化学实验室安全管理综述*

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)

1 我国实验室安全管理现状

当前我国深入实施创新驱动发展战略,研发人员从2012年的325万人增长到2022年600多万人。科研规模的扩大,安全管理提升的需求也随之增大,而近年来多起实验室安全事故导致人员伤亡,引起社会广泛关注。

我国实验室安全事故的直接原因中操作不当占比66%、设备缺陷占比22%、环境不整洁占比11%;按照事故发生的生产阶段划分,发生在实验阶段的事故,占比61%;化学品储存过程占比16%;其他事故发生在清理、安装和维修、日常时间(如电线短路事故),占比均在5%～9%。管理原因包括实验室安全责任不落实、资源投入不足、操作人员培训不足或没有培训、设备设计和运维管理不当、实验风险评估和方案不完善、应急管理没有或不完善等方面[1]。

学术界实验室安全管理明显弱于工业和政府实验室。据统计,只有18%的研究人员在实验前进行风险评估,明显低于工业和政府实验室(分别为51%和43%)[2]。

本文通过调研分析国内外实验室安全管理现状,从国家标准到基层管理,从硬件设施到管理手段,提出我国科研实验室安全工作改进建议。

2 国内外实验室安全的做法

2.1 法规建设

a) 我国实验室安全主要执行国家消防、职业卫生、化学品管理相关法律法规。2019年我国教育部针对高校实验室发布了《教育部关于加强高校实验室安全工作的意见》(教技函〔2019〕36号),对高校实验室安全提出了系统的管理要求。标准方面,我国实验室建筑设计和实验设备标准较全,包括JGJ91—93《科学实验建筑设计规范》、GB/T29475—2012《移动实验室设计原则及基本要求》、GB24820—2009《实验室家具通用技术条件》,以及实验室仪器和设备安全系列规范(包括反应釜、仪用电源、天平仪器、噪声测量仪器等)。实验室法规标准体系见图1。

图1 我国实验室安全国家和行业标准

b) 国外实验室安全发展时间较长,部分国家有专门的实验室安全标准规范。如美国职业健康安全管理局1990年颁布了《实验室中危险化学品的职业暴露》法规(29 CFR 1910.1450),2011年发布的《实验室安全指南》梳理了实验室需要遵守的适用安全法规,如危险材料运输法(48USC1801)、空气污染物(29 CFR 1910.1200)、危险废物管理法(40 CFR Parts 260-272)等,提出了实验室安全组织机构和责任分配、基于风险的系统安全管理要求[3]。

我国缺乏系统的基于风险的实验室安全管理法规或标准,缺乏实验室化学品管理、职业健康管理等标准,且标准更新不及时,如2007年发布的JG/T 222—2007《实验室变量排风柜》落后于新技术,不能满足新的安全环保要求。

2.2 安全管理组织

a) 国外科研院所和高校建立了完善的自上而下、层层负责的安全责任体系,成立专职的安全管理组织机构。如澳大利亚阿德莱德大学在学校、学部和学院等层面都设有相应的健康与安全委员会,负责健康与安全事务的讨论、交流与处置。所有委员会每年分4次向上一级委员会报告健康与安全的控制情况、重点需要解决的问题以及对下一阶段工作的安排。阿德莱德大学有一支13人组成的健康、安全与责任团队(HSW团队),负责全校的安全工作开展,督查各部门、学部乃至学院的安全环保工作执行情况,为所有新进人员进行安全培训并提供专业的安全咨询服务。HSW团队的高级顾问和各领域安全专家均为有一定专业背景的高级管理人员,并有相应的专业知识和技术资质。在学部和学院则有相应的安全官员(OHS officer)负责日常健康和安全事务的开展。通常理工科学部的安全管理人员是全职的,而人文类学科一般是兼职的[4]。

b) 我国实验室管理的专职安全组织机构不够完善。抽样调查我国大型科研院所的安全管理人员仅1～2人;高校安全管理人员资质能力、人员配备不足,学院均没有专职的安全管理人员,难以执行管理提升、安全培训、技术改进、检查监督等工作。

