化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)室安全管理的探討

鄒晨

(保諾生物科技(江蘇)有限公司，江蘇 無錫 214000)

0 引言

根據(jù)2023年2月8日全國(guó)危險(xiǎn)化學(xué)品安全監(jiān)管工作視頻會(huì)議上應(yīng)急管理部公布的數(shù)據(jù)，2022年全國(guó)共發(fā)生化工事故127起、死亡143人，同比減少3起、11人，但其中較大事故7起、死亡24人[1]。化工安全事故仍時(shí)有發(fā)生，因此對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品與危險(xiǎn)工藝的安全防范與預(yù)防十分重要。與自動(dòng)化程度較高的工廠相比，靈活多變的化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)室管理松懈，存在監(jiān)管盲區(qū)，面臨的安全問題有待解決。

1 化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)室的當(dāng)前情況

化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)室主要從事實(shí)驗(yàn)室級(jí)別規(guī)模的合成開發(fā)研究工作，合成的目標(biāo)產(chǎn)物依據(jù)所承接的項(xiàng)目要求而定，涉及合成路線的開發(fā)與制備步驟的優(yōu)化，實(shí)驗(yàn)過程存在一定的不確定性。有機(jī)溶劑通常作為溶解介質(zhì)和催化劑，伴隨烷烴、雜環(huán)化合物、無機(jī)鹽等主要原料的使用。實(shí)驗(yàn)過程中的意外情況都可能引發(fā)火災(zāi)、爆炸、中毒等實(shí)驗(yàn)室安全事故，嚴(yán)重情況下造成人員傷亡與實(shí)驗(yàn)室財(cái)產(chǎn)損失。

化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)室還會(huì)使用到多種容器與精密儀器，如雙層玻璃反應(yīng)釜、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、低溫冷卻循環(huán)裝置、特種氣體鋼瓶等設(shè)備，進(jìn)行反應(yīng)、干燥、濃縮、層析等實(shí)驗(yàn)步驟。如果缺少有效的管理措施，可能會(huì)造成溶劑飛濺傾覆、凍傷燙傷、玻璃劃傷、漏電觸電的事故。另外，實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的廢液廢氣固廢，若不妥善處理、隨意傾倒排放，對(duì)自然環(huán)境和人體健康都會(huì)造成不同程度的傷害。

2 化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)室目前普遍存在的問題

2.1 從業(yè)人員安全意識(shí)薄弱

化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)室從業(yè)人員通常都具備較高的專業(yè)水平[2]，能夠熟練掌握各種合成路線與化學(xué)知識(shí)，但一些人員對(duì)待安全問題往往避重就輕、不夠重視，更多注重項(xiàng)目的進(jìn)度與合成效率，而忽視管理制度、儀器保養(yǎng)以及化學(xué)品使用注意事項(xiàng)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過程伴隨風(fēng)險(xiǎn)，埋下安全隱患。

2.2 安全管理責(zé)任不明確

在部分實(shí)驗(yàn)室的管理中，一般由實(shí)驗(yàn)員兼任安全管理的角色，沒有明確的專職人員。再加上人員流動(dòng)不了解現(xiàn)場(chǎng)情況，難以切實(shí)做好實(shí)驗(yàn)室的安全管理工作，實(shí)驗(yàn)室出現(xiàn)突發(fā)情況也無法第一時(shí)間聯(lián)系到具體負(fù)責(zé)人，無法有效處置問題。

2.3 安全環(huán)境建設(shè)不重視

合成反應(yīng)中涉及危險(xiǎn)工藝，如硝化、加氫、聚合、裂解等反應(yīng)，若不加以注意將導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、中毒等事故發(fā)生。一個(gè)穩(wěn)定可靠的安全環(huán)境非常重要，決定了實(shí)驗(yàn)?zāi)芊耥樌M(jìn)行、人員生命財(cái)產(chǎn)是否能得到保障。必要的自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備和安全設(shè)計(jì)不可缺少，若在不具備實(shí)驗(yàn)條件或通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理的情況下違規(guī)操作可能造成安全事故，如湖南省某高校實(shí)驗(yàn)室發(fā)生的鎂鋁粉爆燃事故[3]。

3 安全管理機(jī)制的建立

3.1 加強(qiáng)本質(zhì)安全設(shè)計(jì)

