高玉坤， 王樹(shù)祎， 張英華， 黃志安， 沈栩杰， 唐 韜

(北京科技大學(xué) a.金屬礦山高效開(kāi)采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，b.礦山避險(xiǎn)技術(shù)研究中心，北京 100083)

0 引 言

壓力氣瓶是高校實(shí)驗(yàn)室常用的高危實(shí)驗(yàn)儀器，更是實(shí)驗(yàn)室中事故常發(fā)的危險(xiǎn)源。質(zhì)檢總局發(fā)布的資料顯示，2015年我國(guó)共發(fā)生特種設(shè)備事故257起，其中氣瓶事故所占比重為11.3%[1]。而相關(guān)數(shù)據(jù)表明，學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的事故概率是生產(chǎn)車(chē)間的上百倍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2001～2014年實(shí)驗(yàn)室發(fā)生的100起事故中，因壓力容器及其它設(shè)備引發(fā)的事故共20起，總計(jì)導(dǎo)致66人傷亡[2]。屢見(jiàn)不鮮的高校實(shí)驗(yàn)室氣瓶事故，對(duì)氣瓶風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以及事故預(yù)防提出了要求。

高校實(shí)驗(yàn)室是教學(xué)和科研的重要基礎(chǔ)平臺(tái)，其安全狀況與整個(gè)學(xué)校的穩(wěn)定與發(fā)展息息相關(guān)。而壓力氣瓶作為特種設(shè)備，其安全管理更關(guān)系到實(shí)驗(yàn)室乃至全校的安全。本文分析了實(shí)驗(yàn)室氣瓶事故的致災(zāi)因子，并依據(jù)半定量的風(fēng)險(xiǎn)矩陣，建立了系統(tǒng)的壓力氣瓶風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。

1 實(shí)驗(yàn)室氣瓶事故的致災(zāi)因子

氣瓶屬于特種設(shè)備，具有種類(lèi)多、數(shù)量大、使用廣泛、流動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)[3]。對(duì)過(guò)去20年中發(fā)生的52起實(shí)驗(yàn)室氣瓶事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析：從事故類(lèi)型上看，在52起事故中，由氣瓶?jī)A倒造成的事故有2起，占比3.8%；泄漏事故5起，占比9.6%；爆炸事故45起，占比86.5%，且其中絕大多數(shù)為化學(xué)爆炸。就事故后果而言，在52起事故中，造成3人以下死亡或10人以下重傷的事故占84.6%，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失的事故占9.6%。其中，造成群死群傷和重大經(jīng)濟(jì)損失的均為爆炸事故。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析可知，實(shí)驗(yàn)室氣瓶事故高發(fā)，常見(jiàn)的事故類(lèi)型有傾倒、泄漏和爆炸，這些事故均是致災(zāi)因子耦合的結(jié)果[4]。

1.1 傾 倒

氣瓶發(fā)生傾倒不一定造成事故，但會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的事故隱患。實(shí)驗(yàn)室中能夠形成氣瓶?jī)A倒隱患的致災(zāi)因子主要有：①氣瓶擺放不合理。實(shí)驗(yàn)室空間相對(duì)狹小、物品擺放比較密集，若氣瓶隨意擺放在過(guò)道等人員流動(dòng)性大的區(qū)域，則容易發(fā)生實(shí)驗(yàn)者出入時(shí)撞倒氣瓶的情況。②人員安全意識(shí)淡薄。在實(shí)驗(yàn)室整改、裝修、新進(jìn)其他設(shè)備時(shí)未及時(shí)將氣瓶移除，氣瓶受撞擊而傾倒；部分同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室中嬉戲打鬧，會(huì)導(dǎo)致失手打翻氣瓶。③連鎖反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)室發(fā)生爆炸等事故，碎片或沖擊波擊倒氣瓶。

