張麗芳,趙 云,倪中海

(中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院,江蘇徐州 221116)

0 前言

近些年,隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,高等院校和科研院所進(jìn)行科研實驗實踐的實驗室數(shù)量不斷增長,條件逐步改善。然而伴隨著實驗室規(guī)模的擴(kuò)大、人員和設(shè)備的增多,實驗室內(nèi)存在的安全隱患也日益暴露出來。據(jù)統(tǒng)計[1],由實驗氣體造成的事故占有很大比例,在造成人員死亡的實驗室事故中,由易燃?xì)怏w和有毒/窒息性氣體造成的死亡人數(shù)占總統(tǒng)計事故死亡人數(shù)的76.92%。所以,實驗氣體的安全使用是實驗室安全的重要方面之一。

隨著實驗室安全問題的暴露和相關(guān)部門安全方面法律或條例的強化,各科研單位也認(rèn)識到實驗室安全問題的重要性和緊迫性,開始進(jìn)行安全問題整治和安全設(shè)施建設(shè)[2,3]。在多方努力下,實驗室安全工作取得了一些成效,科研人員的安全意識也逐步提升。在實驗室氣體安全使用方面,目前的隱患排查治理一般偏向靜態(tài)和表面過程,而在實際科研活動中,動態(tài)和隱性風(fēng)險點可能更具危險性。在此,結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)和氣瓶使用相關(guān)規(guī)程,對這些動態(tài)和隱性風(fēng)險點進(jìn)行辨識、評估和管控方案研究。

1 實驗室氣體使用隱患分析

1.1 氣瓶的搬運和裝卸過程

氣瓶的搬運和裝卸過程指氣瓶到達(dá)使用單位后至進(jìn)入實驗室或氣瓶間的卸車和搬運的動態(tài)過程。這一過程發(fā)生在實驗樓宇內(nèi)外,因?qū)嶒灅怯罴爸車藛T較密集,如果出現(xiàn)危險,會造成大的危害。我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 34525—2017[4]中有如下相關(guān)條款。

a) 氣瓶的搬運[4]:近距離搬運氣瓶,凹形底氣瓶及帶圓形底座氣瓶可采用徒手傾斜滾動的方式搬運。距離較遠(yuǎn)或路面不平時,應(yīng)使用特制機(jī)械、工具搬運,并妥善加以固定。不應(yīng)用肩扛、背馱、懷抱、臂挾、托舉或二人抬運的方式搬運。

b) 氣瓶的裝卸[4]:①當(dāng)需要用人工將氣瓶向高處舉放或需把氣瓶從高處放落地面時,必須兩人同時操作,并要求提升與降落的動作協(xié)調(diào)一致,姿勢正確,嚴(yán)禁在舉放時拋、扔,在放落時滑摔;②卸車時要在氣瓶落地點鋪上鉛墊或橡皮墊,應(yīng)逐個卸車不應(yīng)多個氣瓶連續(xù)溜放;③裝卸氣瓶時應(yīng)配備好瓶帽,注意保護(hù)氣瓶閥門,防止撞壞;④裝卸作業(yè)時不應(yīng)將閥門對準(zhǔn)人身,直立放置時應(yīng)穩(wěn)妥牢靠;⑤裝卸有毒氣體時,應(yīng)預(yù)先采取相應(yīng)的防毒措施。

在科研實驗室,分析氣瓶搬運和裝卸過程中可能存在的隱患如下。

b) 搬運氣瓶時,遇到臺階或路面不平,采用抱或拖動方式,并且此時氣瓶閥門正好對準(zhǔn)人身。這點不符合GB/T 34525—2017中氣瓶搬運的條款和氣瓶裝卸的第①、④條款。一般40 L的鋼制無縫氣瓶充滿氣體后質(zhì)量在50 kg以上,而且由于是圓柱體,如果采用抱或拖的方式,難于操作且易出現(xiàn)操作失手,一旦失手,出現(xiàn)人身傷害的概率將會很大。

c) 卸車后,暫未搬運的氣瓶未加固定直接立于地面。當(dāng)多個氣瓶一批次卸車,之后逐個予以搬運,暫未搬運的氣瓶未加固定直接立于地面。這個看似很不起眼的細(xì)節(jié),實則不符合上述國標(biāo)中氣瓶裝卸的第④條款。這些直立未加固定的氣瓶在意外情況下極有可能被撞到,氣瓶倒地輕則對瓶體造成輕微損傷,重則引起氣體泄漏、砸傷或擊傷人身等安全事故。

