本質安全型H2S腐蝕實驗室的建設與安全管理實踐

孫建波， 孫 沖， 靳亞鵬， 韓 彬

(中國石油大學(華東) 機電工程學院，山東 青島 266580)

·實驗室環(huán)境與安全·

本質安全型H2S腐蝕實驗室的建設與安全管理實踐

孫建波， 孫 沖， 靳亞鵬， 韓 彬

(中國石油大學(華東) 機電工程學院，山東 青島 266580)

H2S腐蝕實驗室涉及劇毒H2S氣體的使用，存在因氣體泄漏帶來的安全隱患。針對H2S腐蝕實驗室的特殊性，從安全管理體系和安全設施建設兩方面對實驗室安全管理進行了探索。重點從安全管理規(guī)章制度、安全知識培訓與考核和安全檢查與維護等方面構建了H2S實驗室安全管理體系。并采用技術手段，使H2S實驗室安全設施系統(tǒng)有效地實現(xiàn)了H2S氣體的濃度監(jiān)測、報警通知以及泄漏氣體處理等一系列自動應急處理。H2S腐蝕實驗室的運行實踐表明，所建立的實驗室安全管理體系和安全防護設施能夠實現(xiàn)該實驗系統(tǒng)的本質安全目標，顯著降低了H2S腐蝕實驗室的安全事故風險。

H2S腐蝕實驗室； 安全管理； 安全設施； 本質安全

0 引 言

實驗室作為高校進行實踐教學及科學研究的重要場所，同時也是安全事故的多發(fā)地帶，往往會造成嚴重的財產損失和人員傷亡[1]。事故突發(fā)的原因主要包括安全管理體系不健全以及安全基礎設施存在缺陷兩個方面[2]。教育部專門發(fā)文要求高校加強實驗室管理[3]，人們也通過研究中外高校安全管理規(guī)則差距[4-5]、構建新的安全體系[6-7]、加強實驗室安全知識培訓[8-9]等努力提高實驗室安全管理水平。除了健全安全管理體系之外，實驗室的安全基礎設施建設同等重要，其作為實驗室安全的基本保障，也是防患于未然的重要舉措。

現(xiàn)階段高校普遍重科研和教學任務，然而，在實驗室安全管理體系及安全設施建設上仍然存在很多不足。主要表現(xiàn)為：安全意識淡薄；安全制度不完善，安全檢查不力；安全教育體系不健全，缺乏系統(tǒng)性[6]。很多高校重視實驗儀器設備的改善而忽視了安全設施的合理規(guī)劃和配置，尤其是針對重要危險源的安全設施建設薄弱[10-11]。

隨著含H2S油氣田的開發(fā)，H2S引起的腐蝕問題日益突出，這也推動了H2S腐蝕實驗室的建設與發(fā)展。H2S在標準狀況下是一種易燃的酸性氣體，無色，低濃度時有臭雞蛋氣味，超劇毒，其濃度達到2 000×10-6時，人體吸入一口立即死亡[12]。硫化氫還屬于易燃?；罚c空氣混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。2015年某大學發(fā)生的H2S氣體泄漏事故，導致1人當場死亡，再一次引發(fā)了社會對于高校實驗室安全的廣泛關注。因此，構建本質安全型H2S腐蝕實驗室，消除H2S氣體泄漏帶來的安全隱患，最大限度地預防和控制H2S實驗室安全事故的發(fā)生，對于保障實驗室人身財產安全、建設和諧穩(wěn)定科研教學環(huán)境都有重要的意義。在借鑒國內外同類實驗室先進經驗和不足的基礎上，從安全管理體系和安全設施建設兩方面著手，設計并建立了一套完善的H2S安全管理及評價體系和規(guī)范化的H2S腐蝕實驗與防護系統(tǒng)，力求達到實驗室運行的本質安全。

