化工實(shí)驗(yàn)過程安全分析與防控

高一洲

(南通、珠海、昆明醋酸纖維有限公司技術(shù)中心，江蘇 南通 226008)

化工實(shí)驗(yàn)過程的安全風(fēng)險(xiǎn)很高，涉及各種危險(xiǎn)化學(xué)品，小試、中試的操作風(fēng)險(xiǎn)，新工藝、新技術(shù)首次應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)，試驗(yàn)裝置與生產(chǎn)裝置交界面安全風(fēng)險(xiǎn)等等，稍有不慎就會發(fā)生安全事故。雖然近年來各地、各單位對化工實(shí)驗(yàn)的安全管理越來越重視，安全事故也有所減少，但各地化學(xué)、化工實(shí)驗(yàn)室事故仍時有發(fā)生。2015年12月清華大學(xué)一實(shí)驗(yàn)室發(fā)生爆炸起火，造成1名博士后死亡；2016年9月，東華大學(xué)一實(shí)驗(yàn)室發(fā)生爆炸，兩名學(xué)生受重傷，一名學(xué)生受輕微擦傷;2018年12月，北京交通大學(xué)實(shí)驗(yàn)室發(fā)生爆炸燃燒，事故造成3人死亡；2019年2月，南京工業(yè)大學(xué)一實(shí)驗(yàn)室發(fā)生火災(zāi)；2021年3月中國科學(xué)院化學(xué)研究所發(fā)生爆炸事故，造成1名研究生當(dāng)場死亡；2022年4月20日，湖南中南大學(xué)實(shí)驗(yàn)室發(fā)生一起爆燃事故，導(dǎo)致1名博士生身體被大面積燒傷，等等。相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，爆炸與火災(zāi)事故約占化工實(shí)驗(yàn)事故的68%，危害極大，造成科技人員傷亡及大量經(jīng)濟(jì)損失。隨著我國基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)新力度的加大，化工實(shí)驗(yàn)、試驗(yàn)會越來越多，因此我們必須采取有效的措施，加強(qiáng)安全管理，系統(tǒng)防范化工實(shí)驗(yàn)安全事故的發(fā)生。作者結(jié)合發(fā)生的化工實(shí)驗(yàn)安全事故,從不安全行為、不安全環(huán)境以及不安全管理等方面，對化工實(shí)驗(yàn)過程存在的安全風(fēng)險(xiǎn)和隱患進(jìn)行深度剖析，結(jié)合雙重預(yù)防機(jī)制建設(shè)和自己從事化工實(shí)驗(yàn)的安全經(jīng)驗(yàn)，歸納提出防范化工實(shí)驗(yàn)安全事故的“三三三”安全工作模式，即嚴(yán)格遵守三大紀(jì)律，準(zhǔn)確理解三大原理，熟練掌握三大技能，并提出具體要求，以期為提高化工實(shí)驗(yàn)操作的本質(zhì)安全管理水平，避免安全事故的發(fā)生提供有益借鑒。

1 化工實(shí)驗(yàn)過程安全風(fēng)險(xiǎn)探討

從各類化工實(shí)驗(yàn)安全事故發(fā)生的根本原因看，98%的事故都是人為引起[1]，其中包括不安全行為(包含無知、無畏、無能、不顧、不聽、不理及粗心、遲鈍、疲勞、情緒等各種不良行為)和不安全環(huán)境(工作場所、作業(yè)環(huán)境、危險(xiǎn)化學(xué)品、設(shè)備設(shè)施等對人產(chǎn)生的危險(xiǎn)因素)，以及不安全管理(安全責(zé)任不落實(shí)、管理制度不健全、操作規(guī)程不具體、安全投入不到位、安全監(jiān)管不嚴(yán)格等)。

1.1 不安全行為

實(shí)驗(yàn)人員不重視安全、安全意識淡薄、安全知識和技能欠缺，不遵守安全紀(jì)律、工藝紀(jì)律和勞動紀(jì)律，自以為是、不以為然、習(xí)以為常，這些是發(fā)生實(shí)驗(yàn)安全事故的主要原因。主要表現(xiàn)在：(1)漠視化學(xué)品的危險(xiǎn)性，自認(rèn)為實(shí)驗(yàn)劑量小而不重視相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。例如，2018年12月北京交通大學(xué)實(shí)驗(yàn)室爆炸事故中，負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的教師對鎂粉活潑的化學(xué)性質(zhì)視而不見，違規(guī)儲存在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)。(2)部分實(shí)驗(yàn)人員缺乏一定的理論知識，不熟悉實(shí)驗(yàn)原理和反應(yīng)原理，實(shí)驗(yàn)操作技能不足，尤其是剛參加實(shí)驗(yàn)工作的學(xué)生，缺乏系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)思維和風(fēng)險(xiǎn)辨識能力。(3)對化學(xué)品使用不當(dāng)或儀器設(shè)備操作不當(dāng)。(4)部分實(shí)驗(yàn)人員不懂如何應(yīng)急處置，也未正確佩戴防護(hù)用品，一旦發(fā)生事故，不知所措，導(dǎo)致事故后果擴(kuò)大等。

