高校實驗室壓力氣瓶風(fēng)險評估體系探究

高玉坤， 王樹祎， 張英華， 黃志安， 沈栩杰， 唐 韜

(北京科技大學(xué) a.金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室，b.礦山避險技術(shù)研究中心，北京 100083)

0 引 言

壓力氣瓶是高校實驗室常用的高危實驗儀器，更是實驗室中事故常發(fā)的危險源。質(zhì)檢總局發(fā)布的資料顯示，2015年我國共發(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)校實驗室的事故概率是生產(chǎn)車間的上百倍。據(jù)統(tǒng)計，在2001～2014年實驗室發(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，總計導(dǎo)致66人傷亡[2]。屢見不鮮的高校實驗室氣瓶事故，對氣瓶風(fēng)險評估以及事故預(yù)防提出了要求。

高校實驗室是教學(xué)和科研的重要基礎(chǔ)平臺，其安全狀況與整個學(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)系到實驗室乃至全校的安全。本文分析了實驗室氣瓶事故的致災(zāi)因子，并依據(jù)半定量的風(fēng)險矩陣，建立了系統(tǒng)的壓力氣瓶風(fēng)險評估體系。

1 實驗室氣瓶事故的致災(zāi)因子

氣瓶屬于特種設(shè)備，具有種類多、數(shù)量大、使用廣泛、流動性強的特點[3]。對過去20年中發(fā)生的52起實驗室氣瓶事故進行統(tǒng)計分析：從事故類型上看，在52起事故中，由氣瓶傾倒造成的事故有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%，造成嚴重經(jīng)濟損失的事故占9.6%。其中，造成群死群傷和重大經(jīng)濟損失的均為爆炸事故。通過統(tǒng)計分析可知，實驗室氣瓶事故高發(fā)，常見的事故類型有傾倒、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，但會帶來嚴重的事故隱患。實驗室中能夠形成氣瓶傾倒隱患的致災(zāi)因子主要有：①氣瓶擺放不合理。實驗室空間相對狹小、物品擺放比較密集，若氣瓶隨意擺放在過道等人員流動性大的區(qū)域，則容易發(fā)生實驗者出入時撞倒氣瓶的情況。②人員安全意識淡薄。在實驗室整改、裝修、新進其他設(shè)備時未及時將氣瓶移除，氣瓶受撞擊而傾倒；部分同學(xué)在實驗室中嬉戲打鬧，會導(dǎo)致失手打翻氣瓶。③連鎖反應(yīng)。實驗室發(fā)生爆炸等事故，碎片或沖擊波擊倒氣瓶。

1.2 泄 漏

實驗室氣瓶泄漏事故輕則造成財產(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操作者專業(yè)知識匱乏。相關(guān)人員未受實驗室專業(yè)培訓(xùn)而直接對氣瓶進行操作，導(dǎo)致氣瓶在裝卸、使用和存儲過程中發(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、閥門損壞，危險氣瓶未經(jīng)檢修而照常使用。

1.3 爆 炸

爆炸事故是比較常見也是后果最嚴重的氣瓶事故。按照致災(zāi)機理，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)嵩从绊懀瑑?nèi)部氣體受熱膨脹，進而引發(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；不專瓶專用，如氫氣瓶改作氧氣瓶，氣瓶內(nèi)部形成預(yù)混氣而造成爆炸。③混合爆炸。實驗室中往往存放了大量不同種類和性質(zhì)的實驗原料、實驗儀器和設(shè)備，一旦其他物品發(fā)生燃燒或爆炸，波及氣瓶會同時發(fā)生物理爆炸或化學(xué)爆炸[6]。

2 實驗室氣瓶風(fēng)險評估體系

壓力氣瓶作為實驗室中的危險源，在日常管理上應(yīng)對其給予足夠的重視，結(jié)合實驗室情況管控風(fēng)險，并充分考慮系統(tǒng)性，選擇適當(dāng)?shù)姆椒ǎ嶒炇覛馄康娘L(fēng)險評估體系。

風(fēng)險具有事故發(fā)生概率和后果嚴重程度結(jié)合的二重性特征[7]，風(fēng)險矩陣法基于這兩個特征，對風(fēng)險事件發(fā)生的概率和嚴重程度進行分級評定，評定結(jié)果分別作為矩陣的行和列而形成風(fēng)險矩陣，綜合考量事故可能性和后果嚴重度而得到風(fēng)險值，進而按照所得風(fēng)險值在矩陣中的位置給出直觀的風(fēng)險性判定[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，在實驗室氣瓶風(fēng)險評估中，可以用事故概率結(jié)合實驗室的具體情形和相關(guān)參數(shù)推算事故可能性。概率等級劃分見表1。

