高校化學教學實驗室小型試劑庫改造

李嬌，馮紅艷，金谷，朱平平,＊

1中國科學技術大學化學國家級實驗教學示范中心，合肥 230026

2中國科學技術大學化學與材料科學學院，合肥230026

2019年初，教育部印發的《關于進一步加強高校教學實驗室安全檢查工作的通知》(教高廳〔2019〕1號)、《關于加強高校教學實驗室安全工作的意見》(教技函〔2019〕36號，以下簡稱“意見”)中提出高校教學實驗室所面臨的重大安全問題，并從安全體系、風險評估、應急制度、保障制度和獎懲機制等多個方面給出了相關安全工作的重要指導性意見。現階段教學實驗室的安全問題已開始逐步受到更多的關注和重視，希望通過各方的努力，全力推動其向著規范化、科學化的目標穩步前進。

高校教學實驗室是高校基礎實驗教學中不可缺少的組成部分，也是高校科研人才培養的基礎保障，但由于教學實驗多為基礎實驗課程，每年參加實驗的學生人數眾多(本校實驗人數近2900人次)，實驗項目多，安全隱患日益凸顯，高校教學實驗安全工作直接關系師生的生命安全，也是保證學校和社會的安全穩定的關鍵所在。

近年來，中國科學技術大學國家級化學實驗教學示范中心(以下簡稱“中心”)積極響應國家關于高校教學實驗室安全工作的政策，陸續開展了安全課堂(化學實驗安全知識MOOC)和安全活動(講座及直播)以全面提升師生的安全防護意識，并進一步完善實驗室安全軟件(化學藥品信息化管理系統)和硬件條件(消防設施、應急用品等)，規范安全責任體系，為學校和社會的安全穩定、師生的生命安全提供了有效的保障[1]。

然而，隨著實驗室安全工作的不斷推進和深化，眾多“隱身”的安全問題逐一浮出水面，其中,化學實驗小型試劑暫存庫(以下簡稱“試劑庫”)的安全共性問題尤為突出，主要概括為危化品品種多、數量多、分布廣、危險源多、技術缺陷和管理體系不夠完善等，極易發生火災、爆炸、毒害和生物安全等重大安全事故，化學小型試劑庫是最容易發生安全事故的“高風險區”，應倍加重視。

依據國家相關法規《危險化學品安全管理條例》(國務院令[2011]第591號)、《常用危險化學品存儲通則》(GB15603)、《化學品分類和危險性公示通則》(GB13690)和《倉庫防火安全管理規則》(公安部令第6號)中對危險化學品管理和實驗室安全建設管理的相關要求和規定，中心結合本科基礎化學實驗教學實驗室的實際情況，在符合相關法律法規和國家標準的要求前提下對試劑庫進行全面的安全環境改造，進一步加強安全、科學、規范的危化品管理。

1 基礎化學教學實驗室試劑庫存在的問題

基礎化學教學實驗室分布于我校主校區環境與資源樓的3-7樓東樓，建造年限7年。實驗室的整體布局側重于實用性和適用性[2]，試劑庫并未加以合理規劃，目前存在較大的安全隱患，以分析化學實驗室為例，其試劑庫存在以下五個方面的問題。

1.1 選址不合理

分析化學實驗室原試劑庫面積約為10平米，位于6樓東側樓層配電間的外隔間，存放有幾十種易燃易爆危化品，極易發生火災爆炸事故，見表1。

表1 分析化學實驗室部分易燃易爆類危化品種類及數量

1.2 整體配置不符安全規范

原有試劑庫屬于普通房間，配置的是普通板材柜用于試劑存放，不適合存放危化品；試劑庫庫門為木門，無耐火隔熱性；地面為瓷磚，未做防腐蝕處理；輸電線路、電氣設備和照明設施不具備防爆性能；未安裝氣體檢測和報警裝置；無防靜電裝置等。試劑庫的這些配置均不符合試劑庫建設相關法律、法規和國家標準的要求，安全無小事，亟需解決[3]。