d) 裝卸氣瓶時裝備不全或操作不規(guī)范。例如:卸車時,地面缺少緩沖墊,容易摔落氣瓶;氣瓶沒有配備氣瓶帽,氣瓶閥門得不到保護(hù);搬運和裝卸有毒氣體未做防備措施。這些現(xiàn)象不符合上述國標(biāo)中氣瓶裝卸的第②、③、⑤條款。其中最常見的是氣瓶缺少氣瓶帽。在裝卸和搬運過程中,難免出現(xiàn)磕碰,如果未加保護(hù)的瓶閥因受力而損壞,可能會出現(xiàn)氣瓶漏氣,如果漏氣嚴(yán)重,氣瓶受氣體反作用力快速向后反彈,將出現(xiàn)不可預(yù)估的危險情況。另外,如果泄漏的是有毒有害氣體,將可能引起嚴(yán)重后果。

1.2 氣瓶入庫檢查

我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 34525—2017[4]中關(guān)于氣瓶入庫前的檢查與處理有如下相關(guān)條款:①氣瓶外表面應(yīng)無裂紋、嚴(yán)重腐蝕、明顯變形及其他嚴(yán)重外部損傷缺陷;②氣瓶應(yīng)在規(guī)定的檢驗有效使用期內(nèi);③氣瓶的安全附件應(yīng)齊全,應(yīng)在規(guī)定的檢驗有效期內(nèi)并符合安全要求。

2021年1月國家市場監(jiān)督管理總局頒布的《氣瓶安全技術(shù)規(guī)程》[5]中關(guān)于氣瓶保護(hù)附件有如下規(guī)定:①無縫氣瓶出廠時應(yīng)當(dāng)裝備不影響瓶閥手輪正常使用的保護(hù)罩;②公稱容積大于或者等于10 L的鋼質(zhì)焊接氣瓶(含溶解乙炔氣瓶),應(yīng)當(dāng)裝配不可拆卸的保護(hù)罩或者固定式瓶帽。

在科研實驗室,氣瓶入庫檢查中,可能被忽略的隱患如下。

2.1.1 地形地貌情況。產(chǎn)地地處魯東丘陵區(qū)南部，大部屬五蓮山低山丘陵。地形呈東高西低，北高南低的傾斜狀態(tài)，北部、東部層巒起伏、溝谷縱橫，大小山巒44座，海拔高度60～400 m，其中蒼山為群巒之冠，海拔高度394.7m。平原面積占23.4%，多分布于縣內(nèi)西部沭河沿岸；丘陵面積占72.8%，分布于平原與山地之間；山地占3.8%。

a) 無氣瓶保護(hù)罩或固定式氣瓶保護(hù)罩裝配不合適。這些違反了《氣瓶安全技術(shù)規(guī)程》[5]中關(guān)于氣瓶保護(hù)附件的規(guī)定①和②,也不符合GB/T 34525—2017[4]中關(guān)于氣瓶入庫前的檢查和處理條款②。無氣瓶保護(hù)罩同無氣瓶帽,其危害前已述及。據(jù)悉,目前市場上大部分氣瓶已經(jīng)配備了固定式氣瓶保護(hù)罩,但保護(hù)罩安裝不一定完全合適,可能使得瓶閥手輪難以順利開關(guān)。這種現(xiàn)象在一般情況下不會表現(xiàn)危害,但在特殊情況需要緊急關(guān)閉瓶閥時,會造成關(guān)閉閥門不及時,嚴(yán)重時可引起安全事故。建議氣瓶入庫前檢查保護(hù)罩是否合適;入庫后,請專業(yè)人員配備安全裝備首開閥門,以防發(fā)生閥門不易打開或關(guān)閉不嚴(yán)而漏氣等情況。

b)氣瓶閥門手輪缺失或破損,甚或出現(xiàn)閥桿彎曲。這點不符合GB/T 34525—2017[4]中關(guān)于氣瓶入庫前的檢查與處理相關(guān)條款①和②。這種情況是明顯的“隱患”,務(wù)必不能接收具有這種跡象的氣瓶入庫。

c) 實驗室或氣瓶庫存有已過檢驗有效期或超過使用年限的氣瓶。目前國內(nèi)部分氣瓶具有電子識讀標(biāo)識(二維碼),可以通過手機(jī)掃描方便地查詢該氣瓶的檢驗日期和檢驗有效期。一般這種氣瓶不易發(fā)生超期使用現(xiàn)象。沒有二維碼的氣瓶,由于其鋼印標(biāo)識不易讀或不清晰,往往忽略其檢驗有效期,過期仍在使用。另外實驗室還會有一些氣體由于使用量少,等到氣瓶已到檢驗有效期或使用年限時,氣體還剩余很多而被忽略,氣瓶就一直存放。以上情況已造成隱患,排查時應(yīng)特別注意。