表1 事故概率劃分

2.2 事故嚴重度

事故嚴重度是指事故后果的嚴重程度，其主要由造成人員傷亡的數(shù)量和財產(chǎn)損失的情況決定，據(jù)此將實驗室氣瓶傾倒、泄漏和爆炸3種事故的嚴重度等級劃分為5級[9-10]，見表2～4。

2.3 風(fēng)險等級

將事故概率和嚴重度結(jié)合起來，根據(jù)這兩個指標的等級劃分確定實驗室氣瓶的綜合風(fēng)險值，得出風(fēng)險矩陣如表5所示。風(fēng)險矩陣共有25個單元格，其中，低風(fēng)險8格，風(fēng)險值0～2，為可接受風(fēng)險；中等風(fēng)險11格，風(fēng)險值3～5，為需關(guān)注風(fēng)險；高風(fēng)險6格，風(fēng)險值6～8，為不可接受風(fēng)險[11]。

表2 傾倒事故嚴重度劃分

表3 泄漏事故嚴重度劃分

表4 爆炸事故嚴重度劃分

表5 風(fēng)險矩陣

3 應(yīng)用實例

應(yīng)用上述實驗室氣瓶風(fēng)險評估體系，對土木與資源學(xué)院某實驗室的壓力氣瓶進行風(fēng)險評估。該實驗室建筑面積200 m2，為無隔斷開放空間，共有壓力氣瓶68個，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。其中裝有易燃氣體氣瓶8個，充裝有毒氣體氣瓶26個。實驗室設(shè)有2個通風(fēng)櫥，并裝有排風(fēng)扇。

3.1 事故概率和嚴重度取值

根據(jù)52起實驗室氣瓶事故的統(tǒng)計結(jié)果，用事故發(fā)生的頻率估計概率，結(jié)合該實驗室的具體情況進行等級評定。

(1) 事故概率的評定。①傾倒。該實驗室氣瓶擺放整齊，但相對分散，且未配備防傾倒支架，評定其發(fā)生傾倒事故的等級為C級。②泄漏。實驗室中充裝有毒氣體的氣瓶數(shù)量超過氣瓶總數(shù)的1/3，但氣瓶普遍較新，未發(fā)現(xiàn)破損和腐蝕，評定其泄漏事故等級為B級。③爆炸。氣瓶外設(shè)有標簽卡，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不清而引發(fā)爆炸事故；實驗室內(nèi)電路接線混亂，容易漏電或發(fā)生電氣火災(zāi)；但考慮到實驗室內(nèi)裝有易燃氣體的氣瓶較少，且氣瓶周圍沒有明火和高溫加熱裝置，評定其爆炸事故等級為D級。

(2) 事故嚴重度的評定。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?。磺覛馄科块y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，評定氣瓶傾倒的嚴重度為1級。②泄漏。實驗室人員密集，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，評定其泄漏事故的嚴重度為2級。③爆炸。氣瓶周圍有實驗臺和其他儀器設(shè)備，一旦氣瓶發(fā)生爆炸，極有可能將周圍物品炸毀；實驗室空間較大，爆炸威力不易疊加；未存放其他易燃易爆化學(xué)品，不會發(fā)生連鎖爆炸反應(yīng)；配備有滅火器、煙霧報警器等防滅火設(shè)備，能夠有效防止爆炸引起的火災(zāi)蔓延，據(jù)此評定該室氣瓶爆炸事故嚴重度為2級。

3.2 風(fēng)險矩陣確定風(fēng)險等級

針對3種事故情形，將其發(fā)生概率和嚴重度等級結(jié)合起來，對應(yīng)風(fēng)險矩陣查得該事故的風(fēng)險等級。

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

3.3 改進與優(yōu)化

該實驗室氣瓶風(fēng)險等級居中，說明目前該實驗室氣瓶的狀況基本滿足安全要求，但仍有待采取措施改進優(yōu)化，進一步降低風(fēng)險。依照3種事故的致災(zāi)因子，從人、機、環(huán)、管四方面對氣瓶安全狀況進行改進。

(1) 對實驗人員進行氣瓶操作安全教育培訓(xùn)，使之提高安全意識并掌握相關(guān)知識，實行實驗室準入制度[12]，降低由于無知和誤操作造成事故的風(fēng)險[13]。

(2) 保證每個氣瓶均與標記卡相匹配，且卡片上準確填寫瓶內(nèi)氣體種類、充裝日期以及負責(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)生時產(chǎn)生連鎖反應(yīng)。

