高校實驗室火災爆炸事故原因分析及管理對策

付 凈，劉 虹，劉文博

(吉林化工學院 資源與環(huán)境工程學院,吉林 吉林 132022)

2001～2016年我國高校實驗室共發(fā)生100余起安全事故，傷亡600余人.2015年4月5日，徐州某大學化工學院一實驗室發(fā)生爆炸事故，導致1名研究生死亡，4人受傷[1].2016年9月21日，位于上海大學園區(qū)的某大學化學與生物工程學院一實驗室發(fā)生爆炸，兩名學生受重傷[2].此類實驗室事故屢屢發(fā)生，影響了高校正常教學與科研活動的順利進行，給高校師生的安全帶來巨大威脅.

1 高校實驗室事故類型分析

2001年至2016年107起高校實驗室事故共造成109人受傷，10人死亡，平均傷亡人數(shù)約為6人.具體事故數(shù)量及后果數(shù)據(jù)如下表1所示.根據(jù)GB6441-1986事故分類標準，高校實驗室事故主要涉及火災、爆炸、中毒、觸電、機械傷害、化學灼傷及其他事故類型[4].各類事故平均傷亡人數(shù)如下表2所示.高校實驗室事故類型及所占比例如圖1所示.107起實驗室事故死亡人數(shù)比例如圖2所示.

表1 2001～2016高校實驗室事故情況匯總表

表2 2001～2016高校實驗室各類事故平均傷亡人數(shù)統(tǒng)計表

注：1.其他事故類型：機械傷害，化學灼傷及燙傷，20類事故分類中的其他事故類型.

圖1 2001～2016高校實驗室各類事故數(shù)量及其比例

圖2 2001～2016高校實驗室事故人員傷亡情況分類統(tǒng)計

根據(jù)以上統(tǒng)計數(shù)據(jù)，從事故發(fā)生頻率角度分析,實驗室火災、爆炸事故數(shù)量占實驗室事故總數(shù)的86.92%占據(jù)首位，傷亡人數(shù)占總人數(shù)的22%.從事故后果嚴重度方面分析，實驗室中毒事故后果嚴重.6起中毒事故共造成480人傷亡，事故數(shù)量占事故總數(shù)的7%，傷亡數(shù)量占總傷亡數(shù)量的77%.可見，高校實驗室要重點防范火災，爆炸及中毒事故的發(fā)生.由于火災及爆炸事故數(shù)量最多，事故影響較大,且這兩類事故具有一定相似性和相關性，本文重點對高校實驗室火災、爆炸事故的原因進行分析.而中毒事故發(fā)生次數(shù)少，傷亡很嚴重，作為后續(xù)研究的重點.

2 高校實驗室火災、爆炸事故原因分析

火災、爆炸事故作為實驗室最為頻發(fā)的事故類型因其不確定性和高危險性，成為實驗室事故防治的重中之重.應用系統(tǒng)安全危險源理論，對實驗室火災及爆炸事故原因進行分析.危險源是指一切可能導致事故發(fā)生的能量、能量載體或危險物質(zhì)[5].可以分為危險物質(zhì)和可能意外釋放的能量(載體)兩個固有因素，以及人的不安全動作，設備設施的不安全狀態(tài)，不良的環(huán)境三個觸發(fā)因素[6].

2.1 高校實驗室火災、爆炸事故固有因素分析

(1) 高校實驗室因各學科間的綜合性和交叉性，在進行實驗教學過程中會涉及到眾多實驗藥品、試劑及材料，其中絕大多數(shù)是危險化學品[7].

93起實驗室火災、爆炸事故中，有68起事故涉及到了危險化學品.在實驗過程中使用或是實驗室內(nèi)存有的危險化學品被觸發(fā)導致了火災、爆炸事故的發(fā)生.根據(jù)《危險化學品目錄(2015版)》(國家安全監(jiān)管總局等10部門公告2015年第5號)，對上述案例中引起事故的危險化學品進行分類，所得結果如表3所示[8].

表3 高校實驗室火災、爆炸事故涉及危險化學品統(tǒng)計

注： 表中氧化物包括：氧化性氣體、氧化性液體、氧化性固體及有機過氧化物.

根據(jù)上述統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，有61起火災、爆炸事故涉及到易燃物質(zhì)(易燃液體、易燃氣體及加壓氣體、易燃固體)占危險化學品火災、爆炸事故總數(shù)的89.7%，氧化物次之，爆炸物導致的事故最少.這和高校實驗室較多采用易燃氣體作為燃燒氣源，易燃液體和固體作為主要實驗試劑并較少使用爆炸品進行教學和科研有關[9].

