化工實驗過程安全分析與防控

高一洲

(南通、珠海、昆明醋酸纖維有限公司技術中心，江蘇 南通 226008)

化工實驗過程的安全風險很高，涉及各種危險化學品，小試、中試的操作風險，新工藝、新技術首次應用風險，試驗裝置與生產裝置交界面安全風險等等，稍有不慎就會發生安全事故。雖然近年來各地、各單位對化工實驗的安全管理越來越重視，安全事故也有所減少，但各地化學、化工實驗室事故仍時有發生。2015年12月清華大學一實驗室發生爆炸起火，造成1名博士后死亡；2016年9月，東華大學一實驗室發生爆炸，兩名學生受重傷，一名學生受輕微擦傷;2018年12月，北京交通大學實驗室發生爆炸燃燒，事故造成3人死亡；2019年2月，南京工業大學一實驗室發生火災；2021年3月中國科學院化學研究所發生爆炸事故，造成1名研究生當場死亡；2022年4月20日，湖南中南大學實驗室發生一起爆燃事故，導致1名博士生身體被大面積燒傷，等等。相關研究數據表明，爆炸與火災事故約占化工實驗事故的68%，危害極大，造成科技人員傷亡及大量經濟損失。隨著我國基礎研究和技術創新力度的加大，化工實驗、試驗會越來越多，因此我們必須采取有效的措施，加強安全管理，系統防范化工實驗安全事故的發生。作者結合發生的化工實驗安全事故,從不安全行為、不安全環境以及不安全管理等方面，對化工實驗過程存在的安全風險和隱患進行深度剖析，結合雙重預防機制建設和自己從事化工實驗的安全經驗，歸納提出防范化工實驗安全事故的“三三三”安全工作模式，即嚴格遵守三大紀律，準確理解三大原理，熟練掌握三大技能，并提出具體要求，以期為提高化工實驗操作的本質安全管理水平，避免安全事故的發生提供有益借鑒。

1 化工實驗過程安全風險探討

從各類化工實驗安全事故發生的根本原因看，98%的事故都是人為引起[1]，其中包括不安全行為(包含無知、無畏、無能、不顧、不聽、不理及粗心、遲鈍、疲勞、情緒等各種不良行為)和不安全環境(工作場所、作業環境、危險化學品、設備設施等對人產生的危險因素)，以及不安全管理(安全責任不落實、管理制度不健全、操作規程不具體、安全投入不到位、安全監管不嚴格等)。

1.1 不安全行為

實驗人員不重視安全、安全意識淡薄、安全知識和技能欠缺，不遵守安全紀律、工藝紀律和勞動紀律，自以為是、不以為然、習以為常，這些是發生實驗安全事故的主要原因。主要表現在：(1)漠視化學品的危險性，自認為實驗劑量小而不重視相關風險。例如，2018年12月北京交通大學實驗室爆炸事故中，負責實驗項目的教師對鎂粉活潑的化學性質視而不見，違規儲存在實驗室內。(2)部分實驗人員缺乏一定的理論知識，不熟悉實驗原理和反應原理，實驗操作技能不足，尤其是剛參加實驗工作的學生，缺乏系統的實驗思維和風險辨識能力。(3)對化學品使用不當或儀器設備操作不當。(4)部分實驗人員不懂如何應急處置，也未正確佩戴防護用品，一旦發生事故，不知所措，導致事故后果擴大等。

1.2 不安全環境

1.2.1 化學品管理不規范

實驗室化學品種類較多，有普通試劑也有危險化學品。一些單位化學試劑管理不規范，存在試劑隨意取用、存取混亂現象。存在安全標簽脫落、存放時間較長，甚至超出有效期等問題?；嶒炇褂玫母鞣N氣體較多，一些單位未設置專門的氣瓶存放地點，甚至氣瓶沒有固定,直接擺放在設備旁邊，也存在氣瓶長時間不進行檢驗檢測、維護等問題。這些都是嚴重的安全隱患。

1.2.2 實驗設備維護不到位

實驗設備種類繁多，一些單位未進行設備全生命周期管理，管理維護不到位，設備完好性不足，安全設施配備不足。如：(1)部分實驗設備，尤其是承壓類設備，安全防護設施不齊全，防護等級偏低，一旦誤操作就容易發生事故。2021年，中科院化學所3·31爆炸事故涉及的反應釜即為高溫高壓爆炸，造成1名學生身亡。(2)對一些精密設備及一些國外進口設備、儀器，實驗人員操作不熟練，維修技能不足，出現問題不能及時維修，設備有時帶病運行。甚至有實驗人員不會操作實驗設備，憑借自己認知進行操作。這些加速了設備老化，影響了設備使用的安全性和壽命。(3)現場缺少必要的安全應急設備、設施，如缺少消防滅火設施、報警設施、逃生通道等?；嶒瀮x器、設備的完好對安全開展實驗活動尤為重要。

