高校實驗室火災(zāi)爆炸事故原因分析及管理對策

付 凈，劉 虹，劉文博

(吉林化工學(xué)院 資源與環(huán)境工程學(xué)院,吉林 吉林 132022)

2001～2016年我國高校實驗室共發(fā)生100余起安全事故，傷亡600余人.2015年4月5日，徐州某大學(xué)化工學(xué)院一實驗室發(fā)生爆炸事故，導(dǎo)致1名研究生死亡，4人受傷[1].2016年9月21日，位于上海大學(xué)園區(qū)的某大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院一實驗室發(fā)生爆炸，兩名學(xué)生受重傷[2].此類實驗室事故屢屢發(fā)生，影響了高校正常教學(xué)與科研活動的順利進(jìn)行，給高校師生的安全帶來巨大威脅.

1 高校實驗室事故類型分析

2001年至2016年107起高校實驗室事故共造成109人受傷，10人死亡，平均傷亡人數(shù)約為6人.具體事故數(shù)量及后果數(shù)據(jù)如下表1所示.根據(jù)GB6441-1986事故分類標(biāo)準(zhǔn)，高校實驗室事故主要涉及火災(zāi)、爆炸、中毒、觸電、機(jī)械傷害、化學(xué)灼傷及其他事故類型[4].各類事故平均傷亡人數(shù)如下表2所示.高校實驗室事故類型及所占比例如圖1所示.107起實驗室事故死亡人數(shù)比例如圖2所示.

表1 2001～2016高校實驗室事故情況匯總表

表2 2001～2016高校實驗室各類事故平均傷亡人數(shù)統(tǒng)計表

注：1.其他事故類型：機(jī)械傷害，化學(xué)灼傷及燙傷，20類事故分類中的其他事故類型.

圖1 2001～2016高校實驗室各類事故數(shù)量及其比例

圖2 2001～2016高校實驗室事故人員傷亡情況分類統(tǒng)計

根據(jù)以上統(tǒng)計數(shù)據(jù)，從事故發(fā)生頻率角度分析,實驗室火災(zāi)、爆炸事故數(shù)量占實驗室事故總數(shù)的86.92%占據(jù)首位，傷亡人數(shù)占總?cè)藬?shù)的22%.從事故后果嚴(yán)重度方面分析，實驗室中毒事故后果嚴(yán)重.6起中毒事故共造成480人傷亡，事故數(shù)量占事故總數(shù)的7%，傷亡數(shù)量占總傷亡數(shù)量的77%.可見，高校實驗室要重點防范火災(zāi)，爆炸及中毒事故的發(fā)生.由于火災(zāi)及爆炸事故數(shù)量最多，事故影響較大,且這兩類事故具有一定相似性和相關(guān)性，本文重點對高校實驗室火災(zāi)、爆炸事故的原因進(jìn)行分析.而中毒事故發(fā)生次數(shù)少，傷亡很嚴(yán)重，作為后續(xù)研究的重點.

2 高校實驗室火災(zāi)、爆炸事故原因分析

火災(zāi)、爆炸事故作為實驗室最為頻發(fā)的事故類型因其不確定性和高危險性，成為實驗室事故防治的重中之重.應(yīng)用系統(tǒng)安全危險源理論，對實驗室火災(zāi)及爆炸事故原因進(jìn)行分析.危險源是指一切可能導(dǎo)致事故發(fā)生的能量、能量載體或危險物質(zhì)[5].可以分為危險物質(zhì)和可能意外釋放的能量(載體)兩個固有因素，以及人的不安全動作，設(shè)備設(shè)施的不安全狀態(tài)，不良的環(huán)境三個觸發(fā)因素[6].

2.1 高校實驗室火災(zāi)、爆炸事故固有因素分析

(1) 高校實驗室因各學(xué)科間的綜合性和交叉性，在進(jìn)行實驗教學(xué)過程中會涉及到眾多實驗藥品、試劑及材料，其中絕大多數(shù)是危險化學(xué)品[7].

