高校化工類實驗室風險辨識評價方法研究

劉 義，劉尚志，趙東風，戚 萌，路 帥，孟亦飛

（1.中國石油大學（華東）化學工程學院，山東 青島 266580；2.中國石油大學（華東）機電工程學院，山東 青島 266580）

近年來，環境、材料、新能源等學科及研究領域的大力發展，使得化工類實驗室數量及種類大幅度增加。化工類實驗室涉及的危險化學品種類多，并且危險化學品具有復雜的屬性和多變的化學反應過程，一旦管控措施出現問題，很容易發生實驗室安全事故[1-3]。

化工類實驗室危險源的存在是安全風險和事故發生的根源[4]。根據教育部科技司開展的2015—2017 年高校實驗室安全督查發現，實驗室存在危險源不明確的問題，實驗人員難以對危險源進行有效辨識，特別是化工類實驗室安全狀況不夠理想，安全管理缺乏針對性、系統性和科學性[5]。因此，有效辨識化工類實驗室危險源，量化評價實驗室風險，構建化工類實驗室風險分級體系，更有針對性地進行實驗室安全管理，對于預防實驗室安全事故具有一定的實際意義。

1 實驗室風險評價研究現狀

目前，實驗室風險評價最為廣泛的方法是安全檢查表。浙江大學馮建躍等[6]研究設計了《高校實驗室安全檢查項目表》，教育部科技司依據此安全檢查表開展高等學校實驗室安全督查。南京理工大學路貴斌等[7]在分析化學實驗室危險因素的基礎上，建立了化學實驗室安全檢查指標體系。中南財經政法大學曹艷曉等[8]采用層次分析法和模糊綜合評價方法，定量評價實驗室安全管理現狀。揚州大學王國田等[9]基于大數據處理，應用XGBoost 算法開展實驗室風險評價，定量分析實驗室風險特征及權重。盡管上述學者針對實驗室風險評價提供了評估方法，但都存在一定短板，其原因是安全檢查表與數學模型方法容易受主觀因素影響，而大數據算法的可操作性和可靠性又較低。

針對上述問題，本文提出了化工類實驗室本質安全風險評價的方法。該方法的實質是基于本質安全因子量化評價風險，其在石化企業中的應用有效地預防了事故的發生。本文將其應用到高校化工類實驗室，從物質、工藝和設備危險性三個方面量化評價化工類實驗室固有風險，構建實驗室風險分級體系，減少人員主觀性，更加注重可操作性，從而有針對性地進行實驗室安全管理。

2 化工類實驗室安全風險評價

2.1 化工類實驗室事故統計分析

通過查閱文獻、相關事故報告、搜索引擎、瀏覽高校網站和微博搜索等途徑，收集分析了2000—2018年我國高校化工類實驗室發生的71 起事故，包括事故類型、事故敘述、涉及物質、事故原因、事故后果等。2000—2018 年高校化工類實驗室事故統計分析如圖1所示。71 起事故共造成9 人死亡，78 人受傷，其中物質危險性引發37 起事故，占52.1%；工藝危險性引發 26 起事故，占36.6%；設備危險性引發24 起事故，占33.8%（有的事故是由物質、工藝、設備危險性中的兩種導致的，所以3 項事故的總數超過了71 起）。根據事故原因分析，化工類實驗室事故主要由其固有的危險性導致，并受實驗過程中的原料、半成品、產物的數量和性質、工藝條件的苛刻程度及實驗設備的影響。

圖1 2000—2018 年高校化工類實驗室事故統計分析

2.2 化工類實驗室風險評價指標體系

基于事故統計分析，借鑒石油化工領域本質安全指標評價體系[10-12]，有針對性地建立了化工類實驗室風險評價指標體系，共包括3 個一級指標，10 個二級指標，如圖2 所示，它能夠全面地反映化工類實驗室客觀存在的危險因素。

（1）物質危險性。物質危險性是指物質本身具有的危險特性，是導致化工類實驗室事故的根本原因。物質危險性指標主要考慮了可燃性、爆炸性、腐蝕性、毒性和存放量5 個二級指標。

（2）設備危險性。實驗設備是化工類實驗室的主要危險源。化學實驗室儀器設備具有以下特點：儀器設備多，并且很多設備全天候保持高功率和高真空狀態；高壓氣瓶、壓力容器多；高溫設備如熔融設備一般作為公共設備使用；部分設備有噪音、振動和強X射線輻射。設備危險性主要考慮了設備類型指標，設備類型不同其潛在危險性大小不同。

（3）工藝危險性。化工類實驗室不僅使用種類繁多的易燃、易爆、有毒化學品，有些實驗需要在高溫、高壓等工藝下進行，甚至有些實驗涉及國家重點監管的危險化工工藝。基于化工類實驗室事故原因分析，工藝危險性主要考慮了工藝類型、操作溫度、操作壓力和反應焓4 個二級指標。

2.3 化工類實驗室風險評價方法

為建立化工類實驗室風險量化考核方法，本文借鑒石油化工領域本質安全指標評價的思路，結合危險度評價方法[13]，依據《石油化工企業設計防火標準》（GB50160-2018）、《建筑設計防火規范》（GB50016-2018）、《職業性接觸毒物危害程度分級》（GBZ230-2010）、《危險貨物分類和品名編號》（GB 6944-2012）和《危險化學品重大危險源辨識》（GB18218-2018）等國家標準規范，建立了如表1 所示的化工類實驗室風險評價表。