1 H2S腐蝕實驗室安全管理與評價體系

國內外高校實驗室安全管理工作的先進經驗表明，一套成熟的工作體系應該包含以下5個方面[13-15]：組織機構完善、規(guī)章制度健全、安全教育嚴格、安全監(jiān)督到位以及安全設施齊全。結合H2S腐蝕實驗室的固有特點，建立了適用于H2S腐蝕實驗室的安全管理與評價體系，如圖1所示，主要包括H2S實驗室安全管理規(guī)章制度、H2S實驗室安全知識培訓與考核和H2S實驗室安全檢查與維護等3個主要部分。

圖1 H2S實驗室安全管理體系

1.1 H2S實驗室安全管理規(guī)章制度

實驗室安全管理制度是促進安全管理工作標準化、規(guī)范化和科學化的重要內容[16]，安全管理的順利實施離不開一系列安全規(guī)章制度的建立[17]。經過長期實踐，逐步形成了一套完善的H2S實驗室安全管理制度，包括“H2S實驗室管理守則”“H2S實驗室衛(wèi)生管理制度”“H2S實驗室化學藥品的使用管理制度”“H2S實驗室氣體鋼瓶使用規(guī)則”“H2S實驗室儀器設備使用管理辦法”“H2S實驗室儀器設備安全使用規(guī)范和日常維護”“H2S實驗室安全準入制度”及“H2S實驗室獎懲制度”等一系列規(guī)章制度。其中，H2S實驗室安全準入制度的建立，進一步加強了實驗室的強制安全要求。實驗室設置了外開式指紋識別的門禁系統(tǒng)，實驗室負責人是唯一授權人。凡是要進入H2S實驗室進行實驗操作的人員，必須進行安全操作規(guī)程和基本實驗技能考核，安全培訓考核成績達到優(yōu)秀的實驗室人員方可獲得授權。與此同時，制定H2S實驗室獎懲制度，對于遵守實驗室制度表現(xiàn)突出者給予表揚和獎勵，而對于違反實驗室規(guī)章制度的人員，視情節(jié)輕重分為口頭批評教育、內部通告、暫停實驗資格、停止實驗資格等4個等級，進一步對實驗室操作人員的行為進行約束。

H2S實驗室安全管理規(guī)章制度的建立，可以明確和落實安全責任，保障實驗室安全管理有章可循、有法可依，將H2S實驗室安全納入規(guī)范化、制度化管理的良性軌道。

1.2 H2S實驗室安全知識培訓與考核

作為安全管理的重要內容之一，安全教育是保障高校實驗室安全的重要措施和關鍵所在[18]。鑒于H2S實驗室的高危性，加強對實驗人員的安全知識教育、培訓與考核是實現(xiàn)實驗室本質安全的首要措施。H2S腐蝕實驗室自2011年建成以來，通過不斷地探索和改進，逐步形成了完善的、嚴格的安全培訓與考核評價體系。實驗室采取發(fā)放學習材料、舉辦專題講座、課堂教學、現(xiàn)場操作以及應急演習等多種形式，每年定期對新生、新教工以及已進入實驗室的科研人員進行安全知識教育和安全技能培訓。學習資料涵蓋實驗室規(guī)章制度、基本安全常識、H2S常識和學科專業(yè)安全知識等，讓實驗人員自主安排學習進度，初步認識實驗室安全問題。在此基礎上，安排專業(yè)人員進行安全知識專題講座和課堂教學，如邀請H2S氣體供應公司專業(yè)人員介紹H2S氣體及氣瓶使用和存放等安全常識，安排設備負責人介紹H2S相關設備的操作安全規(guī)范和應急處理等專業(yè)知識，讓實驗人員能夠全面認識H2S和實驗室的安全問題，了解潛在的危險源及事故類型，掌握事故預防基本知識和技能。在具備了一定的安全理論知識的基礎上，對實驗人員進行安全技能培訓，由實驗室具有豐富操作經驗的專業(yè)人員，現(xiàn)場教授H2S相關設備的操作流程，進行安全事故防范演習和訓練，如H2S檢測設備使用，H2S防護設備佩戴與使用，H2S泄漏應急處理方法等等，讓實驗人員進一步掌握有效防范和處置泄漏的技能和方法。最后，對實驗人員進行考核，考核分為理論和實踐考核兩部分，任何一項不合格均不能通過考核。兩項考核成績達到優(yōu)秀(不低于90分)的人員方可由實驗室負責人授權，獲得進入實驗室的資格。另外，實驗室每年至少進行一次H2S泄漏應急處理演習，切實做到警鐘長鳴。

