高校實驗室壓力氣瓶風險評估體系探究

高玉坤， 王樹祎， 張英華， 黃志安， 沈栩杰， 唐 韜

(北京科技大學 a.金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室，b.礦山避險技術研究中心，北京 100083)

0 引 言

壓力氣瓶是高校實驗室常用的高危實驗儀器，更是實驗室中事故常發的危險源。質檢總局發布的資料顯示，2015年我國共發生特種設備事故257起，其中氣瓶事故所占比重為11.3%[1]。而相關數據表明，學校實驗室的事故概率是生產車間的上百倍。據統計，在2001～2014年實驗室發生的100起事故中，因壓力容器及其它設備引發的事故共20起，總計導致66人傷亡[2]。屢見不鮮的高校實驗室氣瓶事故，對氣瓶風險評估以及事故預防提出了要求。

高校實驗室是教學和科研的重要基礎平臺，其安全狀況與整個學校的穩定與發展息息相關。而壓力氣瓶作為特種設備，其安全管理更關系到實驗室乃至全校的安全。本文分析了實驗室氣瓶事故的致災因子，并依據半定量的風險矩陣，建立了系統的壓力氣瓶風險評估體系。

1 實驗室氣瓶事故的致災因子

氣瓶屬于特種設備，具有種類多、數量大、使用廣泛、流動性強的特點[3]。對過去20年中發生的52起實驗室氣瓶事故進行統計分析：從事故類型上看，在52起事故中，由氣瓶傾倒造成的事故有2起，占比3.8%；泄漏事故5起，占比9.6%；爆炸事故45起，占比86.5%，且其中絕大多數為化學爆炸。就事故后果而言，在52起事故中，造成3人以下死亡或10人以下重傷的事故占84.6%，造成嚴重經濟損失的事故占9.6%。其中，造成群死群傷和重大經濟損失的均為爆炸事故。通過統計分析可知，實驗室氣瓶事故高發，常見的事故類型有傾倒、泄漏和爆炸，這些事故均是致災因子耦合的結果[4]。

1.1 傾 倒

氣瓶發生傾倒不一定造成事故，但會帶來嚴重的事故隱患。實驗室中能夠形成氣瓶傾倒隱患的致災因子主要有：①氣瓶擺放不合理。實驗室空間相對狹小、物品擺放比較密集，若氣瓶隨意擺放在過道等人員流動性大的區域，則容易發生實驗者出入時撞倒氣瓶的情況。②人員安全意識淡薄。在實驗室整改、裝修、新進其他設備時未及時將氣瓶移除，氣瓶受撞擊而傾倒；部分同學在實驗室中嬉戲打鬧，會導致失手打翻氣瓶。③連鎖反應。實驗室發生爆炸等事故，碎片或沖擊波擊倒氣瓶。

1.2 泄 漏

實驗室氣瓶泄漏事故輕則造成財產損失，重則導致人員中毒或發生泄漏氣體遇明火引發爆炸的情況。一般導致氣瓶泄漏的因素有：①操作者專業知識匱乏。相關人員未受實驗室專業培訓而直接對氣瓶進行操作，導致氣瓶在裝卸、使用和存儲過程中發生泄漏[5]。②氣瓶狀態不良。部分氣瓶超限服役，超過或臨近正常使用壽命的氣瓶仍在使用；充裝有腐蝕性氣體的氣瓶在使用過程中出現界面腐蝕，瓶壁逐漸變薄，造成泄漏隱患。③管理缺失。氣瓶的瓶體出現裂紋、閥門損壞，危險氣瓶未經檢修而照常使用。