1.3 消防器材、安全標識不全

除樓棟本身配套的基礎消防設施，目前試劑庫內僅配備了2瓶干粉滅火器和消防沙，現階段主要問題在于缺少必要的專業消防器材、安全逃生器材和消防安全標識，安全維護管理滯后現象具有普遍性，存在諸多安全危險隱患。

1.4 危化品儲存不當

危化品儲存受溫度、濕度等環境因素影響較大，因為多數危化品受熱后會放出一定的熱量，如果試劑間通風不暢，熱量長時間積聚，將會使室內溫度升高，極易發生自燃事故。目前，分析化學實驗室的危化品儲存的兩個關鍵問題就是環境問題和危化品未分類存儲問題，同時試劑間也缺少應有的安全標志和危險化學品周知卡，遠達不到化學試劑存儲安全管理的標準。

1.5 缺乏應急用品和應急救援人員

近兩年增設的應急用品柜，內置個人應急防護用品，但是總體種類不全、數量不足。同時，缺乏專業應急救援人員，如遇突發狀況(如化學品泄漏、自燃等)，可能會耽誤救援進程，錯失最佳救援時機，輕則造成經濟損失，重則會造成人身傷亡事故，須予以重視。

2 重新選址

目前分析化學實驗室已無閑置房間可以改造為試劑庫。因此，經安全性及實用性方面的考慮，我們將原配劑間(約26平米)一分為二，一半空間改造為新試劑庫，另行購置智能危化品儲存柜(3臺，易燃易爆品、易制毒品、有毒品)及酸堿PP柜(4臺)以達到危化品分類存儲的標準要求。另一半則保留配劑間原有基本功能，對實驗臺、水路進行重新規劃設計，在原面積減少一半的情況下，合理布局，達到空間利用最大化。原試劑庫規劃為耗材倉庫，增添多層儲物架用于存放分析化學實驗所用的玻璃儀器及實驗耗材，見圖1。經重新選址和規劃設計，大大提高了實驗室空間利用率。

圖1 試劑庫改造前(左)和改造后(右)

3 建筑結構設計與改造

高校化學試劑庫的建筑和結構設計主要依據危化品的特性和建筑本身特點為基石[4]，主要參考國家標準《建筑設計防火規范》(GB 50016-2014)[5]。經多方調研和討論，確定分析化學實驗室試劑庫改造從以下幾個方面入手：防火防爆改造、吊頂改造、地面防腐改造，見圖2。

圖2 改造后試劑庫的電氣及消防設施

3.1 安全門改造

根據相應國家標準，甲、乙、丙類庫區的庫門應具有防火、防靜電、防腐、防盜等功能[6,7]。試劑庫采用完全隔熱防火門(A類)鋼制防火門，在規定的時間內能同時滿足耐火隔熱性和耐火完整性的要求，具有防火、抑制火勢蔓延、煙氣擴散和保護人員安全撤離和疏散的特殊功能，同時可減少實驗室財產損失[3,8]。

3.2 吊頂改造

試劑庫的改造拆除了原有房間吊頂。試劑庫不宜做吊頂，因為吊頂材料多數具有可燃性，而且吊頂上方空間的離散的氣體難以疏散，極易造成安全事故。

3.3 地面防腐蝕改造

危險化學品庫的地面應防潮、堅韌、耐磨、平整、易于清理，不產生火花。腐蝕性危險化學品儲存庫房的地面、裙線需要進行防腐處理[9]。試劑庫采用環氧自流平地坪+PVC地膠墊，該地坪具有耐磨、耐腐蝕性好、無毒不助燃的特點，在其上鋪以PVC地膠墊，防火阻燃(防火指標可達Bf1級)、防水防潮、不會出現瓷磚縫隙堆積污垢、粉塵的現象，易于清潔維護，符合國家標準要求和實際使用需求。

4 電氣改造

試劑庫電氣設備與系統應具備供電、報警、探測、控制等功能[10]。依據國家和電氣行業規范，試劑庫改造主要從電源配電箱、防爆線路、防爆電器、防爆照明、監控系統、防靜電和警報系統等多方面進行，見圖2。