(3) 對實驗室電路接線情況進行整改，避免電氣事故引爆氣瓶。最好將氣瓶置于專門的儲柜中，防止其受到外部物體打擊，避免實驗室發(fā)生燃燒、爆炸引發(fā)氣瓶連鎖反應(yīng)；并在儲柜外設(shè)置檢測報警聯(lián)動裝置，以及時發(fā)現(xiàn)泄漏等事故，將危害降到最低。

(4) 實驗室指派專人負責(zé)氣瓶的安全管理工作，并就此制定專項安全工作計劃[14]。負責(zé)人平時對氣瓶狀態(tài)進行檢查，排除氣瓶周圍危險源，并避免未經(jīng)培訓(xùn)的人員操作氣瓶。同時，要進一步完善評價指標體系，建立長效的實驗室氣瓶安全管理機制[15]。

4 結(jié) 語

本文分析了實驗室壓力氣瓶的事故致災(zāi)因子，并建立了高校實驗室氣瓶風(fēng)險評估體系，得出以下結(jié)論：

(1) 高校實驗室氣瓶主要易發(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，但實質(zhì)上可歸結(jié)于人、機、環(huán)、管4個方面。

(2) 綜合考慮事故概率和嚴重度，用風(fēng)險矩陣法建立實驗室氣瓶的風(fēng)險評估體系，可以直觀地給出氣瓶的風(fēng)險等級，半定量的方法增加了評估的客觀性和直觀感。

(3) 結(jié)合學(xué)校土木樓某實驗室的實際情況，建立了氣瓶風(fēng)險評估體系，得出該實驗室壓力氣瓶的風(fēng)險等級為中級，屬于需關(guān)注風(fēng)險，尤其應(yīng)注意避免易燃氣體發(fā)生爆炸，此結(jié)果為對該實驗室的氣瓶進行有針對性的改進和安全管理提供了科學(xué)依據(jù)。

高校實驗室氣瓶風(fēng)險評估體系的建立，有助于識別高發(fā)的致災(zāi)因子進而重點防控，實現(xiàn)對氣瓶系統(tǒng)、科學(xué)、全面的管理，從而有效地降低氣瓶事故風(fēng)險。同時該體系具有普適性，對實驗室中其他危險儀器和化學(xué)品的風(fēng)險性評估具有借鑒意義。

參考文獻(References)：

[1] 質(zhì)檢總局關(guān)于2015年全國特種設(shè)備安全狀況情況的通報[R].2016.

[2] 李志紅.100起實驗室安全事故統(tǒng)計分析及對策研究[J].實驗技術(shù)與管理,2014,31(4):210-213.

[3] 馬昌華.中國氣瓶及其標準化[J].壓力容器,1988(5):68-71.

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

[5] 張 荷.基于脆弱性的 LNG加氣站風(fēng)險評估[A].第四屆CCPS中國過程安全會議論文集,2016.

[6] 張瑞韜. 氣瓶泄漏和火災(zāi)事故的原因分析及應(yīng)急處置[J]. 山東化工,2016(14):153-154.

[7] 羅 云.風(fēng)險分析與安全評價[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2010:155-158.

[8] 陳晶晶,孫賢波,朱育紅,等.高校實驗室化學(xué)品安全管理評價體系的構(gòu)建[J].實驗室研究與探索,2013,32(11):241-245.

[9] 朱廣萍.液氯泄漏事故后果模擬分析與應(yīng)急管理[D].長沙：中南大學(xué),2009.

[10] 楊仕剛,王三明.定量風(fēng)險矩陣在HAZOP分析中的應(yīng)用研究[J].煤炭技術(shù),2013,32(1):242-244.

[11] 姜宗博.風(fēng)險評估技術(shù)研究及其在承壓設(shè)備中的應(yīng)用[D].北京：北京化工大學(xué),2013.

[12] 王孟祿,張 鐳. 中外高校實驗室安全管理的比較及啟示[J]. 實驗室研究與探索,2016,35(11):227-231.

[13] 于冰筠,楊金娥,李 蓮.研究型實驗室管理工作的探索與實踐[J].實驗室研究與探索,2015,34(5):234-237.

[14] 邵凱雋,孟 軍,王世澤,等.高校實驗室安全管理常效保障體系的構(gòu)建[J].實驗室研究與探索,2016,35(10):299-303.

[15] 武向俠,王 欣,白 楊. 高校大型儀器設(shè)備效益評價及有效利用[J]. 實驗室研究與探索,2016,35(11):265-268.