1.2 泄 漏

實(shí)驗(yàn)室氣瓶泄漏事故輕則造成財(cái)產(chǎn)損失，重則導(dǎo)致人員中毒或發(fā)生泄漏氣體遇明火引發(fā)爆炸的情況。一般導(dǎo)致氣瓶泄漏的因素有：①操作者專(zhuān)業(yè)知識(shí)匱乏。相關(guān)人員未受實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)而直接對(duì)氣瓶進(jìn)行操作，導(dǎo)致氣瓶在裝卸、使用和存儲(chǔ)過(guò)程中發(fā)生泄漏[5]。②氣瓶狀態(tài)不良。部分氣瓶超限服役，超過(guò)或臨近正常使用壽命的氣瓶仍在使用；充裝有腐蝕性氣體的氣瓶在使用過(guò)程中出現(xiàn)界面腐蝕，瓶壁逐漸變薄，造成泄漏隱患。③管理缺失。氣瓶的瓶體出現(xiàn)裂紋、閥門(mén)損壞，危險(xiǎn)氣瓶未經(jīng)檢修而照常使用。

1.3 爆 炸

爆炸事故是比較常見(jiàn)也是后果最嚴(yán)重的氣瓶事故。按照致災(zāi)機(jī)理，爆炸事故可分為：①物理爆炸。壓力氣瓶若未放在不透光的密閉櫥柜中，容易受光照或其他高溫?zé)嵩从绊?，?nèi)部氣體受熱膨脹，進(jìn)而引發(fā)物理爆炸。②化學(xué)爆炸。一些氣瓶中裝有易燃易爆氣體，遇明火則易導(dǎo)致化學(xué)爆炸；不專(zhuān)瓶專(zhuān)用，如氫氣瓶改作氧氣瓶，氣瓶?jī)?nèi)部形成預(yù)混氣而造成爆炸。③混合爆炸。實(shí)驗(yàn)室中往往存放了大量不同種類(lèi)和性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)原料、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備，一旦其他物品發(fā)生燃燒或爆炸，波及氣瓶會(huì)同時(shí)發(fā)生物理爆炸或化學(xué)爆炸[6]。

2 實(shí)驗(yàn)室氣瓶風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系

壓力氣瓶作為實(shí)驗(yàn)室中的危險(xiǎn)源，在日常管理上應(yīng)對(duì)其給予足夠的重視，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室情況管控風(fēng)險(xiǎn)，并充分考慮系統(tǒng)性，選擇適當(dāng)?shù)姆椒?，建立?shí)驗(yàn)室氣瓶的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。

風(fēng)險(xiǎn)具有事故發(fā)生概率和后果嚴(yán)重程度結(jié)合的二重性特征[7]，風(fēng)險(xiǎn)矩陣法基于這兩個(gè)特征，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的概率和嚴(yán)重程度進(jìn)行分級(jí)評(píng)定，評(píng)定結(jié)果分別作為矩陣的行和列而形成風(fēng)險(xiǎn)矩陣，綜合考量事故可能性和后果嚴(yán)重度而得到風(fēng)險(xiǎn)值，進(jìn)而按照所得風(fēng)險(xiǎn)值在矩陣中的位置給出直觀的風(fēng)險(xiǎn)性判定[8]。

2.1 事故概率

事故概率用以衡量事故發(fā)生的可能性大小，在實(shí)驗(yàn)室氣瓶風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，可以用事故概率結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的具體情形和相關(guān)參數(shù)推算事故可能性。概率等級(jí)劃分見(jiàn)表1。

表1 事故概率劃分

2.2 事故嚴(yán)重度

事故嚴(yán)重度是指事故后果的嚴(yán)重程度，其主要由造成人員傷亡的數(shù)量和財(cái)產(chǎn)損失的情況決定，據(jù)此將實(shí)驗(yàn)室氣瓶?jī)A倒、泄漏和爆炸3種事故的嚴(yán)重度等級(jí)劃分為5級(jí)[9-10]，見(jiàn)表2～4。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

將事故概率和嚴(yán)重度結(jié)合起來(lái)，根據(jù)這兩個(gè)指標(biāo)的等級(jí)劃分確定實(shí)驗(yàn)室氣瓶的綜合風(fēng)險(xiǎn)值，得出風(fēng)險(xiǎn)矩陣如表5所示。風(fēng)險(xiǎn)矩陣共有25個(gè)單元格，其中，低風(fēng)險(xiǎn)8格，風(fēng)險(xiǎn)值0～2，為可接受風(fēng)險(xiǎn)；中等風(fēng)險(xiǎn)11格，風(fēng)險(xiǎn)值3～5，為需關(guān)注風(fēng)險(xiǎn)；高風(fēng)險(xiǎn)6格，風(fēng)險(xiǎn)值6～8，為不可接受風(fēng)險(xiǎn)[11]。

