化工实验过程安全分析与防控

高一洲

(南通、珠海、昆明醋酸纤维有限公司技术中心，江苏 南通 226008)

化工实验过程的安全风险很高，涉及各种危险化学品，小试、中试的操作风险，新工艺、新技术首次应用风险，试验装置与生产装置交界面安全风险等等，稍有不慎就会发生安全事故。虽然近年来各地、各单位对化工实验的安全管理越来越重视，安全事故也有所减少，但各地化学、化工实验室事故仍时有发生。2015年12月清华大学一实验室发生爆炸起火，造成1名博士后死亡；2016年9月，东华大学一实验室发生爆炸，两名学生受重伤，一名学生受轻微擦伤;2018年12月，北京交通大学实验室发生爆炸燃烧，事故造成3人死亡；2019年2月，南京工业大学一实验室发生火灾；2021年3月中国科学院化学研究所发生爆炸事故，造成1名研究生当场死亡；2022年4月20日，湖南中南大学实验室发生一起爆燃事故，导致1名博士生身体被大面积烧伤，等等。相关研究数据表明，爆炸与火灾事故约占化工实验事故的68%，危害极大，造成科技人员伤亡及大量经济损失。随着我国基础研究和技术创新力度的加大，化工实验、试验会越来越多，因此我们必须采取有效的措施，加强安全管理，系统防范化工实验安全事故的发生。作者结合发生的化工实验安全事故,从不安全行为、不安全环境以及不安全管理等方面，对化工实验过程存在的安全风险和隐患进行深度剖析，结合双重预防机制建设和自己从事化工实验的安全经验，归纳提出防范化工实验安全事故的“三三三”安全工作模式，即严格遵守三大纪律，准确理解三大原理，熟练掌握三大技能，并提出具体要求，以期为提高化工实验操作的本质安全管理水平，避免安全事故的发生提供有益借鉴。

1 化工实验过程安全风险探讨

从各类化工实验安全事故发生的根本原因看，98%的事故都是人为引起[1]，其中包括不安全行为(包含无知、无畏、无能、不顾、不听、不理及粗心、迟钝、疲劳、情绪等各种不良行为)和不安全环境(工作场所、作业环境、危险化学品、设备设施等对人产生的危险因素)，以及不安全管理(安全责任不落实、管理制度不健全、操作规程不具体、安全投入不到位、安全监管不严格等)。

1.1 不安全行为

实验人员不重视安全、安全意识淡薄、安全知识和技能欠缺，不遵守安全纪律、工艺纪律和劳动纪律，自以为是、不以为然、习以为常，这些是发生实验安全事故的主要原因。主要表现在：(1)漠视化学品的危险性，自认为实验剂量小而不重视相关风险。例如，2018年12月北京交通大学实验室爆炸事故中，负责实验项目的教师对镁粉活泼的化学性质视而不见，违规储存在实验室内。(2)部分实验人员缺乏一定的理论知识，不熟悉实验原理和反应原理，实验操作技能不足，尤其是刚参加实验工作的学生，缺乏系统的实验思维和风险辨识能力。(3)对化学品使用不当或仪器设备操作不当。(4)部分实验人员不懂如何应急处置，也未正确佩戴防护用品，一旦发生事故，不知所措，导致事故后果扩大等。

1.2 不安全环境

1.2.1 化学品管理不规范

实验室化学品种类较多，有普通试剂也有危险化学品。一些单位化学试剂管理不规范，存在试剂随意取用、存取混乱现象。存在安全标签脱落、存放时间较长，甚至超出有效期等问题。化工实验使用的各种气体较多，一些单位未设置专门的气瓶存放地点，甚至气瓶没有固定,直接摆放在设备旁边，也存在气瓶长时间不进行检验检测、维护等问题。这些都是严重的安全隐患。

1.2.2 实验设备维护不到位

实验设备种类繁多，一些单位未进行设备全生命周期管理，管理维护不到位，设备完好性不足，安全设施配备不足。如：(1)部分实验设备，尤其是承压类设备，安全防护设施不齐全，防护等级偏低，一旦误操作就容易发生事故。2021年，中科院化学所3·31爆炸事故涉及的反应釜即为高温高压爆炸，造成1名学生身亡。(2)对一些精密设备及一些国外进口设备、仪器，实验人员操作不熟练，维修技能不足，出现问题不能及时维修，设备有时带病运行。甚至有实验人员不会操作实验设备，凭借自己认知进行操作。这些加速了设备老化，影响了设备使用的安全性和寿命。(3)现场缺少必要的安全应急设备、设施，如缺少消防灭火设施、报警设施、逃生通道等。化工实验仪器、设备的完好对安全开展实验活动尤为重要。