化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)室在設(shè)計(jì)階段開展安全評(píng)估與設(shè)計(jì)思考，對(duì)從源頭上實(shí)現(xiàn)化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)過程尤其是高危工藝過程的本質(zhì)安全有著重要意義，是有效預(yù)防化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)事故的重要方法之一。控制實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中的“人、機(jī)、料、法、環(huán)”各要素的安全可靠、和諧統(tǒng)一，使得各種危害因素均處于受控狀態(tài)下，進(jìn)而逐漸趨向本質(zhì)型、長(zhǎng)久型安全目標(biāo)。

本質(zhì)安全設(shè)計(jì)常采用四類優(yōu)化，即最小化(強(qiáng)化)、代替(替代)、緩和(減弱和限制影響)和簡(jiǎn)化(簡(jiǎn)化和容錯(cuò))[4]?；瘜W(xué)合成實(shí)驗(yàn)室可以通過減少原料的存儲(chǔ)、使用低毒溶劑代替高毒溶劑、降低反應(yīng)過程溫度和壓力、設(shè)計(jì)易于控制的合成路線等方式來達(dá)到本質(zhì)安全設(shè)計(jì)的目標(biāo)。最大程度降低實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，使得整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程處于可控的低風(fēng)險(xiǎn)范圍內(nèi)。

3.2 開展工藝安全評(píng)估

一個(gè)項(xiàng)目在商業(yè)化生產(chǎn)前，會(huì)經(jīng)歷小試、中試、放大的工藝過程。每個(gè)階段都有其特點(diǎn)和難點(diǎn)，需要根據(jù)不同的條件和要求進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

(1)小試通常以克為單位，以完成產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和概念設(shè)計(jì)為目的的科研試驗(yàn)活動(dòng)。這個(gè)階段的工藝路線或者工藝條件一旦選擇，就決定了后續(xù)的推進(jìn)方向[5]，包括中試和放大都會(huì)圍繞著這條工藝路線。此過程物質(zhì)特性的確認(rèn)是關(guān)鍵，如理化特性參數(shù)、健康和環(huán)境危害、原材料安全使用和儲(chǔ)存方法、安全技術(shù)說明書(SDS)等信息[6]。所以對(duì)小試過程開展初步的安全評(píng)估是必要的。

(2)中試研究在一定規(guī)模的裝置中各步化學(xué)反應(yīng)條件的變化規(guī)律，為后續(xù)的放大實(shí)驗(yàn)提供可靠的安全支持，其目的是驗(yàn)證、復(fù)審和優(yōu)化小試階段所研究確定的合成工藝路線。相較于小試，中試的實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)有明顯提升，危險(xiǎn)程度和不確定性增加。為預(yù)防中試安全事故發(fā)生，應(yīng)自行或委托有資質(zhì)的第三方機(jī)構(gòu)對(duì)中試項(xiàng)目進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，編制工藝技術(shù)規(guī)程、安全技術(shù)規(guī)程、崗位操作制度和事故應(yīng)急預(yù)案，并審核實(shí)施。

(3)放大是在中試的基礎(chǔ)上模擬工業(yè)化生產(chǎn)的工藝研究活動(dòng)。在這個(gè)階段常使用到50 L、100 L的反應(yīng)釜，原料的使用也會(huì)成倍增長(zhǎng)，放大的不僅僅是產(chǎn)量，還有各種誤差和風(fēng)險(xiǎn)。放大也是商業(yè)化生產(chǎn)前的過渡，實(shí)驗(yàn)中獲得各種數(shù)據(jù)，如物質(zhì)熱穩(wěn)定數(shù)據(jù)、爆炸和燃燒極限、反應(yīng)熱等，能夠?yàn)樯虡I(yè)化生產(chǎn)提供第一手資料，這些都是小試中試規(guī)模中無法全面體現(xiàn)的。因此這個(gè)階段需要進(jìn)行詳細(xì)完整的安全評(píng)估[7]。

可通過配備反應(yīng)量熱儀、差示掃描量熱儀等設(shè)備，測(cè)定化學(xué)反應(yīng)的放熱或吸熱量、速率和熱力學(xué)參數(shù)等信息，以此來評(píng)估化學(xué)品的穩(wěn)定性、各級(jí)反應(yīng)步驟的劇烈程度以及儲(chǔ)存條件和安全性等問題。

3.3 提高應(yīng)急處置能力

化學(xué)合成反應(yīng)涉及危險(xiǎn)化學(xué)品的使用與危險(xiǎn)工藝的開展，存在易燃易爆、有毒有害的風(fēng)險(xiǎn)，給實(shí)驗(yàn)室?guī)韲?yán)重威脅。一旦發(fā)生事故將釋放出巨大能量，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此提高應(yīng)急處置能力不論是預(yù)防事故還是處置事故都是不可缺少的重要舉措[8]。

