化学合成实验室安全管理的探讨

邹晨

(保诺生物科技(江苏)有限公司，江苏 无锡 214000)

0 引言

根据2023年2月8日全国危险化学品安全监管工作视频会议上应急管理部公布的数据，2022年全国共发生化工事故127起、死亡143人，同比减少3起、11人，但其中较大事故7起、死亡24人[1]。化工安全事故仍时有发生，因此对危险化学品与危险工艺的安全防范与预防十分重要。与自动化程度较高的工厂相比，灵活多变的化学合成实验室管理松懈，存在监管盲区，面临的安全问题有待解决。

1 化学合成实验室的当前情况

化学合成实验室主要从事实验室级别规模的合成开发研究工作，合成的目标产物依据所承接的项目要求而定，涉及合成路线的开发与制备步骤的优化，实验过程存在一定的不确定性。有机溶剂通常作为溶解介质和催化剂，伴随烷烃、杂环化合物、无机盐等主要原料的使用。实验过程中的意外情况都可能引发火灾、爆炸、中毒等实验室安全事故，严重情况下造成人员伤亡与实验室财产损失。

化学合成实验室还会使用到多种容器与精密仪器，如双层玻璃反应釜、旋转蒸发仪、低温冷却循环装置、特种气体钢瓶等设备，进行反应、干燥、浓缩、层析等实验步骤。如果缺少有效的管理措施，可能会造成溶剂飞溅倾覆、冻伤烫伤、玻璃划伤、漏电触电的事故。另外，实验过程中产生的废液废气固废，若不妥善处理、随意倾倒排放，对自然环境和人体健康都会造成不同程度的伤害。

2 化学合成实验室目前普遍存在的问题

2.1 从业人员安全意识薄弱

化学合成实验室从业人员通常都具备较高的专业水平[2]，能够熟练掌握各种合成路线与化学知识，但一些人员对待安全问题往往避重就轻、不够重视，更多注重项目的进度与合成效率，而忽视管理制度、仪器保养以及化学品使用注意事项，导致实验过程伴随风险，埋下安全隐患。

2.2 安全管理责任不明确

在部分实验室的管理中，一般由实验员兼任安全管理的角色，没有明确的专职人员。再加上人员流动不了解现场情况，难以切实做好实验室的安全管理工作，实验室出现突发情况也无法第一时间联系到具体负责人，无法有效处置问题。

2.3 安全环境建设不重视

合成反应中涉及危险工艺，如硝化、加氢、聚合、裂解等反应，若不加以注意将导致火灾、爆炸、中毒等事故发生。一个稳定可靠的安全环境非常重要，决定了实验能否顺利进行、人员生命财产是否能得到保障。必要的自动检测设备和安全设计不可缺少，若在不具备实验条件或通风系统设计不合理的情况下违规操作可能造成安全事故，如湖南省某高校实验室发生的镁铝粉爆燃事故[3]。

3 安全管理机制的建立

3.1 加强本质安全设计

化学合成实验室在设计阶段开展安全评估与设计思考，对从源头上实现化学合成实验过程尤其是高危工艺过程的本质安全有着重要意义，是有效预防化学合成实验事故的重要方法之一。控制实验环节中的“人、机、料、法、环”各要素的安全可靠、和谐统一，使得各种危害因素均处于受控状态下，进而逐渐趋向本质型、长久型安全目标。

本质安全设计常采用四类优化，即最小化(强化)、代替(替代)、缓和(减弱和限制影响)和简化(简化和容错)[4]。化学合成实验室可以通过减少原料的存储、使用低毒溶剂代替高毒溶剂、降低反应过程温度和压力、设计易于控制的合成路线等方式来达到本质安全设计的目标。最大程度降低实验风险，使得整个实验过程处于可控的低风险范围内。

