孙建波， 孙 冲， 靳亚鹏， 韩 彬

(中国石油大学(华东) 机电工程学院，山东 青岛 266580)

·实验室环境与安全·

本质安全型H2S腐蚀实验室的建设与安全管理实践

孙建波， 孙 冲， 靳亚鹏， 韩 彬

(中国石油大学(华东) 机电工程学院，山东 青岛 266580)

H2S腐蚀实验室涉及剧毒H2S气体的使用，存在因气体泄漏带来的安全隐患。针对H2S腐蚀实验室的特殊性，从安全管理体系和安全设施建设两方面对实验室安全管理进行了探索。重点从安全管理规章制度、安全知识培训与考核和安全检查与维护等方面构建了H2S实验室安全管理体系。并采用技术手段，使H2S实验室安全设施系统有效地实现了H2S气体的浓度监测、报警通知以及泄漏气体处理等一系列自动应急处理。H2S腐蚀实验室的运行实践表明，所建立的实验室安全管理体系和安全防护设施能够实现该实验系统的本质安全目标，显著降低了H2S腐蚀实验室的安全事故风险。

H2S腐蚀实验室； 安全管理； 安全设施； 本质安全

0 引 言

实验室作为高校进行实践教学及科学研究的重要场所，同时也是安全事故的多发地带，往往会造成严重的财产损失和人员伤亡[1]。事故突发的原因主要包括安全管理体系不健全以及安全基础设施存在缺陷两个方面[2]。教育部专门发文要求高校加强实验室管理[3]，人们也通过研究中外高校安全管理规则差距[4-5]、构建新的安全体系[6-7]、加强实验室安全知识培训[8-9]等努力提高实验室安全管理水平。除了健全安全管理体系之外，实验室的安全基础设施建设同等重要，其作为实验室安全的基本保障，也是防患于未然的重要举措。

现阶段高校普遍重科研和教学任务，然而，在实验室安全管理体系及安全设施建设上仍然存在很多不足。主要表现为：安全意识淡薄；安全制度不完善，安全检查不力；安全教育体系不健全，缺乏系统性[6]。很多高校重视实验仪器设备的改善而忽视了安全设施的合理规划和配置，尤其是针对重要危险源的安全设施建设薄弱[10-11]。

随着含H2S油气田的开发，H2S引起的腐蚀问题日益突出，这也推动了H2S腐蚀实验室的建设与发展。H2S在标准状况下是一种易燃的酸性气体，无色，低浓度时有臭鸡蛋气味，超剧毒，其浓度达到2 000×10-6时，人体吸入一口立即死亡[12]。硫化氢还属于易燃危化品，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。2015年某大学发生的H2S气体泄漏事故，导致1人当场死亡，再一次引发了社会对于高校实验室安全的广泛关注。因此，构建本质安全型H2S腐蚀实验室，消除H2S气体泄漏带来的安全隐患，最大限度地预防和控制H2S实验室安全事故的发生，对于保障实验室人身财产安全、建设和谐稳定科研教学环境都有重要的意义。在借鉴国内外同类实验室先进经验和不足的基础上，从安全管理体系和安全设施建设两方面着手，设计并建立了一套完善的H2S安全管理及评价体系和规范化的H2S腐蚀实验与防护系统，力求达到实验室运行的本质安全。

1 H2S腐蚀实验室安全管理与评价体系

国内外高校实验室安全管理工作的先进经验表明，一套成熟的工作体系应该包含以下5个方面[13-15]：组织机构完善、规章制度健全、安全教育严格、安全监督到位以及安全设施齐全。结合H2S腐蚀实验室的固有特点，建立了适用于H2S腐蚀实验室的安全管理与评价体系，如图1所示，主要包括H2S实验室安全管理规章制度、H2S实验室安全知识培训与考核和H2S实验室安全检查与维护等3个主要部分。