1.3 不安全管理

不安全管理指實驗室安全管理體制機制不健全，主要表現在：(1)安全責任不落實，職責不明確、不具體，一些部門之間職責存在交叉，容易出現安全管理漏洞。(2)實驗室安全管理機構作用發揮不明顯，實驗室安全管理人員專業能力欠缺，不懂得如何進行安全管理，日常實驗室安全檢查停留在紙面上，未有效落實到行動中。(3)化工實驗室安全操作規程不具體，可操作性不強，安全培訓也不到位。(4)風險辨識不到位，沒有編制應急預案，也未開展應急演練。此外，一些單位安全投入不到位。管理不到位就無法保證化工實驗的安全進行。

2 化工實驗過程安全工作模式探索

杜邦公司安全理念[2]的核心是“所有的事故都是可預防的”。海恩法則指出:每一起嚴重事故的背后，必然有29次輕微事故和300起未遂先兆以及 1 000 起事故隱患。通過海恩法則可以看出，任何一起事故的發生都是有原因的，并且是有征兆的。因此，我們必須把風險消除在隱患之前，把隱患消除在事故之前。作者根據化工實驗過程中存在的安全風險和雙重預防體系建設要求，結合工作中積累的經驗和我國化工實驗管理現狀[3]，提出防范化工實驗安全事故的“三三三”安全工作模式，即：嚴格遵守三大紀律(安全紀律、工藝紀律、勞動紀律)，這是確保實驗室安全的行為約束；準確理解三大原理(實驗設計基本原理、化工工藝反應原理、儀器設備工作原理)，這是確保實驗室安全的理論基礎：熟練掌握三大技能(實驗操作技能、風險分析技能、應急處置技能)，這是確保實驗室安全的能力要求。

2.1 嚴格遵守三大紀律

2.1.1 安全紀律

實驗人員要嚴格遵守各項安全規范，包括責任制度、檢查制度、準入制度，?；饭芾?、氣瓶管理、廢棄物處置、設施設備管理制度，以及現場5S定置要求和應急流程等。堅決抵制違章指令，對于違反實驗室安全管理規定和操作要求的事情堅決拒絕。此外，在實驗過程中必須按規定要求做好自身防護，正確佩戴個人防護用品。

實驗的各項安全管理制度是規范實驗人員工作流程和要求的基礎文件，因此制度要具備可操作性和可執行性，要分類、分級設計制定。平時要注重收集和掌握與實驗室管理相關的規范標準，結合企業實際，健全實驗室安全管理制度和要求。雖然國家目前沒有出臺化工實驗室安全方面的國家標準，但行業內有不少標準可以參照。如，《化學品理化及其危險性檢測實驗室安全要求》(GB/T 24777—2009)對實驗室中的危險化學品和廢棄物的處理做了規定；《檢測實驗室安全 第1部分：總則》(GB/T 27476.1—2014)針對實驗室存在的電氣、機械、化學、電離輻射等危險因素制定了安全標準要求；《化學化工實驗室安全管理規范》(T/CCSAS 005—2019)對實驗室人員管理、化學品管理、儀器/設備管理、設施管理、環境管理、安全風險辨識評估與管控、應急管理等內容作了具體規定；《化學化工實驗室安全評估指南》(T/CCSAS 011—2021)規定了化學化工實驗室安全評估應遵循的程序規則，包含安全管理體系的評估條件、評估流程、評估標準、權利和義務等內容。

2.1.2 工藝紀律

實驗人員要嚴格遵守工藝規范，按照實驗步驟進行操作，按實驗設計規范調控各類參數，嚴格執行實驗室設備操作規程，確保計量、測量準確可靠，及時做好現場的5S和定置管理，認真做好實驗紀錄和數據分析，不隨意更改實驗參數數據和反應條件。

2.1.3 勞動紀律

實驗人員要嚴格遵守單位員工行為規范，以確保實驗的安全進行。實驗過程中不做與實驗無關的事項，集中注意力，加強過程巡查，不玩手機，不隨意離開現場，不打瞌睡等。此外，還要勇于制止其他實驗者的違紀行為。

2.2 準確理解三大原理

2.2.1 實驗設計基本原理

實驗要遵循科學性原則。作為實驗人員在實驗之前，必須系統設計或掌握實驗設計的整體思路，包括目的、方法、步驟、要使用的化學品、公用介質和儀器設備、預測可能的結果，還要闡述自變量作用的科學依據、操作自變量的原則、因變量獲得的原理以及試驗過程中可能涉及的理論和知識等。只有這樣，才能掌握實驗的關鍵、操作的要點，才能應對實驗過程中可能出現的問題。

2.2.2 化工工藝反應原理

化工實驗是在基于科學的基礎上進行未知領域的探索，具有不可預見性。實驗人員在試驗之前要熟知化學反應的原理和流程，掌握反應參數(如壓力、溫度、流量、濃度等)的控制范圍及它們之間的相互關系和控制邏輯，要知道是吸熱反應還是放熱反應及相關的熱力學和動力學原理，要掌握實驗過程中涉及化學品的危險特性等。掌握化工工藝反應原理是正確分析實驗結果和控制風險的基礎。

