劉金昌 解強

摘? 要：高校實驗室安全管理模式落后、效率低下、效果不佳，事前查明安全隱患、分析事故風險、制定合理有效的應急預案與處置措施是完善實驗室安全管理的技術途徑。以化學吸收氣液平衡數(shù)據(jù)測定實驗為例，采用危險與可操作性（HAZOP）分析與環(huán)境風險評價系統(tǒng)（RiskSystem）軟件對實驗室安全事故的危險源、事故風險、保護措施、應急預案與處置措施等進行全面分析研究，探討安全隱患開展風險預測與模擬分析在高校實驗室安全管理應用的可行性。結果表明，依據(jù)HAZOP分析結果確定潛在安全隱患及其風險級別，制定保護措施和應急預案;RiskSystem分析計算出有毒有害物質泄漏后的擴散規(guī)律，指導合理可行的應急預案與處置措施的制定。HAZOP、RiskSystem分析等軟件和工具的應用可明顯提升高?；瘜W實驗室安全管理水平。

關鍵詞：高?；瘜W實驗室;安全管理;HAZOP;RiskSystem;模擬分析

中圖分類號：X921? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）23-0020-04

Abstract： The safety management model of university laboratories is backward， inefficient， and ineffective. Identifying potential safety hazards and analyzing accident risks as well as formulating reasonable and effective emergency plans and disposal measures is an effective technical methods way for improving laboratory safety management. Hazard and Operability（HAZOP） analysis and environmental risk assessment system（RiskSystem） software were adopted to analyze the hazard sources， accident risks， protective measures， emergency plans， and emergency plans of laboratory safety accidents by taking the chemical absorption gas-liquid balance data measurement experiment as an example. A comprehensive analysis and study on disposal measures were conducted and the feasibility of risk prediction and simulation analysis was explored for safety management in the university laboratory. The results show that the potential safety hazards and their risk levels were determined based on the HAZOP analysis results， and protective measures and emergency plans were formulated; the diffusion law of toxic and hazardous substances after leakage， and guided reasonable and feasible emergency plans and disposal measures by RiskSystem simulation analysis. The application of HAZOP and RiskSystem analysis can significantly improve the safety management level of the university chemical laboratory.

Keywords： university chemical laboratory; safety management; HAZOP; RiskSystem; simulation analysis

實踐教學是高校人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，尤其對于理工科專業(yè)，先進的實驗教學方式、豐富的實驗教學內容，對培養(yǎng)具備應用能力、創(chuàng)新能力與操作能力的復合型人才具有重要意義[1]。由于化學、化工、材料、環(huán)境及能源等專業(yè)知識體系的特點，在實驗教學過程中，經(jīng)常使用到易燃易爆、強酸強堿、壓縮氣體以及有毒有害的化學試劑與介質，也會使用到高溫高壓的實驗設備，存在引發(fā)火災、爆炸、中毒和窒息等安全事故的風險。近幾年來，高校實驗室安全事故頻發(fā)，造成了巨大的人身傷害和財產(chǎn)損失[2]。高?；瘜W實驗室的安全管理工作需要更多的關注與重視。

當今，高校的安全管理部門多采用干預式和責罰式的模式管理化學實驗室，即采用不定期、高頻率的安全巡視方式，檢查實驗室中不規(guī)范的地方和頒布有關嚴肅處理實驗室安全責任人的相關條例來預防安全事故的發(fā)生。顯然，管理人員工作繁瑣、效率低下，且常在事故發(fā)生后才能查明原因，管理嚴重滯后[3]。提前明確安全隱患、預測事故風險以及制定合理有效的應急預案與處置措施對于預防化學實驗室安全事故的發(fā)生具有重要意義，也是讓高校實驗室安全管理工作能夠做到“防患于未然”的重要手段。然而，迄今針對實驗室存在的安全隱患開展風險預測與模擬分析鮮有報道[4]。