图1 H2S实验室安全管理体系

1.1 H2S实验室安全管理规章制度

实验室安全管理制度是促进安全管理工作标准化、规范化和科学化的重要内容[16]，安全管理的顺利实施离不开一系列安全规章制度的建立[17]。经过长期实践，逐步形成了一套完善的H2S实验室安全管理制度，包括“H2S实验室管理守则”“H2S实验室卫生管理制度”“H2S实验室化学药品的使用管理制度”“H2S实验室气体钢瓶使用规则”“H2S实验室仪器设备使用管理办法”“H2S实验室仪器设备安全使用规范和日常维护”“H2S实验室安全准入制度”及“H2S实验室奖惩制度”等一系列规章制度。其中，H2S实验室安全准入制度的建立，进一步加强了实验室的强制安全要求。实验室设置了外开式指纹识别的门禁系统，实验室负责人是唯一授权人。凡是要进入H2S实验室进行实验操作的人员，必须进行安全操作规程和基本实验技能考核，安全培训考核成绩达到优秀的实验室人员方可获得授权。与此同时，制定H2S实验室奖惩制度，对于遵守实验室制度表现突出者给予表扬和奖励，而对于违反实验室规章制度的人员，视情节轻重分为口头批评教育、内部通告、暂停实验资格、停止实验资格等4个等级，进一步对实验室操作人员的行为进行约束。

H2S实验室安全管理规章制度的建立，可以明确和落实安全责任，保障实验室安全管理有章可循、有法可依，将H2S实验室安全纳入规范化、制度化管理的良性轨道。

1.2 H2S实验室安全知识培训与考核

作为安全管理的重要内容之一，安全教育是保障高校实验室安全的重要措施和关键所在[18]。鉴于H2S实验室的高危性，加强对实验人员的安全知识教育、培训与考核是实现实验室本质安全的首要措施。H2S腐蚀实验室自2011年建成以来，通过不断地探索和改进，逐步形成了完善的、严格的安全培训与考核评价体系。实验室采取发放学习材料、举办专题讲座、课堂教学、现场操作以及应急演习等多种形式，每年定期对新生、新教工以及已进入实验室的科研人员进行安全知识教育和安全技能培训。学习资料涵盖实验室规章制度、基本安全常识、H2S常识和学科专业安全知识等，让实验人员自主安排学习进度，初步认识实验室安全问题。在此基础上，安排专业人员进行安全知识专题讲座和课堂教学，如邀请H2S气体供应公司专业人员介绍H2S气体及气瓶使用和存放等安全常识，安排设备负责人介绍H2S相关设备的操作安全规范和应急处理等专业知识，让实验人员能够全面认识H2S和实验室的安全问题，了解潜在的危险源及事故类型，掌握事故预防基本知识和技能。在具备了一定的安全理论知识的基础上，对实验人员进行安全技能培训，由实验室具有丰富操作经验的专业人员，现场教授H2S相关设备的操作流程，进行安全事故防范演习和训练，如H2S检测设备使用，H2S防护设备佩戴与使用，H2S泄漏应急处理方法等等，让实验人员进一步掌握有效防范和处置泄漏的技能和方法。最后，对实验人员进行考核，考核分为理论和实践考核两部分，任何一项不合格均不能通过考核。两项考核成绩达到优秀(不低于90分)的人员方可由实验室负责人授权，获得进入实验室的资格。另外，实验室每年至少进行一次H2S泄漏应急处理演习，切实做到警钟长鸣。

1.3 H2S实验室安全检查与维护

安全检查体系的指导性和适用性是保证实验室各项规章制度落到实处的关键所在[19]。研究并设计了“高校实验室安全检查项目表”[20]，将安全检查指标进行细化，提高了实验室开展安全监督的针对性和可操作性。与此类似，在配合校、院两级安全检查管理体制下，实验室根据实际情况定期开展实验室安全检查与维护，其内容包含实验室环境、防护设施、水电安全、仪器设备、气体气瓶等安全性指标。各项目细分至个人，由专人负责记录和维护各项目的日常情况，实验室负责人定期检查各项目的执行情况，及时排除安全隐患以降低事故发生的概率。

2 H2S腐蚀实验室安全系统的设计与实现

除了健全的实验室安全管理制度以保障安全工作有章可循之外，实验室的安全设施建设是降低事故发生概率的重要技术支撑[21]。为了实现实验室本质安全目标，针对H2S气体的特殊危险性，对H2S腐蚀实验室进行了科学规划与建设。