1.3 H2S實驗室安全檢查與維護

安全檢查體系的指導性和適用性是保證實驗室各項規(guī)章制度落到實處的關鍵所在[19]。研究并設計了“高校實驗室安全檢查項目表”[20]，將安全檢查指標進行細化，提高了實驗室開展安全監(jiān)督的針對性和可操作性。與此類似，在配合校、院兩級安全檢查管理體制下，實驗室根據(jù)實際情況定期開展實驗室安全檢查與維護，其內容包含實驗室環(huán)境、防護設施、水電安全、儀器設備、氣體氣瓶等安全性指標。各項目細分至個人，由專人負責記錄和維護各項目的日常情況，實驗室負責人定期檢查各項目的執(zhí)行情況，及時排除安全隱患以降低事故發(fā)生的概率。

2 H2S腐蝕實驗室安全系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

除了健全的實驗室安全管理制度以保障安全工作有章可循之外，實驗室的安全設施建設是降低事故發(fā)生概率的重要技術支撐[21]。為了實現(xiàn)實驗室本質安全目標，針對H2S氣體的特殊危險性，對H2S腐蝕實驗室進行了科學規(guī)劃與建設。

2.1 實驗室安全設施系統(tǒng)的功能設計

在借鑒北京科技大學、中國石油大學(北京)、中國石油集團石油管工程技術研究院、阿爾伯塔大學等H2S腐蝕實驗室建設經驗的基礎上，通過融合與改進，建立了一套本質安全型H2S腐蝕實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠做到即使在誤操作或發(fā)生故障的情況下也不會造成H2S中毒事故。H2S腐蝕實驗系統(tǒng)設計及各功能區(qū)域劃分，如圖2所示，主要包括：①腐蝕實驗系統(tǒng)(隔離區(qū))；②氣體監(jiān)測系統(tǒng)；③控制系統(tǒng)；④報警系統(tǒng)；⑤尾氣處理系統(tǒng)；⑥遠程監(jiān)控系統(tǒng)；⑦急救、消防、防護設施。H2S腐蝕實驗系統(tǒng)各區(qū)域內均設有全天候視頻監(jiān)控系統(tǒng)，進一步提升了實驗室的安全等級，同時也為實驗室定期檢查與改進提供關鍵的信息支撐。

圖2 H2S腐蝕實驗室各功能區(qū)示意圖

(1) 腐蝕實驗系統(tǒng)(隔離區(qū))。該區(qū)域處于密閉的操作空間，與實驗系統(tǒng)其它功能區(qū)相互隔離。腐蝕實驗系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間的隔離墻上設置單向通風口，在排風裝置啟動時僅允許空氣由外部向隔離區(qū)內部流動，以利于H2S氣體快速排出。作為H2S腐蝕實驗室的核心操作區(qū)，實驗過程中經常涉及到高溫高壓的實驗條件并伴隨著充放高濃度H2S氣體的操作，因而也是H2S泄露的主要危險源。實驗區(qū)中設置高壓氣瓶存放區(qū)，并配備了氣瓶固定裝置。此外，鑒于H2S易燃易爆的性質，所有用電設備的電源控制器或插頭均設置于腐蝕實驗系統(tǒng)區(qū)域之外的安全區(qū)域。

(2) 氣體監(jiān)測系統(tǒng)。實驗室內安置了多個智能化H2S探測器，用以對實驗系統(tǒng)各個區(qū)域H2S濃度的全方位實時監(jiān)測[22-23]，如圖2中①～③所示。①號探測器位于氣瓶存放區(qū)，防止H2S氣瓶發(fā)生意外泄露；②號探測器位于腐蝕反應釜附近，用于對實驗過程中的安全狀態(tài)進行實時監(jiān)測；③號探測器位于隔離區(qū)單向門外，實時監(jiān)測安全區(qū)H2S濃度。另外，進入腐蝕試驗區(qū)的實驗人員均須隨身佩戴便攜式H2S探測器。根據(jù)標準《GBZ 2.1-2007 工作場所有害因素職業(yè)接觸限值-化學有害因素》，設定H2S氣體探測器的閾值為3×10-6。H2S探測器通過控制系統(tǒng)與報警系統(tǒng)及尾氣處理系統(tǒng)聯(lián)動，一旦實驗室內H2S氣體濃度超過10×10-6，自動啟動報警系統(tǒng)和尾氣處理系統(tǒng)。