表2 傾倒事故嚴(yán)重度劃分

表3 泄漏事故嚴(yán)重度劃分

表4 爆炸事故嚴(yán)重度劃分

表5 風(fēng)險(xiǎn)矩陣

3 應(yīng)用實(shí)例

應(yīng)用上述實(shí)驗(yàn)室氣瓶風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，對(duì)土木與資源學(xué)院某實(shí)驗(yàn)室的壓力氣瓶進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。該實(shí)驗(yàn)室建筑面積200 m2，為無(wú)隔斷開(kāi)放空間，共有壓力氣瓶68個(gè)，氣瓶中裝有高純N2、O2、CO2及含有SO2、NH3、NO、NO2、CH4、CS2、硫醇、甲硫醚、羰基硫、甲苯等的混合氣體。其中裝有易燃?xì)怏w氣瓶8個(gè)，充裝有毒氣體氣瓶26個(gè)。實(shí)驗(yàn)室設(shè)有2個(gè)通風(fēng)櫥，并裝有排風(fēng)扇。

3.1 事故概率和嚴(yán)重度取值

根據(jù)52起實(shí)驗(yàn)室氣瓶事故的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，用事故發(fā)生的頻率估計(jì)概率，結(jié)合該實(shí)驗(yàn)室的具體情況進(jìn)行等級(jí)評(píng)定。

(1) 事故概率的評(píng)定。①傾倒。該實(shí)驗(yàn)室氣瓶擺放整齊，但相對(duì)分散，且未配備防傾倒支架，評(píng)定其發(fā)生傾倒事故的等級(jí)為C級(jí)。②泄漏。實(shí)驗(yàn)室中充裝有毒氣體的氣瓶數(shù)量超過(guò)氣瓶總數(shù)的1/3，但氣瓶普遍較新，未發(fā)現(xiàn)破損和腐蝕，評(píng)定其泄漏事故等級(jí)為B級(jí)。③爆炸。氣瓶外設(shè)有標(biāo)簽卡，但卡片懸掛混亂，出現(xiàn)了一瓶多卡情況，較容易造成氣體辨識(shí)不清而引發(fā)爆炸事故；實(shí)驗(yàn)室內(nèi)電路接線混亂，容易漏電或發(fā)生電氣火災(zāi)；但考慮到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)裝有易燃?xì)怏w的氣瓶較少，且氣瓶周?chē)鷽](méi)有明火和高溫加熱裝置，評(píng)定其爆炸事故等級(jí)為D級(jí)。

(2) 事故嚴(yán)重度的評(píng)定。①傾倒。氣瓶的重量較輕，且擺放分散，瓶身傾倒將人員砸傷的可能性較小；且氣瓶瓶閥上設(shè)有安全帽，瓶體有防震墊圈，即使傾倒氣體也不易沖出，評(píng)定氣瓶?jī)A倒的嚴(yán)重度為1級(jí)。②泄漏。實(shí)驗(yàn)室人員密集，但通風(fēng)良好，一旦發(fā)生氣體泄漏能夠快速排風(fēng)，不易引發(fā)人員中毒和爆炸，評(píng)定其泄漏事故的嚴(yán)重度為2級(jí)。③爆炸。氣瓶周?chē)袑?shí)驗(yàn)臺(tái)和其他儀器設(shè)備，一旦氣瓶發(fā)生爆炸，極有可能將周?chē)锲氛?；?shí)驗(yàn)室空間較大，爆炸威力不易疊加；未存放其他易燃易爆化學(xué)品，不會(huì)發(fā)生連鎖爆炸反應(yīng)；配備有滅火器、煙霧報(bào)警器等防滅火設(shè)備，能夠有效防止爆炸引起的火災(zāi)蔓延，據(jù)此評(píng)定該室氣瓶爆炸事故嚴(yán)重度為2級(jí)。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)矩陣確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

針對(duì)3種事故情形，將其發(fā)生概率和嚴(yán)重度等級(jí)結(jié)合起來(lái)，對(duì)應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)矩陣查得該事故的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

