高校合格化工實驗室建設(shè)內(nèi)容初探

吳 潘，余 徽，田 文，程遠貴

（四川大學 化學工程學院，四川 成都 610065）

高校合格化工實驗室建設(shè)內(nèi)容初探

吳 潘，余 徽，田 文，程遠貴

（四川大學 化學工程學院，四川 成都 610065）

該文通過考察世界一流高?；嶒炇壹敖梃b最新化學品測試合格實驗室規(guī)范（GLP），針對化工實驗室的特殊性，從實驗室管理使用者角度出發(fā)，在實驗室布局、通風、電路、管道、安全裝備設(shè)置等方面提出系統(tǒng)的建議，為推動高校合格化工實驗室體系建設(shè)提供思路和內(nèi)容，并為今后的標準及規(guī)范確立提供參考。

化工實驗室；合格實驗室規(guī)范；內(nèi)容；建議

我國高校化工實驗室是指高等學?；I(yè)課程實踐訓練實驗室和化工類科學實驗室，包括有化工實踐教學實驗室、化學實驗室、儀器分析室等［1］。高?；嶒炇移毡橥瑫r兼有教學及科研任務(wù)。國內(nèi)高?；嶒炇以谠O(shè)計建設(shè)時缺乏可供參考的專門化工實驗室設(shè)計建議及規(guī)范，多按普通教室進行初步設(shè)計，再在此基礎(chǔ)上增設(shè)化工實驗所需的通風、管道、電力及大型設(shè)備安放所需附屬設(shè)施。由于設(shè)計推薦內(nèi)容及標準的缺乏，使得實驗室安全及環(huán)保硬件基礎(chǔ)難以達到一流標準，造成實驗室使用者體驗不良，相當一部分化工實驗室在使用中均會進行各種各樣的基礎(chǔ)硬件改造升級。開展合格化工實驗室體系內(nèi)容建設(shè)，對于進一步加強化學品安全及環(huán)境管理、提升實驗室使用者滿意度、提高實驗水平、節(jié)約后續(xù)投入具有重要的意義。本文擬通過借鑒國外一流化工實驗室建設(shè)，結(jié)合國際經(jīng)濟合作與發(fā)展組織GLP（合格化學品測試實驗室規(guī)范）基本原則，探討合格化工實驗室標準的內(nèi)容建設(shè)，為推動我國合格化工實驗室標準建設(shè)提供思路和依據(jù)，并為國內(nèi)高?；嶒炇业囊?guī)劃設(shè)計建設(shè)以及后期管理提供借鑒。

1 合格化工實驗室標準建設(shè)意義及參考內(nèi)容

化工類實驗室功能有2個方面：1）作為化學工程實踐訓練的重要基地培養(yǎng)化工類學生；2）作為科研場所為化工類科研實驗小試、中試提供合乎要求的實驗室［2］。由于化工類實驗的特殊性，實驗室在功能上需要考慮如下3個大類的問題：1）是在實驗室設(shè)計及管理上必須符合化工類實驗的特有安全要求；2）需要考慮化工實驗過程中所產(chǎn)生的三廢污染控制；3）還要考慮工程類實驗的特殊要求，如大型儀器設(shè)備的運輸、安裝、使用、維護，大型專用設(shè)備的配電等問題。

美德兩國的化工類院校實驗室建設(shè)及成果都處于世界前列。美德兩國的實驗室規(guī)范和建設(shè)內(nèi)容都可為國內(nèi)實驗室建設(shè)提供有益借鑒。在美國，美國國家環(huán)境保護局（US EPA）頒布了關(guān)于生物安全及化學品合格實驗室規(guī)范（good laboratory practice，GLP）管理體系［3－6］。GLP規(guī)范體系涵蓋了和實驗室使用者有關(guān)的空氣質(zhì)量、噪音、污染源接觸及化學品擴散控制安全。各類化學及生物實驗室需在此規(guī)范體系下進行實驗室設(shè)計建設(shè)及硬件設(shè)置。我國及歐盟國家也有各自的GLP規(guī)范［7－9］，其規(guī)范主要針對生物及化學品測試實驗室。通過對美國佛羅里達大學材料與化工系［10］的訪學和對德國克勞斯塔爾工業(yè)大學化工學院的考察［11］，結(jié)合國內(nèi)實際，參考現(xiàn)有國內(nèi)實驗室環(huán)保標準［12］，提出我國合格化工實驗室建設(shè)內(nèi)容。