1.3 不安全管理

不安全管理指实验室安全管理体制机制不健全，主要表现在：(1)安全责任不落实，职责不明确、不具体，一些部门之间职责存在交叉，容易出现安全管理漏洞。(2)实验室安全管理机构作用发挥不明显，实验室安全管理人员专业能力欠缺，不懂得如何进行安全管理，日常实验室安全检查停留在纸面上，未有效落实到行动中。(3)化工实验室安全操作规程不具体，可操作性不强，安全培训也不到位。(4)风险辨识不到位，没有编制应急预案，也未开展应急演练。此外，一些单位安全投入不到位。管理不到位就无法保证化工实验的安全进行。

2 化工实验过程安全工作模式探索

杜邦公司安全理念[2]的核心是“所有的事故都是可预防的”。海恩法则指出:每一起严重事故的背后，必然有29次轻微事故和300起未遂先兆以及 1 000 起事故隐患。通过海恩法则可以看出，任何一起事故的发生都是有原因的，并且是有征兆的。因此，我们必须把风险消除在隐患之前，把隐患消除在事故之前。作者根据化工实验过程中存在的安全风险和双重预防体系建设要求，结合工作中积累的经验和我国化工实验管理现状[3]，提出防范化工实验安全事故的“三三三”安全工作模式，即：严格遵守三大纪律(安全纪律、工艺纪律、劳动纪律)，这是确保实验室安全的行为约束；准确理解三大原理(实验设计基本原理、化工工艺反应原理、仪器设备工作原理)，这是确保实验室安全的理论基础：熟练掌握三大技能(实验操作技能、风险分析技能、应急处置技能)，这是确保实验室安全的能力要求。

2.1 严格遵守三大纪律

2.1.1 安全纪律

实验人员要严格遵守各项安全规范，包括责任制度、检查制度、准入制度，危化品管理、气瓶管理、废弃物处置、设施设备管理制度，以及现场5S定置要求和应急流程等。坚决抵制违章指令，对于违反实验室安全管理规定和操作要求的事情坚决拒绝。此外，在实验过程中必须按规定要求做好自身防护，正确佩戴个人防护用品。

实验的各项安全管理制度是规范实验人员工作流程和要求的基础文件，因此制度要具备可操作性和可执行性，要分类、分级设计制定。平时要注重收集和掌握与实验室管理相关的规范标准，结合企业实际，健全实验室安全管理制度和要求。虽然国家目前没有出台化工实验室安全方面的国家标准，但行业内有不少标准可以参照。如，《化学品理化及其危险性检测实验室安全要求》(GB/T 24777—2009)对实验室中的危险化学品和废弃物的处理做了规定；《检测实验室安全 第1部分：总则》(GB/T 27476.1—2014)针对实验室存在的电气、机械、化学、电离辐射等危险因素制定了安全标准要求；《化学化工实验室安全管理规范》(T/CCSAS 005—2019)对实验室人员管理、化学品管理、仪器/设备管理、设施管理、环境管理、安全风险辨识评估与管控、应急管理等内容作了具体规定；《化学化工实验室安全评估指南》(T/CCSAS 011—2021)规定了化学化工实验室安全评估应遵循的程序规则，包含安全管理体系的评估条件、评估流程、评估标准、权利和义务等内容。

2.1.2 工艺纪律

实验人员要严格遵守工艺规范，按照实验步骤进行操作，按实验设计规范调控各类参数，严格执行实验室设备操作规程，确保计量、测量准确可靠，及时做好现场的5S和定置管理，认真做好实验纪录和数据分析，不随意更改实验参数数据和反应条件。

2.1.3 劳动纪律

实验人员要严格遵守单位员工行为规范，以确保实验的安全进行。实验过程中不做与实验无关的事项，集中注意力，加强过程巡查，不玩手机，不随意离开现场，不打瞌睡等。此外，还要勇于制止其他实验者的违纪行为。

2.2 准确理解三大原理

2.2.1 实验设计基本原理

实验要遵循科学性原则。作为实验人员在实验之前，必须系统设计或掌握实验设计的整体思路，包括目的、方法、步骤、要使用的化学品、公用介质和仪器设备、预测可能的结果，还要阐述自变量作用的科学依据、操作自变量的原则、因变量获得的原理以及试验过程中可能涉及的理论和知识等。只有这样，才能掌握实验的关键、操作的要点，才能应对实验过程中可能出现的问题。

2.2.2 化工工艺反应原理

化工实验是在基于科学的基础上进行未知领域的探索，具有不可预见性。实验人员在试验之前要熟知化学反应的原理和流程，掌握反应参数(如压力、温度、流量、浓度等)的控制范围及它们之间的相互关系和控制逻辑，要知道是吸热反应还是放热反应及相关的热力学和动力学原理，要掌握实验过程中涉及化学品的危险特性等。掌握化工工艺反应原理是正确分析实验结果和控制风险的基础。