4.1 電源配電箱

普通配電箱存在以下安全隱患：配電箱用可燃材料制作；箱內電氣設備可能發生熔體爆斷或鏈接不良，使金屬熔化或產生火花；導線因年久老化造成短路等，易發生爆炸事故。同時，若環境內揮發性氣體達到一定濃度，遇明火也有可能發生爆炸[11]，基于此，試劑庫安裝一臺防爆空調專用的小型專用防爆配電箱，其他線路均接入另一房間(新配劑間)的專用防爆配電箱內。

4.2 防爆線路

化學試劑庫的輸配電線路應具備高防爆性能。良好的絕緣可以保證線路的安全運行，是防止電氣事故的一項重要措施[12]。試劑庫采用防爆鍍鋅鋼管結合防爆軟管包裹輸配電線路，保障線路的絕緣性，以達到防火防爆效果。

4.3 防爆電器

試劑庫在改造中使用了防爆空調(空調內機機芯獨立出來單獨做防爆處理，防止發生爆炸時空調會立即停止工作發生火災)、防爆攝像頭、防爆控制箱、防爆開關與防爆插座、防爆行程開關(置于門框處，實現防爆燈的電路切換，即開門時燈自動打開，門關時燈自動關閉)、防爆指示燈和防爆蜂鳴器。這些防爆電器具有防爆外殼(多數材質為鑄造鋁合金或鋼板焊接)，既能承受內部爆炸性氣體環境而形成的爆炸壓力，也能阻止內部的爆炸性混合物向外殼周圍傳播[13]。

4.4 防爆照明

普通照明燈具在工作時會產生電火花或形成熾熱的表面，在一定濃度的易燃易爆氣體環境中，極易發生爆炸事故，因此，在試劑庫中應安裝防爆照明設施。試劑庫防爆照明改造使用4個防爆熒光燈和1個防爆應急燈。防爆燈的鎮流器、開關采用防爆元件，外殼為增安型結構，玻璃纖維增強不飽和聚酯樹脂成型，具有強度高、抗沖擊、防水、防塵、防腐、防靜電等優點。防爆應急燈為高亮度LED燈，配備高能鋰電池，正常供電自動充電，停電或事故自動轉換為電池組電源，自動開啟應急照明，照明時長不少于6小時。此外，防爆應急燈附帶安全出口標識，便于緊急情況下逃生使用。

4.5 防靜電、防雷

試劑庫門口配置了金屬靜電釋放柱，相關實驗人員在進入試劑庫之前用手觸摸此扶手以消除身體上的靜電。由于人們穿著人造面料的衣服是很普遍的，此種面料容易產生靜電現象，通常積聚在人體內。靜電危害中最嚴重的靜電放電可引起可燃物的起火和爆炸，靜電電量雖然不大，但因其電壓很高而容易發生放電，產生靜電火花，能量釋放易于引發火災爆炸事故。因此，在存儲易燃易爆化學品的試劑庫,須使用靜電釋放柱將人體本身所積聚的靜電電荷泄掉，降低瞬間人體靜電釋放能量，避免靜電放電引起的火災爆炸事故。

此外，試劑庫位于新主樓內，因此防雷方面則按原有樓棟防雷方案。

4.6 監控系統

(1) VOC監控系統。

有機揮發物(VOC)會傷害人的肝臟、大腦和神經系統，甚至可能致癌，對人體健康有巨大影響，因此要預防或控制VOC的危害，依賴于高效準確的VOC檢測系統。因此，試劑庫改造中應用VOC監測設備以對VOC濃度進行實時監測。當濃度超出限定范圍時，總控制系統立即自動啟動排風系統，以降低整體氣體濃度；當濃度恢復正常范圍后，自動關閉排風系統。

(2)溫濕度監控系統。

多數試劑對存儲環境的溫濕度有嚴格的要求，因此，實現對溫濕度的實時監測是保證庫內穩定存儲環境的重要一環。當庫內溫濕度超出限定范圍時，總控制系統立即自動啟動空調和排風進行調節直至溫濕度值恢復到正常范圍，繼而自動關閉系統。

(3)視頻安防監控系統。

試劑庫改造增設視頻監控系統，系統配備了高靈敏、高分辨防爆攝像頭并具備夜視功能。圖像保存時間在實時錄像情況下為30天，可隨時回放試劑庫出入人員的時間和行動軌跡等信息，便于自查自糾。