圖2 化工類實驗室風險評價指標體系

表1 化工類實驗室風險評價表

其中EH 為爆炸危險度，EH=(UEL–LEL)/LEL，UEL 為爆炸上限，LEL 為爆炸下限。THI（toxicant hazardous index）為GBZ230-2010 中規定的毒物危害指數。S 為GB18218-2018 中規定的辨識指標，S=q1/ Q1+q2/Q2+…+qn/Qn，其中q1，q2，…，qn 為每種危險化學品的實際存在量，Q1，Q2，…，Qn 為每種危險化學品相對應的臨界量。1—4 分代表危險性等級，分值越高越危險，1 分表示輕度危險，2 分表示中度危險，3 分表示重度危險，4 分表示極度危險。危險源描述一欄介紹了實驗室具體存在哪些危險源，便于實驗人員提前做好安全預防和風險管控工作。

化工類實驗室危險性等級由可燃性、爆炸性、毒性等10 個評價指標共同確定，根據最大隸屬度原則，10 個評價指標中的最高分即為化工類實驗室風險評價得分，根據得分將化工類實驗室風險等級分成A、B、C、D 等4 個等級（見表2）。

表2 化工類實驗室風險等級

3 化工類實驗室風險分級管理措施

3.1 建立化工類實驗室風險分級管理制度

全面地評估高校化工類實驗室風險，確定實驗室的危險性等級。根據分級負責、重點監管的基本原則，建立化工類實驗室風險分級管理制度。C 級和D 級實驗室由校級主管部門負責管理，B 級實驗室由院級主管部門負責管理，A 級實驗室由課題組負責管理。每個實驗室設置安全負責人，明確責任，落實到人。

3.2 建立化工類實驗室安全檢查制度

建立化工類實驗室安全檢查制度，對于危險性等級高的實驗室重點監管，加強檢查頻次。C 級以上實驗室每天檢查一次，B 級實驗室每周檢查一次，A 級實驗室每月檢查一次，重點加強對實驗室危險因素、安全管控措施、應急預案的檢查，對于檢查結果不滿足安全要求的，不予進行實驗。整改完成之后，可申請復查，復查結果滿足要求之后才可開展實驗研究。

3.3 建立化工類實驗室安全準入和教育培訓制度

高校化工類實驗室操作人員多數為學生，大部分是第一次進入實驗室，缺乏對實驗室風險的認知，應建立實驗室安全準入和教育培訓制度。根據實驗室危險性等級，建立“校級—院級—課題組”三級安全教育培訓制度。對于C 級和D 級實驗室，由學校負責安全教育培訓，須接受課題組、學院和學校三級培訓；B 級實驗室由學院負責，須接受課題組和學院培訓；A 級實驗室由課題組負責，須接受課題組培訓。實驗人員經培訓考試合格后，方可進入實驗室進行實驗。

3.4 加強危險源分級管理

（1）A 級、B 級化工類實驗室危險源管理。根據危險源辨識結果，從物質危險性、工藝危險性和設備危險性三個方面加強對化工類實驗室危險源的管理。化工類實驗室涉及的危險化學品種類多，危險屬性復雜。實驗室安全負責人應定期對實驗室存放的危險化學品的種類和數量進行普查，填寫普查清單，明確危險化學品的可燃性、爆炸性、毒性和腐蝕性等危險屬性。實驗人員在進行實驗之前，提前明確實驗條件，包括實驗涉及的物質、反應原理、反應類型、反應焓、操作溫度、操作壓力等。實驗人員還要預先檢查實驗中使用的設備，對于破損老化、保護裝置失效的設備，及時更換、修復和保養，嚴禁設備帶“病”上崗。

（2）C 級和D 級化工類實驗室危險源管理。重點加強C 級以上化工類實驗室危險源的管理，如易燃易爆物質、毒性物質和腐蝕性物質的管理，實驗室安全負責人應該加強通風，分類存放，貼好統一的標簽；民用爆炸品、劇毒品和易制毒品實行專人負責管理，規范領取、使用、處置記錄；實驗室空間較小，不得存放過多的危險化學品，基本控制在一周的用量以內；對于危險性高的實驗和國家重點監管的危險工藝，實驗人員應提前進行應急演練，明確實驗過程中可能遇到的問題，提前制定應急處置措施；對于持續加熱實驗，嚴禁實驗人員離開現場，并加強實驗過程的現場監管；有毒氣體、易燃易爆氣體鋼瓶的存放應分室存放，防止暴曬，實瓶與空瓶也應該分開存放。每次使用前實驗人員應預先檢查鋼瓶的安全閥、壓力表等保護裝置的有效性；特種設備應定期進行檢驗，操作人員持證上崗。

4 結語

本文基于事故原因分析，從物質危險性、工藝危險性和設備危險性三個方面出發，建立了化工類實驗室風險評價指標體系，提出了適用于高校化工類實驗室的風險評價方法，并基于風險評價等級提出了化工類實驗室風險分級管理措施。通過該評價方法的應用，將有助于實驗人員明確化工類實驗室危險源，從事故發生根源制定安全預防措施，加強高校化工類實驗室風險分級管控，減少高校化工類實驗室安全事故。