(1)完善的應(yīng)急預(yù)案。根據(jù)國(guó)家法律法規(guī)的要求，結(jié)合實(shí)際情況，自行或委托外部力量編寫應(yīng)急預(yù)案。按照風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)有針對(duì)性地編制各類專項(xiàng)預(yù)案，如火災(zāi)爆炸專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案、中毒窒息專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案、化學(xué)品泄漏專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案、皮膚飛濺專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案等，全面覆蓋、統(tǒng)籌考慮。

(2)明確的應(yīng)急職責(zé)。各部門、各小組應(yīng)急職責(zé)劃分清晰，相關(guān)人員分工明確，避免身兼多職[9]、首尾難顧的情況發(fā)生。在應(yīng)急處置過程中，相關(guān)人員需要有條不紊、積極配合，不推卸責(zé)任，高效實(shí)施。

(3)有效的應(yīng)急演練。應(yīng)急能力的缺失和錯(cuò)誤的處置會(huì)導(dǎo)致事故的擴(kuò)大化，因此需要做到理論知識(shí)與實(shí)戰(zhàn)演練相結(jié)合，重視培訓(xùn)和總結(jié)，鍛煉人員的應(yīng)急思維，提高互相協(xié)作的能力，激發(fā)團(tuán)隊(duì)精神，克服恐懼心理。

(4)必要的資金保障。事故處置中不可避免地會(huì)使用到防護(hù)用品，包括呼吸面具、防護(hù)服、吸附棉、可燃?xì)怏w檢測(cè)器等，需要投入必要的資金購(gòu)買配備，不僅可以對(duì)人員起到防護(hù)作用，還有利于事故的快速高效處置。

3.4 重視環(huán)?！叭龔U”的安全處理

化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)室由于其特性在實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)用到種類繁多的危險(xiǎn)化學(xué)品，并隨著化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行產(chǎn)生一定量的廢液、廢氣、固廢[10]，這些“三廢”在收集、儲(chǔ)存、處置的過程中存在諸多安全風(fēng)險(xiǎn)。

(1)化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的廢液應(yīng)根據(jù)其化學(xué)特性選擇合適的容器進(jìn)行收集，禁止混合收集，避免發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而造成腐蝕、火災(zāi)、泄漏等次生危害。并鼓勵(lì)廢液回收再利用[11]，減少對(duì)環(huán)境的影響。另外在收集過程中還要注意裝入量一般在2/3左右，不得超過4/5，防止廢液桶過滿，在運(yùn)輸轉(zhuǎn)移過程中發(fā)生潑灑飛濺。同時(shí)還要注意收集的廢液桶應(yīng)存放在通風(fēng)良好的環(huán)境中，防止揮發(fā)性氣體逸出而造成危害。

(2)化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)室的反應(yīng)多在通風(fēng)櫥中進(jìn)行，產(chǎn)生的廢氣成分復(fù)雜、濃度高，必須經(jīng)過專門的廢氣收集裝置處理達(dá)標(biāo)后排放。廢氣處理裝置在運(yùn)行過程中也存在諸多安全事項(xiàng)，若不注意就會(huì)造成安全事故。例如根據(jù)規(guī)范條例[12]，某些活性炭吸附裝置在吸附操作周期內(nèi)吸附了有機(jī)氣體后，吸附床內(nèi)的溫度應(yīng)低于83 ℃，當(dāng)吸附裝置內(nèi)的溫度超過83 ℃時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)報(bào)警，并立即啟動(dòng)降溫裝置；系統(tǒng)與主體生產(chǎn)裝置之間的管道上應(yīng)安裝阻火器(防火閥)，避免高溫起火。

(3)化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的固體廢物，例如在實(shí)驗(yàn)過程中沾染化學(xué)品的手套、紙屑、塑料等必須與普通垃圾區(qū)分開來，統(tǒng)一收集，還應(yīng)注意固液分離，避免在固體廢棄物中混入大量廢液。過期或由于其他原因不再使用的固體藥劑應(yīng)保證標(biāo)簽完整、包裝無破損，最終交由有資質(zhì)的單位處置，不得隨意毀棄，更不能隨意出售。