2.1 实验室安全设施系统的功能设计

在借鉴北京科技大学、中国石油大学(北京)、中国石油集团石油管工程技术研究院、阿尔伯塔大学等H2S腐蚀实验室建设经验的基础上，通过融合与改进，建立了一套本质安全型H2S腐蚀实验系统。该系统能够做到即使在误操作或发生故障的情况下也不会造成H2S中毒事故。H2S腐蚀实验系统设计及各功能区域划分，如图2所示，主要包括：①腐蚀实验系统(隔离区)；②气体监测系统；③控制系统；④报警系统；⑤尾气处理系统；⑥远程监控系统；⑦急救、消防、防护设施。H2S腐蚀实验系统各区域内均设有全天候视频监控系统，进一步提升了实验室的安全等级，同时也为实验室定期检查与改进提供关键的信息支撑。

图2 H2S腐蚀实验室各功能区示意图

(1) 腐蚀实验系统(隔离区)。该区域处于密闭的操作空间，与实验系统其它功能区相互隔离。腐蚀实验系统与控制系统之间的隔离墙上设置单向通风口，在排风装置启动时仅允许空气由外部向隔离区内部流动，以利于H2S气体快速排出。作为H2S腐蚀实验室的核心操作区，实验过程中经常涉及到高温高压的实验条件并伴随着充放高浓度H2S气体的操作，因而也是H2S泄露的主要危险源。实验区中设置高压气瓶存放区，并配备了气瓶固定装置。此外，鉴于H2S易燃易爆的性质，所有用电设备的电源控制器或插头均设置于腐蚀实验系统区域之外的安全区域。

(2) 气体监测系统。实验室内安置了多个智能化H2S探测器，用以对实验系统各个区域H2S浓度的全方位实时监测[22-23]，如图2中①～③所示。①号探测器位于气瓶存放区，防止H2S气瓶发生意外泄露；②号探测器位于腐蚀反应釜附近，用于对实验过程中的安全状态进行实时监测；③号探测器位于隔离区单向门外，实时监测安全区H2S浓度。另外，进入腐蚀试验区的实验人员均须随身佩戴便携式H2S探测器。根据标准《GBZ 2.1-2007 工作场所有害因素职业接触限值-化学有害因素》，设定H2S气体探测器的阈值为3×10-6。H2S探测器通过控制系统与报警系统及尾气处理系统联动，一旦实验室内H2S气体浓度超过10×10-6，自动启动报警系统和尾气处理系统。

(3) 控制系统。控制系统实现了对高温高压反应釜、报警装置及尾气处理装置的同步关联，同时可将信号进行远传至远程监控系统，实现远程监控。控制系统接收来自H2S气体探测器的实时数据，一旦H2S浓度超过其设定阈值则立即触发应急处理程序——关停反应釜、启动报警和尾气处理系统。此外，控制系统配有不间断电源，保证在实验室突发断电的情况下，仍具备H2S浓度监测和报警功能。

(4) 报警系统。可同步实现声光报警、电话报警以及远程监控报警。

(5) 尾气处理系统。实验尾气排空前需经过两级处理—碱液池(⑤-1区)一级处理和喷淋塔(⑤-2区)二级处理。经过一级处理后未完全消耗的H2S气体经排风系统送入喷淋塔，经过填料层，与氢氧化钠吸收液进行中和反应，吸收液在塔底经水泵增压后在塔顶喷淋而下，最后回流至塔底循环使用。尾气排放浓度控制在10×10-6以下。

(6) 远程监控系统。可实时显示腐蚀实验系统实验装置和设备的运行参数及H2S浓度。在实验室无实验人员的情况下，一旦实验设备运行参数出现异常或H2S浓度超标，远程控制系统警示灯亮并报警，确保实验人员能够及时发现设备异常，排除隐患。

(7) 急救、消防、防护设施。实验室的近门区域设置了个人防护用具区，包含实验操作服、H2S便携式检测器，过滤性防毒面具、正压式空气呼吸机等；灭火器材区常备泡沫及干粉式灭火器等；急救设施区常备急救氧气瓶、急救药箱等。远程监控区同时常备H2S便携式检测器，过滤性防毒面具、正压式空气呼吸机等应急处理设施。

2.2 实验室安全设施系统功能的实现

在进行H2S腐蚀实验过程中，一旦H2S气体探测器检测的H2S浓度超过设定阈值，控制系统立即发出指令，同步进行一系列应急操作。

(1) 断电。切断实验区内所有设备电源，实验装置停止加热，避免高温或电火花引起H2S气体燃烧或爆炸。

(2) 警示。启动近、远程报警系统，立即发出声光报警，同时拨打包括实验室负责人、制定轮值管理人及实验人员等5名以上相关人员的24 h手机电话进行报警。多种警报方式结合使用可以充分保证责任人及时获取信息，并采取措施进行H2S泄漏应急处理，以避免酿成事故。

