高校實驗室高壓設備(容器)安全管理

周靚，李若愚，劉洋

(北京林業大學實驗室與設備管理處，北京 100083)

0 引言

高校實驗室具有較強的探索性、創新性，因此安全風險較高。近幾年，高校科研院所實驗室火災爆炸、化學品中毒等重大安全事故時有發生。據統計，2013—2023 年高校科研院所實驗室共發生安全事故33 起，累計造成16 人死亡、41 人受傷。高校實驗室重大安全危險源主要集中在高風險設備和化學品上，其中，高壓設備因超壓發生爆炸事故時，剛性容器瞬時泄漏內部的化學品可能衍生中毒、沖擊波、二次爆炸、環境污染，后果極其嚴重。

根據市場監督管理總局通報《關于2022 年全國特種設備安全狀況的通告》，2022 年全國共發生特種設備事故及相關事故共計108 起，其中造成死亡101 人，萬臺特種設備死亡人數為0.07[1]。其中壓力容器事故7 起，死亡3 人，氣瓶事故5 起、死亡2人[1]，由此可知高壓設備造成事故多為傷亡較嚴重的事故。2022 年全國特種設備事故原因分布如圖1 所示。根據事故因果連鎖理論，事故的發生是因為人的不安全行為和(或)物的不安全狀態所導致的，因此使用單位可通過對人和物的科學管理，消除事故隱患。

圖1 2022 年全國特種設備事故原因分布圖

實驗室中壓力設備(容器) 使用較為廣泛，包括氣瓶、反應釜、高壓滅菌鍋等，這些設備使用條件多為高溫高壓狀態，使實驗環境達到一定的溫度和壓力，達成實驗目的。例如微型反應釜的使用可促使反應加速，能夠極大地節省實驗周期，亦可出現意想不到的實驗結果，極大推動了工業界以及科學界對物質的研究與探索[2]。因此，有較多實驗室使用高壓設備，但是高壓設備具有較大的危險性，當反應失控時，極易出現爆炸事故。例如：2021 年，北京某科研院所一實驗室發生一起反應釜爆炸事故，1 名學生當場死亡；2017 年，上海某高校反應釜爆炸事故，一學生受傷。因此，做好實驗室壓力設備(容器)的全流程管理，強化實驗人員安全教育培訓，消除安全隱患，成為實驗室安全管理工作中重要的方面。

1 高校實驗室壓力設備(容器)現狀

1.1 高壓氣瓶

高校實驗室氣瓶較為廣泛，氧氣、液氮、氦氣、氫氣、甲烷氣是實驗室常用的高壓氣體，所涉及氣體可分為易燃氣體、助燃氣體、窒息性氣體、有毒氣體、腐蝕性氣體和氧化氣體等。根據GB 12268—2012 《危險貨物品名表》和GB 18218—2009 《危險化學品重大危險源辨識》，氣瓶同時具有充裝大量化學品和具有較高壓力兩大特性，屬于重大危險源[3]。統計近些年來發生的實驗室中高壓氣瓶事故，主要有爆炸、傾倒、泄漏等，多為爆炸事故[4]，造成事故的原因是高壓氣瓶不安全狀態包括操作不當、存放不當、缺少安全裝置、氣瓶狀態較差等。其根本原因為制度建立后落實不到位、安全意識不強、設備管理責任不清等。

1.2 微型反應釜

水熱/ 溶劑熱反應釜是高校實驗室較為常見的反應裝置，在材料、化學、環境、食品領域應用廣泛。盡管高校實驗室普遍采用的反應釜體積相比工業生產的反應釜容量小，但是其危險性卻很高。