1.2 不安全環(huán)境

1.2.1 化學(xué)品管理不規(guī)范

實(shí)驗(yàn)室化學(xué)品種類較多，有普通試劑也有危險(xiǎn)化學(xué)品。一些單位化學(xué)試劑管理不規(guī)范，存在試劑隨意取用、存取混亂現(xiàn)象。存在安全標(biāo)簽脫落、存放時間較長，甚至超出有效期等問題。化工實(shí)驗(yàn)使用的各種氣體較多，一些單位未設(shè)置專門的氣瓶存放地點(diǎn)，甚至氣瓶沒有固定,直接擺放在設(shè)備旁邊，也存在氣瓶長時間不進(jìn)行檢驗(yàn)檢測、維護(hù)等問題。這些都是嚴(yán)重的安全隱患。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備維護(hù)不到位

實(shí)驗(yàn)設(shè)備種類繁多，一些單位未進(jìn)行設(shè)備全生命周期管理，管理維護(hù)不到位，設(shè)備完好性不足，安全設(shè)施配備不足。如：(1)部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備，尤其是承壓類設(shè)備，安全防護(hù)設(shè)施不齊全，防護(hù)等級偏低，一旦誤操作就容易發(fā)生事故。2021年，中科院化學(xué)所3·31爆炸事故涉及的反應(yīng)釜即為高溫高壓爆炸，造成1名學(xué)生身亡。(2)對一些精密設(shè)備及一些國外進(jìn)口設(shè)備、儀器，實(shí)驗(yàn)人員操作不熟練，維修技能不足，出現(xiàn)問題不能及時維修，設(shè)備有時帶病運(yùn)行。甚至有實(shí)驗(yàn)人員不會操作實(shí)驗(yàn)設(shè)備，憑借自己認(rèn)知進(jìn)行操作。這些加速了設(shè)備老化，影響了設(shè)備使用的安全性和壽命。(3)現(xiàn)場缺少必要的安全應(yīng)急設(shè)備、設(shè)施，如缺少消防滅火設(shè)施、報(bào)警設(shè)施、逃生通道等。化工實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備的完好對安全開展實(shí)驗(yàn)活動尤為重要。

1.3 不安全管理

不安全管理指實(shí)驗(yàn)室安全管理體制機(jī)制不健全，主要表現(xiàn)在：(1)安全責(zé)任不落實(shí)，職責(zé)不明確、不具體，一些部門之間職責(zé)存在交叉，容易出現(xiàn)安全管理漏洞。(2)實(shí)驗(yàn)室安全管理機(jī)構(gòu)作用發(fā)揮不明顯，實(shí)驗(yàn)室安全管理人員專業(yè)能力欠缺，不懂得如何進(jìn)行安全管理，日常實(shí)驗(yàn)室安全檢查停留在紙面上，未有效落實(shí)到行動中。(3)化工實(shí)驗(yàn)室安全操作規(guī)程不具體，可操作性不強(qiáng)，安全培訓(xùn)也不到位。(4)風(fēng)險(xiǎn)辨識不到位，沒有編制應(yīng)急預(yù)案，也未開展應(yīng)急演練。此外，一些單位安全投入不到位。管理不到位就無法保證化工實(shí)驗(yàn)的安全進(jìn)行。