3.2 开展工艺安全评估

一个项目在商业化生产前，会经历小试、中试、放大的工艺过程。每个阶段都有其特点和难点，需要根据不同的条件和要求进行调整和优化。

(1)小试通常以克为单位，以完成产品的结构设计和概念设计为目的的科研试验活动。这个阶段的工艺路线或者工艺条件一旦选择，就决定了后续的推进方向[5]，包括中试和放大都会围绕着这条工艺路线。此过程物质特性的确认是关键，如理化特性参数、健康和环境危害、原材料安全使用和储存方法、安全技术说明书(SDS)等信息[6]。所以对小试过程开展初步的安全评估是必要的。

(2)中试研究在一定规模的装置中各步化学反应条件的变化规律，为后续的放大实验提供可靠的安全支持，其目的是验证、复审和优化小试阶段所研究确定的合成工艺路线。相较于小试，中试的实验风险有明显提升，危险程度和不确定性增加。为预防中试安全事故发生，应自行或委托有资质的第三方机构对中试项目进行风险评估，编制工艺技术规程、安全技术规程、岗位操作制度和事故应急预案，并审核实施。

(3)放大是在中试的基础上模拟工业化生产的工艺研究活动。在这个阶段常使用到50 L、100 L的反应釜，原料的使用也会成倍增长，放大的不仅仅是产量，还有各种误差和风险。放大也是商业化生产前的过渡，实验中获得各种数据，如物质热稳定数据、爆炸和燃烧极限、反应热等，能够为商业化生产提供第一手资料，这些都是小试中试规模中无法全面体现的。因此这个阶段需要进行详细完整的安全评估[7]。

可通过配备反应量热仪、差示扫描量热仪等设备，测定化学反应的放热或吸热量、速率和热力学参数等信息，以此来评估化学品的稳定性、各级反应步骤的剧烈程度以及储存条件和安全性等问题。

3.3 提高应急处置能力

化学合成反应涉及危险化学品的使用与危险工艺的开展，存在易燃易爆、有毒有害的风险，给实验室带来严重威胁。一旦发生事故将释放出巨大能量，造成人员伤亡和财产损失。因此提高应急处置能力不论是预防事故还是处置事故都是不可缺少的重要举措[8]。

(1)完善的应急预案。根据国家法律法规的要求，结合实际情况，自行或委托外部力量编写应急预案。按照风险特点有针对性地编制各类专项预案，如火灾爆炸专项应急预案、中毒窒息专项应急预案、化学品泄漏专项应急预案、皮肤飞溅专项应急预案等，全面覆盖、统筹考虑。

(2)明确的应急职责。各部门、各小组应急职责划分清晰，相关人员分工明确，避免身兼多职[9]、首尾难顾的情况发生。在应急处置过程中，相关人员需要有条不紊、积极配合，不推卸责任，高效实施。

(3)有效的应急演练。应急能力的缺失和错误的处置会导致事故的扩大化，因此需要做到理论知识与实战演练相结合，重视培训和总结，锻炼人员的应急思维，提高互相协作的能力，激发团队精神，克服恐惧心理。

(4)必要的资金保障。事故处置中不可避免地会使用到防护用品，包括呼吸面具、防护服、吸附棉、可燃气体检测器等，需要投入必要的资金购买配备，不仅可以对人员起到防护作用，还有利于事故的快速高效处置。

3.4 重视环保“三废”的安全处理

化学合成实验室由于其特性在实验过程中会用到种类繁多的危险化学品，并随着化学反应的进行产生一定量的废液、废气、固废[10]，这些“三废”在收集、储存、处置的过程中存在诸多安全风险。

(1)化学合成实验室产生的废液应根据其化学特性选择合适的容器进行收集，禁止混合收集，避免发生化学反应而造成腐蚀、火灾、泄漏等次生危害。并鼓励废液回收再利用[11]，减少对环境的影响。另外在收集过程中还要注意装入量一般在2/3左右，不得超过4/5，防止废液桶过满，在运输转移过程中发生泼洒飞溅。同时还要注意收集的废液桶应存放在通风良好的环境中，防止挥发性气体逸出而造成危害。