93起實驗室火災(zāi)、爆炸事故中，有68起事故涉及到了危險化學(xué)品.在實驗過程中使用或是實驗室內(nèi)存有的危險化學(xué)品被觸發(fā)導(dǎo)致了火災(zāi)、爆炸事故的發(fā)生.根據(jù)《危險化學(xué)品目錄(2015版)》(國家安全監(jiān)管總局等10部門公告2015年第5號)，對上述案例中引起事故的危險化學(xué)品進(jìn)行分類，所得結(jié)果如表3所示[8].

表3 高校實驗室火災(zāi)、爆炸事故涉及危險化學(xué)品統(tǒng)計

注： 表中氧化物包括：氧化性氣體、氧化性液體、氧化性固體及有機(jī)過氧化物.

根據(jù)上述統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，有61起火災(zāi)、爆炸事故涉及到易燃物質(zhì)(易燃液體、易燃?xì)怏w及加壓氣體、易燃固體)占危險化學(xué)品火災(zāi)、爆炸事故總數(shù)的89.7%，氧化物次之，爆炸物導(dǎo)致的事故最少.這和高校實驗室較多采用易燃?xì)怏w作為燃燒氣源，易燃液體和固體作為主要實驗試劑并較少使用爆炸品進(jìn)行教學(xué)和科研有關(guān)[9].

(2) 在利用實驗室進(jìn)行正常的教學(xué)和科研實驗的過程中，會涉及到很多產(chǎn)生、供給能量的設(shè)備儀器，加工、處理危險物質(zhì)的裝置、設(shè)備、場所，能量聚集或突然釋放的設(shè)備儀器，例如壓力容器，反應(yīng)釜，加熱爐等[6].這些儀器設(shè)備在使用時會涉及到熱能、電能、機(jī)械能、化學(xué)能、勢能等能量形式.除此之外，實驗室引發(fā)火災(zāi)爆炸事故不可忽視的因素就是火源，無論是儀器設(shè)備正常使用過程的火源還是電氣火花，摩擦撞擊火花以及外來火源都具有熱能[6].任意能量一旦失去控制就會形成超壓轉(zhuǎn)化為機(jī)械能對外做功引起爆炸，或形成熱能引發(fā)火災(zāi)事故.根據(jù)樣本統(tǒng)計數(shù)據(jù)，高校實驗室火災(zāi)爆炸事故數(shù)量及意外釋放的能量類型如表4 所示.

教師善于挖掘教材中的“興趣”因素，結(jié)合學(xué)生熟悉的事例，創(chuàng)設(shè)出富有一定趣味的教學(xué)情境，運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)，使學(xué)生學(xué)習(xí)心理達(dá)到一種“欲罷不能”的興奮狀態(tài)，從而產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣。如播放不同風(fēng)格的音樂讓學(xué)生聆聽，用簡潔的詞語描述自己的感受，根據(jù)自己的感受創(chuàng)造一個小故事，通過畫筆將故事表現(xiàn)出來。

表4 高校實驗室火災(zāi)、爆炸事故及能量類型

注：1化學(xué)能主要是危險化學(xué)品自身或是相互反應(yīng)產(chǎn)生

由上述統(tǒng)計分析可知，導(dǎo)致高校實驗室火災(zāi)爆炸事故發(fā)生的固有因素包括：危險物質(zhì)方面主要是危險化學(xué)品中的易燃物品，意外釋放的能量方面主要是化學(xué)能、熱能.根據(jù)兩類危險源理論，很多情況下火災(zāi)、爆炸事故的發(fā)生不僅是因為系統(tǒng)中存在固有危險因素，而是當(dāng)約束限制物質(zhì)或能量的措施失效時事故才會出現(xiàn)，具體表現(xiàn)為人員出現(xiàn)不安全行為簡稱不安全行為，裝置設(shè)備出現(xiàn)不安全狀態(tài)簡稱不安全物態(tài)，及環(huán)境不佳等觸發(fā)因素下產(chǎn)生的，固有因素和觸發(fā)因素相互作用最終導(dǎo)致事故的出現(xiàn)[6].

2.2 高校實驗室火災(zāi)、爆炸事故觸發(fā)原因分析

(1) 不安全行為分析

不安全行為或動作是指可能觸發(fā)固有因素釋放直接引發(fā)事故或是導(dǎo)致不安全物態(tài)或不佳環(huán)境狀態(tài)進(jìn)而引發(fā)事故，又或是對事故的發(fā)生產(chǎn)生重要影響的因素[11].根據(jù)海因里希的事故歸因論，導(dǎo)致事故發(fā)生除了10%的不安全物態(tài)因素外，88%都是由于人的不安全行為引發(fā)，2%是屬于不可控因素[6].