2 化工實(shí)驗(yàn)過程安全工作模式探索

杜邦公司安全理念[2]的核心是“所有的事故都是可預(yù)防的”。海恩法則指出:每一起嚴(yán)重事故的背后，必然有29次輕微事故和300起未遂先兆以及 1 000 起事故隱患。通過海恩法則可以看出，任何一起事故的發(fā)生都是有原因的，并且是有征兆的。因此，我們必須把風(fēng)險(xiǎn)消除在隱患之前，把隱患消除在事故之前。作者根據(jù)化工實(shí)驗(yàn)過程中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)和雙重預(yù)防體系建設(shè)要求，結(jié)合工作中積累的經(jīng)驗(yàn)和我國化工實(shí)驗(yàn)管理現(xiàn)狀[3]，提出防范化工實(shí)驗(yàn)安全事故的“三三三”安全工作模式，即：嚴(yán)格遵守三大紀(jì)律(安全紀(jì)律、工藝紀(jì)律、勞動紀(jì)律)，這是確保實(shí)驗(yàn)室安全的行為約束；準(zhǔn)確理解三大原理(實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基本原理、化工工藝反應(yīng)原理、儀器設(shè)備工作原理)，這是確保實(shí)驗(yàn)室安全的理論基礎(chǔ)：熟練掌握三大技能(實(shí)驗(yàn)操作技能、風(fēng)險(xiǎn)分析技能、應(yīng)急處置技能)，這是確保實(shí)驗(yàn)室安全的能力要求。

2.1 嚴(yán)格遵守三大紀(jì)律

2.1.1 安全紀(jì)律

實(shí)驗(yàn)人員要嚴(yán)格遵守各項(xiàng)安全規(guī)范，包括責(zé)任制度、檢查制度、準(zhǔn)入制度，?；饭芾怼馄抗芾?、廢棄物處置、設(shè)施設(shè)備管理制度，以及現(xiàn)場5S定置要求和應(yīng)急流程等。堅(jiān)決抵制違章指令，對于違反實(shí)驗(yàn)室安全管理規(guī)定和操作要求的事情堅(jiān)決拒絕。此外，在實(shí)驗(yàn)過程中必須按規(guī)定要求做好自身防護(hù)，正確佩戴個人防護(hù)用品。

實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)安全管理制度是規(guī)范實(shí)驗(yàn)人員工作流程和要求的基礎(chǔ)文件，因此制度要具備可操作性和可執(zhí)行性，要分類、分級設(shè)計(jì)制定。平時要注重收集和掌握與實(shí)驗(yàn)室管理相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合企業(yè)實(shí)際，健全實(shí)驗(yàn)室安全管理制度和要求。雖然國家目前沒有出臺化工實(shí)驗(yàn)室安全方面的國家標(biāo)準(zhǔn)，但行業(yè)內(nèi)有不少標(biāo)準(zhǔn)可以參照。如，《化學(xué)品理化及其危險(xiǎn)性檢測實(shí)驗(yàn)室安全要求》(GB/T 24777—2009)對實(shí)驗(yàn)室中的危險(xiǎn)化學(xué)品和廢棄物的處理做了規(guī)定；《檢測實(shí)驗(yàn)室安全 第1部分：總則》(GB/T 27476.1—2014)針對實(shí)驗(yàn)室存在的電氣、機(jī)械、化學(xué)、電離輻射等危險(xiǎn)因素制定了安全標(biāo)準(zhǔn)要求；《化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)室安全管理規(guī)范》(T/CCSAS 005—2019)對實(shí)驗(yàn)室人員管理、化學(xué)品管理、儀器/設(shè)備管理、設(shè)施管理、環(huán)境管理、安全風(fēng)險(xiǎn)辨識評估與管控、應(yīng)急管理等內(nèi)容作了具體規(guī)定；《化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)室安全評估指南》(T/CCSAS 011—2021)規(guī)定了化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)室安全評估應(yīng)遵循的程序規(guī)則，包含安全管理體系的評估條件、評估流程、評估標(biāo)準(zhǔn)、權(quán)利和義務(wù)等內(nèi)容。

2.1.2 工藝紀(jì)律

實(shí)驗(yàn)人員要嚴(yán)格遵守工藝規(guī)范，按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，按實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)規(guī)范調(diào)控各類參數(shù)，嚴(yán)格執(zhí)行實(shí)驗(yàn)室設(shè)備操作規(guī)程，確保計(jì)量、測量準(zhǔn)確可靠，及時做好現(xiàn)場的5S和定置管理，認(rèn)真做好實(shí)驗(yàn)紀(jì)錄和數(shù)據(jù)分析，不隨意更改實(shí)驗(yàn)參數(shù)數(shù)據(jù)和反應(yīng)條件。

2.1.3 勞動紀(jì)律

實(shí)驗(yàn)人員要嚴(yán)格遵守單位員工行為規(guī)范，以確保實(shí)驗(yàn)的安全進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)過程中不做與實(shí)驗(yàn)無關(guān)的事項(xiàng)，集中注意力，加強(qiáng)過程巡查，不玩手機(jī)，不隨意離開現(xiàn)場，不打瞌睡等。此外，還要勇于制止其他實(shí)驗(yàn)者的違紀(jì)行為。

