高?；瘜W類實驗室安全設施設計探索與實踐

柯丁寧，高 尚，王 凱，況 婷，宋琳琳

（1. 哈爾濱工業大學（深圳） 實驗與創新實踐教育中心，廣東 深圳 518055；2. 哈爾濱工業大學（深圳） 材料科學與工程學院，廣東 深圳 518055；3. 哈爾濱工業大學（深圳） 資產處，廣東 深圳 518055）

隨著我國科技進步，越來越多的交叉前沿的科學研究在高校的實驗室中完成，實驗室的安全問題日漸凸顯[1]。2018 年 12 月，某高校市政環境工程系學生在校區2 號樓環境工程實驗室進行垃圾滲濾液污水處理科研實驗期間，現場發生爆炸，造成3 名研究生死亡。2015 年12 月，某高校1 名博士后在化學實驗室使用氫氣實驗時發生爆炸火災，當場死亡。高校實驗室的安全事故極大威脅著廣大師生的人身安全[2]。

面對日趨嚴峻的實驗室安全問題，很多高校在實驗室安全管理、實驗室安全教育和實驗室安全風險評估等“軟件”方面積累了豐富的經驗[3-5]，但作為實驗室安全的重要“硬件”之一，也是安全事故的最后一道防線[6]，全國高校實驗室安全設施配置情況不容樂觀。在教育部科技司于2015—2017 年開展的高校實驗室安全督查工作中發現，95.2%高校的實驗室安全設施存在問題，主要原因是部分高校的老舊實驗樓安全系統設施沒有更新改造。高校實驗室建設標準暫未出臺，部分新建高校實驗樓或實驗室新建與改造中無規劃、無監督、無據可依[6]。

本文從實驗安全事故分析出發，結合我校實驗與實踐創新教育中心的化學類實驗室建設經驗，從實驗室通排風和新風系統、實驗室緊急噴淋與洗眼器、消防設施和急救箱4 類實驗室安全設施方面提出了具體的設計方法，注意了諸多細節方面。

1 實驗室通排風和新風系統

從實驗室事故統計分析可以看出，危險化學品使用環節事故最多，傷亡人數也最多，分別占總事故數和總傷亡人數的42%和83%[1,7]。實驗室沒有足夠有效的排風設施是危險化學事故的主要原因之一[8]。為了保護實驗人員的身體健康，目前我國乃至國外使用的通風裝置都是采用外排方式，需要向室內補充等量的新風，以保持實驗室風量平衡。實驗室的排風設施根據其功能和排風量主要可以分為3 種：萬向抽氣罩、原子吸收罩和排風柜。常用的補充新風方式主要分為自然補風和機械補風。

1.1 萬向抽氣罩

萬向抽氣罩一般用于簡單化學實驗和排氣量較小的儀器，能快速排放實驗過程中小范圍所產生的粉塵、熱氣、揮發性氣體、有害氣體等。萬向抽氣罩的排氣量和排氣面積小，每小時的排風量僅為200 m3/h 左右。萬向抽氣罩使用靈活，可根據實驗需要360°旋轉調節方向。萬向抽氣罩一般選用高密度 PP 材質和耐老化的高密度橡膠密封圈，比較容易拆卸、重組及清洗。由于萬向抽氣罩的排風量小，一般采用自然補風的方式，以平衡實驗室的風量和氣壓。

1.2 原子吸收罩

原子吸收罩最早是運用于原子吸收光譜儀的排風裝置，每小時的排風量為500 m3/h 左右。原子吸收罩的抽氣面積可根據設備尺寸更改，也用于其他排氣量較大的設備，如高溫氣氛爐等。原子吸收罩一般選用不銹鋼材質，在較高抽氣量時不變形，同時能耐高溫。但是由于其體積大、質量重，原子吸收罩安裝位置和高度固定，不能隨意移動。與萬向抽氣罩類似，原子吸收罩的實驗室一般采用自然補風。

1.3 全排風型式排風柜

為了保護實驗人員的身體健康，有機化學實驗室或處理復雜化學反應的實驗室一般都配備排風柜。全排風型排風柜的面風速為0.5 m/s，每臺標準的1.8 m臺式全排風型排風柜的排風量為1500 m3/h[9]。

如果實驗室安裝較多的全排風型排風柜，則需要從室外補充大量新風。以一間配備16 臺全排風型排風柜的有機化學實驗室為例，每小時需從室外補充的新風量高達24 000 m3。如果單純依靠自然補風的方式從室外補充新風，實驗室存在瞬間高負壓。這時一旦出現實驗安全事故，實驗人員快速打開實驗室大門逃生存在一定難度。機械補風則利用軸流風機將室外風快速送到實驗室內，實驗室不會存在瞬間高負壓的情況。但一組24 000 m3/h 的新風機組的噪音高達80 dB，嚴重影響實驗室的教學效果[10]。在夏季或冬季，由于實驗室內部溫差較大，直接利用自然補風或是機械補風，實驗室溫度不恒定，將會影響某些精密設備的運行，降低實驗室的舒適感。為了保持實驗室溫度恒定，實驗室空調的能耗將極大提高[10]。