(3) 控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)實現(xiàn)了對高溫高壓反應釜、報警裝置及尾氣處理裝置的同步關聯(lián)，同時可將信號進行遠傳至遠程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控?？刂葡到y(tǒng)接收來自H2S氣體探測器的實時數(shù)據(jù)，一旦H2S濃度超過其設定閾值則立即觸發(fā)應急處理程序——關停反應釜、啟動報警和尾氣處理系統(tǒng)。此外，控制系統(tǒng)配有不間斷電源，保證在實驗室突發(fā)斷電的情況下，仍具備H2S濃度監(jiān)測和報警功能。

(4) 報警系統(tǒng)?？赏綄崿F(xiàn)聲光報警、電話報警以及遠程監(jiān)控報警。

(5) 尾氣處理系統(tǒng)。實驗尾氣排空前需經過兩級處理—堿液池(⑤-1區(qū))一級處理和噴淋塔(⑤-2區(qū))二級處理。經過一級處理后未完全消耗的H2S氣體經排風系統(tǒng)送入噴淋塔，經過填料層，與氫氧化鈉吸收液進行中和反應，吸收液在塔底經水泵增壓后在塔頂噴淋而下，最后回流至塔底循環(huán)使用。尾氣排放濃度控制在10×10-6以下。

(6) 遠程監(jiān)控系統(tǒng)。可實時顯示腐蝕實驗系統(tǒng)實驗裝置和設備的運行參數(shù)及H2S濃度。在實驗室無實驗人員的情況下，一旦實驗設備運行參數(shù)出現(xiàn)異?；騂2S濃度超標，遠程控制系統(tǒng)警示燈亮并報警，確保實驗人員能夠及時發(fā)現(xiàn)設備異常，排除隱患。

(7) 急救、消防、防護設施。實驗室的近門區(qū)域設置了個人防護用具區(qū)，包含實驗操作服、H2S便攜式檢測器，過濾性防毒面具、正壓式空氣呼吸機等；滅火器材區(qū)常備泡沫及干粉式滅火器等；急救設施區(qū)常備急救氧氣瓶、急救藥箱等。遠程監(jiān)控區(qū)同時常備H2S便攜式檢測器，過濾性防毒面具、正壓式空氣呼吸機等應急處理設施。

2.2 實驗室安全設施系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

在進行H2S腐蝕實驗過程中，一旦H2S氣體探測器檢測的H2S濃度超過設定閾值，控制系統(tǒng)立即發(fā)出指令，同步進行一系列應急操作。

(1) 斷電。切斷實驗區(qū)內所有設備電源，實驗裝置停止加熱，避免高溫或電火花引起H2S氣體燃燒或爆炸。

(2) 警示。啟動近、遠程報警系統(tǒng)，立即發(fā)出聲光報警，同時撥打包括實驗室負責人、制定輪值管理人及實驗人員等5名以上相關人員的24 h手機電話進行報警。多種警報方式結合使用可以充分保證責任人及時獲取信息，并采取措施進行H2S泄漏應急處理，以避免釀成事故。

(3) 氣體處理。控制系統(tǒng)自動啟動排風系統(tǒng)及噴淋塔裝置，風機將氣體抽入噴淋塔，減少室內H2S濃度，噴淋塔進一步實現(xiàn)氣體的深度處理。

(4) 泄漏善后。H2S氣體濃度降低至設定閾值之后，實驗負責人員攜帶H2S檢測器，佩戴正壓式空氣呼吸機等防護裝備進入實驗區(qū)進行善后處理。

H2S實驗室安全設施系統(tǒng)有效地實現(xiàn)了H2S氣體的濃度監(jiān)測、報警通知以及氣體處理等一系列應急處理動作，為實驗室安全事故的預防和控制提供了強有力的技術保障。