2.2.3 仪器设备工作原理

化工实验涉及的仪器设备类型往往较多，有承压类设备、反应器类设备、分离设备、加热类等。承压类设备压力高，分离仪器转速高，实验人员一个误操作都会引起严重的后果。实验人员必须认真学习仪器、设备的操作说明书，熟知设备的工作原理、安全操作规程，不违章操作，掌握设备启停、过程调节以及简单故障处置方法等，从而有效防止设备异常产生的事故。

2.3 熟练掌握三大技能

2.3.1 实验操作技能

实验人员要具备准确把控整个实验过程的能力[4]，具体包括以下几点。

(1) 实验前要能正确编写实验操作步骤，做到内容清晰明了，包括物料的加料顺序、用量配比、加料的时间节点、实验参数条件(如温度、压力)的设定范围及反应终止时间等。实验过程中，严格按规程操作，对出现的参数异常要能准确判断原因并及时调控。

(2) 要具备较强设备操作、维护技能[5]。实验室设备繁杂，每种设备都有相应的操作规程和检查维护要求。实验人员除了会准确操作设备外，还应具备对设备进行检查和基本维护的能力以及处置简单故障能力。要对照检查要点定期进行检查和维护，并做好记录，确保设备始终处于完好状态。

(3) 实验人员还应具备较强的数据分析处理能力，能对结果的合理性进行分析，对未达到预期实验结果的原因进行查找。

2.3.2 风险分析技能

实验人员要具备正确识别和评估实验过程风险的能力[6]。

要对实验过程中涉及的所有工作、设施和场所进行风险识别评价。实验过程中可能存在机械、电气、高低温、火灾爆炸、噪声、振动、中毒等危险，要采用合理的风险分析方法(如HAZOPE、FEMA、PHA、LOPA等)，从人员、设备、物料、工艺、环境等方面进行系统性的风险辨识和评价，并制定相应的对策，确保实验过程的安全。要辨识实验过程中突然停水、电、气等带来的后果。要知晓使用的危险化学品的危险特性、急救措施、消防措施、健康危害、操作和储存要求。

2.3.3 应急处置技能

实验人员要具备快速有效应对实验过程中突发安全状况的能力[7]，具体有以下几点。

(1) 化工实验室应编制应急预案，实验人员平时要加强应急培训和演练，熟悉应急流程，具备应急处置能力，还要熟悉应急逃生方法、受伤急救方法等。当实验过程发生危险事件时，能按相关的处置预案，快速有效进行初始处置，避免事态扩大。

(2) 实验人员要熟知实验现场各类安全设备、设施、消防器材的使用和动作原理，平时做好检查维护，确保处于完好状态。实验现场应配置灭火器、消防栓、洗眼器、紧急喷淋装置等安全防护设施。具有火灾或爆炸风险的实验室，还应安装自动报警设备、灭火装置，配备相适用类型的灭火器材。此外，实验室的通风能力应与当前实验室运行情况相适应，任何自动、人工的火灾或气体监测、保护或报警装置启动时，机械通风系统应快速抽排空气，不能形成内循环。

(3) 实验室现场要有每种试剂及化学品的安全技术说明书(MSDS)，实验人员要熟知危险化学品的特性，知晓其危险性、存放要求及应急处置方法。如遇火、遇热、潮湿能引起燃烧、爆炸或发生化学反应，产生有毒气体的化学品应注意防火、防热、防潮、防水；爆炸物应轻拿轻放、避免由于摩擦、振动、撞击发生爆炸；腐蚀性物品要严密包装，避免泄漏，不得与液化气体共存。实验大楼的气瓶应集中于气瓶间管理，将可燃气体、助燃气体和不燃气体分开储存，气瓶上压力表、安全泄放设施、紧急切断装置等安全附件要齐全完好。对于废弃物的处置要严格按照国家规定执行。

3 结语

(1) 化工实验过程中安全风险很高、不安全因素很多，事故危害极大。从发生事故的根本原因看，几乎都是人为因素，包括不安全行为、不安全环境以及不安全管理等方面。

(2) 为有效防范化工实验安全事故的发生，实验过程中实验人员必须严格遵守安全纪律、工艺纪律、劳动纪律，准确理解实验设计基本原理、化工工艺反应原理、实验仪器设备工作原理，熟练掌握实验操作技能、风险分析技能、应急处置技能，提高化工实验操作的本质安全水平。

(3) 各级人员要高度重视化工实验安全工作，要强化安全意识，树牢安全发展理念，始终把安全工作当作第一要务来抓，建立健全各级安全责任体系，明确各岗位的安全责任和目标要求，加大安全投入，改善安全硬件和环境，建立规范化标准化监管长效机制，确保不发生安全事故。