1.3 爆 炸

爆炸事故是比較常見也是后果最嚴重的氣瓶事故。按照致災機理，爆炸事故可分為：①物理爆炸。壓力氣瓶若未放在不透光的密閉櫥柜中，容易受光照或其他高溫熱源影響，內部氣體受熱膨脹，進而引發物理爆炸。②化學爆炸。一些氣瓶中裝有易燃易爆氣體，遇明火則易導致化學爆炸；不專瓶專用，如氫氣瓶改作氧氣瓶，氣瓶內部形成預混氣而造成爆炸。③混合爆炸。實驗室中往往存放了大量不同種類和性質的實驗原料、實驗儀器和設備，一旦其他物品發生燃燒或爆炸，波及氣瓶會同時發生物理爆炸或化學爆炸[6]。

2 實驗室氣瓶風險評估體系

壓力氣瓶作為實驗室中的危險源，在日常管理上應對其給予足夠的重視，結合實驗室情況管控風險，并充分考慮系統性，選擇適當的方法，建立實驗室氣瓶的風險評估體系。

風險具有事故發生概率和后果嚴重程度結合的二重性特征[7]，風險矩陣法基于這兩個特征，對風險事件發生的概率和嚴重程度進行分級評定，評定結果分別作為矩陣的行和列而形成風險矩陣，綜合考量事故可能性和后果嚴重度而得到風險值，進而按照所得風險值在矩陣中的位置給出直觀的風險性判定[8]。

2.1 事故概率

事故概率用以衡量事故發生的可能性大小，在實驗室氣瓶風險評估中，可以用事故概率結合實驗室的具體情形和相關參數推算事故可能性。概率等級劃分見表1。

表1 事故概率劃分

2.2 事故嚴重度

事故嚴重度是指事故后果的嚴重程度，其主要由造成人員傷亡的數量和財產損失的情況決定，據此將實驗室氣瓶傾倒、泄漏和爆炸3種事故的嚴重度等級劃分為5級[9-10]，見表2～4。

2.3 風險等級

將事故概率和嚴重度結合起來，根據這兩個指標的等級劃分確定實驗室氣瓶的綜合風險值，得出風險矩陣如表5所示。風險矩陣共有25個單元格，其中，低風險8格，風險值0～2，為可接受風險；中等風險11格，風險值3～5，為需關注風險；高風險6格，風險值6～8，為不可接受風險[11]。

表2 傾倒事故嚴重度劃分

表3 泄漏事故嚴重度劃分

表4 爆炸事故嚴重度劃分

表5 風險矩陣

3 應用實例

應用上述實驗室氣瓶風險評估體系，對土木與資源學院某實驗室的壓力氣瓶進行風險評估。該實驗室建筑面積200 m2，為無隔斷開放空間，共有壓力氣瓶68個，氣瓶中裝有高純N2、O2、CO2及含有SO2、NH3、NO、NO2、CH4、CS2、硫醇、甲硫醚、羰基硫、甲苯等的混合氣體。其中裝有易燃氣體氣瓶8個，充裝有毒氣體氣瓶26個。實驗室設有2個通風櫥，并裝有排風扇。

3.1 事故概率和嚴重度取值

根據52起實驗室氣瓶事故的統計結果，用事故發生的頻率估計概率，結合該實驗室的具體情況進行等級評定。

(1) 事故概率的評定。①傾倒。該實驗室氣瓶擺放整齊，但相對分散，且未配備防傾倒支架，評定其發生傾倒事故的等級為C級。②泄漏。實驗室中充裝有毒氣體的氣瓶數量超過氣瓶總數的1/3，但氣瓶普遍較新，未發現破損和腐蝕，評定其泄漏事故等級為B級。③爆炸。氣瓶外設有標簽卡，但卡片懸掛混亂，出現了一瓶多卡情況，較容易造成氣體辨識不清而引發爆炸事故；實驗室內電路接線混亂，容易漏電或發生電氣火災；但考慮到實驗室內裝有易燃氣體的氣瓶較少，且氣瓶周圍沒有明火和高溫加熱裝置，評定其爆炸事故等級為D級。