1.1 合格化工實驗室建設(shè)內(nèi)容應(yīng)首先考慮實驗室總體布局

針對化工實驗儀器的多樣性和特殊性，實驗及測試儀器的連接需要及操作安裝的便利性計，需要在實驗室的整體布局及規(guī)劃上進行考慮，盡量爭取在同一建筑物內(nèi)容納各種規(guī)格的實驗裝備。

一流化工實驗室從化工實驗本身的特點出發(fā)，在實驗室布局上均有相應(yīng)考慮。以佛羅里達大學粉體研究所（簡稱PERC）為例，該研究所承擔了化工類工程教學任務(wù)和科研項目，其實驗樓外觀結(jié)構(gòu)為占地面積約3 000 m2的獨立長方形鋼結(jié)構(gòu)樓房。樓內(nèi)設(shè)置有師生辦公區(qū)、儀器分析區(qū)、化學品實驗室、大型設(shè)備實驗區(qū)。實驗樓主體建筑為規(guī)則的長方形，入口大門端頭處為兩層小樓，此處單層層高為3.5 m，依次設(shè)立一樓門廳、一樓儀器分析室、上設(shè)二樓辦公區(qū)及小型教室及會議室。尾端占地面積約三分之一處為挑高廳。該處設(shè)置大型儀器實驗區(qū)。挑高部分層高約9 m，上部設(shè)有行車，便于搬運大型設(shè)備。挑高廳室內(nèi)3.5 m高處周邊架設(shè)一圈懸空工作樓層，樓層寬度約6 m。超高設(shè)備沿懸空樓層周邊擺放，工作人員可以方便地在懸空二層及一樓進行實驗及設(shè)備安裝檢修。挑高部分設(shè)有單獨通向室外的大跨度卷簾門。實驗樓內(nèi)還設(shè)置大尺寸電梯。地下室內(nèi)設(shè)置有空調(diào)機房、集中供氣設(shè)備房、風機房。

克勞斯塔爾工業(yè)大學的化工工程實驗教學中心（簡稱TU Clausthal）其實驗樓主體建筑為一大一小連接的兩個長方體鋼結(jié)構(gòu)建筑，面積約為3 000 m2，其主體結(jié)構(gòu)與PERC類似。小長方體內(nèi)設(shè)置挑高的大型設(shè)備擺放處，同樣兼顧考慮了普通實驗和工程化小試和中試的需求。

1.2 實驗室整體梯級風壓設(shè)置及空調(diào)系統(tǒng)配置

高?；嶒灅峭ǔＴO(shè)置有教師和學生辦公室、會議室、教室等公用活動場所。通風不僅要滿足實驗區(qū)的廢氣安全排放，也需要考慮工作區(qū)的舒適體感。我國GLP規(guī)則雖然針對實驗室換氣頻率有明確推薦，但未充分考慮工作區(qū)的舒適體感，這一點，PERC及TU Clausthal就做得很好。兩者實驗樓均設(shè)置大功率通風及氣溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)。PERC實驗樓所有窗戶均全封閉；TU Clausthal實驗樓內(nèi)除教室窗戶能小幅度上開以外，其他實驗室窗戶也全部密閉。兩者實驗樓內(nèi)溫度濕度調(diào)節(jié)均依靠地下室內(nèi)的中央空調(diào)解決。為兼顧使用者的舒適體感和實驗室安全，整個實驗樓進行了合理的梯度風壓設(shè)計。一樓門廳、二樓辦公區(qū)和學術(shù)報告室內(nèi)設(shè)置為整個空調(diào)系統(tǒng)中的最高正壓區(qū)，空調(diào)新風最先經(jīng)過此處，保障了空氣潔凈度與制冷與制熱效果。同時正壓的設(shè)置也讓使得人體體感舒適。一樓過道、挑高廳、儀器分析室及化學實驗室位置，通過合理的中央空調(diào)風道及流向設(shè)計保持該處在整個空調(diào)系統(tǒng)中處于次低級正壓區(qū)；部分全封閉式高污染實驗室及通風櫥通過引風機的設(shè)置成為整個通風系統(tǒng)中的負壓區(qū)。