隨著研究的深入，國內(nèi)外眾多學(xué)者具體到行業(yè)事故統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)人的不安全行為引發(fā)的事故均占90%以上[12].由此可見，預(yù)防事故發(fā)生首要的任務(wù)是控制人的不安全行為這一事故觸發(fā)因素.

現(xiàn)對高校實驗室107起典型事故中93起火災(zāi)爆炸事故所涉及到的不安全行為因素進(jìn)行統(tǒng)計分析，如表5所示[4].

由樣本分析可知，實驗過程中違反實驗操作規(guī)程(設(shè)備操作和試劑取用)和操作不慎出現(xiàn)的次數(shù)較多，共52次占不安全行為總數(shù)的73.24%.因此，在實驗室管理過程中要嚴(yán)格控制實驗人員的操作程序及規(guī)范性.避免由于違規(guī)或不慎操作使系統(tǒng)內(nèi)危險化學(xué)品或能量意外的釋放并作用與實驗人員及設(shè)備、設(shè)施造成傷害和損失[13].

表5 高校實驗室火災(zāi)、爆炸事故中不安全行為類別統(tǒng)計

注：1.同種不安全行為可能由不同人員產(chǎn)生，統(tǒng)計時歸為一種不安全行為；一起事故可能由多個不安全行為共同造成，分別進(jìn)行統(tǒng)計；2.設(shè)備操作過程：包括設(shè)備前期調(diào)試階段；儀器設(shè)備使用階段

(2) 不安全物態(tài)分析

不安全物態(tài)是指可能直接使固有因素釋放引發(fā)事故，或?qū)κ鹿实陌l(fā)生產(chǎn)生重要影響的設(shè)備設(shè)施的狀態(tài).不安全物態(tài)產(chǎn)生的原因可能是違反了相關(guān)規(guī)章制度，或是曾經(jīng)引發(fā)過事故，亦或是經(jīng)風(fēng)險評估認(rèn)定的不安全物態(tài)[11].由于高校實驗室中涉及眾多的易燃危險化學(xué)品及承壓、蓄熱等能量承載設(shè)備，對于這些固有因素，當(dāng)設(shè)備設(shè)施出現(xiàn)不安全的狀態(tài)時就極有可能導(dǎo)致事故的發(fā)生[9].根據(jù)樣本數(shù)據(jù)統(tǒng)計出實驗室火災(zāi)和爆炸事故中不安全物態(tài)如表6所示.

通過表6不安全物態(tài)分類統(tǒng)計可知，儀器設(shè)備及其防護(hù)裝置的故障缺失是導(dǎo)致實驗室火災(zāi)爆炸事故的主要不安全物態(tài)，發(fā)生次數(shù)占總次數(shù)比例為46%，其次是電氣線路及試劑存放問題，所占比例均為18%.因此，實驗室在安全管理過程中應(yīng)注重儀器設(shè)備及其防護(hù)裝置的維護(hù)監(jiān)管，確保電氣線路的安全性及試劑存放的規(guī)范性.

表6 高校實驗室火災(zāi)、爆炸事故中不安全物態(tài)分類統(tǒng)計

注：1.同種不安全物態(tài)可能由具體不同設(shè)備產(chǎn)生，統(tǒng)計時歸為一個不安全物態(tài)；一起事故可能由多個不安全物態(tài)共同造成，分別進(jìn)行統(tǒng)計；2.其他：儀器設(shè)備性能不匹配、消防器具失效等.

(3) 不佳環(huán)境因素分析

除了人員的不安全行為和物的不安全狀態(tài)是導(dǎo)致事故發(fā)生的直接因素外，不佳的環(huán)境條件是誘發(fā)事故發(fā)生不可忽視的因素.不佳的環(huán)境可能導(dǎo)致實驗設(shè)備、設(shè)施故障，實驗人員易出現(xiàn)誤操作，進(jìn)而引發(fā)事故[14].根據(jù)樣本案例統(tǒng)計，實驗室火災(zāi)、爆炸事故原因分析中，不佳的環(huán)境因素出現(xiàn)的次數(shù)為4次，主要涉及：實驗室內(nèi)有雜物或衛(wèi)生條件差、實驗室有不使用器材裝置等物品堆積、實驗室內(nèi)通風(fēng)情況不佳等.