1.4 補風型排風柜

在有機合成實驗室和材料合成實驗室，選擇了一種自帶補風功能的通風柜——補風型通風柜。補風型排風柜的內部設置2 個風閥，這2 個風閥將新風在排風柜內分成3 股氣流，分別由排風上部、下部及柜門外上方補入排風柜，在實驗人員面前形成一個新風空氣幕，有效地阻止排風柜內部的廢氣溢出（見圖1）。這一設計能在降低面風速（0.3 m/s）和排風量（1000 m3/h）的情況下保障實驗人員的安全。此外，該款補風型排風柜將大約70%室外新風通過新風管道直接補充到排風柜內部，30%左右新風則來自實驗室。在同樣16 臺全排風型排風柜的實驗室，所需的來自實驗室的新風量減少到4800 m3/h。在此情況下，用于補充實驗室內部新風的軸流風機數量減少，相應的風機噪音也會減低。同時，僅30%的新風需經過空調制熱或制冷，實驗室空調能耗能降低至相同數量普通排風柜的20%。

圖1 補風型排風柜內部風向示意圖

2 實驗室緊急噴淋與洗眼器

化學試劑腐蝕是化學實驗室常見的安全事故之一，對實驗人員身心健康威脅極大[1]。當化學腐蝕試劑噴濺到實驗人員身體、臉、眼或發生火災引起工作人員衣物著火時，使用緊急噴淋或洗眼器緊急沖洗人的身體和眼睛，將腐蝕性的化學試劑濃度迅速降低，把傷害程度減輕到最低程度，是一種迅速將危害降低到最低程度的個體防護裝備，也是一種非常重要的實驗室公共安全應急裝備[4,10-11]。

一般來說，緊急噴淋和洗眼器應安裝在實驗室的進門或顯眼處[9]。同時，安裝的位置遵循10 秒鐘原則，即在 10 秒內能從實驗室危險源或危險實驗區域步行到達緊急噴淋和洗眼器[11]。使用時遵循1 秒鐘原則，應在1 秒鐘的時間內完全打開緊急噴淋和洗眼器。緊急噴淋和洗眼器一經打開，除使用者有意關閉的情況之外，應始終保持開啟狀態。如果實驗室有強酸和劇毒腐蝕物，緊急噴淋和洗眼器則建議安裝在其附近。實驗人員要實地培訓緊急噴淋和洗眼器的使用方法，最好能提供突發事件的緊急預案。緊急噴淋和洗眼器需要每月進行例行檢查，包括將緊急噴淋和洗眼器殘留在管道中的水放掉。

3 消防設施

爆炸和火災是實驗室安全事故的主要類型之一[2]，占實驗室安全事故的總比為87%左右[1-2]。在化學類實驗室安全事故中，火災和爆炸往往會先后出現。火災控制不及時可能引發爆炸事故，而爆炸事故發生后也往往會引起火災[7]。

對于高校來說，一套完整的實驗室消防設施則由火災自動警示系統、消火栓、人員疏散設備或通道、滅火設施等組成[12]。鑒于有機試劑燃燒的特殊性，應取消有機類實驗室消防噴淋裝置[10]。對于大型儀器分析實驗室，不宜選用普通的消防噴淋裝置，建議安裝高壓細水噴霧系統。

依據國標《建筑滅火器配置設計規范GB 50140-2005》要求，化學類實驗室內需配備干粉滅火器，精密儀器室需配備二氧化碳滅火器[10,13]。對于進行可燃金屬化學反應的實驗室還需配備滅火沙[14]。此外，實驗室還應配置足量的自助呼吸器和滅火毯等工具，并確保每個人都能熟練應用[10,15]。滅火器等防災設施，應由專人負責定期實施檢修、更換，避免在火災真正發生時失靈[16]。

4 急救箱

藥品急救箱的配備可以在燒傷、燙傷、化學傷發生后進行緊急現場處理，減少對傷員的進一步傷害[10]?；瘜W類藥品急救箱內配備了碘伏消毒液、雙氧水、硼酸溶液、碳酸氫鈉溶液、燒傷敷料、燙傷膏、眼墊、洗眼液、瞬冷冰袋、創可貼、醫用彈性繃帶和醫用紗布塊等。急救箱中的藥品應定期檢查，注意及時更換[10]。

5 結語

實驗室安全設施配置是保障高校實驗室安全重要的“硬件”。本文以建設化學教學實驗室為例，從實驗室安全事故分析出發，圍繞著實驗室內通排風和新風系統、實驗室緊急噴淋與洗眼器、消防設施和急救箱4 類實驗室安全設施進行討論，加強實驗室安全設施建設，切實保障實驗室及實驗人員安全。