张丽芳,赵 云,倪中海

(中国矿业大学化工学院,江苏徐州 221116)

0 前言

近些年,随着我国经济的快速发展和科学技术的不断进步,高等院校和科研院所进行科研实验实践的实验室数量不断增长,条件逐步改善。然而伴随着实验室规模的扩大、人员和设备的增多,实验室内存在的安全隐患也日益暴露出来。据统计[1],由实验气体造成的事故占有很大比例,在造成人员死亡的实验室事故中,由易燃气体和有毒/窒息性气体造成的死亡人数占总统计事故死亡人数的76.92%。所以,实验气体的安全使用是实验室安全的重要方面之一。

随着实验室安全问题的暴露和相关部门安全方面法律或条例的强化,各科研单位也认识到实验室安全问题的重要性和紧迫性,开始进行安全问题整治和安全设施建设[2,3]。在多方努力下,实验室安全工作取得了一些成效,科研人员的安全意识也逐步提升。在实验室气体安全使用方面,目前的隐患排查治理一般偏向静态和表面过程,而在实际科研活动中,动态和隐性风险点可能更具危险性。在此,结合国家标准和气瓶使用相关规程,对这些动态和隐性风险点进行辨识、评估和管控方案研究。

1 实验室气体使用隐患分析

1.1 气瓶的搬运和装卸过程

气瓶的搬运和装卸过程指气瓶到达使用单位后至进入实验室或气瓶间的卸车和搬运的动态过程。这一过程发生在实验楼宇内外,因实验楼宇及周围往往人员较密集,如果出现危险,会造成大的危害。我国国家标准GB/T 34525—2017[4]中有如下相关条款。

a) 气瓶的搬运[4]:近距离搬运气瓶,凹形底气瓶及带圆形底座气瓶可采用徒手倾斜滚动的方式搬运。距离较远或路面不平时,应使用特制机械、工具搬运,并妥善加以固定。不应用肩扛、背驮、怀抱、臂挟、托举或二人抬运的方式搬运。

b) 气瓶的装卸[4]:①当需要用人工将气瓶向高处举放或需把气瓶从高处放落地面时,必须两人同时操作,并要求提升与降落的动作协调一致,姿势正确,严禁在举放时抛、扔,在放落时滑摔;②卸车时要在气瓶落地点铺上铅垫或橡皮垫,应逐个卸车不应多个气瓶连续溜放;③装卸气瓶时应配备好瓶帽,注意保护气瓶阀门,防止撞坏;④装卸作业时不应将阀门对准人身,直立放置时应稳妥牢靠;⑤装卸有毒气体时,应预先采取相应的防毒措施。

在科研实验室,分析气瓶搬运和装卸过程中可能存在的隐患如下。

b) 搬运气瓶时,遇到台阶或路面不平,采用抱或拖动方式,并且此时气瓶阀门正好对准人身。这点不符合GB/T 34525—2017中气瓶搬运的条款和气瓶装卸的第①、④条款。一般40 L的钢制无缝气瓶充满气体后质量在50 kg以上,而且由于是圆柱体,如果采用抱或拖的方式,难于操作且易出现操作失手,一旦失手,出现人身伤害的概率将会很大。

c) 卸车后,暂未搬运的气瓶未加固定直接立于地面。当多个气瓶一批次卸车,之后逐个予以搬运,暂未搬运的气瓶未加固定直接立于地面。这个看似很不起眼的细节,实则不符合上述国标中气瓶装卸的第④条款。这些直立未加固定的气瓶在意外情况下极有可能被撞到,气瓶倒地轻则对瓶体造成轻微损伤,重则引起气体泄漏、砸伤或击伤人身等安全事故。

d) 装卸气瓶时装备不全或操作不规范。例如:卸车时,地面缺少缓冲垫,容易摔落气瓶;气瓶没有配备气瓶帽,气瓶阀门得不到保护;搬运和装卸有毒气体未做防备措施。这些现象不符合上述国标中气瓶装卸的第②、③、⑤条款。其中最常见的是气瓶缺少气瓶帽。在装卸和搬运过程中,难免出现磕碰,如果未加保护的瓶阀因受力而损坏,可能会出现气瓶漏气,如果漏气严重,气瓶受气体反作用力快速向后反弹,将出现不可预估的危险情况。另外,如果泄漏的是有毒有害气体,将可能引起严重后果。