2.3 安全管理体系

系统的安全管理体系是高校和科研机构自我管理、持续改进安全绩效的基础。美国劳伦斯伯克利国家实验室建立了综合安全管理体系(ISMS),包括了《LBNL健康和安全手册》和系列制度,手册中包括ISMS核心要素与工作流程,制度包括:①工业卫生和安全制度,规定了实验室场所中危险材料及危险行为的评估与预防措施,噪音控制、化学品危险评估和泄漏监测、电气风险控制、大型施工活动(如起重机、叉车和索具作业等)安全管控等;②辐射防控制度;③废弃物管理制度;④应急管理制度;⑤事件审查及报告制度;⑥教育培训制度等。实施过程中强调工作计划与控制,EHS部门通过信息系统进行流程管控,对将要执行的临时性和常规性工作,要求确定工作范围、识别工作相关的危险、确定防控措施、人员授权后才能实施[5]。

我国高校和科研机构基本都建立了安全、环保的规章制度,但在培训、工作计划、风险管理等方面的制度要求还不够系统、具体,特别是没有建立基于风险的管理理念。

2.4 人员培训

国外大部分实验室都实施培训与实验准入相结合的方式,只有通过培训才能授权进入实验室或使用实验设备,通过门禁系统关联授权准入进行控制。从事科研实验前针对本次实验的化学品性质和实验方案进行再培训和签字确认。

澳大利亚迪肯大学设立了严格的实验室准入制度,任何人进入实验室必需经过强制性的2级实验室安全入门培训。

a) 一级入门课程分成讲课、参观、视频、问卷,内容主要包括:①所在学院或研究院介绍;②实验室安全规范及进入实验室基本的个人防护装备;③基本的化学品处理方法、气瓶操作方法、仪器设备安全知识等;④工作安全评估,对于涉及生物安全、化学品安全、物理(机械)安全、辐射安全以及在野外的工作,实验前必须进行安全评估等;⑤应急处理信息。完成一级入门课程的人员可以进入实验室,需在实验室技术管理人员的现场指导下工作,但不允许独立进行实验。

b) 二级入门课程更加专业、具体,包括:①实验室规则、个人防护装备;②实验室主要设备功能和使用方法;③化学药品的评估和订购程序,样品和化学药品的运输和存储方法;④废弃物的处理方法;⑤突发事件处理,实验室的危险因素、应急和急救处理和事故报告等。通过二级入门课程的人员,准许进入实验室并且可以独立进行实验,但是只能使用常规的设备进行一般性的实验,如果要使用某些特殊设备,必须经过更进一步的3级专业培训[6]。

我国实验室安全培训不足,高校导师安全意识不足。问卷调查中,48%的研究生未接受过系统的实验技能培训,30%的研究生不了解甚至没听过应急预案。实验人员培训机制的建立和课程体系的完善是目前亟需完善的内容。北京林业大学构建线上线下混合的实验室安全培训模式,建立了学校、学院、实验室3级实验室安全培训体系,建立“实验室安全培训与准入平台”,包括政策法规、实验室安全常识、化学品安全、水电安全、生物安全、设备安全、废弃物处置、检查与演练等8大类40门课程[7]。

2.5 危化品全生命周期管理

化学实验室中的化学品和化学反应是主要危险源。化学品的采购、储存、使用、废弃等全过程都可能产生中毒、火灾爆炸风险或环境污染。

日本高校对实验室化学危险品及其废弃物有着严格的管理。部分高校的实验室用品由学校指定有资质的机构统一采购,有效避免了多渠道购买引起的危险化学品在数量和质量上失控[8]。

我国实验室在危化品管理方面存在采购随意、储存设施不满足防爆、通风要求、没有监测报警设施、废弃处理不当等情况;特别是气瓶使用不当等情况已导致多起事故。GB/T 31190—2014《实验室废弃化学品收集技术规范》中将实验室废弃化学品分为14类,要求进行分类收集。但调研发现实验室一般仅将废弃物分为酸液、碱液、有机溶剂等3～4类,具有混合发生异常反应的风险。海南大学2021年上线了化学品材料综合管理平台,该平台实现实验室化学试剂从购买、储存、使用、处置的全生命周期信息化管理,可以自动进行化学品库存的定期盘点、实现危化品流向的在线监控[9]。国内部分企业通过在实验室和储存室安装化学品泄漏监测仪表、自动报警及与通风系统联锁等技术预防事故。