1.3 氣體使用過程

氣體使用過程主要有以下幾個環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)風(fēng)險。

a) 未按照要求合理安裝防倒灌裝置?！稓馄堪踩夹g(shù)規(guī)程》[5]中關(guān)于氣瓶保護(hù)附件條款中規(guī)定:在可能造成氣體回流的瓶裝氣體使用場合,用氣設(shè)施上應(yīng)當(dāng)配置防止倒灌的裝置,如單向閥、止回閥或緩沖罐等。尤其在易燃易爆氣體管路上應(yīng)有單向閥。安裝防倒灌裝置可以在用氣端發(fā)生意外情況時,保護(hù)氣瓶內(nèi)的氣體不被污染或引爆。

b) 易忽略混合氣或標(biāo)準(zhǔn)氣的管理。氣體管理中較容易忽略混合氣或標(biāo)準(zhǔn)氣,尤其當(dāng)其氣瓶的顏色標(biāo)識缺失時。實際管理中,除了要認(rèn)真對待混合氣的主要危險特性,還應(yīng)按照其組分及含量對次要組分可能產(chǎn)生的危害加以防護(hù),配備相應(yīng)的防護(hù)設(shè)施及氣體探測器等。

c) 氣體使用中的動態(tài)安全問題。例如,開啟或關(guān)閉瓶閥的轉(zhuǎn)動速度過快導(dǎo)致的氣流速度過高產(chǎn)生危險,氣路或反應(yīng)器意外泄漏,由于誤操作或溫度過高等造成的壓力意外增大,氣體參與的預(yù)期之外的化學(xué)反應(yīng)或產(chǎn)生預(yù)期之外的氣態(tài)產(chǎn)物等?？蒲袑嶒炇以囼瀯?chuàng)新性強,不確定性高,因此在試驗進(jìn)行中可能會出現(xiàn)預(yù)料不到的危險。據(jù)統(tǒng)計[1],在2001—2019年發(fā)生的在網(wǎng)絡(luò)有記錄的100起實驗室安全事故案例中,實驗過程中的安全事故共有61起,是安全事故的主要發(fā)生環(huán)節(jié),并且是造成人員傷亡的主要環(huán)節(jié),死亡和受傷人數(shù)分別占總數(shù)的84.6%和 91.8%。所以在做好靜態(tài)安全管理的基礎(chǔ)上,應(yīng)對動態(tài)的實驗過程中的風(fēng)險予以重點關(guān)注。

d) 氣瓶內(nèi)的氣體用盡未留余壓。GB/T 34525—2017[4]關(guān)于氣瓶安全使用中規(guī)定:瓶內(nèi)氣體不應(yīng)用盡,應(yīng)留有余壓。根據(jù)氣體種類和環(huán)境溫度不同,余壓要求也不同。一般來說,瓶內(nèi)至少保留0.05 MPa以上的壓力[6]。在實驗中,應(yīng)時常關(guān)注瓶內(nèi)的壓力,在合適的壓力時停止使用該氣瓶氣體。一旦氣體用盡,不僅在充裝氣體時,需要對氣瓶進(jìn)行抽真空等處理,增加處理成本,還可能造成安全隱患。