(2) 在利用實驗室進行正常的教學和科研實驗的過程中，會涉及到很多產(chǎn)生、供給能量的設備儀器，加工、處理危險物質(zhì)的裝置、設備、場所，能量聚集或突然釋放的設備儀器，例如壓力容器，反應釜，加熱爐等[6].這些儀器設備在使用時會涉及到熱能、電能、機械能、化學能、勢能等能量形式.除此之外，實驗室引發(fā)火災爆炸事故不可忽視的因素就是火源，無論是儀器設備正常使用過程的火源還是電氣火花，摩擦撞擊火花以及外來火源都具有熱能[6].任意能量一旦失去控制就會形成超壓轉化為機械能對外做功引起爆炸，或形成熱能引發(fā)火災事故.根據(jù)樣本統(tǒng)計數(shù)據(jù)，高校實驗室火災爆炸事故數(shù)量及意外釋放的能量類型如表4 所示.

教師善于挖掘教材中的“興趣”因素，結合學生熟悉的事例，創(chuàng)設出富有一定趣味的教學情境，運用啟發(fā)式教學，使學生學習心理達到一種“欲罷不能”的興奮狀態(tài)，從而產(chǎn)生濃厚的學習興趣。如播放不同風格的音樂讓學生聆聽，用簡潔的詞語描述自己的感受，根據(jù)自己的感受創(chuàng)造一個小故事，通過畫筆將故事表現(xiàn)出來。

表4 高校實驗室火災、爆炸事故及能量類型

注：1化學能主要是危險化學品自身或是相互反應產(chǎn)生

由上述統(tǒng)計分析可知，導致高校實驗室火災爆炸事故發(fā)生的固有因素包括：危險物質(zhì)方面主要是危險化學品中的易燃物品，意外釋放的能量方面主要是化學能、熱能.根據(jù)兩類危險源理論，很多情況下火災、爆炸事故的發(fā)生不僅是因為系統(tǒng)中存在固有危險因素，而是當約束限制物質(zhì)或能量的措施失效時事故才會出現(xiàn)，具體表現(xiàn)為人員出現(xiàn)不安全行為簡稱不安全行為，裝置設備出現(xiàn)不安全狀態(tài)簡稱不安全物態(tài)，及環(huán)境不佳等觸發(fā)因素下產(chǎn)生的，固有因素和觸發(fā)因素相互作用最終導致事故的出現(xiàn)[6].

2.2 高校實驗室火災、爆炸事故觸發(fā)原因分析

(1) 不安全行為分析

不安全行為或動作是指可能觸發(fā)固有因素釋放直接引發(fā)事故或是導致不安全物態(tài)或不佳環(huán)境狀態(tài)進而引發(fā)事故，又或是對事故的發(fā)生產(chǎn)生重要影響的因素[11].根據(jù)海因里希的事故歸因論，導致事故發(fā)生除了10%的不安全物態(tài)因素外，88%都是由于人的不安全行為引發(fā)，2%是屬于不可控因素[6].

隨著研究的深入，國內(nèi)外眾多學者具體到行業(yè)事故統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)人的不安全行為引發(fā)的事故均占90%以上[12].由此可見，預防事故發(fā)生首要的任務是控制人的不安全行為這一事故觸發(fā)因素.

現(xiàn)對高校實驗室107起典型事故中93起火災爆炸事故所涉及到的不安全行為因素進行統(tǒng)計分析，如表5所示[4].

由樣本分析可知，實驗過程中違反實驗操作規(guī)程(設備操作和試劑取用)和操作不慎出現(xiàn)的次數(shù)較多，共52次占不安全行為總數(shù)的73.24%.因此，在實驗室管理過程中要嚴格控制實驗人員的操作程序及規(guī)范性.避免由于違規(guī)或不慎操作使系統(tǒng)內(nèi)危險化學品或能量意外的釋放并作用與實驗人員及設備、設施造成傷害和損失[13].

表5 高校實驗室火災、爆炸事故中不安全行為類別統(tǒng)計

注：1.同種不安全行為可能由不同人員產(chǎn)生，統(tǒng)計時歸為一種不安全行為；一起事故可能由多個不安全行為共同造成，分別進行統(tǒng)計；2.設備操作過程：包括設備前期調(diào)試階段；儀器設備使用階段

(2) 不安全物態(tài)分析

不安全物態(tài)是指可能直接使固有因素釋放引發(fā)事故，或對事故的發(fā)生產(chǎn)生重要影響的設備設施的狀態(tài).不安全物態(tài)產(chǎn)生的原因可能是違反了相關規(guī)章制度，或是曾經(jīng)引發(fā)過事故，亦或是經(jīng)風險評估認定的不安全物態(tài)[11].由于高校實驗室中涉及眾多的易燃危險化學品及承壓、蓄熱等能量承載設備，對于這些固有因素，當設備設施出現(xiàn)不安全的狀態(tài)時就極有可能導致事故的發(fā)生[9].根據(jù)樣本數(shù)據(jù)統(tǒng)計出實驗室火災和爆炸事故中不安全物態(tài)如表6所示.