(4)存放危險(xiǎn)廢棄物的庫(kù)房同樣需要加強(qiáng)管理，庫(kù)房的硬件條件需滿足法規(guī)要求，管理需細(xì)心謹(jǐn)慎，并按照既定程序定期清理廢棄物，由有資質(zhì)的第三方及時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)清空。例如黎巴嫩貝魯特港“8.4”爆炸事件中引燃的2700多噸硝酸銨，自2014年起已經(jīng)存放在港口倉(cāng)庫(kù)中未獲得妥善處置。因此，應(yīng)及時(shí)消除隱患，將風(fēng)險(xiǎn)遏制在萌芽階段。

3.5 開展多樣化安全教育

從多方面培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)人員的安全意識(shí)，通過各類培訓(xùn)與教育加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)人員的安全認(rèn)知；充分調(diào)動(dòng)團(tuán)隊(duì)的積極性，發(fā)揮成員高知、高技的特點(diǎn)，樹立安全榜樣，帶動(dòng)周圍人員模仿學(xué)習(xí)并付諸行動(dòng)；鼓勵(lì)分享實(shí)驗(yàn)過程中的安全經(jīng)驗(yàn)與領(lǐng)悟，互相學(xué)習(xí)、互相交流；完善獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，正面引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)員從被動(dòng)安全到主動(dòng)安全的理念轉(zhuǎn)變。

不同的人員有不同的接受程度與不同的理解深度，在實(shí)際開展中要采用個(gè)體差異化的方法和策略，以達(dá)到共同進(jìn)步、全員認(rèn)同的效果。

3.6 逐級(jí)落實(shí)安全責(zé)任制

通過簽訂安全責(zé)任書明確實(shí)驗(yàn)室各級(jí)成員的安全職責(zé)，從實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人到項(xiàng)目組長(zhǎng)再到普通實(shí)驗(yàn)員。另外結(jié)合制度建設(shè)與法規(guī)要求，在各個(gè)環(huán)節(jié)上做好安全管理職責(zé)的落實(shí)，包括實(shí)驗(yàn)室紀(jì)律、化學(xué)藥品領(lǐng)用、儀器設(shè)備操作、專項(xiàng)費(fèi)用申請(qǐng)等，應(yīng)分別有對(duì)應(yīng)的負(fù)責(zé)人，定點(diǎn)定人不出現(xiàn)管理空白。同時(shí)完善考核制度，對(duì)表現(xiàn)突出的人員進(jìn)行嘉獎(jiǎng)，對(duì)不遵守規(guī)章制度的人員進(jìn)行批評(píng)指正。

3.7 樹立安全冗余觀念

“安全冗余”通常指通過多重備份方案來增加系統(tǒng)的可靠性?！鞍踩哂唷笨此贫嘤?，實(shí)則是以制度性預(yù)防、系統(tǒng)性防范破解安全事故的潛在風(fēng)險(xiǎn)，是確保實(shí)驗(yàn)室安全發(fā)展的有效方法。采用安全冗余管理手段，要從制度性冗余、設(shè)備性冗余、過程性冗余上著手，軟硬件上配套實(shí)施。例如：規(guī)章制度和操作規(guī)程可以幫助實(shí)驗(yàn)員在實(shí)驗(yàn)過程中正確操作，避免出現(xiàn)錯(cuò)誤操作導(dǎo)致事故發(fā)生；可燃?xì)怏w探測(cè)器可以監(jiān)控實(shí)驗(yàn)過程中散逸的可燃?xì)怏w濃度，及時(shí)報(bào)警防止達(dá)到爆炸極限；在關(guān)鍵步驟和危險(xiǎn)工藝上采用雙重監(jiān)護(hù)、多重復(fù)核、多次檢測(cè)的方式來提高實(shí)驗(yàn)開展過程中的安全性，減少操作風(fēng)險(xiǎn)和管理失誤。

4 結(jié)語

綜上所述，化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)室的安全管理是一項(xiàng)系統(tǒng)化的工程，需要相關(guān)方面引入本質(zhì)安全理念，統(tǒng)籌規(guī)劃、認(rèn)真布局，開展工藝安全評(píng)估，加強(qiáng)本質(zhì)安全設(shè)計(jì)；重視環(huán)?！叭龔U”的安全處理，保證實(shí)驗(yàn)室環(huán)境安全；逐級(jí)落實(shí)安全責(zé)任制，開展多樣化安全教育，克服安全意識(shí)薄弱、管理松懈等弊端；提高應(yīng)急處置能力，樹立安全冗余觀念，切實(shí)做好化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)室的安全管理工作，為推動(dòng)化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)室高質(zhì)量發(fā)展作貢獻(xiàn)。