1.4 氣體探測器的使用

a) 氣體探測器需要定期檢查、校準(zhǔn)或更新。在實驗室安裝的氣體探測器根據(jù)測量原理的不同可以分成多種,但最常用的是催化式傳感器和電化學(xué)傳感器。根據(jù)GB/T 20936.2—2017[7],催化式傳感器在不發(fā)生重大中毒的情況下,一般使用壽命為3年。但是使用過程中由于老化或中毒影響會逐漸出現(xiàn)漂移,失去靈敏度,因此需要進(jìn)行定期檢查和校準(zhǔn),檢查和校準(zhǔn)頻率取決于應(yīng)用的嚴(yán)重程度。電化學(xué)傳感器里的電極和電解質(zhì)會慢慢地被反應(yīng)氣體改變或消耗,在適當(dāng)?shù)臅r間間隔內(nèi)傳感器需要重新校準(zhǔn),以修復(fù)零點和靈敏度漂移,而且最終需要更換,使用壽命一般為2年。因此實驗室的氣體傳感器需要定期檢查和校準(zhǔn),必要時換新。目前的安全檢查中主要關(guān)注是否安裝了合適的氣體探測器,比較少關(guān)注探測器是否在有效期,或是否需要校準(zhǔn)。一旦氣體探測器失去靈敏度,在有險情時不能發(fā)出警報,后果可能會很嚴(yán)重。

b) 氣體探測器需報警到位或報警聯(lián)動。在實驗室使用的固定式氣體探測器一般有2種報警機(jī)制:第一,探測器原地聲光報警,不聯(lián)動相應(yīng)的應(yīng)急設(shè)備;第二,探測器除原地報警外,其控制設(shè)備還可以遠(yuǎn)程報警,或可以聯(lián)動應(yīng)急設(shè)備,盡快消除險情。第二類報警機(jī)制能報警到位或快速響應(yīng),適合在科研實驗室中推廣。目前實驗室氣體探測器的報警機(jī)制還未引起足夠重視。據(jù)報道[8],在生產(chǎn)企業(yè)內(nèi),雖然安裝了不少報警器,但由于報警不準(zhǔn)確或報警后處置不及時仍然可能引發(fā)嚴(yán)重的事故:米爾福德港某煉油廠由于報警泛濫,掩蓋了真正的危險性報警信號,最終導(dǎo)致了爆炸;美國西弗吉尼亞州某工廠 2010 年發(fā)生的一起化學(xué)品泄漏事故,其原因是報警信號被忽視,相關(guān)人員未采取任何措施導(dǎo)致。

2 針對高校實驗室氣體使用隱患的應(yīng)對方案

通過對科研實驗室用氣隱患的分析,可以看到,實驗室用氣的全流程中還存在監(jiān)管不到位、不夠?qū)I(yè)化及實驗過程中動態(tài)隱患未被高度重視等問題。解決這些問題需要從2個方面著手,即“加強管理”和“人員培訓(xùn)”。

2.1 加強管理

安全管理是通過對隱患進(jìn)行分析和評價去認(rèn)識風(fēng)險,并以此為基礎(chǔ)合理地使用各種應(yīng)對措施、管理方法對風(fēng)險實行有效的控制。因此,發(fā)現(xiàn)隱患之后,正確地分析和合理地制定管理方案并實施,是最基本的做法。針對上述隱患分析中的1.1、1.2和1.4的大部分問題,加強管理是行之有效的方案。主要包括增加專業(yè)氣體安全管理人員、擴(kuò)展監(jiān)管范圍、加強對氣體供應(yīng)商的監(jiān)督和遴選機(jī)制等。據(jù)悉,目前部分科研單位管理部門已在加強管理方面做出了先見性工作,對氣瓶安全管理提出了比現(xiàn)行規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)更加細(xì)化的要求;或安排人員全程督查氣瓶的裝卸、搬運、出入庫過程,保障了這些環(huán)節(jié)的規(guī)范性和安全性。

2.2 人員培訓(xùn)

科研實驗室的實踐主體是實驗人員,人的隱患最不易管控,比如,人的心情、性格因素、受教育領(lǐng)域等都有可能影響人對于風(fēng)險的識別和處理,進(jìn)而可能產(chǎn)生危險?；谌说囊蛩卦诎踩a(chǎn)中的重要性,某企業(yè)建設(shè)并應(yīng)用“基于員工安全行為的大數(shù)據(jù)思想動態(tài)分析平臺”,為推動企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供機(jī)制保障[9]。上述1.3中氣體使用過程的風(fēng)險控制程度和操作者具備的安全素養(yǎng)、安全意識和應(yīng)對技能直接相關(guān),所以實驗過程風(fēng)險管控最重要的是對人員進(jìn)行切實有效且全面的安全素養(yǎng)培育,提高安全問題應(yīng)對能力。當(dāng)然,為消除這一過程的安全問題,必要的還包括安全監(jiān)管人員的到位和安全設(shè)施的齊備。人員培訓(xùn)建議從2種途徑進(jìn)行:一是全面實效的安全教育培訓(xùn),二是以解決問題、提高應(yīng)急能力為導(dǎo)向的應(yīng)急訓(xùn)練。