1.2 气瓶入库检查

我国国家标准GB/T 34525—2017[4]中关于气瓶入库前的检查与处理有如下相关条款:①气瓶外表面应无裂纹、严重腐蚀、明显变形及其他严重外部损伤缺陷;②气瓶应在规定的检验有效使用期内;③气瓶的安全附件应齐全,应在规定的检验有效期内并符合安全要求。

2021年1月国家市场监督管理总局颁布的《气瓶安全技术规程》[5]中关于气瓶保护附件有如下规定:①无缝气瓶出厂时应当装备不影响瓶阀手轮正常使用的保护罩;②公称容积大于或者等于10 L的钢质焊接气瓶(含溶解乙炔气瓶),应当装配不可拆卸的保护罩或者固定式瓶帽。

在科研实验室,气瓶入库检查中,可能被忽略的隐患如下。

2.1.1 地形地貌情况。产地地处鲁东丘陵区南部，大部属五莲山低山丘陵。地形呈东高西低，北高南低的倾斜状态，北部、东部层峦起伏、沟谷纵横，大小山峦44座，海拔高度60～400 m，其中苍山为群峦之冠，海拔高度394.7m。平原面积占23.4%，多分布于县内西部沭河沿岸；丘陵面积占72.8%，分布于平原与山地之间；山地占3.8%。

a) 无气瓶保护罩或固定式气瓶保护罩装配不合适。这些违反了《气瓶安全技术规程》[5]中关于气瓶保护附件的规定①和②,也不符合GB/T 34525—2017[4]中关于气瓶入库前的检查和处理条款②。无气瓶保护罩同无气瓶帽,其危害前已述及。据悉,目前市场上大部分气瓶已经配备了固定式气瓶保护罩,但保护罩安装不一定完全合适,可能使得瓶阀手轮难以顺利开关。这种现象在一般情况下不会表现危害,但在特殊情况需要紧急关闭瓶阀时,会造成关闭阀门不及时,严重时可引起安全事故。建议气瓶入库前检查保护罩是否合适;入库后,请专业人员配备安全装备首开阀门,以防发生阀门不易打开或关闭不严而漏气等情况。

b)气瓶阀门手轮缺失或破损,甚或出现阀杆弯曲。这点不符合GB/T 34525—2017[4]中关于气瓶入库前的检查与处理相关条款①和②。这种情况是明显的“隐患”,务必不能接收具有这种迹象的气瓶入库。

c) 实验室或气瓶库存有已过检验有效期或超过使用年限的气瓶。目前国内部分气瓶具有电子识读标识(二维码),可以通过手机扫描方便地查询该气瓶的检验日期和检验有效期。一般这种气瓶不易发生超期使用现象。没有二维码的气瓶,由于其钢印标识不易读或不清晰,往往忽略其检验有效期,过期仍在使用。另外实验室还会有一些气体由于使用量少,等到气瓶已到检验有效期或使用年限时,气体还剩余很多而被忽略,气瓶就一直存放。以上情况已造成隐患,排查时应特别注意。

1.3 气体使用过程

气体使用过程主要有以下几个环节可能出现风险。

a) 未按照要求合理安装防倒灌装置。《气瓶安全技术规程》[5]中关于气瓶保护附件条款中规定:在可能造成气体回流的瓶装气体使用场合,用气设施上应当配置防止倒灌的装置,如单向阀、止回阀或缓冲罐等。尤其在易燃易爆气体管路上应有单向阀。安装防倒灌装置可以在用气端发生意外情况时,保护气瓶内的气体不被污染或引爆。