1.3 實驗室電氣電控門禁及管道設(shè)置

化工實驗室為滿足工程實驗中各種設(shè)備的電力需求，需要在多處靈活設(shè)置電力插座及開關(guān)。在PERC和TU Clausthal內(nèi)。實驗室內(nèi)電源電纜主線、網(wǎng)絡(luò)線等均利用專用支架裸懸于走廊及實驗室內(nèi)上方。電源線在經(jīng)過實驗室內(nèi)墻面時均用鍍鋅明管安裝，插座明設(shè)于墻面。實驗室內(nèi)房屋中間位置，插座盒通過房頂?shù)膽铱罩Ъ茕佋O(shè)于試驗臺上方。所有高耗電設(shè)備單獨設(shè)置繼電開關(guān)。實驗樓內(nèi)挑高的大型儀器設(shè)備放置區(qū)沿墻壁鋪設(shè)有專門的電纜和氣路管道架。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)標準化程度提高。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，農(nóng)產(chǎn)品的供給由數(shù)量型開始向質(zhì)量型轉(zhuǎn)變。伴隨著品牌經(jīng)營的是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的標準化和規(guī)?；?。各無公害認證企業(yè)在發(fā)展無公害農(nóng)產(chǎn)品時，不再沿襲傳統(tǒng)的粗放式生產(chǎn)手段，而改為統(tǒng)一模式、統(tǒng)一規(guī)格、統(tǒng)一生產(chǎn)標準的標準化生產(chǎn)和規(guī)?；a(chǎn)，既降低了生產(chǎn)成本，也提高了生產(chǎn)水平。

PERC及TU Clausthal大部分實驗室均配備壓縮氮氣、空氣管路，氣管通過空中的管道支架向下鋪設(shè)，使用時采用標準鋼制卡頭和設(shè)備連接。

實驗室建立了單獨的獨立于生活用水之外的地下水管道系統(tǒng)，并配備自動監(jiān)測設(shè)備。如果監(jiān)測到實驗室廢液、廢物進入下水道，系統(tǒng)會自動報警。實驗室產(chǎn)生的廢液、廢物，不論危害程度高低，一律均須按照專業(yè)規(guī)程分類處理，放置于通風櫥或?qū)嶒炇覂?nèi)，并由專業(yè)人員回收以符合化學品排放法規(guī)［13］。

佛羅里達大學校園內(nèi)絕大部分建筑物設(shè)置電子門禁系統(tǒng)，依據(jù)不同等級身份卡刷卡進入，每個工作人員都擁有自己的學校身份卡。PERC不僅在大門入口處，同時也在其內(nèi)重要及敏感儀器實驗室安裝有電子門禁，所有人員在進入實驗室之前，都必須進行安全培訓及通過安全測試。使用者在使用實驗室或設(shè)備時需提前進行網(wǎng)上申請，申請獲批后，電子門禁系統(tǒng)在規(guī)定時間內(nèi)對該身份卡開放該特定區(qū)域，過時后準入資格失效。

1.4 實驗室大型儀器平臺及安全裝備設(shè)置

化工類實驗室經(jīng)常需要用到較大型設(shè)備。在PERC及TU Clausthal實驗樓挑高部分，均設(shè)置有承載負荷達5 t的電動葫蘆，安裝高度約7 m左右。導軌貫穿整個挑高部分。

在PERC實驗樓內(nèi)挑高部分的靠外邊緣懸空層下，設(shè)有3個無窗封閉實驗室，分別為機械加工室、高溫實驗室、高粉塵實驗室，室內(nèi)通過通風管道保持負壓。TU Clausthal在實驗樓挑高部分設(shè)置了安全隔音玻璃結(jié)構(gòu)的全封閉式小屋，配置排風管保持負壓，高噪音及粉塵實驗在此內(nèi)進行，可通過屋外進行觀察。

兩者都在大型設(shè)備安放區(qū)設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)專用平臺，大噸位及某些特殊設(shè)備均安置于大型鋼構(gòu)平臺之上。

PERC和TU Clausthal所有實驗室門鎖具均為符合消防規(guī)范的按壓式門鎖。實驗室墻面上設(shè)置有報警電話及防火報警按鈕。由于化工類實驗室的特殊性，只在過道、教室、辦公室設(shè)置自動防火噴淋系統(tǒng)。在實驗室醒目位置，都設(shè)置有緊急噴淋洗眼器。實驗室各個主要通道均設(shè)置醒目的安全告知張貼及各種安全防護圖例。護目鏡專用箱設(shè)置于實驗樓各主要入口處，可隨意取用，進入實驗區(qū)域必須佩帶護目鏡。