2.6 实验操作安全

科研实验与检测实验相比具有对潜在风险认知不充分,操作方案不健全等问题。

澳大利亚莫纳什大学通过基于风险评估策划实验方案来提升实验过程安全。要求任何人在开始任何一个包含有害物质的实验之前,必须完成风险评估。如辐射安全的风险评估内容为:①什么是辐射,它从何而来;②存在哪些类型的辐射;③如果暴露在辐射中会有什么后果;④如何监控辐射;⑤如何防止人们进入辐射区;⑥辐射和辐射区的警告标志是什么;⑦如何使个人辐射剂量最小化;⑧个人将会受到多少辐射,风险有多大[6]。

化学品安全全国重点实验室为解决高风险实验安全风险无法量化问题,建立了适用于化学、物理实验的量化风险评估方法。该方法考虑实验过程4个固有风险参数(易燃性、爆炸性、毒性和反应性)和4个过程安全参数(温度、压力、反应热和存量),评估固有风险并建立危害指数。并对照试剂储存与实验准备、实验反应与实验后处理等实验单元设立的安全防护措施划分为6类保护层,构建独立保护层失效频率简化模型。实验安全损失后果考虑实验人员数量和实验设备的价值作为修正系数。该方法在信息系统中嵌入数学模型,操作便捷,结果更加精准,可以较准确地识别保护措施的充分性[10]。

2.7 实验室设备完整性

科研实验室的许多设备是实验人员自己设计、定制的,一些事故的发生反映出非标实验设备因没有监测仪表、安全阀、仪控等安全设施导致反应异常不能及时发现、不能减缓发生安全事件后果。

日本实验室的一些设计具有参考意义。如线路布局合理规整,在实验室的顶部配有伸缩式排风设备、伸缩式实验用电源线,需用气体的实验室中也预先布设了气体线路。所有上述装置均从上向下布设,充分利用空间且便于检修,减少管线布局不合理带来的安全隐患。日本实验室还设立实验室维护维修专项资金,形成实验室定期维修、养护制度。如果设备发生故障或者出现不正常的实验数据,将立即停止使用,并贴上专用的“设备故障,禁止使用”标签。每个实验室都有一本设备标准操作规程(SOP)。对需要经过培训才能使用的设备,SOP中会明确告知。[8]

我国高校实验室一般由科研老师出资建设,没有形成有效的定期维修、养护机制。建议实验室非标设备由有资质单位设计和制造,设计各阶段应进行风险评估和多专业人员的审查,制造过程应采取试压、单机试车等质量控制措施,启动前应进行安全条件审查,确保设备安全。

2.8 中试安全

我国对科研机构的中试装置尚无法规标准要求。中试实验相对于科研实验规模扩大,潜在风险的事故后果扩大。

石化企业科研单位在中试方面具有经验。针对中试装置的高风险性,制定了《中试装置管理细则》,对中试装置高风险环节——开停工过程进行重点管控。中试装置开工前提交《中试试验装置开工审批表》《开工方案》,相关部门逐级审批,开工方案中包括开停工步骤、风险识别和应急措施的HSE管理内容。开工前按照《中试试验装置开工确认表》进行开工前条件检查确认,具备条件才能开工[11]。

2.9 检查与审核

实验室安全管控措施是否执行到位,需要定期进行检查。日本学校统一规定各个实验室设有专人定期进行安全检查,有详细的实验室安全检查记录。检查记录悬挂在实验室门外,便于实验室安全检查人员进行检查,又尽可能避免因为检查干扰正常的实验室工作[8]。

中国石化集团公司建立了科研院所量化审核标准,包括34个管理要素、1 000余个审核问题,每年按照量化审核标准对下属科研院所进行审核和量化打分、排序,提出需要改进的问题,促进下属科研院所提高责任意识和风险管控,实现自我管理体系持续改进。

北京某大学以涉危化学品实验室为试点,开展分类分级星级检查。负责人组织校内外专家对风险源进行识别,对实验室类别和风险等级进行逐项识别和评估,对实验室安全管理水平进行评价。由有资质的机构对检查数据进行整理分析,提出意见和建议,为安全管理的重点工作和改进方向提供依据。实验室安全等级分级星级评定结果纳入实验室安全信息板并张贴在墙上。一级安全风险实验室(重大安全风险、所有涉危化品实验室)、二级(安全风险较大)和评级为一星、二星管理等级的,列入重点管控点名录,将增加实验室日常检查和抽查的频次[11]。