通過表6不安全物態(tài)分類統(tǒng)計可知，儀器設備及其防護裝置的故障缺失是導致實驗室火災爆炸事故的主要不安全物態(tài)，發(fā)生次數(shù)占總次數(shù)比例為46%，其次是電氣線路及試劑存放問題，所占比例均為18%.因此，實驗室在安全管理過程中應注重儀器設備及其防護裝置的維護監(jiān)管，確保電氣線路的安全性及試劑存放的規(guī)范性.

表6 高校實驗室火災、爆炸事故中不安全物態(tài)分類統(tǒng)計

注：1.同種不安全物態(tài)可能由具體不同設備產(chǎn)生，統(tǒng)計時歸為一個不安全物態(tài)；一起事故可能由多個不安全物態(tài)共同造成，分別進行統(tǒng)計；2.其他：儀器設備性能不匹配、消防器具失效等.

(3) 不佳環(huán)境因素分析

除了人員的不安全行為和物的不安全狀態(tài)是導致事故發(fā)生的直接因素外，不佳的環(huán)境條件是誘發(fā)事故發(fā)生不可忽視的因素.不佳的環(huán)境可能導致實驗設備、設施故障，實驗人員易出現(xiàn)誤操作，進而引發(fā)事故[14].根據(jù)樣本案例統(tǒng)計，實驗室火災、爆炸事故原因分析中，不佳的環(huán)境因素出現(xiàn)的次數(shù)為4次，主要涉及：實驗室內(nèi)有雜物或衛(wèi)生條件差、實驗室有不使用器材裝置等物品堆積、實驗室內(nèi)通風情況不佳等.

由以上分析可知，導致高校實驗室火災、爆炸事故發(fā)生的觸發(fā)因素即為使能量或危險物質(zhì)的約束、限制措施失效、破壞的原因[15].重點考慮人的不安行為，具體表現(xiàn)形式為：違規(guī)或不慎操作.物的不安全狀態(tài)，具體表現(xiàn)形式為：儀器設備及其防護裝置的故障、缺陷.兩者是事故預防策略制定的主要針對對象、是日常管理過程中需要重點監(jiān)察的對象，須通過合理有效的管理手段加以控制.

3 高校實驗室管理對策

3.1 建立危險化學品管理新模式

根據(jù)統(tǒng)計2001～2016年發(fā)生的93起實驗室火災、爆炸事故中有68起涉及到危險化學品，占事故總數(shù)的73.11%.針對實驗室危險化學品采用全壽命周期的管理方式.

(1) 明確管理職能，全壽命周期監(jiān)管.調(diào)整實驗室組織管理框架，對于實驗室危險化學品的管理要設定專門人員管理并負責整個實驗用危化品生命周期內(nèi)的相關事宜.危險化學品從采購源頭到使用過程到廢棄處理要形成完整的管理鏈條，具體包括：①實驗藥品、試劑、材料等涉及到的危險化學品耗材的采購計劃審批；②供應商資質(zhì)審查；③供應品審核；④校內(nèi)配送；⑤耗材的管理(儲存、使用)；⑥ 廢棄物的處理；⑦ 剩余耗材處置整理[15].整個過程要形成標準化管理程序文件，每個環(huán)節(jié)都應由實驗室主管危險化學品的人員統(tǒng)一填寫情況記錄信息，上報主管實驗院長審核，之后上報校級實驗管理科人員進行現(xiàn)場檢查，并反饋意見，實驗管理人員再進行改進和調(diào)整，完善實驗用危化品管理過程.

(2) 建立實驗室危險化學品管理動態(tài)臺賬.實驗室專職管理人員定時、定點地對其負責管理的實驗藥品、試劑、材料等危險化學品的品質(zhì)、儲量、使用情況進行登記[16].對于易導致事故的易燃物品的管理應等同于易制毒藥品的管理，提升管理級別，設定單獨的使用及儲存控制文件并配套動態(tài)管理臺賬，采取實時監(jiān)管[17].以此，實現(xiàn)實驗室對危險化學品的規(guī)范化，科學化管理，最大限度的避免事故的出現(xiàn).