2.2.1 實效的安全教育培訓(xùn)

實驗室安全教育培訓(xùn)的主要目標(biāo)是:掌握安全知識,增強安全意識、擺正安全心態(tài)。掌握安全知識是為人員進(jìn)行優(yōu)質(zhì)的裝備,增強安全意識和擺正心態(tài),是為了能讓實驗人員者以更積極的態(tài)度去面對實驗室安全問題,走出應(yīng)付式心態(tài)的誤區(qū),從而避免可能出現(xiàn)的事故。實驗室安全教育還應(yīng)具有“量身定制”[10]的特點,并包含一定的實操訓(xùn)練?！傲可矶ㄖ啤奔锤鶕?jù)實驗人員實際開展研究領(lǐng)域的特點進(jìn)行差別化具有針對性的教育。在這種模式下,實操訓(xùn)練才能更加具體和產(chǎn)生實效。在普通基礎(chǔ)性的實驗室安全培訓(xùn)中,一般沒有足夠的學(xué)時用于實驗室用氣安全培訓(xùn),在“量身定制”的實驗室安全教育中,專門針對使用氣體的人員進(jìn)行詳盡的用氣安全培訓(xùn)。內(nèi)容除講授理論知識和規(guī)范外,更需進(jìn)行一定的實操訓(xùn)練,比如:各種氣瓶、氣瓶配件、管路設(shè)施及各部件的現(xiàn)場認(rèn)知和具體操作,氣瓶運輸和入庫檢驗,用氣過程的規(guī)范操作,可能出現(xiàn)隱患的現(xiàn)場認(rèn)知,氣體探測系統(tǒng)的認(rèn)知等。經(jīng)過這種“量身定制”和具備實戰(zhàn)經(jīng)驗的安全教育,才能使實驗人員有信心、有能力解決實驗中的安全問題。

2.2.2 切實的應(yīng)急訓(xùn)練

應(yīng)急演練是目前實驗室安全教育中的一個重要環(huán)節(jié)。但此環(huán)節(jié)容易存在的問題是:演練偏于“演”,即按照標(biāo)準(zhǔn)的流程走一遍,參加人員的認(rèn)真程度不高,所以往往收效不大。在實驗室用氣安全培訓(xùn)中,應(yīng)急訓(xùn)練是一個不可或缺的環(huán)節(jié)。此環(huán)節(jié)做實、做準(zhǔn)對于提高人員在用氣環(huán)節(jié)的應(yīng)急處置能力是非常重要的。

基于深度學(xué)習(xí)的理念[11],對應(yīng)急訓(xùn)練進(jìn)行如下編排。第一步:設(shè)計多種應(yīng)急場景,比如易燃易爆氣體泄漏、有毒氣體泄漏、氣瓶及配件出現(xiàn)故障、反應(yīng)過程出現(xiàn)異常等。第二步:將參與的人員分成多個小組,每個小組應(yīng)對一個場景,在規(guī)定時間內(nèi),每一組實施自己的應(yīng)急方案。第三步:各組方案實施之后,組織者集合所有人員,請各小組對自己的方案進(jìn)行講解,之后組織者對方案及實施給出評價,點出不妥之處并稱許可取之處。最后一起總結(jié),選出最佳小組并示范各步驟正確的操作方法。

這種基于深度學(xué)習(xí)的應(yīng)急訓(xùn)練模式,不流于形式,并讓每一位參與者都切身去體驗、思考并執(zhí)行。不僅使參加者牢記各種突發(fā)情況的應(yīng)對方案,更提升了參與者對實驗室安全的責(zé)任意識和應(yīng)對突發(fā)事件的應(yīng)急處置能力。

3 結(jié)語

科研實驗室用氣安全問題需要相關(guān)人員共同努力,發(fā)現(xiàn)隱患、消除隱患、控制風(fēng)險。落到實處,則需要兩手抓的解決方案,一手抓管理,實現(xiàn)全方位監(jiān)管無死角,不給隱患留空間;一手抓人員培訓(xùn),使一線人員有能力、有信心、積極主動化解風(fēng)險于無形。在安全有保障的前提下,科研人員才能安心地、高效地完成科研工作,得到更精彩的科研成果。