2 我國合格化工實驗室規(guī)范建議內(nèi)容

化工實驗室作為具有特殊要求的工程類實驗室，實驗室建設(shè)標準應(yīng)符合化工實驗的固有特點，這就需要在合格化工實驗室建設(shè)規(guī)范上提出適合內(nèi)容，以此促進實驗室安全和科研教學工作。

2.1 實驗室布局考慮

良好的實驗室布局是實驗室建設(shè)的最基礎(chǔ)要求，只有在這個基礎(chǔ)之上，才能進行合格化工實驗室的進一步建設(shè)，化工類實驗室在布局上需要兼顧擺放小型化學類實驗設(shè)備與大型工程類實驗裝置的要求。在我們對化工實驗室使用教師的調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)，工程化大型裝置無處安放是國內(nèi)化工實驗室較為普遍的問題。

在布局設(shè)置上，PERC與TU Clausthal實驗室均采用了局部挑高，挑高部分設(shè)置懸空層的結(jié)構(gòu)；這種結(jié)構(gòu)充分考慮到了化工設(shè)備的特殊性，有利于放置大型設(shè)備或及工程化實驗裝置，同時也有利于實驗室的功能擴展。建議國內(nèi)化工實驗室多采用類似的獨立的開放式的大空間內(nèi)設(shè)置多個小隔間的方式來進行總體設(shè)計布局。合格化工實驗室還需要在建設(shè)內(nèi)容上進一步細化，在借鑒GLP實驗室大小規(guī)格的基礎(chǔ)上，結(jié)合調(diào)研大型實驗儀器及工程化實驗裝備尺寸推薦實驗室設(shè)計規(guī)格。

2.2 排風系統(tǒng)的設(shè)計與氣流走向

在實驗室的污染控制方面，排在第一位的是排風系統(tǒng)的設(shè)計。國內(nèi)化工實驗室基本都按照GLP規(guī)范進行了換氣頻率設(shè)計，但普遍缺乏整個建筑物內(nèi)風壓梯度設(shè)計。我們所考察的兩個國外化工實驗樓在氣壓梯度及氣流走向上均有嚴格的設(shè)計，氣流依次經(jīng)過行政區(qū)、教學區(qū)、實驗室公用走廊、大型設(shè)備區(qū)，最后進入儀器分析區(qū)、濕化學實驗室、通風櫥。氣壓設(shè)置上遵循生活區(qū)學習區(qū)為最高正壓，實驗區(qū)次正壓，通風櫥及重污染區(qū)負壓的氣壓梯度設(shè)置。合格化工實驗室規(guī)范內(nèi)容需要在原有符合GLP規(guī)范的基礎(chǔ)之上，進一步提出氣壓梯度和氣流組織概念，使之達到使用者的良好體驗。

2.3 管路及電路設(shè)置

國內(nèi)大部分高校新建化工實驗室在電路上按教室設(shè)計，實現(xiàn)了電線入墻。但并不符合化工實驗室用電特點。將強弱電路電線均通過鍍鋅管明管安裝的方式顯然更加安全和有利于增容和改造。同時，化工實驗室多見帶壓液體泄漏事故，將插座設(shè)置于實驗臺桌的上空位置比在較低位置設(shè)置接線插頭盒，更有利于防止液體濺出而造成的漏電危險。合格化工實驗室在這方面應(yīng)提出建議電力布線方式建議。且為儀器設(shè)備功能擴展及新增設(shè)備需要，實驗室用電負荷也需要在調(diào)研化工實驗室用電量的基礎(chǔ)之上，提出用電負荷要求。

2.4 公用工程及安全硬件設(shè)置

在有關(guān)安全、排污、運輸?shù)确矫娴裙霉こ逃布O(shè)置方面，合格化工實驗室標準還需提出如下建議：單獨排污管道的設(shè)置；實驗室開門方向及鎖具推薦；風機房設(shè)置推薦；可燃及危險氣體自動報警裝置預設(shè)推薦；搬運重物所需行車規(guī)格推薦；全封閉高噪音高粉塵實驗室設(shè)置等。