(3) 气体处理。控制系统自动启动排风系统及喷淋塔装置，风机将气体抽入喷淋塔，减少室内H2S浓度，喷淋塔进一步实现气体的深度处理。

(4) 泄漏善后。H2S气体浓度降低至设定阈值之后，实验负责人员携带H2S检测器，佩戴正压式空气呼吸机等防护装备进入实验区进行善后处理。

H2S实验室安全设施系统有效地实现了H2S气体的浓度监测、报警通知以及气体处理等一系列应急处理动作，为实验室安全事故的预防和控制提供了强有力的技术保障。

3 H2S实验安全管理体系和腐蚀实验系统的实际效果

H2S实验室安全管理体系及腐蚀实验系统自2011年7月建成以来，经过不断地探索、改进和完善，完全实现了高安全性、高可靠性的本质安全目标。H2S腐蚀实验系统自投入运行以来，没有发生因H2S泄漏导致的人员伤亡等安全事故。2012年10月，利用该腐蚀实验系统开展高压H2S(16 MPa)腐蚀实验过程中，由于H2S浓度过高，在升温过程中H2S状态剧变，导致实验装置内部压力剧升，实验装置安全阀爆破片发生爆破，引起高浓度H2S泄漏。报警系统迅速做出响应，切断高压反应釜电源，启动排风系统，发出声光报警及电话报警。期间，腐蚀实验系统以外的安全区域并没有检测到有H2S逸出。待实验室内H2S浓度低于设定阈值、控制系统报警解除后，实验人员穿戴空气呼吸机，携带检测器进入实验室进行后续处理。H2S腐蚀实验系统在这次H2S意外泄漏事故中经受住了考验，也验证了其高安全性和高可靠性。

4 结 语

针对H2S腐蚀实验室含有重大危险源的特点，从安全管理体系以及安全设施两方面对实验室进行了安全建设，积极探索现代化的安全管理方法和技术手段。实验室所制定的安全管理制度科学完备、规范可行，整套H2S腐蚀实验系统着重强调事前预防，同时注重事后处理。实验室自建成以来未出现任何安全事故，实现了本质安全的建设目标。当然，实验室的安全工作是一个动态过程，务必建立实验室安全管理的长效机制，切实做到“警钟长鸣、预防为主”，保障实验室人身财产安全及教学、科研事业的顺利发展。

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Construction and Safety Management Practices of Intrinsically Safe H2S Corrosion Laboratory

SUN Jianbo, SUN Chong, JIN Yapeng, HAN Bin

(School of Mechanical and Electronic Engineering, China University of Petroleum, Qingdao 266580, Shandong, China)

H2S corrosion laboratory involves the use of highly toxic H2S gas and there exists the security risk caused by H2S gas leakage. In view of the particularity of H2S corrosion laboratory, the safety management of laboratory was explored from safety management system and safety facility construction. The safety management system of H2S laboratory was set up from the aspects of safety management rules and regulations, safety knowledge training and assessment and safety inspection and maintenance. And the H2S laboratory safety facility system was effectively used to implement a series of automatic emergency treatment such as H2S gas concentration monitoring, alarm notification and leak gas treatment. The operation practice of the H2S corrosion laboratory shows that the establishment of the laboratory safety management system and safety protection facilities can achieve the intrinsic safety objectives of the experimental system, significantly reduce the risk of accidents of H2S corrosion laboratory, which is of great reference value to the similar laboratories in colleges and universities at home and abroad.

H2S corrosion laboratory; safety management; safety facilities; intrinsic safety

2016-11-22

山东省高等学校教学改革重点项目(2012018)；全国工程专业学位研究生教育自选研究课题(2016-ZX-280)；中国石油大学(华东)研究生教育研究与教学改革重点项目(YJ-A1406)

孙建波(1975-)，男，山东海阳人，博士，副教授，材料科学与工程系主任，主要从金属腐蚀与防护领域的教学与科研。

Tel.:0532-86983503-8625;E-mail:sunjianbo@upc.edu.cn

G 642.423

A

1006-7167(2017)08-0294-05