我国实验室安全检查存在检查人员不专业、缺少具体、详细的检查表等问题,导致管控措施缺陷不能被及时发现、干预和纠正。

2.10 智能化与信息化技术

搜索智慧牙专利库并分析实验室安全专利分布情况,发现实验室新技术主要集中在储物柜、通风橱、安全监控与预警、仪器控制、安全电源、区块链与数据库关联等方面。

先进的信息化、智能化技术可为实验室风险监测和管理提供便捷和高效。澳大利亚阿德莱德大学使用了先进的人财物管理软件,如使用空间资产管理(Spatial assets management system)系统进行各个大楼的空间资产与人员管理,可展示与人员和各类资产使用信息。其中大楼管理系统(University building management system)主要用于各个楼宇的基础设施管理,包括水、电、气、空调、风路和其他供给系统的直观管理[4]。

化学品安全全国重点实验室开发并应用了安全监测智能化系统,集成可燃与有毒气体检测、火苗识别、人员进入智能识别、车辆超速智能监测、通风橱风速等数字化信息,统一接入控制室,实现自动监测与预警。

齐倩倩,等[13]设计并实现了实验室智能物联感知平台的架构,通过接入空调控制器、温湿度传感器、烟感、漏电、门禁、监控及各类智能开关等传感终端,融合到私有云物联网平台统一展示,实现实验室电气设备一键控制、智能巡检、故障报警等功能。

为确保实验室易燃易爆和有毒气瓶的存储和输送安全,中石油勘探研究院采用气瓶安全舱,2个气瓶放置在安全仓中,设置自动阀门控制和浓度探测器、惰性气体吹扫装置和排风装置,实现泄漏监测和排风启动联动[14]。冯伟,等[15]研制了化学试剂智能柜,实现试剂取用自动称量、柜内泄漏监测报警功能。但该智能柜没有与化学品数据库进行关联,不能实现化学品SDS信息和存储指导的功能。

化学实验室的化学品泄漏和火灾智能监测、排风监测与联锁、化学品全流程智能管理、门禁与授权管理、风险评估技术、培训平台、电气故障自动诊断、智能巡检机器人等技术为实验室安全提供了助力。

3 我国化学实验室安全管理提升建议

通过调研分析,我国实验室安全管理提升建议可从法规标准、管理体系、技术和数据库5个层次进行改进。

a) 建立基于风险的实验室管理标准。目前国家法规和行业标准中均没有对科研实验室提出基于风险的管理方法,如针对科研实验的风险不确定性要求实验前进行风险评估、制定实验方案、进行分级审批等;对非标设备的设计进行风险评估和设计审查,基于风险进行设备分级管理;实验室管理标准中应明确安全管理组织机构要求;明确实验人员的培训内容和实验准入要求;明确应急准备与应急演练要求;明确中试安全管理要求;可通过系统化的标准引出实验室需遵循的相关法规标准,如实验室设计、危化品管理、职业健康、消防管理等法规标准。逐步完善实验室通用设施的标准规范,包括通风橱、化学品存放的防爆冰箱、防爆柜等设计和产品标准。

b) 有条件的高校和科研机构建设实验室信息化与智能化管理和风险监测技术。如化学品采购、储存、使用和报废的全生命周期管理的智能化管理和监测系统、设备共享系统、气体泄漏和火灾监测智能化系统、人员培训与门禁关联的准入系统;实验管理流程控制和设备管理的信息系统等,提高风险监测和管理效率。

c) 逐步建立实验室安全相关的数据库和工具。如化学品安全信息数据库、反应矩阵数据库、化学品和设备风险数据库、事故事件数据库、应急处理方法数据库、培训通用课程库等,实验人员和管理人员可查阅、共享、学习,提高安全意识和风险管控能力。

d) 建立基于实验室风险分级的审核或检查机制。建议通过对实验室危险源的识别、评估、分级,建立分级检查和审核要求,高风险实验室审核频率高、审核检查表内容更加全面、具体,确保风险管控措施得到落实。