危險性來源于以下幾點：

(1)反應釜釜體的風險隱患，對危險反應釜，高校實驗室多為自行采購，如反應釜存在設計本身有缺陷、材質不達標等問題，則極易產生安全事故；

(2)化學反應過程中的風險隱患，由于高校實驗多為探索性、創新性實驗，實驗設計如出現問題，反應過程劇烈甚至失控，溫度急劇上升，極易出現超壓的風險；

(3)反應釜違規操作隱患，違規操作是反應釜事故的重要原因之一，實驗人員操作時密封不嚴、帶壓開啟等極易造成反應釜爆炸[5]。

因此，實驗室要做以下幾點來避免危險：

(1)微型反應釜應從正規渠道購買；

(2)根據反應釜承載條件，合理設計實驗；

(3)做好實驗前的安全風險分析；

(4)做好反應釜的維護清洗；

(5)嚴格按照操作規程，嚴防安全隱患的發生。

多起高校科研院所發生的反應釜爆炸事故表明，這一裝置如未科學、安全使用，將造成嚴重后果。

1.3 高壓滅菌鍋

根據TSG 21—2016 《固定式壓力容器安全安全技術監察規程》中對壓力容器的適用范圍規定，高校實驗室高壓滅菌鍋容積多為75～100 L，使用介質多為水蒸氣，屬于第一類壓力容器[6]。高壓滅菌鍋的安全管理應按照相關法律法規要求，做好使用登記證、定期檢驗申報、停用/啟用/報廢程序等工作。高壓滅菌鍋的使用和管理人員應考取特種設備作業資格證，實現物和人的雙證上崗。做好高壓滅菌鍋建立設備、人員、管理水平方面的臺賬，制定監督檢查計劃，對高壓滅菌鍋進行全程、全面安全管理。

2 實驗室高壓設備(容器)安全管理對策

2021 年，《教育部辦公廳關于開展加強高校實驗室安全專項行動的通知》(教科信廳函〔2021〕 38號)強調對涉及包含特種設備在內的危險源進行風險評估。2023年，教育部辦公廳關于印發《高等學校實驗室安全規范》(教科信廳函〔2023〕5號)的通知，規范中明確指出要對涉及特種設備等的重要危險源的教學、科研項目實行項目風險評估和管控制度。2023 年《高校實驗室安全檢查項目表》對特種設備的使用人員及管理進行了明確的要求。

2.1 落實壓力設備(容器)管理責任

高校應建立特種設備安全管理責任體系，實現校、院、實驗室三級管理。為避免責任分散效應[7]，各級管理還應明確設備安全管理人員(涉及特種設備的安全責任人還應考取特種設備作業資格證)，對其進行設備相關法律法規和安全技術培訓。屬于特種設備的壓力容器(高壓滅菌鍋和氣瓶)，其管理應依照相關法律法規進行依法管理，相關法律法規如表1 所示。使用單位應逐臺建立特種設備技術檔案，檔案包括相關技術文件、定期檢驗和定期自行檢查記錄、日常使用情況記錄、維護保養記錄、運行故障和事故記錄等。

表1 特種設備主要管理法規

2.2 保證設備(容器)本質安全性

本質安全理論強調通過減少危險有害因素來加強安全管理，設備的本質安全是設備安全使用的基礎。實驗室使用高壓設備(儀器)應確保其本質安全，采購合規設備(儀器)，定期更換老舊設備，控制安全風險。

高壓設備的設計、制造、型式安裝等應獲得部門審批，方可實施。高校實驗室在采購相關儀器(設備)，應對相關文件進行檢驗。

(1) 高壓設備采購必須遵照GB2 1746—2008《教學儀器設備安全要求總則》以及學校關于高風險儀器設備的管理規定，制定采購計劃，開展風險論證后，方可進行采購[8]。采購時，嚴格把關廠商的資質審查，“安全監督檢驗證書、質量合格證、設計文件使用維護說明”等隨貨出廠資料應完備，需專業安裝的壓力容器設備其安裝人員應具有相關資質。

(2)氣瓶的充裝單位是氣瓶安全的責任單位。高校在選擇氣瓶供應商時，應全面審核供應商資質，資格條件必須有：氣瓶充裝許可證、危險品經營許可證、安全生產許可證、ISO 質量認證、特種設備登記證、鋼瓶檢驗許可證等[9]。相關人員采購氣體時，對氣體鋼瓶上的信息、安全附件逐一檢查。

