化学实验室安全事故统计分析

张晓华

(1.中石化安全工程研究院有限公司，山东青岛 266104 2.中石化管理体系认证(青岛)有限公司，山东青岛 266071)

0 前言

据统计，截至2021年8月，全国高校实验室总数为66 600个，其中教学实验室55 700个，科研实验室7 854个，其他实验室3 072个；专职实验室人员148 800人。随着我国科研工作投入不断加大，实验室总体规模不断增大。

为了研究提升实验室安全的方法和对策，首先需要分析引起化学实验室安全事故的因素。贺蕾，等[1]分析了1997—2016年间的高校实验室安全事故，发现火灾性事故与爆炸性事故占81%，事故数量在逐年降低，而中毒人数没有得到控制，提出了防控对策。丁静，等[2,3]分析了各事故的成因，提出了管理对策。目前尚未有人对直接引发事故的化学品、设备等进行分析，设备和操作层面的改进建议亟待给出。

本文通过对近20年的实验室安全事故进行分析，寻求发现引起化学实验室事故的化学品类别、实验设备及其他因素，分析潜在的管理原因，为提高实验室安全操作、安全管理提供参考。

1 化学实验室事故总体情况分析

2021年共有4名科研人员或高校学生因为实验室安全事故死亡，实验室千人死亡率达到0.026，是2020年全国安全生产千人死亡率0.013的2倍。笔者收集了2001—2022年4月间国内化学实验室公开事故有93起，事故造成了14人死亡，119人受伤。

1.1 事故趋势

2001—2021年间，我国化学实验室安全事故呈现波浪式发展趋势，见图1。此趋势表明一次严重事故出现后会引起大家意识提高，会有 2～3年低事故阶段，当事故被遗忘后，又会出现事故高发。说明我国实验室安全没有得到制度化、系统化管理，高校、科研企业、政府监管没有常态化、制度化。

图1 化学实验室安全事故趋势分布

1.2 事故类型

在2001—2022年4月期间国内化学实验室公开的93起事故中，爆炸事故发生了49起，占比最高，达到53%；火灾事故发生33起，占比35%；中毒事故发生9起，占比10%，其中有毒物质泄漏引起的中毒事故有7起；其他事故中机械伤害事故1起，烫伤事故1起。火灾、爆炸和中毒事故合计占比98%，烫伤、机械伤害等其他事故占比2%。由于事故数据来源于媒体，一些烫伤、割伤、机械伤害等影响范围小的事故未上报或公开，此类事故未纳入本次事故统计。

1.3 事故发生阶段

分析事故发生的阶段，见图2。

图2 事故发生阶段

57起事故发生在实验阶段，占比61%；15起事故发生在化学品储存过程，占比16%；9起事故发生在日常时间，如电线短路事故。

7起事故发生在清理阶段，主要是清洗以前存留的试剂瓶，因不明试剂类别用水清洗或刮擦导致事故：其中3起事故涉及的不明杂质为氢化钙、锂、钠等，遇水反应生成氢气燃爆；2起事故涉及的杂质为多氮物易爆物质，清洗人使用硬匙刮擦导致爆炸；1起事故是存留试剂反应形成易爆气体；1起事故是违章自行燃烧剩余易爆品引发火灾和人员受伤。

5起事故发生在安装调试或维修阶段，其中1起为搬运设备挤压死亡；1起为样品处理间的排风橱因长期使用高氯酸，在维修时电钻产生电火花引起燃烧；1起是维修时色谱仪内一色谱柱被卸走，导致大量氢气泄漏到色谱柱箱内，开机未试漏导致爆炸；1起为更换硫化氢气体钢瓶时，气体泄漏导致人员中毒死亡；1起严重事故是2013年南京某大学校内一废弃实验室拆迁，因实验室有遗留爆炸品未处理好，施工过程发生意外爆炸，现场施工的工人1人死亡，1人重伤，2名轻伤。

1.4 人员受伤部位

通过分析人员的受伤部位，可以识别科学合理的个体防护装备配备。如图3，手部受伤的事故起数是10起，占比11%，但实验事故中手部受伤大部分是爆炸引起，手套主要是防护腐蚀，对预防爆炸事故的作用有限，预防手部爆炸伤害的方法应考虑使用工具操作。呼吸系统伤害事故9起，占比10%，人员试验时没有佩戴防中毒口罩导致泄漏后人员中毒。眼睛和面部伤害事故各8起，占比均为9%，实验人员未在通风橱中实验、未佩戴防护眼镜，导致眼睛和面部伤害。头部伤害2起，1起是高压反应釜弹起后打击头部死亡事故，高压反应釜等有压力冲击风险的操作可通过佩戴安全帽避免严重伤害。

