不佩戴防護(hù)眼鏡，眼睛噴濺上濃硫酸和高錳酸鉀后又沒有洗眼裝置進(jìn)行清洗急救，通風(fēng)櫥無法正常使用。此類事故也反映了一些高校缺乏最基礎(chǔ)的安全管理。

e) 鋁鎂粉爆炸事故3起，低沸點(diǎn)溶劑揮發(fā)導(dǎo)致火災(zāi)事故3起，多氮易爆物爆炸2起，高熔點(diǎn)金屬熔融過程噴濺導(dǎo)致火災(zāi)事故2起。這些物質(zhì)極易引發(fā)事故，卻容易被忽視。一起事故是油浴中常年累月被滴入低沸點(diǎn)物質(zhì)，裸露的加熱絲引燃了油浴中的有機(jī)物引發(fā)火災(zāi)；一起事故是電阻坩堝熔化爐內(nèi)的金屬液體意外飛濺，引燃旁邊垃圾桶內(nèi)的可燃物導(dǎo)致4人燙傷。

3.2 事故涉及的設(shè)備

設(shè)備引發(fā)的事故統(tǒng)計(jì)見圖6，其中涉及最多的設(shè)備是玻璃器皿，9起事故因大部分實(shí)驗(yàn)是在玻璃器皿中反應(yīng)或者存放。電氣設(shè)備和電線導(dǎo)致火災(zāi)事故有9起，占比10%；因氣瓶管理不當(dāng)導(dǎo)致事故6起，占比6%；其他事故還有：存放試劑的冰箱導(dǎo)致事故5起、高壓釜事故3起、烘箱事故1起、攪拌器事故1起。

圖6 設(shè)備引發(fā)事故統(tǒng)計(jì)

設(shè)備缺陷事故原因包括：電氣設(shè)備和電路缺少檢查維護(hù)，短路引發(fā)火災(zāi)事故；存放試劑的冰箱不防爆引發(fā)爆炸；產(chǎn)生氫氣等易爆物質(zhì)的反應(yīng)使用非防爆攪拌器；化學(xué)反應(yīng)在達(dá)不到防護(hù)條件的容器中進(jìn)行，例如使用玻璃器皿或者反應(yīng)釜沒有設(shè)計(jì)溫度、壓力監(jiān)測(cè)儀表，沒有安全閥、聯(lián)鎖等。還有一些設(shè)備事故是操作不當(dāng)引起，如在烘箱中對(duì)含易燃揮發(fā)物的物質(zhì)烘干，導(dǎo)致爆炸；在氣瓶中配置達(dá)到爆炸極限的氣體引發(fā)爆炸；高壓反應(yīng)釜未降壓至安全狀態(tài)下開啟導(dǎo)致爆炸。

4 建議

根據(jù)事故教訓(xùn)和原因分析，建議高校和科研機(jī)構(gòu)從以下幾方面加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室安全管理：

a) 建議高校和科研機(jī)構(gòu)成立安全管理機(jī)構(gòu)，引進(jìn)或培養(yǎng)專業(yè)化的安全管理人員。

b) 建立實(shí)驗(yàn)室安全管理體系。建立系統(tǒng)化的管理體系，按照體系的策劃-實(shí)施-檢查-提升的原則持續(xù)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)室安全管理水平。

c) 規(guī)范實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理。針對(duì)事故情況，重點(diǎn)做好3個(gè)方面工作：①實(shí)驗(yàn)室中的許多設(shè)備是非標(biāo)設(shè)備，由實(shí)驗(yàn)人員自己設(shè)計(jì)、委托生產(chǎn)，因此設(shè)備管理要從設(shè)計(jì)開始。非標(biāo)設(shè)備應(yīng)經(jīng)安全、設(shè)備、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的人員進(jìn)行設(shè)計(jì)審查，特別注意設(shè)備應(yīng)設(shè)計(jì)溫度、壓力、液位等參數(shù)監(jiān)測(cè)儀表，設(shè)計(jì)安全閥、爆破片、聯(lián)鎖、切斷閥等安全設(shè)施；②實(shí)驗(yàn)完成后，一個(gè)季度不再使用的設(shè)備就應(yīng)將內(nèi)部物料進(jìn)行安全轉(zhuǎn)移，由安全專業(yè)人員進(jìn)行安全審查，掛上“閑置，禁止使用”標(biāo)識(shí)；③編制完善的設(shè)備操作規(guī)程，做好人員培訓(xùn)，對(duì)于如壓力釜、氣瓶、烘箱、色譜儀等事故多發(fā)設(shè)備，建議進(jìn)行安全操作培訓(xùn)、授權(quán)后方可使用。

d) 規(guī)范化學(xué)品管理?；瘜W(xué)品管理需要同時(shí)提升技術(shù)措施和管理措施。①配置合格的試劑存放間、存放柜，劇毒品按照雙人雙鑰匙管理；試劑按照化學(xué)反應(yīng)性質(zhì)分類存放，并配置泄漏托盤；②實(shí)驗(yàn)室配備洗眼器、淋浴、消防設(shè)備等應(yīng)急設(shè)施；③有毒與可燃?xì)馄看娣诺姆块g安裝可燃或有毒氣體監(jiān)測(cè)報(bào)警儀表，數(shù)據(jù)可傳至值班室，易燃易爆化學(xué)品的存放冰箱應(yīng)是防爆型冰箱；④化學(xué)品實(shí)驗(yàn)應(yīng)在通風(fēng)櫥中進(jìn)行；⑤化學(xué)品存放處應(yīng)建立化學(xué)品相容性反應(yīng)矩陣，實(shí)驗(yàn)室和試劑間都應(yīng)存放化學(xué)品安全說明書(SDS)；⑥實(shí)驗(yàn)前應(yīng)預(yù)測(cè)反應(yīng)方程式，設(shè)計(jì)反應(yīng)物的質(zhì)量，提前策劃反應(yīng)過程的控制措施；⑦對(duì)自燃物、多氮易爆物、有毒物、涉氫氣等實(shí)驗(yàn)應(yīng)清除周邊易燃物，包括垃圾、窗簾等，減少現(xiàn)場(chǎng)人員，編制好操作規(guī)程，進(jìn)行培訓(xùn)授權(quán)后方可操作。