3.2 人員操作的規(guī)范化管理

控制人失誤是安全管理的重點和難點.由統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，導致實驗室火災爆炸事故發(fā)生的主要不安全行為是違規(guī)的操作以及操作不慎.由于人的不安全行為受其知識、意識、習慣、心理、生理等眾多因素的干擾[14].因此，需采用安全知識培訓+實操培訓+過程監(jiān)管，科學合理的安全管理方式，嚴格規(guī)范實驗人員的操作過程.

(1) 安全知識培訓內(nèi)容要具有針對性和警示性.改善傳統(tǒng)的說教式培訓和固定式答題模式，根據(jù)實驗人員的基本信息及實驗需求，采用網(wǎng)上隨機抽取答題，包括實驗室通用安全知識(規(guī)章制度+管理措施+個體防護+環(huán)境衛(wèi)生等)和專項實驗安全知識(試劑性質(zhì)、取用+設備調(diào)試、使用+操作流程+廢棄處理等)成績合格方可進行下一階段培訓.每一專項實驗有配套的警示短片主要介紹相似事故案例發(fā)生的原因以及緊急處理方法.以此提高實驗人員的安全知識和意識[18].

(2) 實操培訓需規(guī)范嚴格.在安全知識培訓合格后，進行實際操作過程培訓.人員進入實驗室，根據(jù)操作規(guī)程進行實驗重點環(huán)節(jié)的操作訓練，由指導教師進行現(xiàn)場詢問和考核.重點檢查操作的規(guī)范性及對相關操作規(guī)程的理解程度[19].只要出現(xiàn)違規(guī)操作或操作失誤，視實操培訓不合格，不允許進行實驗，需重新進行安全知識培訓.

(3) 實驗過程雙人監(jiān)管.實驗操作人員在進行實驗的過程中，指導人員應進行輔助指導并重點監(jiān)管實驗操作是否規(guī)范，實驗室管理人員應巡查實驗進程如遇突發(fā)情況進行緊急處理.最后形成實驗操作記錄文件.

3.3 儀器設備的點檢管理

儀器設備及其防護裝置的故障、缺陷等不安全物態(tài)是導致實驗室火災、爆炸事故發(fā)生的主要誘發(fā)因素，也是導致事故發(fā)生的直接原因.儀器設備的管理作為日常維護的重點，從使用到最終的廢棄處置，整個生命周期內(nèi)要采用點檢管理形成長效機制[20].

儀器設備的點檢管理需配置專門的實驗室管理人員定時、定點地對其負責管理的設備進行檢查，尤其是一些實驗用反應或燃燒設備以及承壓設備的安全防護附件、易損部件、連接氣源的管線閥門等部分作為設備重點檢查的部位，進行日常點檢記錄.并及時向實驗管理中心反饋設備維護、維修計劃，并記錄落實情況[21].除此之外，主管責任領導要定期的對重點監(jiān)管設備進行抽查，不定期的進行實驗室巡查，以此消除不安全物態(tài)隱患.

4 結 論

(1) 以2001～2016年發(fā)生的107起實驗室事故為樣本，同時考慮事故發(fā)生概率和后果嚴重度兩個因素得出實驗室主要事故類型為火災、爆炸和中毒事故，數(shù)量分別為50，43，6起，傷亡人數(shù)79，54，480人.本文主要對火災爆炸事故根本原因進行分析,針對中毒事故原因的分析是今后研究的重點.

(2) 應用兩類危險源理論分析實驗室火災、爆炸事故的固有因素主要為：危險化學品中的易燃物品以及意外釋放的化學能、熱能.主要觸發(fā)因素即導致事故的直接原因為：人員的違規(guī)及不慎操作，儀器設備、防護裝置的故障缺失，分別占不安全動作及物態(tài)比例的73.24%和46%.

(3) 針對固有因素和觸發(fā)因素，實驗室安全管理需采用以下措施：危險化學品采用全壽命周期的管理方式，建立動態(tài)臺賬.人員操作采用安全知識培訓+實操培訓+過程監(jiān)管，科學化、規(guī)范化的管理方式.儀器設備需采用點檢管理形成長效機制.

[1] 新浪新聞.中國礦業(yè)大學實驗室爆炸致1死5傷[EB/OL][2015-4-8] http://news.sina.com.cn/c/2015-04-08/030031690714.shtmlADPUBNO=26405.

[2] 網(wǎng)易新聞.上海一高校實驗室發(fā)生爆炸[EB/OL][2016-9-22].http://news.163.com/photoview/00AP0001/2199761.html#p=C1IDQPVS00AP0001.

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