2.2 準(zhǔn)確理解三大原理

2.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基本原理

實(shí)驗(yàn)要遵循科學(xué)性原則。作為實(shí)驗(yàn)人員在實(shí)驗(yàn)之前，必須系統(tǒng)設(shè)計(jì)或掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的整體思路，包括目的、方法、步驟、要使用的化學(xué)品、公用介質(zhì)和儀器設(shè)備、預(yù)測可能的結(jié)果，還要闡述自變量作用的科學(xué)依據(jù)、操作自變量的原則、因變量獲得的原理以及試驗(yàn)過程中可能涉及的理論和知識等。只有這樣，才能掌握實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵、操作的要點(diǎn)，才能應(yīng)對實(shí)驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的問題。

2.2.2 化工工藝反應(yīng)原理

化工實(shí)驗(yàn)是在基于科學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)行未知領(lǐng)域的探索，具有不可預(yù)見性。實(shí)驗(yàn)人員在試驗(yàn)之前要熟知化學(xué)反應(yīng)的原理和流程，掌握反應(yīng)參數(shù)(如壓力、溫度、流量、濃度等)的控制范圍及它們之間的相互關(guān)系和控制邏輯，要知道是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)及相關(guān)的熱力學(xué)和動力學(xué)原理，要掌握實(shí)驗(yàn)過程中涉及化學(xué)品的危險(xiǎn)特性等。掌握化工工藝反應(yīng)原理是正確分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和控制風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)。

2.2.3 儀器設(shè)備工作原理

化工實(shí)驗(yàn)涉及的儀器設(shè)備類型往往較多，有承壓類設(shè)備、反應(yīng)器類設(shè)備、分離設(shè)備、加熱類等。承壓類設(shè)備壓力高，分離儀器轉(zhuǎn)速高，實(shí)驗(yàn)人員一個誤操作都會引起嚴(yán)重的后果。實(shí)驗(yàn)人員必須認(rèn)真學(xué)習(xí)儀器、設(shè)備的操作說明書，熟知設(shè)備的工作原理、安全操作規(guī)程，不違章操作，掌握設(shè)備啟停、過程調(diào)節(jié)以及簡單故障處置方法等，從而有效防止設(shè)備異常產(chǎn)生的事故。

2.3 熟練掌握三大技能

2.3.1 實(shí)驗(yàn)操作技能

實(shí)驗(yàn)人員要具備準(zhǔn)確把控整個實(shí)驗(yàn)過程的能力[4]，具體包括以下幾點(diǎn)。

(1) 實(shí)驗(yàn)前要能正確編寫實(shí)驗(yàn)操作步驟，做到內(nèi)容清晰明了，包括物料的加料順序、用量配比、加料的時間節(jié)點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)參數(shù)條件(如溫度、壓力)的設(shè)定范圍及反應(yīng)終止時間等。實(shí)驗(yàn)過程中，嚴(yán)格按規(guī)程操作，對出現(xiàn)的參數(shù)異常要能準(zhǔn)確判斷原因并及時調(diào)控。

(2) 要具備較強(qiáng)設(shè)備操作、維護(hù)技能[5]。實(shí)驗(yàn)室設(shè)備繁雜，每種設(shè)備都有相應(yīng)的操作規(guī)程和檢查維護(hù)要求。實(shí)驗(yàn)人員除了會準(zhǔn)確操作設(shè)備外，還應(yīng)具備對設(shè)備進(jìn)行檢查和基本維護(hù)的能力以及處置簡單故障能力。要對照檢查要點(diǎn)定期進(jìn)行檢查和維護(hù)，并做好記錄，確保設(shè)備始終處于完好狀態(tài)。

(3) 實(shí)驗(yàn)人員還應(yīng)具備較強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析處理能力，能對結(jié)果的合理性進(jìn)行分析，對未達(dá)到預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果的原因進(jìn)行查找。