图3 化工实验室事故伤害部位分析

2 化学实验室事故原因统计分析

2.1 事故直接原因

粗略分析引起化学实验室安全事故的直接原因，见图4。61起事故是操作不当引起，占比66%；21起事故与设备缺陷有关，占比22%；10起事故与环境不整洁有关，占比11%。可以看出，实验室不但人员技能和安全意识有待改进，在设备本质安全、环境管理方面也有很大改进空间。

图4 化工实验室安全直接原因

a) 操作不当包括：下班离开未关闭电源(5起，占比5%)、实验过程离开(3起)、反应速度过快、私自扩大反应规模、反应物质不称重、违规使用高温加热炉加热反应釜、误取反应药品投入反应、不按照操作规程操作高压反应釜等。

b) 实验室环境管理不规范，引起事故的情况包括：①实验室存放备用化学品，垃圾不及时清理，走廊存放纸箱及其他易燃物等，少量火花喷溅引起火灾或爆炸；②存放试剂的冰箱放在实验室中，冰箱短路或不防爆引发试剂爆炸，导致人员伤亡；③乱拉电线，导致电线短路引发火灾；④氢气等可燃气瓶放置在实验室，泄漏或引燃导致人员伤亡；有毒气瓶放置实验室，监测设备缺失，泄漏导致人员中毒死亡；⑤通风橱不进行定期清扫，累积易燃易爆物等维修时引发爆炸；⑥实验室本质安全设计中未设计通风橱、可燃或有毒气体监测设备，无洗眼器、淋浴设备或有相关设施但无法正常使用等。实验人员在不具备安全条件的情况下操作，不能预防或减缓事故后果。

2.2 事故管理原因分析

经过分析，事故的管理原因主要有两个层面：①政府监管不严；②高校和科研机构管理不规范。

a) 目前我国化学实验室管理的法规和标准仍然欠缺，没有建立化学实验室分级要求、本质安全设计、实验室安全管理、风险评估方法等相关标准；政府监管不严格，从国家到地方政府没有建立对实验室的定期检查、隐患和事故处罚机制，导致大学和科研机构安全管理重视不足，投入少。

b) 高校和科研机构的化学实验室存在的管理问题有：①实验室安全管理组织机构不健全、安全管理人员不专业。②没有建立系统化、科学化的管理体系、管理制度、管理标准，导致一系列的问题，包括职责不清，科研人员和学生培训不系统甚至没有培训；实验室硬件设施不具备[4]；操作没有方案或规程；应急设施和应急物资没有或未及时维护；化学品储存不具备条件，剧毒化学品管理不规范；对设备设施检查和定期维护没有或不专业；维修维护没有进行风险评估没有方案等等。③高校和科研机构没有利用好智能科技的发展成果，通过信息化技术和智能监测技术提升管理水平和风险监测水平。

3 事故涉及化学品、设备分析

3.1 事故涉及的化学品

引起化学实验室事故的化学品种类较多，分析发现有一些化学品事故重复发生、多次发生，应该特别警惕，见图5。

图5 引起化学实验室事故的化学品

a) 涉氢气事故14起，占比15%。涉氢气事故包括：氢气瓶使用过程中泄漏，将氢气与其他气体混合作为反应物达到爆炸极限，活性金属与水反应产生氢气、氢化钙等其他物质在反应过程中产生氢气。氢气在空气中的点火能量仅为20μJ，远低于化学纤维摩擦所产生静电火花的能量，所以氢气极易被环境中的静电火花、电气火花等点火源引爆。如2018年北京某大学进行垃圾渗滤液污水处理科研试验，使用搅拌机对镁粉和磷酸搅拌反应过程中，料斗内产生的氢气被搅拌机转轴处金属摩擦、碰撞产生的火花点燃爆炸，爆炸引起周边镁粉(实验室存放多桶镁粉)和其他可燃物燃烧，造成现场3名学生死亡。

b) 自燃物引起的事故占比10%，其中活性金属引发的事故有7起。发生事故的自燃物包括活性金属锂、钠、雷尼镍，活性金属化合物，如叔丁基锂，还包括极度易燃的乙醚、石油醚、二硫化碳等。自燃物事故多是发生在取用时意外掉落或意外暴露时，周边有垃圾箱等易燃物引起火灾。2015年12月18日，北京市某大学化学系实验室因实验室储存的危险化学品叔丁基锂燃烧发生火灾，引起存放在实验室的氢气气瓶在火灾中发生爆炸，造成一名正在做实验的博士后当场死亡。