3 H2S實驗安全管理體系和腐蝕實驗系統(tǒng)的實際效果

H2S實驗室安全管理體系及腐蝕實驗系統(tǒng)自2011年7月建成以來，經過不斷地探索、改進和完善，完全實現(xiàn)了高安全性、高可靠性的本質安全目標。H2S腐蝕實驗系統(tǒng)自投入運行以來，沒有發(fā)生因H2S泄漏導致的人員傷亡等安全事故。2012年10月，利用該腐蝕實驗系統(tǒng)開展高壓H2S(16 MPa)腐蝕實驗過程中，由于H2S濃度過高，在升溫過程中H2S狀態(tài)劇變，導致實驗裝置內部壓力劇升，實驗裝置安全閥爆破片發(fā)生爆破，引起高濃度H2S泄漏。報警系統(tǒng)迅速做出響應，切斷高壓反應釜電源，啟動排風系統(tǒng)，發(fā)出聲光報警及電話報警。期間，腐蝕實驗系統(tǒng)以外的安全區(qū)域并沒有檢測到有H2S逸出。待實驗室內H2S濃度低于設定閾值、控制系統(tǒng)報警解除后，實驗人員穿戴空氣呼吸機，攜帶檢測器進入實驗室進行后續(xù)處理。H2S腐蝕實驗系統(tǒng)在這次H2S意外泄漏事故中經受住了考驗，也驗證了其高安全性和高可靠性。

4 結 語

針對H2S腐蝕實驗室含有重大危險源的特點，從安全管理體系以及安全設施兩方面對實驗室進行了安全建設，積極探索現(xiàn)代化的安全管理方法和技術手段。實驗室所制定的安全管理制度科學完備、規(guī)范可行，整套H2S腐蝕實驗系統(tǒng)著重強調事前預防，同時注重事后處理。實驗室自建成以來未出現(xiàn)任何安全事故，實現(xiàn)了本質安全的建設目標。當然，實驗室的安全工作是一個動態(tài)過程，務必建立實驗室安全管理的長效機制，切實做到“警鐘長鳴、預防為主”，保障實驗室人身財產安全及教學、科研事業(yè)的順利發(fā)展。

[1] 丁珍菊, 方能虎, 張建平. 高校實驗室安全狀況的分析與思考[J]. 實驗室研究與探索, 2011, 30(6): 414-416.

[2] 羅民超, 應得標, 婁 軍, 等. 高校實驗室安全事故應急管理體系研究[J]. 實驗技術與管理, 2012, 29(7): 193-197.

[3] 教育部辦公廳. 關于進一步加強高等學校實驗室危險化學品安全管理工作的通知[Z]. 教技廳[2013]1號, 2013.

[4] 曾懋華, 洪顯蘭, 彭翠紅. 對比中美實驗安全規(guī)則 反思我國高?；瘜W實驗室安全管理[J]. 實驗室研究與探索, 2009, 28(6): 310-313.

[5] 付國慶, 張 玲, 石玉琴. 中外高校實驗室安全管理體系比較[J]. 西北醫(yī)學教育, 2013, 21(5): 900-901, 909.

[6] 李 丁, 曹 沛, 王 萍, 等. 高校實驗室安全管理體系構建的探索與實踐[J]. 實驗室研究與探索, 2014, 33(3): 274-277.

[7] 陳晶晶. 高校實驗室安全管理評價體系的研究[D]. 上海: 華東理工大學, 2012.

[8] 鄭春龍, 李五一. 中外高校實驗室安全教育教材建設的比較[J]. 實驗室研究與探索, 2011, 30(11): 181-184.

[9] 余建潮, 汪進前, 葉秉良. 基于Ajax的實驗室安全知識培訓系統(tǒng)研發(fā)[J]. 實驗室研究與探索, 2012, 31(2): 195-197.

[10] 李恩敬. 高等學校實驗室安全管理現(xiàn)狀調查與分析[J]. 實驗技術與管理, 2011, 28(2): 198-200.