2.3.2 風(fēng)險(xiǎn)分析技能

實(shí)驗(yàn)人員要具備正確識別和評估實(shí)驗(yàn)過程風(fēng)險(xiǎn)的能力[6]。

要對實(shí)驗(yàn)過程中涉及的所有工作、設(shè)施和場所進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識別評價。實(shí)驗(yàn)過程中可能存在機(jī)械、電氣、高低溫、火災(zāi)爆炸、噪聲、振動、中毒等危險(xiǎn)，要采用合理的風(fēng)險(xiǎn)分析方法(如HAZOPE、FEMA、PHA、LOPA等)，從人員、設(shè)備、物料、工藝、環(huán)境等方面進(jìn)行系統(tǒng)性的風(fēng)險(xiǎn)辨識和評價，并制定相應(yīng)的對策，確保實(shí)驗(yàn)過程的安全。要辨識實(shí)驗(yàn)過程中突然停水、電、氣等帶來的后果。要知曉使用的危險(xiǎn)化學(xué)品的危險(xiǎn)特性、急救措施、消防措施、健康危害、操作和儲存要求。

2.3.3 應(yīng)急處置技能

實(shí)驗(yàn)人員要具備快速有效應(yīng)對實(shí)驗(yàn)過程中突發(fā)安全狀況的能力[7]，具體有以下幾點(diǎn)。

(1) 化工實(shí)驗(yàn)室應(yīng)編制應(yīng)急預(yù)案，實(shí)驗(yàn)人員平時要加強(qiáng)應(yīng)急培訓(xùn)和演練，熟悉應(yīng)急流程，具備應(yīng)急處置能力，還要熟悉應(yīng)急逃生方法、受傷急救方法等。當(dāng)實(shí)驗(yàn)過程發(fā)生危險(xiǎn)事件時，能按相關(guān)的處置預(yù)案，快速有效進(jìn)行初始處置，避免事態(tài)擴(kuò)大。

(2) 實(shí)驗(yàn)人員要熟知實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場各類安全設(shè)備、設(shè)施、消防器材的使用和動作原理，平時做好檢查維護(hù)，確保處于完好狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場應(yīng)配置滅火器、消防栓、洗眼器、緊急噴淋裝置等安全防護(hù)設(shè)施。具有火災(zāi)或爆炸風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)室，還應(yīng)安裝自動報(bào)警設(shè)備、滅火裝置，配備相適用類型的滅火器材。此外，實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)能力應(yīng)與當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行情況相適應(yīng)，任何自動、人工的火災(zāi)或氣體監(jiān)測、保護(hù)或報(bào)警裝置啟動時，機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)快速抽排空氣，不能形成內(nèi)循環(huán)。

(3) 實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場要有每種試劑及化學(xué)品的安全技術(shù)說明書(MSDS)，實(shí)驗(yàn)人員要熟知危險(xiǎn)化學(xué)品的特性，知曉其危險(xiǎn)性、存放要求及應(yīng)急處置方法。如遇火、遇熱、潮濕能引起燃燒、爆炸或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生有毒氣體的化學(xué)品應(yīng)注意防火、防熱、防潮、防水；爆炸物應(yīng)輕拿輕放、避免由于摩擦、振動、撞擊發(fā)生爆炸；腐蝕性物品要嚴(yán)密包裝，避免泄漏，不得與液化氣體共存。實(shí)驗(yàn)大樓的氣瓶應(yīng)集中于氣瓶間管理，將可燃?xì)怏w、助燃?xì)怏w和不燃?xì)怏w分開儲存，氣瓶上壓力表、安全泄放設(shè)施、緊急切斷裝置等安全附件要齊全完好。對于廢棄物的處置要嚴(yán)格按照國家規(guī)定執(zhí)行。

3 結(jié)語

(1) 化工實(shí)驗(yàn)過程中安全風(fēng)險(xiǎn)很高、不安全因素很多，事故危害極大。從發(fā)生事故的根本原因看，幾乎都是人為因素，包括不安全行為、不安全環(huán)境以及不安全管理等方面。

(2) 為有效防范化工實(shí)驗(yàn)安全事故的發(fā)生，實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)人員必須嚴(yán)格遵守安全紀(jì)律、工藝紀(jì)律、勞動紀(jì)律，準(zhǔn)確理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基本原理、化工工藝反應(yīng)原理、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備工作原理，熟練掌握實(shí)驗(yàn)操作技能、風(fēng)險(xiǎn)分析技能、應(yīng)急處置技能，提高化工實(shí)驗(yàn)操作的本質(zhì)安全水平。

(3) 各級人員要高度重視化工實(shí)驗(yàn)安全工作，要強(qiáng)化安全意識，樹牢安全發(fā)展理念，始終把安全工作當(dāng)作第一要務(wù)來抓，建立健全各級安全責(zé)任體系，明確各崗位的安全責(zé)任和目標(biāo)要求，加大安全投入，改善安全硬件和環(huán)境，建立規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)化監(jiān)管長效機(jī)制，確保不發(fā)生安全事故。