由表5的風(fēng)險(xiǎn)矩陣查得，傾倒風(fēng)險(xiǎn)值為3，泄漏風(fēng)險(xiǎn)值為3，爆炸風(fēng)險(xiǎn)值為5。3個(gè)風(fēng)險(xiǎn)值均在中等風(fēng)險(xiǎn)范圍內(nèi)，需要加以關(guān)注，尤其是發(fā)生爆炸事故的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 改進(jìn)與優(yōu)化

該實(shí)驗(yàn)室氣瓶風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)居中，說(shuō)明目前該實(shí)驗(yàn)室氣瓶的狀況基本滿(mǎn)足安全要求，但仍有待采取措施改進(jìn)優(yōu)化，進(jìn)一步降低風(fēng)險(xiǎn)。依照3種事故的致災(zāi)因子，從人、機(jī)、環(huán)、管四方面對(duì)氣瓶安全狀況進(jìn)行改進(jìn)。

(1) 對(duì)實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行氣瓶操作安全教育培訓(xùn)，使之提高安全意識(shí)并掌握相關(guān)知識(shí)，實(shí)行實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)入制度[12]，降低由于無(wú)知和誤操作造成事故的風(fēng)險(xiǎn)[13]。

(2) 保證每個(gè)氣瓶均與標(biāo)記卡相匹配，且卡片上準(zhǔn)確填寫(xiě)瓶?jī)?nèi)氣體種類(lèi)、充裝日期以及負(fù)責(zé)人。在氣瓶擺放上，要使不同氣瓶間保持一定距離，且每只氣瓶外部放置金屬固定架，避免傾倒事故發(fā)生時(shí)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)。

(3) 對(duì)實(shí)驗(yàn)室電路接線情況進(jìn)行整改，避免電氣事故引爆氣瓶。最好將氣瓶置于專(zhuān)門(mén)的儲(chǔ)柜中，防止其受到外部物體打擊，避免實(shí)驗(yàn)室發(fā)生燃燒、爆炸引發(fā)氣瓶連鎖反應(yīng)；并在儲(chǔ)柜外設(shè)置檢測(cè)報(bào)警聯(lián)動(dòng)裝置，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏等事故，將危害降到最低。

(4) 實(shí)驗(yàn)室指派專(zhuān)人負(fù)責(zé)氣瓶的安全管理工作，并就此制定專(zhuān)項(xiàng)安全工作計(jì)劃[14]。負(fù)責(zé)人平時(shí)對(duì)氣瓶狀態(tài)進(jìn)行檢查，排除氣瓶周?chē)ｋU(xiǎn)源，并避免未經(jīng)培訓(xùn)的人員操作氣瓶。同時(shí)，要進(jìn)一步完善評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立長(zhǎng)效的實(shí)驗(yàn)室氣瓶安全管理機(jī)制[15]。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文分析了實(shí)驗(yàn)室壓力氣瓶的事故致災(zāi)因子，并建立了高校實(shí)驗(yàn)室氣瓶風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，得出以下結(jié)論：

(1) 高校實(shí)驗(yàn)室氣瓶主要易發(fā)生傾倒、泄漏和爆炸事故，導(dǎo)致事故的致災(zāi)因子具有多樣性，但實(shí)質(zhì)上可歸結(jié)于人、機(jī)、環(huán)、管4個(gè)方面。

(2) 綜合考慮事故概率和嚴(yán)重度，用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法建立實(shí)驗(yàn)室氣瓶的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，可以直觀地給出氣瓶的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，半定量的方法增加了評(píng)估的客觀性和直觀感。

(3) 結(jié)合學(xué)校土木樓某實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況，建立了氣瓶風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，得出該實(shí)驗(yàn)室壓力氣瓶的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中級(jí)，屬于需關(guān)注風(fēng)險(xiǎn)，尤其應(yīng)注意避免易燃?xì)怏w發(fā)生爆炸，此結(jié)果為對(duì)該實(shí)驗(yàn)室的氣瓶進(jìn)行有針對(duì)性的改進(jìn)和安全管理提供了科學(xué)依據(jù)。

高校實(shí)驗(yàn)室氣瓶風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系的建立，有助于識(shí)別高發(fā)的致災(zāi)因子進(jìn)而重點(diǎn)防控，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣瓶系統(tǒng)、科學(xué)、全面的管理，從而有效地降低氣瓶事故風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)該體系具有普適性，對(duì)實(shí)驗(yàn)室中其他危險(xiǎn)儀器和化學(xué)品的風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估具有借鑒意義。

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