2.2.3 儀器設備工作原理

化工實驗涉及的儀器設備類型往往較多，有承壓類設備、反應器類設備、分離設備、加熱類等。承壓類設備壓力高，分離儀器轉速高，實驗人員一個誤操作都會引起嚴重的后果。實驗人員必須認真學習儀器、設備的操作說明書，熟知設備的工作原理、安全操作規程，不違章操作，掌握設備啟停、過程調節以及簡單故障處置方法等，從而有效防止設備異常產生的事故。

2.3 熟練掌握三大技能

2.3.1 實驗操作技能

實驗人員要具備準確把控整個實驗過程的能力[4]，具體包括以下幾點。

(1) 實驗前要能正確編寫實驗操作步驟，做到內容清晰明了，包括物料的加料順序、用量配比、加料的時間節點、實驗參數條件(如溫度、壓力)的設定范圍及反應終止時間等。實驗過程中，嚴格按規程操作，對出現的參數異常要能準確判斷原因并及時調控。

(2) 要具備較強設備操作、維護技能[5]。實驗室設備繁雜，每種設備都有相應的操作規程和檢查維護要求。實驗人員除了會準確操作設備外，還應具備對設備進行檢查和基本維護的能力以及處置簡單故障能力。要對照檢查要點定期進行檢查和維護，并做好記錄，確保設備始終處于完好狀態。

(3) 實驗人員還應具備較強的數據分析處理能力，能對結果的合理性進行分析，對未達到預期實驗結果的原因進行查找。

2.3.2 風險分析技能

實驗人員要具備正確識別和評估實驗過程風險的能力[6]。

要對實驗過程中涉及的所有工作、設施和場所進行風險識別評價。實驗過程中可能存在機械、電氣、高低溫、火災爆炸、噪聲、振動、中毒等危險，要采用合理的風險分析方法(如HAZOPE、FEMA、PHA、LOPA等)，從人員、設備、物料、工藝、環境等方面進行系統性的風險辨識和評價，并制定相應的對策，確保實驗過程的安全。要辨識實驗過程中突然停水、電、氣等帶來的后果。要知曉使用的危險化學品的危險特性、急救措施、消防措施、健康危害、操作和儲存要求。

2.3.3 應急處置技能

實驗人員要具備快速有效應對實驗過程中突發安全狀況的能力[7]，具體有以下幾點。

(1) 化工實驗室應編制應急預案，實驗人員平時要加強應急培訓和演練，熟悉應急流程，具備應急處置能力，還要熟悉應急逃生方法、受傷急救方法等。當實驗過程發生危險事件時，能按相關的處置預案，快速有效進行初始處置，避免事態擴大。

(2) 實驗人員要熟知實驗現場各類安全設備、設施、消防器材的使用和動作原理，平時做好檢查維護，確保處于完好狀態。實驗現場應配置滅火器、消防栓、洗眼器、緊急噴淋裝置等安全防護設施。具有火災或爆炸風險的實驗室，還應安裝自動報警設備、滅火裝置，配備相適用類型的滅火器材。此外，實驗室的通風能力應與當前實驗室運行情況相適應，任何自動、人工的火災或氣體監測、保護或報警裝置啟動時，機械通風系統應快速抽排空氣，不能形成內循環。

(3) 實驗室現場要有每種試劑及化學品的安全技術說明書(MSDS)，實驗人員要熟知危險化學品的特性，知曉其危險性、存放要求及應急處置方法。如遇火、遇熱、潮濕能引起燃燒、爆炸或發生化學反應，產生有毒氣體的化學品應注意防火、防熱、防潮、防水；爆炸物應輕拿輕放、避免由于摩擦、振動、撞擊發生爆炸；腐蝕性物品要嚴密包裝，避免泄漏，不得與液化氣體共存。實驗大樓的氣瓶應集中于氣瓶間管理，將可燃氣體、助燃氣體和不燃氣體分開儲存，氣瓶上壓力表、安全泄放設施、緊急切斷裝置等安全附件要齊全完好。對于廢棄物的處置要嚴格按照國家規定執行。

3 結語

(1) 化工實驗過程中安全風險很高、不安全因素很多，事故危害極大。從發生事故的根本原因看，幾乎都是人為因素，包括不安全行為、不安全環境以及不安全管理等方面。

(2) 為有效防范化工實驗安全事故的發生，實驗過程中實驗人員必須嚴格遵守安全紀律、工藝紀律、勞動紀律，準確理解實驗設計基本原理、化工工藝反應原理、實驗儀器設備工作原理，熟練掌握實驗操作技能、風險分析技能、應急處置技能，提高化工實驗操作的本質安全水平。

(3) 各級人員要高度重視化工實驗安全工作，要強化安全意識，樹牢安全發展理念，始終把安全工作當作第一要務來抓，建立健全各級安全責任體系，明確各崗位的安全責任和目標要求，加大安全投入，改善安全硬件和環境，建立規范化標準化監管長效機制，確保不發生安全事故。