由以上分析可知，導(dǎo)致高校實驗室火災(zāi)、爆炸事故發(fā)生的觸發(fā)因素即為使能量或危險物質(zhì)的約束、限制措施失效、破壞的原因[15].重點考慮人的不安行為，具體表現(xiàn)形式為：違規(guī)或不慎操作.物的不安全狀態(tài)，具體表現(xiàn)形式為：儀器設(shè)備及其防護(hù)裝置的故障、缺陷.兩者是事故預(yù)防策略制定的主要針對對象、是日常管理過程中需要重點監(jiān)察的對象，須通過合理有效的管理手段加以控制.

3 高校實驗室管理對策

3.1 建立危險化學(xué)品管理新模式

根據(jù)統(tǒng)計2001～2016年發(fā)生的93起實驗室火災(zāi)、爆炸事故中有68起涉及到危險化學(xué)品，占事故總數(shù)的73.11%.針對實驗室危險化學(xué)品采用全壽命周期的管理方式.

(1) 明確管理職能，全壽命周期監(jiān)管.調(diào)整實驗室組織管理框架，對于實驗室危險化學(xué)品的管理要設(shè)定專門人員管理并負(fù)責(zé)整個實驗用危化品生命周期內(nèi)的相關(guān)事宜.危險化學(xué)品從采購源頭到使用過程到廢棄處理要形成完整的管理鏈條，具體包括：①實驗藥品、試劑、材料等涉及到的危險化學(xué)品耗材的采購計劃審批；②供應(yīng)商資質(zhì)審查；③供應(yīng)品審核；④校內(nèi)配送；⑤耗材的管理(儲存、使用)；⑥ 廢棄物的處理；⑦ 剩余耗材處置整理[15].整個過程要形成標(biāo)準(zhǔn)化管理程序文件，每個環(huán)節(jié)都應(yīng)由實驗室主管危險化學(xué)品的人員統(tǒng)一填寫情況記錄信息，上報主管實驗院長審核，之后上報校級實驗管理科人員進(jìn)行現(xiàn)場檢查，并反饋意見，實驗管理人員再進(jìn)行改進(jìn)和調(diào)整，完善實驗用?；饭芾磉^程.

(2) 建立實驗室危險化學(xué)品管理動態(tài)臺賬.實驗室專職管理人員定時、定點地對其負(fù)責(zé)管理的實驗藥品、試劑、材料等危險化學(xué)品的品質(zhì)、儲量、使用情況進(jìn)行登記[16].對于易導(dǎo)致事故的易燃物品的管理應(yīng)等同于易制毒藥品的管理，提升管理級別，設(shè)定單獨(dú)的使用及儲存控制文件并配套動態(tài)管理臺賬，采取實時監(jiān)管[17].以此，實現(xiàn)實驗室對危險化學(xué)品的規(guī)范化，科學(xué)化管理，最大限度的避免事故的出現(xiàn).

3.2 人員操作的規(guī)范化管理

控制人失誤是安全管理的重點和難點.由統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，導(dǎo)致實驗室火災(zāi)爆炸事故發(fā)生的主要不安全行為是違規(guī)的操作以及操作不慎.由于人的不安全行為受其知識、意識、習(xí)慣、心理、生理等眾多因素的干擾[14].因此，需采用安全知識培訓(xùn)+實操培訓(xùn)+過程監(jiān)管，科學(xué)合理的安全管理方式，嚴(yán)格規(guī)范實驗人員的操作過程.