4.7 監測報警系統

整體控制系統達到一定參數即可觸發聲光報警器，報警警示。具體參數設置如下：濕度超過95%溫度超出35 °C或VOC濃度超過46.9 mg·m-3(25 ppm，按分析化學實驗室試劑間內VOC主要為乙醇計算)，三項滿足其一，即觸發報警。

5 消防設施配置

化學試劑庫所需配備的消防設施應包括自動噴水與滅火系統、火災自動報警系統、水噴霧自動滅火系統等，還需配備滅火器、滅火毯、消防沙等滅火器材。

根據試劑庫面積及安裝高度，配置了2套懸掛式ABC干粉自動滅火裝置。此裝置在噴淋頭的噴嘴處部位裝有感溫玻璃球，正常情況下，玻璃球的上端頂住噴嘴處的密封片。當室內溫度達到68 °C時玻璃球爆破，密封片自動跌落，滅火器內部壓力將干粉向噴淋頭處噴灑，進行滅火，其滅火速度較一般的手提式滅火器快很多，適用于火災初期階段的局部火災。當庫內溫度超過35 °C時，將啟動溫濕度報警系統，溫度升到68 °C時將自動啟動干粉滅火系統，且對設備電氣、化學品不會產生二次危害[12-15]。

此外，試劑庫配備了手提式二氧化碳滅火器、干粉滅火器、滅火毯(玻璃纖維)、消防沙桶(撲滅油制品及易燃性化學品)等消防滅火器材。

不同的火災類型起火原因不同，需使用不同的滅火器，如選擇錯誤不僅滅火效果不好，甚至可能會導致火勢加劇，后果不堪設想。滅火器配備應根據實驗室的安全綜合情況選用適合的滅火器類型，具體參考如表2。消防沙主要起到覆蓋滅火的作用，也可用于泄漏物質的吸附和阻截作用。滅火毯是能起到隔離熱源及火焰的作用，亦可披覆在身上為逃生所用。

表2 滅火器的選擇

6 應急救援

實驗室是高校教學和科研工作中安全事故頻發的要害部位，管理稍有不慎，就可能引起人身傷亡事故并對社會造成不良影響。2019年初，教育部下發的通知《教育部要求進一步加強高校教學實驗室安全檢查工作》中明確了應急救援工作在教學實驗室安全工作中的關鍵作用，全面提升安全應急能力建設是當務之急，并強調關于推進應急人員、物資和經費保障工作。高校應急救援能力的提升，能夠有效預防、及時控制和妥善處理各類突發事故，將事故造成的傷害降低到最低限度，確保生命和財產安全，維護實驗室穩定。

6.1 應急用品配置

應急用品是應急救援的有力武器和重要保障，對應急救援的成敗起著至關重要的作用。試劑庫的改造中配置了專業化的應急用品，見表3。

表3 應急救援用品一覽表

6.2 應急救援隊伍建設

專業應急救援人員，能根據現場的各種突發狀況及時做出正確的應急決策，再使用合適的應急用品進行處理，可以最大限度地避免、減少人員傷亡和財產損失，能有效保護環境和社會穩定。目前化學實驗教學中心的應急救援隊伍處于建設已初具雛形階段(人員、硬件)，下一步計劃在應急理論知識培訓、配套教材編撰、應急預案編制、應急演練規劃及實施等幾個方面入手，進一步提升應急救援人員的應急能力，使應急救援工作更為科學化、體系化、標準化，為高校教學科研保駕護航。

7 結語

在嚴格遵循國家相關標準和規范設計的前提下，高校化學小型試劑庫的改造方案需要結合所在樓棟原有建筑結構、消防安全配套等實際情況來進行綜合性分析和設計。雖然試劑庫改造的總體量較小(約12 m2)，但麻雀雖小五臟俱全，我們在建筑結構、電氣、消防安全、應急救援等方面都進行了全面改造，并結合智能化安全控制系統，加強安全防范與控制，將安全風險降到最低程度，確保高校師生安全和校園穩定。