(2) 事故嚴重度的評定。①傾倒。氣瓶的重量較輕，且擺放分散，瓶身傾倒將人員砸傷的可能性較??；且氣瓶瓶閥上設有安全帽，瓶體有防震墊圈，即使傾倒氣體也不易沖出，評定氣瓶傾倒的嚴重度為1級。②泄漏。實驗室人員密集，但通風良好，一旦發生氣體泄漏能夠快速排風，不易引發人員中毒和爆炸，評定其泄漏事故的嚴重度為2級。③爆炸。氣瓶周圍有實驗臺和其他儀器設備，一旦氣瓶發生爆炸，極有可能將周圍物品炸毀；實驗室空間較大，爆炸威力不易疊加；未存放其他易燃易爆化學品，不會發生連鎖爆炸反應；配備有滅火器、煙霧報警器等防滅火設備，能夠有效防止爆炸引起的火災蔓延，據此評定該室氣瓶爆炸事故嚴重度為2級。

3.2 風險矩陣確定風險等級

針對3種事故情形，將其發生概率和嚴重度等級結合起來，對應風險矩陣查得該事故的風險等級。

由表5的風險矩陣查得，傾倒風險值為3，泄漏風險值為3，爆炸風險值為5。3個風險值均在中等風險范圍內，需要加以關注，尤其是發生爆炸事故的風險。

3.3 改進與優化

該實驗室氣瓶風險等級居中，說明目前該實驗室氣瓶的狀況基本滿足安全要求，但仍有待采取措施改進優化，進一步降低風險。依照3種事故的致災因子，從人、機、環、管四方面對氣瓶安全狀況進行改進。

(1) 對實驗人員進行氣瓶操作安全教育培訓，使之提高安全意識并掌握相關知識，實行實驗室準入制度[12]，降低由于無知和誤操作造成事故的風險[13]。

(2) 保證每個氣瓶均與標記卡相匹配，且卡片上準確填寫瓶內氣體種類、充裝日期以及負責人。在氣瓶擺放上，要使不同氣瓶間保持一定距離，且每只氣瓶外部放置金屬固定架，避免傾倒事故發生時產生連鎖反應。

(3) 對實驗室電路接線情況進行整改，避免電氣事故引爆氣瓶。最好將氣瓶置于專門的儲柜中，防止其受到外部物體打擊，避免實驗室發生燃燒、爆炸引發氣瓶連鎖反應；并在儲柜外設置檢測報警聯動裝置，以及時發現泄漏等事故，將危害降到最低。

(4) 實驗室指派專人負責氣瓶的安全管理工作，并就此制定專項安全工作計劃[14]。負責人平時對氣瓶狀態進行檢查，排除氣瓶周圍危險源，并避免未經培訓的人員操作氣瓶。同時，要進一步完善評價指標體系，建立長效的實驗室氣瓶安全管理機制[15]。

4 結 語

本文分析了實驗室壓力氣瓶的事故致災因子，并建立了高校實驗室氣瓶風險評估體系，得出以下結論：

(1) 高校實驗室氣瓶主要易發生傾倒、泄漏和爆炸事故，導致事故的致災因子具有多樣性，但實質上可歸結于人、機、環、管4個方面。

(2) 綜合考慮事故概率和嚴重度，用風險矩陣法建立實驗室氣瓶的風險評估體系，可以直觀地給出氣瓶的風險等級，半定量的方法增加了評估的客觀性和直觀感。

(3) 結合學校土木樓某實驗室的實際情況，建立了氣瓶風險評估體系，得出該實驗室壓力氣瓶的風險等級為中級，屬于需關注風險，尤其應注意避免易燃氣體發生爆炸，此結果為對該實驗室的氣瓶進行有針對性的改進和安全管理提供了科學依據。

高校實驗室氣瓶風險評估體系的建立，有助于識別高發的致災因子進而重點防控，實現對氣瓶系統、科學、全面的管理，從而有效地降低氣瓶事故風險。同時該體系具有普適性，對實驗室中其他危險儀器和化學品的風險性評估具有借鑒意義。

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