本文利用危險與可操作性（Hazard and Operability， HAZOP）分析方法對化學實驗室潛在危險源和安全隱患進行識別，并結合化學吸收氣液平衡數(shù)據(jù)測定實驗的實例，使用環(huán)境風險評價系統(tǒng)（RiskSystem）軟件模擬分析安全事故發(fā)生后的有毒有害物質的擴散規(guī)律，為應急預案和處置措施的制定提供參考依據(jù)，進而為高校實驗室安全管理工作的開展與實施提供理論指導。

一? 實例分析

化工專業(yè)實驗是化學工程與工藝、能源化工等專業(yè)實踐教學的重要組成部分[5]。中國礦業(yè)大學（北京）化學工程與工藝專業(yè)開設的化工專業(yè)實驗課程包括化工熱力學、化學反應工程及煤化學化工三個模塊?；I(yè)實驗教學過程中，經(jīng)常用到有毒有害化學試劑及高溫高壓設備，因而安全管理工作必須覆蓋和深入到每一個教學環(huán)節(jié)中。

本文以化工專業(yè)實驗中常用的化學吸收氣液平衡數(shù)測定實驗為例開展研究。

（一）? 實驗簡介

化學吸收是工業(yè)中氣體凈化和回收的常用單元操作，例如脫除化工過程副產(chǎn)的低濃度CO2等，通常采用熱鉀堿吸收或有機胺溶液吸收[6]。實驗采用了氣相內循環(huán)動態(tài)法測定乙醇胺水溶液吸收CO2過程的氣液平衡數(shù)據(jù)。實驗需要使用到N2、CO2、乙醇胺及濃硫酸等化學試劑，操作壓力約為0.5 MPa、操作溫度80 ℃，需配置的乙醇胺水溶液和稀硫酸濃度均為2.5 mol/L。

（二）? HAZOP分析

HAZOP分析是基于一些特定的引導詞，定性地分析工藝過程與裝置設備中潛在的危險源和安全隱患，并提出相應的整改與預防措施[7]。HAZOP分析首先要確定工藝過程的節(jié)點。CO2-乙醇胺水溶液吸收實驗過程可以劃分為準備、操作與分析三個節(jié)點，具體見表1。

在HAZOP分析中，定義各工藝節(jié)點正常運行的變量參數(shù)為標準值，其認為潛在危險源和安全隱患的起源是各工藝節(jié)點運行過程中產(chǎn)生了與標準值之間的偏差，并采用引導詞和變量參數(shù)來判定偏差的方向和限度[8]。表1中詳細列舉了CO2-乙醇胺水溶液吸收實驗中各節(jié)點的變量參數(shù)，并根據(jù)引導詞明確了各變量參數(shù)可能出現(xiàn)的偏差。繼而，由專業(yè)人員組成的專家小組根據(jù)各偏差的產(chǎn)生原因與安全隱患展開詳細分析，并提出有效保護措施及應急預案建議，見表2。

通過HAZOP分析可知，在CO2-乙醇胺水溶液吸收實驗的準備節(jié)點中，乙醇胺溶液預熱溫度過高以及乙醇胺溶液和稀硫酸溶液配置濃度過高是引發(fā)安全隱患的主要因素;操作節(jié)點中，充入系統(tǒng)的氣壓過大、吸收池溫度與液位過高是導致安全事故發(fā)生的危險因素;分析節(jié)點中，取樣時吸收液放出流量過大時主要的安全隱患。因此，實驗室安全管理工作開展時要注意上述幾點安全隱患;并針對性地制定應急預案，從而預防安全事故的發(fā)生。

（三）? RiskSystem分析

乙醇胺屬于危險化學品，若接觸皮膚，易造成嚴重皮膚灼傷和眼損傷;乙醇胺具有類似氨的強刺激性氣味，吸入與吞入均有害[9]。因而乙醇胺的泄漏勢必對實驗人員和周圍環(huán)境造成危害。RiskSystem軟件可以模擬分析有毒有害物質泄漏后的擴散速度與范圍，為事故發(fā)生后及時制定有效的應急處置措施提供有力的參考依據(jù)。