(1) 安全知識培訓(xùn)內(nèi)容要具有針對性和警示性.改善傳統(tǒng)的說教式培訓(xùn)和固定式答題模式，根據(jù)實驗人員的基本信息及實驗需求，采用網(wǎng)上隨機(jī)抽取答題，包括實驗室通用安全知識(規(guī)章制度+管理措施+個體防護(hù)+環(huán)境衛(wèi)生等)和專項實驗安全知識(試劑性質(zhì)、取用+設(shè)備調(diào)試、使用+操作流程+廢棄處理等)成績合格方可進(jìn)行下一階段培訓(xùn).每一專項實驗有配套的警示短片主要介紹相似事故案例發(fā)生的原因以及緊急處理方法.以此提高實驗人員的安全知識和意識[18].

(2) 實操培訓(xùn)需規(guī)范嚴(yán)格.在安全知識培訓(xùn)合格后，進(jìn)行實際操作過程培訓(xùn).人員進(jìn)入實驗室，根據(jù)操作規(guī)程進(jìn)行實驗重點環(huán)節(jié)的操作訓(xùn)練，由指導(dǎo)教師進(jìn)行現(xiàn)場詢問和考核.重點檢查操作的規(guī)范性及對相關(guān)操作規(guī)程的理解程度[19].只要出現(xiàn)違規(guī)操作或操作失誤，視實操培訓(xùn)不合格，不允許進(jìn)行實驗，需重新進(jìn)行安全知識培訓(xùn).

(3) 實驗過程雙人監(jiān)管.實驗操作人員在進(jìn)行實驗的過程中，指導(dǎo)人員應(yīng)進(jìn)行輔助指導(dǎo)并重點監(jiān)管實驗操作是否規(guī)范，實驗室管理人員應(yīng)巡查實驗進(jìn)程如遇突發(fā)情況進(jìn)行緊急處理.最后形成實驗操作記錄文件.

3.3 儀器設(shè)備的點檢管理

儀器設(shè)備及其防護(hù)裝置的故障、缺陷等不安全物態(tài)是導(dǎo)致實驗室火災(zāi)、爆炸事故發(fā)生的主要誘發(fā)因素，也是導(dǎo)致事故發(fā)生的直接原因.儀器設(shè)備的管理作為日常維護(hù)的重點，從使用到最終的廢棄處置，整個生命周期內(nèi)要采用點檢管理形成長效機(jī)制[20].

儀器設(shè)備的點檢管理需配置專門的實驗室管理人員定時、定點地對其負(fù)責(zé)管理的設(shè)備進(jìn)行檢查，尤其是一些實驗用反應(yīng)或燃燒設(shè)備以及承壓設(shè)備的安全防護(hù)附件、易損部件、連接氣源的管線閥門等部分作為設(shè)備重點檢查的部位，進(jìn)行日常點檢記錄.并及時向?qū)嶒灩芾碇行姆答佋O(shè)備維護(hù)、維修計劃，并記錄落實情況[21].除此之外，主管責(zé)任領(lǐng)導(dǎo)要定期的對重點監(jiān)管設(shè)備進(jìn)行抽查，不定期的進(jìn)行實驗室巡查，以此消除不安全物態(tài)隱患.

4 結(jié) 論

(1) 以2001～2016年發(fā)生的107起實驗室事故為樣本，同時考慮事故發(fā)生概率和后果嚴(yán)重度兩個因素得出實驗室主要事故類型為火災(zāi)、爆炸和中毒事故，數(shù)量分別為50，43，6起，傷亡人數(shù)79，54，480人.本文主要對火災(zāi)爆炸事故根本原因進(jìn)行分析,針對中毒事故原因的分析是今后研究的重點.

(2) 應(yīng)用兩類危險源理論分析實驗室火災(zāi)、爆炸事故的固有因素主要為：危險化學(xué)品中的易燃物品以及意外釋放的化學(xué)能、熱能.主要觸發(fā)因素即導(dǎo)致事故的直接原因為：人員的違規(guī)及不慎操作，儀器設(shè)備、防護(hù)裝置的故障缺失，分別占不安全動作及物態(tài)比例的73.24%和46%.

(3) 針對固有因素和觸發(fā)因素，實驗室安全管理需采用以下措施：危險化學(xué)品采用全壽命周期的管理方式，建立動態(tài)臺賬.人員操作采用安全知識培訓(xùn)+實操培訓(xùn)+過程監(jiān)管，科學(xué)化、規(guī)范化的管理方式.儀器設(shè)備需采用點檢管理形成長效機(jī)制.

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