c) 有毒物质引发中毒事故9起，占比10%，导致事故的有毒物质有N-二甲基亚硝胺(剧毒)、硫化氢(剧毒)、氯硅烷、氩气、丙烯醛、一氧化碳、甲醇、甲醛、氨气等。中毒事故最多的是泄漏导致人员中毒，泄漏原因包括实验过程离开、气瓶泄漏、夏季高温导致管线内物料蒸发、拆装泄漏等。其他中毒事故还包括：对剧毒化学品管理不严，学生带出N-二甲基亚硝胺投毒导致一人死亡；误将一氧化碳气体接至通另一实验室输气管导致实验室内1人死亡；甲醇试剂没有标签导致误饮中毒等。

d) 强氧化物导致的事故有5起，占比5%。导致事故的强氧化物有高锰酸钾(2起)、双氧水(2起)、过氧化物(1起)。在有强氧化物参与或产生的实验中，反应物的质量没有进行计算、反应速率没有控制等导致反应产物迅速生成，超压引发爆炸。2016年9月21日，上海某大学实验室进行氧化石墨烯实验发生爆炸，导致2名学生重伤，其中一名学生几乎双目失明，操作过程中加入高锰酸钾不称重，无操作规程，不佩戴防护眼镜，眼睛喷溅上浓硫酸和高锰酸钾后又没有洗眼装置进行清洗急救，通风橱无法正常使用。此类事故也反映了一些高校缺乏最基础的安全管理。

e) 铝镁粉爆炸事故3起，低沸点溶剂挥发导致火灾事故3起，多氮易爆物爆炸2起，高熔点金属熔融过程喷溅导致火灾事故2起。这些物质极易引发事故，却容易被忽视。一起事故是油浴中常年累月被滴入低沸点物质，裸露的加热丝引燃了油浴中的有机物引发火灾；一起事故是电阻坩埚熔化炉内的金属液体意外飞溅，引燃旁边垃圾桶内的可燃物导致4人烫伤。

3.2 事故涉及的设备

设备引发的事故统计见图6，其中涉及最多的设备是玻璃器皿，9起事故因大部分实验是在玻璃器皿中反应或者存放。电气设备和电线导致火灾事故有9起，占比10%；因气瓶管理不当导致事故6起，占比6%；其他事故还有：存放试剂的冰箱导致事故5起、高压釜事故3起、烘箱事故1起、搅拌器事故1起。

图6 设备引发事故统计

设备缺陷事故原因包括：电气设备和电路缺少检查维护，短路引发火灾事故；存放试剂的冰箱不防爆引发爆炸；产生氢气等易爆物质的反应使用非防爆搅拌器；化学反应在达不到防护条件的容器中进行，例如使用玻璃器皿或者反应釜没有设计温度、压力监测仪表，没有安全阀、联锁等。还有一些设备事故是操作不当引起，如在烘箱中对含易燃挥发物的物质烘干，导致爆炸；在气瓶中配置达到爆炸极限的气体引发爆炸；高压反应釜未降压至安全状态下开启导致爆炸。

4 建议

根据事故教训和原因分析，建议高校和科研机构从以下几方面加强实验室安全管理：

a) 建议高校和科研机构成立安全管理机构，引进或培养专业化的安全管理人员。

b) 建立实验室安全管理体系。建立系统化的管理体系，按照体系的策划-实施-检查-提升的原则持续改进实验室安全管理水平。

c) 规范实验设备管理。针对事故情况，重点做好3个方面工作：①实验室中的许多设备是非标设备，由实验人员自己设计、委托生产，因此设备管理要从设计开始。非标设备应经安全、设备、实验设计的人员进行设计审查，特别注意设备应设计温度、压力、液位等参数监测仪表，设计安全阀、爆破片、联锁、切断阀等安全设施；②实验完成后，一个季度不再使用的设备就应将内部物料进行安全转移，由安全专业人员进行安全审查，挂上“闲置，禁止使用”标识；③编制完善的设备操作规程，做好人员培训，对于如压力釜、气瓶、烘箱、色谱仪等事故多发设备，建议进行安全操作培训、授权后方可使用。

d) 规范化学品管理。化学品管理需要同时提升技术措施和管理措施。①配置合格的试剂存放间、存放柜，剧毒品按照双人双钥匙管理；试剂按照化学反应性质分类存放，并配置泄漏托盘；②实验室配备洗眼器、淋浴、消防设备等应急设施；③有毒与可燃气瓶存放的房间安装可燃或有毒气体监测报警仪表，数据可传至值班室，易燃易爆化学品的存放冰箱应是防爆型冰箱；④化学品实验应在通风橱中进行；⑤化学品存放处应建立化学品相容性反应矩阵，实验室和试剂间都应存放化学品安全说明书(SDS)；⑥实验前应预测反应方程式，设计反应物的质量，提前策划反应过程的控制措施；⑦对自燃物、多氮易爆物、有毒物、涉氢气等实验应清除周边易燃物，包括垃圾、窗帘等，减少现场人员，编制好操作规程，进行培训授权后方可操作。