CO2-乙醇胺水溶液吸收實驗中，因誤操作導致的典型安全事故有：①學生在配置乙醇胺溶液時打翻試劑瓶，造成乙醇胺試劑大量泄漏;②在實驗準備階段，因油浴鍋加熱模塊或熱電偶損壞，導致預熱溫度過高，造成乙醇胺水溶液沸騰溢出，造成泄漏。使用RiskSystem軟件對上述兩起安全事故中的乙醇胺泄漏過程進行模擬分析。在實驗室通風櫥或開窗通風等單一風源作用下的模擬結果分別如圖1和圖2所示。

由圖1可知，當大量乙醇胺試劑泄漏時，以事故發(fā)生地點為中心，往下風向擴散。10 min后，乙醇胺就能夠擴散至50 m×50 m的范圍，濃度最高區(qū)域達到了161 mg/m3，整個50 m×50 m范圍內的平均值約為100 mg/m3。根據(jù)美國制定的安全標準，車間內乙醇胺濃度不可高于6 mg/m3[10]。由此可見，當安全事故①發(fā)生后，即使在有通風櫥等通風設施的保障下，實驗室內已不再適合開展實驗，應該緊急撤離實驗人員，并由專業(yè)人員在配有防毒面具等專業(yè)防護工具的條件下清理泄漏事故現(xiàn)場。

當安全事故②發(fā)生時，因為此時乙醇胺水溶液已被加熱到較高溫度，加快了乙醇胺的揮發(fā)與擴散速度。由圖2可知，事故發(fā)生10 min后，乙醇胺已經(jīng)擴散至50 m×50 m范圍。與安全事故①相比，因為不是純的乙醇胺試劑，所有濃度分布較低，但濃度最高區(qū)域也達到了32 mg/m3，整個50 m×50 m范圍內的平均濃度約為20 mg/m3。此時實驗室內的乙醇胺濃度已經(jīng)超過了美國制定的安全標準，不再適合實驗開展，應當立即疏散實驗人員，并按照相關要求清理泄漏事故現(xiàn)場。

綜上所述，通過RiskSystem模擬分析，可以獲得安全事故發(fā)生后的危險化學品等危險源的擴散與分布規(guī)律，為制定合理可行的應急預案和處置措施提供理論指導。

二? 結論

以化學吸收氣液平衡數(shù)據(jù)測定實驗為例，采用HAZOP和RiskSystem分析對高?；瘜W實驗室安全事故進行了全面模擬分析。HAZOP分析發(fā)掘了實驗過程中潛在安全隱患，并根據(jù)其風險級別制定保護措施和應急預案;RiskSystem分析計算出有毒有害物質泄漏等安全事故發(fā)生后危險化學品的擴散與分布規(guī)律，并根據(jù)計算結果制定合理可行的應急預案與處置措施。將HAZOP分析和RiskSystem分析聯(lián)用，可以為提前明確實驗室中的安全隱患、預測事故風險以及制定有效合理的應急預案與處置措施提供有力的理論指導，從而改善高?；瘜W實驗室安全管理工作的效率與效果。

參考文獻：

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[10] Chemical Book.乙醇胺[EB/OL].https：//www.chemicalbook.com/ProductChemicalPropertiesCB1218589.htm.

基金項目：中國礦業(yè)大學（北京）2022年本科教育教學改革與研究項目“《化工專業(yè)實驗》安全準入機制優(yōu)化研究”（J220307）;中國礦業(yè)大學（北京）2021年“課程思政”示范課程建設立項項目（SZ210401）

第一作者簡介：劉金昌（1990-），男，漢族，江蘇淮安人，博士，副教授。研究方向為化學工程與工藝教學及科研。