b) 易忽略混合气或标准气的管理。气体管理中较容易忽略混合气或标准气,尤其当其气瓶的颜色标识缺失时。实际管理中,除了要认真对待混合气的主要危险特性,还应按照其组分及含量对次要组分可能产生的危害加以防护,配备相应的防护设施及气体探测器等。

c) 气体使用中的动态安全问题。例如,开启或关闭瓶阀的转动速度过快导致的气流速度过高产生危险,气路或反应器意外泄漏,由于误操作或温度过高等造成的压力意外增大,气体参与的预期之外的化学反应或产生预期之外的气态产物等。科研实验室试验创新性强,不确定性高,因此在试验进行中可能会出现预料不到的危险。据统计[1],在2001—2019年发生的在网络有记录的100起实验室安全事故案例中,实验过程中的安全事故共有61起,是安全事故的主要发生环节,并且是造成人员伤亡的主要环节,死亡和受伤人数分别占总数的84.6%和 91.8%。所以在做好静态安全管理的基础上,应对动态的实验过程中的风险予以重点关注。

d) 气瓶内的气体用尽未留余压。GB/T 34525—2017[4]关于气瓶安全使用中规定:瓶内气体不应用尽,应留有余压。根据气体种类和环境温度不同,余压要求也不同。一般来说,瓶内至少保留0.05 MPa以上的压力[6]。在实验中,应时常关注瓶内的压力,在合适的压力时停止使用该气瓶气体。一旦气体用尽,不仅在充装气体时,需要对气瓶进行抽真空等处理,增加处理成本,还可能造成安全隐患。

1.4 气体探测器的使用

a) 气体探测器需要定期检查、校准或更新。在实验室安装的气体探测器根据测量原理的不同可以分成多种,但最常用的是催化式传感器和电化学传感器。根据GB/T 20936.2—2017[7],催化式传感器在不发生重大中毒的情况下,一般使用寿命为3年。但是使用过程中由于老化或中毒影响会逐渐出现漂移,失去灵敏度,因此需要进行定期检查和校准,检查和校准频率取决于应用的严重程度。电化学传感器里的电极和电解质会慢慢地被反应气体改变或消耗,在适当的时间间隔内传感器需要重新校准,以修复零点和灵敏度漂移,而且最终需要更换,使用寿命一般为2年。因此实验室的气体传感器需要定期检查和校准,必要时换新。目前的安全检查中主要关注是否安装了合适的气体探测器,比较少关注探测器是否在有效期,或是否需要校准。一旦气体探测器失去灵敏度,在有险情时不能发出警报,后果可能会很严重。

b) 气体探测器需报警到位或报警联动。在实验室使用的固定式气体探测器一般有2种报警机制:第一,探测器原地声光报警,不联动相应的应急设备;第二,探测器除原地报警外,其控制设备还可以远程报警,或可以联动应急设备,尽快消除险情。第二类报警机制能报警到位或快速响应,适合在科研实验室中推广。目前实验室气体探测器的报警机制还未引起足够重视。据报道[8],在生产企业内,虽然安装了不少报警器,但由于报警不准确或报警后处置不及时仍然可能引发严重的事故:米尔福德港某炼油厂由于报警泛滥,掩盖了真正的危险性报警信号,最终导致了爆炸;美国西弗吉尼亚州某工厂 2010 年发生的一起化学品泄漏事故,其原因是报警信号被忽视,相关人员未采取任何措施导致。

2 针对高校实验室气体使用隐患的应对方案

通过对科研实验室用气隐患的分析,可以看到,实验室用气的全流程中还存在监管不到位、不够专业化及实验过程中动态隐患未被高度重视等问题。解决这些问题需要从2个方面着手,即“加强管理”和“人员培训”。

2.1 加强管理

安全管理是通过对隐患进行分析和评价去认识风险,并以此为基础合理地使用各种应对措施、管理方法对风险实行有效的控制。因此,发现隐患之后,正确地分析和合理地制定管理方案并实施,是最基本的做法。针对上述隐患分析中的1.1、1.2和1.4的大部分问题,加强管理是行之有效的方案。主要包括增加专业气体安全管理人员、扩展监管范围、加强对气体供应商的监督和遴选机制等。据悉,目前部分科研单位管理部门已在加强管理方面做出了先见性工作,对气瓶安全管理提出了比现行规范或标准更加细化的要求;或安排人员全程督查气瓶的装卸、搬运、出入库过程,保障了这些环节的规范性和安全性。