在實驗室的其他的硬件配置上，我們建議國內(nèi)高校實驗室可靈活根據(jù)實際情況，逐步完善電子門禁系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、安全洗眼淋浴器、個人防護用品取用制度等配備。

3 結(jié)束語

在實驗室的建設(shè)和規(guī)劃之初，一方面應(yīng)充分征求和采納使用者的意見，另一方面應(yīng)進行前瞻性的合格實驗室標準建設(shè)，在設(shè)計和建設(shè)階段做到有切實可行的設(shè)計參考文件和標準。從制度上和標準建設(shè)上推進我國的化工實驗室建設(shè)。

［1］易國順，趙邦枝.高校實驗室安全與環(huán)保的現(xiàn)狀分析和對策研究［J］.實驗技術(shù)與管理2010，27（5）：170－173．

［2］中華人民共和國教育部.教育部關(guān)于開展高等學校實驗教學示范中心建設(shè)和評審工作的通知［EB／OL］.（2005－05－12）［2015－01－19］．http：／／www．moe．edu．cn／publicfiles／business／htmlfiles／moe／moe＿1073／201001／79341.htm l.

［3］OECD.ENV／MC／CHEM（98）17 OECD series on princi ples of good laboratory practice and compliancemonitoring number 1：OECD principles on good laboratory practice（as revised in 1997）［S］．Paris：OECD 1998.

［4］OECD.ENV／JM／MONO（99）20 OECD series on princi ples of good laboratory practice and compliancemonitoring number4（revised）：consensus document：qualityassurance and GLP［S］.Paris：OECD 1999.

［5］OECD.ENV／JM／MONO（99）21 OECD series on princi ples of good laboratory practice and compliance monitoring number 5（revised）：consensus document：compliance of laboratory supplies with GLP principles［S］．Paris：OECD 1999.

［6］OECD.ENV／JM／MONO（99）22 OECD series on princi ples of good laboratory practice and compliancemonitoring number 6（revised）：consensus document：the application of compliance of GLP principles to field studies［S］.Paris：OECD 1999.

［7］于文蓮，陳會明，宋乃寧，等.良好實驗室規(guī)范與實驗室認證［J］.分析試驗室，2010，29（5）：120－122.

［8］OECD.OECD guildlines for the testing of chemicals：re vised introduction to the OECD guildlines for testing of chemicals，section 3［M］.Paris：Head of Publication Service，2006.

［9］范萊文，韋梅爾.化學品風險評估［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2010.

［10］USNEWS．2014美國高?；瘜W工程類專業(yè)排名［EB／OL］．（2014－10－10）［2015－01－19］．http：／／usa．edutime．net／Rank／Rank1764．a(chǎn)spx

［11］德國經(jīng)濟周刊．克勞斯塔爾工業(yè)大學排名［EB／OL］．（2014－10－01）［2015－01－19］．http：／／college．strong－study．com／Clausthal－University－of－Technol ogy．html．

［12］國家環(huán)境保護總局.HJ／T 155－2004化學品測試合格實驗室導則［S］.北京：國家環(huán)境保護總局，2004.

［13］US EPA.Toxic chemical relaease reporting：Community right－to－know［EB／OL］.（2013－03－29）.［2015－01－19］.http：／／www.epa.gov／tri／.

Content of Good Laboratory Practice System for Chem ical Engineering Laboratory

WU Pan，YU Hui，TIANWen，CHEN Yuangui
（College of Chemical Engineering，Si Chuan University，Chengdu 610065，China）

This paper examines the basic international GLP principles and combineswith the investigation about the world－class chemical engineering laboratory，from the character of chemical engineering experiments，construction contentof chemical engineering laboratory about laboratory layout，ventilation，electric circuit，pipeline，safety equipment and other aspects of the proposed system recommendation.Those discusswould promote the construction contentof good laboratory practice system about chemical engineering la boratory in China，and the reference target of standards and specifications also provided.

chemical engineering laboratory；good laboratory Practice system；GLP contents；GLP suggestions

X327

A

10.3969／j．issn．1672－4550.2017.03.038

2015－11－19；修改日期：2017－04－19

國家留學基金管理委員會青年骨干教師出國研修項目（留金發(fā)［2009］3009號）

吳潘（1973－），男，碩士，講師，主要從事無機工藝材料研究及實驗教學工作。