(3)微型反應釜應從正規途徑購買，盡可能購置附有壓力表的反應釜。日常也應做好剛性部件的維護，避免用強酸強堿浸泡，避免銹蝕，影響其承壓能力[5]。

2.3 完善高壓設備全流程管理

在用壓力容器中的特種設備，應在投入使用前或投入使用30 d 內辦理《特種設備使用登記證》，有效期3年[10]。使用期間應當依法實行定期檢驗制度，嚴格執行年檢、月檢、日檢，并有檢修記錄。壓力容器的安全附件是避免發生事故的關鍵部件，因此安全附件的周期性檢驗和更換十分重要。根據相關法規，壓力容器的安全閥應每年校驗，爆破片定期更換(更換頻次與所用介質、條件有關)，壓力表定期校驗[10]。使用單位在設備的《特種設備使用登記證》到期前30 d 內，報當地特種設備檢驗(檢測)機構，對設備的承壓元件及安全附件進行專業檢驗，評定安全等級。此外，特種設備的變更、停用、報廢均應報所在地市場監管局，履行相關制度。特種設備使用登記證和使用標志如圖2所示，特種設備全過程管理流程如圖3 所示，特種設備定期檢驗流程圖如圖4 所示。特種設備的全流程管理亦可依托信息化建設實現精細、高效管理[11]。

圖2 特種設備使用登記證和使用標志示例

圖3 特種設備全流程管理流程圖

圖4 特種設備定期檢驗流程圖

圖5 實驗室特種設備持證上崗培訓考核流程圖

2.4 針對高風險實驗方案開展風險評估及應急預案

涉及使用高壓滅菌鍋、反應釜、氣瓶的實驗是具有較高風險的。在制定高風險實驗方案時，尤其是涉及有機物在反應釜中進行的實驗(如方案中所用化學品設計失誤，在高溫高壓密閉條件下，極易出現反應失控，發生爆炸事故)，應進行風險辨識，做好風險評估，對實驗方案中有可能產生的危險類型，進行科學判斷，經過自評、專家審批后方可開展實驗。對照風險因素可能損害后果，完善相關應急預案，定期組織相關實驗人員開展應急演練，增強實戰能力。

例如：通過預先風險分析方法(PHA) 對實驗項目進行風險評估，該方法是對項目中存在的危險性類別、出現條件、導致事故的后果進行分析，目的是識別項目中的危險，確定危險等級。該方法的危險等級劃分標準如表2 所示，高壓設備(容器)預先危險性分析評價舉例如表3 所示。

表2 危險性等級劃分標準

表3 高壓設備(容器)預先危險性分析評價表舉例

2.5 高壓容器的使用實行持證上崗制度

使用特種設備應按照國家有關規定取得相應資格，特種設備安全管理人員、檢測人員和作業人員均要持證上崗，其中高校師生涉及特種設備安全管理和操作，這兩類人員應分別考取特種設備作業A證和R1證。高校實驗室人員流動性大，相關實驗人員安全意識不強。類比高校實驗室準入制度，對壓力容器的使用，需設定明確的考核標準，制定壓力容器使用標準流程，使用者達到一定的理論和實際操作水平，取得相應資質，方可開展相關操作。在此基礎上，還應開展壓力容器專業培訓，詳細介紹壓力容器的工作原理、組成、使用等知識，進行持續性培訓[12]。

3 結語

高壓設備安全管理是高校實驗室安全管理的重要組成部分，其風險性、分布廣泛的特點增加了管理難度。高壓設備的安全性依賴于其科學、規范、標準的全流程管理，包括設備購置、安裝、使用、管理和處置等環節。高校應不斷細化其管理，依托信息化平臺建設，加強宣傳引導，消除管理盲點，實現高壓設備的全周期監管，消除實驗室重大風險源。