(2)化学合成实验室的反应多在通风橱中进行，产生的废气成分复杂、浓度高，必须经过专门的废气收集装置处理达标后排放。废气处理装置在运行过程中也存在诸多安全事项，若不注意就会造成安全事故。例如根据规范条例[12]，某些活性炭吸附装置在吸附操作周期内吸附了有机气体后，吸附床内的温度应低于83 ℃，当吸附装置内的温度超过83 ℃时，应能自动报警，并立即启动降温装置；系统与主体生产装置之间的管道上应安装阻火器(防火阀)，避免高温起火。

(3)化学合成实验室产生的固体废物，例如在实验过程中沾染化学品的手套、纸屑、塑料等必须与普通垃圾区分开来，统一收集，还应注意固液分离，避免在固体废弃物中混入大量废液。过期或由于其他原因不再使用的固体药剂应保证标签完整、包装无破损，最终交由有资质的单位处置，不得随意毁弃，更不能随意出售。

(4)存放危险废弃物的库房同样需要加强管理，库房的硬件条件需满足法规要求，管理需细心谨慎，并按照既定程序定期清理废弃物，由有资质的第三方及时转运清空。例如黎巴嫩贝鲁特港“8.4”爆炸事件中引燃的2700多吨硝酸铵，自2014年起已经存放在港口仓库中未获得妥善处置。因此，应及时消除隐患，将风险遏制在萌芽阶段。

3.5 开展多样化安全教育

从多方面培养实验人员的安全意识，通过各类培训与教育加强实验人员的安全认知；充分调动团队的积极性，发挥成员高知、高技的特点，树立安全榜样，带动周围人员模仿学习并付诸行动；鼓励分享实验过程中的安全经验与领悟，互相学习、互相交流；完善奖励机制，正面引导实验员从被动安全到主动安全的理念转变。

不同的人员有不同的接受程度与不同的理解深度，在实际开展中要采用个体差异化的方法和策略，以达到共同进步、全员认同的效果。

3.6 逐级落实安全责任制

通过签订安全责任书明确实验室各级成员的安全职责，从实验室负责人到项目组长再到普通实验员。另外结合制度建设与法规要求，在各个环节上做好安全管理职责的落实，包括实验室纪律、化学药品领用、仪器设备操作、专项费用申请等，应分别有对应的负责人，定点定人不出现管理空白。同时完善考核制度，对表现突出的人员进行嘉奖，对不遵守规章制度的人员进行批评指正。

3.7 树立安全冗余观念

“安全冗余”通常指通过多重备份方案来增加系统的可靠性。“安全冗余”看似多余，实则是以制度性预防、系统性防范破解安全事故的潜在风险，是确保实验室安全发展的有效方法。采用安全冗余管理手段，要从制度性冗余、设备性冗余、过程性冗余上着手，软硬件上配套实施。例如：规章制度和操作规程可以帮助实验员在实验过程中正确操作，避免出现错误操作导致事故发生；可燃气体探测器可以监控实验过程中散逸的可燃气体浓度，及时报警防止达到爆炸极限；在关键步骤和危险工艺上采用双重监护、多重复核、多次检测的方式来提高实验开展过程中的安全性，减少操作风险和管理失误。

4 结语

综上所述，化学合成实验室的安全管理是一项系统化的工程，需要相关方面引入本质安全理念，统筹规划、认真布局，开展工艺安全评估，加强本质安全设计；重视环保“三废”的安全处理，保证实验室环境安全；逐级落实安全责任制，开展多样化安全教育，克服安全意识薄弱、管理松懈等弊端；提高应急处置能力，树立安全冗余观念，切实做好化学合成实验室的安全管理工作，为推动化学合成实验室高质量发展作贡献。