[11] 劉桂艷, 張喜剛. 實驗室危險儀器設備安全規(guī)范化管理[J]. 實驗室研究與探索, 2011, 30(5): 183-185.

[12] 岳茂興, 徐冰心, 李 軼, 等. 硫化氫中毒損傷的特點、臨床表現(xiàn)和緊急救治原則[J]. 中國全科醫(yī)學, 2004(14): 1079-1080.

[13] 葉秉良, 汪進前, 李五一, 等. 高校實驗室安全管理體系構建與實踐[J]. 實驗室研究與探索, 2011, 30(8): 419-422.

[14] 黃 坤, 李彥啟, 孟少英. 發(fā)達國家高校實驗室安全管理及啟示[J]. 實驗室研究與探索, 2015, 34(9): 145-148.

[15] 王 杰. 高校實驗室安全管理體系探索[J]. 實驗室研究與探索, 2016, 35(8): 148-151.

[16] 劉 鶴, 王 曦, 劉志偉, 等. 高校實驗室技術安全保障體系的構建[J]. 實驗技術與管理, 2012, 29(12): 1-5.

[17] 束 羽, 丁 寅, 徐 錚. 高校化學實驗室安全管理的強化與提升[J]. 實驗技術與管理, 2013, 30(4): 215-217.

[18] 趙慶雙, 聞星火, 李 明. 加強安全教育是保障高校實驗室安全的關鍵[J]. 實驗技術與管理, 2007, 24(9): 8-11.

[19] 鄭春龍. 高校實驗室安全工作基本規(guī)范研究[J]. 實驗技術與管理, 2013, 30(10): 3-7.

[20] 馮建躍, 金海萍, 阮 俊, 等. 高校實驗室安全檢查指標體系的研究[J]. 實驗技術與管理, 2015, 32(2): 1-10.

[21] 王 燕, 周素文. 由德國實驗室的安全設施引發(fā)的思考[J]. 環(huán)境科學與管理, 2013, 38(1): 8-9.

[22] 倪桂才, 吳海濤, 韓中樞, 等. 有毒有害氣體檢測報警儀的選擇和使用[J]. 安全、健康和環(huán)境, 2003(10): 25-26.

[23] 郭 波, 趙祥峰, 于 清. 有毒有害氣體報警器安裝及檢定注意事項[J]. 化學分析計量, 2011, 20(1): 85-87.

Construction and Safety Management Practices of Intrinsically Safe H2S Corrosion Laboratory

SUN Jianbo, SUN Chong, JIN Yapeng, HAN Bin

(School of Mechanical and Electronic Engineering, China University of Petroleum, Qingdao 266580, Shandong, China)

H2S corrosion laboratory involves the use of highly toxic H2S gas and there exists the security risk caused by H2S gas leakage. In view of the particularity of H2S corrosion laboratory, the safety management of laboratory was explored from safety management system and safety facility construction. The safety management system of H2S laboratory was set up from the aspects of safety management rules and regulations, safety knowledge training and assessment and safety inspection and maintenance. And the H2S laboratory safety facility system was effectively used to implement a series of automatic emergency treatment such as H2S gas concentration monitoring, alarm notification and leak gas treatment. The operation practice of the H2S corrosion laboratory shows that the establishment of the laboratory safety management system and safety protection facilities can achieve the intrinsic safety objectives of the experimental system, significantly reduce the risk of accidents of H2S corrosion laboratory, which is of great reference value to the similar laboratories in colleges and universities at home and abroad.

H2S corrosion laboratory; safety management; safety facilities; intrinsic safety

2016-11-22

山東省高等學校教學改革重點項目(2012018)；全國工程專業(yè)學位研究生教育自選研究課題(2016-ZX-280)；中國石油大學(華東)研究生教育研究與教學改革重點項目(YJ-A1406)

孫建波(1975-)，男，山東海陽人，博士，副教授，材料科學與工程系主任，主要從金屬腐蝕與防護領域的教學與科研。

Tel.:0532-86983503-8625;E-mail:sunjianbo@upc.edu.cn

G 642.423

A

1006-7167(2017)08-0294-05