2.2 人员培训

科研实验室的实践主体是实验人员,人的隐患最不易管控,比如,人的心情、性格因素、受教育领域等都有可能影响人对于风险的识别和处理,进而可能产生危险。基于人的因素在安全生产中的重要性,某企业建设并应用“基于员工安全行为的大数据思想动态分析平台”,为推动企业高质量发展提供机制保障[9]。上述1.3中气体使用过程的风险控制程度和操作者具备的安全素养、安全意识和应对技能直接相关,所以实验过程风险管控最重要的是对人员进行切实有效且全面的安全素养培育,提高安全问题应对能力。当然,为消除这一过程的安全问题,必要的还包括安全监管人员的到位和安全设施的齐备。人员培训建议从2种途径进行:一是全面实效的安全教育培训,二是以解决问题、提高应急能力为导向的应急训练。

2.2.1 实效的安全教育培训

实验室安全教育培训的主要目标是:掌握安全知识,增强安全意识、摆正安全心态。掌握安全知识是为人员进行优质的装备,增强安全意识和摆正心态,是为了能让实验人员者以更积极的态度去面对实验室安全问题,走出应付式心态的误区,从而避免可能出现的事故。实验室安全教育还应具有“量身定制”[10]的特点,并包含一定的实操训练。“量身定制”即根据实验人员实际开展研究领域的特点进行差别化具有针对性的教育。在这种模式下,实操训练才能更加具体和产生实效。在普通基础性的实验室安全培训中,一般没有足够的学时用于实验室用气安全培训,在“量身定制”的实验室安全教育中,专门针对使用气体的人员进行详尽的用气安全培训。内容除讲授理论知识和规范外,更需进行一定的实操训练,比如:各种气瓶、气瓶配件、管路设施及各部件的现场认知和具体操作,气瓶运输和入库检验,用气过程的规范操作,可能出现隐患的现场认知,气体探测系统的认知等。经过这种“量身定制”和具备实战经验的安全教育,才能使实验人员有信心、有能力解决实验中的安全问题。

2.2.2 切实的应急训练

应急演练是目前实验室安全教育中的一个重要环节。但此环节容易存在的问题是:演练偏于“演”,即按照标准的流程走一遍,参加人员的认真程度不高,所以往往收效不大。在实验室用气安全培训中,应急训练是一个不可或缺的环节。此环节做实、做准对于提高人员在用气环节的应急处置能力是非常重要的。

基于深度学习的理念[11],对应急训练进行如下编排。第一步:设计多种应急场景,比如易燃易爆气体泄漏、有毒气体泄漏、气瓶及配件出现故障、反应过程出现异常等。第二步:将参与的人员分成多个小组,每个小组应对一个场景,在规定时间内,每一组实施自己的应急方案。第三步:各组方案实施之后,组织者集合所有人员,请各小组对自己的方案进行讲解,之后组织者对方案及实施给出评价,点出不妥之处并称许可取之处。最后一起总结,选出最佳小组并示范各步骤正确的操作方法。

这种基于深度学习的应急训练模式,不流于形式,并让每一位参与者都切身去体验、思考并执行。不仅使参加者牢记各种突发情况的应对方案,更提升了参与者对实验室安全的责任意识和应对突发事件的应急处置能力。

3 结语

科研实验室用气安全问题需要相关人员共同努力,发现隐患、消除隐患、控制风险。落到实处,则需要两手抓的解决方案,一手抓管理,实现全方位监管无死角,不给隐患留空间;一手抓人员培训,使一线人员有能力、有信心、积极主动化解风险于无形。在安全有保障的前提下,科研人员才能安心地、高效地完成科研工作,得到更精彩的科研成果。