高校實驗室集中供氣系統的應用與管理

孫志強, 白向玉, 吳冬梅

(1. 中國礦業大學 保衛處, 江蘇 徐州 221116； 2. 中國礦業大學 環境與測繪學院, 江蘇 徐州 221116；3. 中國礦業大學 安全學院, 江蘇 徐州 221116)

高校實驗室是進行教學、科研活動的重要場所。近些年,隨著我國高等教育事業的快速發展,高校實驗室規模迅速擴大,實驗室用氣安全問題也日趨嚴峻,安全事故時有發生。有關數據顯示,學校實驗室發生事故的概率是工廠的上百倍[1],其中壓力氣瓶事故造成人員傷亡的嚴重程度最大。2015年4月,某大學實驗室發生氣瓶爆炸事故,造成1人死亡、4人受傷；2015年12月,某大學化學系實驗室發生氣瓶爆炸事故,造成1人死亡[2]。

如何安全使用氣瓶是各高校必須重視和解決的問題。通過使用實驗室集中供氣系統,實現“人瓶分離”,能夠有效降低事故造成的傷害,是一種安全級別非常高的措施。本文以中國礦業大學為例,針對實驗室氣瓶管理中的常見隱患,介紹我校實驗室供氣系統的應用和安全管理舉措。

1 實驗室氣瓶管理常見隱患

為了滿足不同的教學科研需求,實驗室氣瓶存在種類較多、更換頻繁、長期存有等特點,給實驗室的安全管理提出了更高的要求。本著“隱患就是事故”的理念,梳理出實驗室氣瓶管理中的常見隱患及有效解決方法,可以預防事故的發生。目前常見的主要隱患如下:

(1) 相關企業缺乏必要資質,氣瓶存在來源安全問題；

(2) 氣瓶過檢驗期未及時檢驗,甚至超過強制報廢期未報廢；

(3) 氣瓶沒有醒目的標志,以專用氣瓶盛裝其他氣體；

(4) 將多種氣瓶隨意放置在普通實驗室內設備附近,在實驗臺邊放置多達10多個氣瓶,缺少安全設施,缺少專人監管[3]；

(5) 安全規章制度不健全；

(6) 使用人員沒有參加必要的培訓,缺乏安全操作知識等。

2 實驗室集中供氣系統的設計應用

集中供氣系統又稱中央供氣系統,是一種越來越普遍被人們采用的一種供氣方式。它主要是由氣源、切換裝置、調壓裝置、終端用氣點、監控及報警裝置組成。簡而言之,集中供氣系統將中央儲氣設備中的氣體經切換裝置并調壓后通過管路系統輸送到各個分散的終端用氣點。2016年,我校投資1 000余萬元,為環測學院、化工學院、材料學院、安全學院等用氣單位建設了集中供氣系統,真正實現了“人瓶分離”,充分保障了學校用氣安全。

2.1 實驗室集中供氣系統的構成

中國礦業大學實驗室集中供氣系統由氣瓶房、供氣管路及實驗室用氣終端3部分組成。在進行實驗室集中供氣系統設計時,重點了考慮了氣瓶房的結構、供氣管路的材質、供氣壓力的穩定性和安全防護等因素。我校實驗室集中供氣系統設計如圖1所示,建成的集中供氣系統如圖2—7所示。

2.2 重點部位的建設及功能

實驗室集中供氣系統應由具有相關資質的單位進行設計和建設,各重點部位的建設和功能如下:

(1) 氣瓶房。作為氣瓶集中儲存的地點,選址應科學合理,禁止熱源和火源。氣瓶房應采用防爆設計,留有泄壓墻,并根據氣瓶種類進行合理分區。其組成主要包括:防爆氣瓶柜、雙(單)瓶自動供氣系統、防爆照明系統、雙聯動防爆排風系統、防爆監控系統、泄漏報警系統和個人安全防護系統等。特別指出的是,對于存放氫氣、乙炔等易燃易爆氣體的房間,其內部電源開關、插座、管線等應按防爆要求設計,同時氣瓶輸出端加裝回火器,可阻止火焰回流氣瓶引發爆炸。對于密閉存放惰性氣體的房間,應該加裝氧含量報警裝置。

圖1 實驗室供氣系統設計圖

圖2 專用氣瓶存儲柜

圖3 氣瓶房雙聯動排風系統

圖4 個人安全防護設施

圖5 沿線泄漏報警系統

圖6 低壓報警系統和用氣終端控制系統

圖7 沿線供氣管路

(2) 供氣管路。采用SS 316L BA級的不銹鋼管道,經過酸洗鈍化后進行全程無縫焊接,不存在連接接頭,以保證氣體的純度和密封性能。對于易燃易爆氣體、腐蝕性氣體的管路,沿途設有泄漏報警器,以保障用氣安全。本材質供氣管路具有以下特點[4]:對所有氣體無滲透性,吸附效應最少,對所輸送的氣體呈化學惰性,能快速使輸送的氣體達到平衡。

(3) 終端控制系統。設置了調壓閥、壓力表和開關閥,終端控制前設置了過濾器,以保證氣體的純度要求和平穩的壓力輸送,滿足不同儀器設備的需求。

(4) 泄漏報警系統。采用一對多泄漏報警系統,泄露報警探頭主要安裝在氣瓶房、供氣沿線和用氣終端,報警器主機安裝在管理人員辦公室或樓道。其作用是用于顯示報警探頭所監測的易燃易爆或有毒有害氣體的濃度數值,泄漏發生時,報警器主機會發出聲光報警,及時通知管理人員。

(5) 雙聯動排風系統。易燃易爆氣體、有毒有害氣體應存放在設有報警裝置的專用氣瓶柜內,并通過專用管道將氣瓶柜與室外相連。當泄漏發生時,氣瓶柜內風機會自動運轉將泄漏氣體排到室外。當泄漏量較大時,會觸發氣體存儲房間內的泄漏報警裝置,此時房間內風機會自動啟動,將室內泄漏氣體排到室外,從而實現了雙聯動排風。

(6) 低壓報警系統。主要安裝在樓道或管理人員辦公室,用于監測氣瓶或供氣管道的壓力。當監測部位壓力低于所設置的壓力數值臨界點時,會發出聲光報警,通知管理人員更換鋼瓶,防止氣體突然中斷給儀器帶來的損害。

(7) 自動切換系統。可連接控制雙瓶或多瓶氣體,通過調節調壓閥輸出壓力,可調節優先輸出一側與備用輸出一側壓力。供氣時,先使用優先輸出的一側氣體,在鋼瓶使用壓力至臨界點時,自動切換備用輸出一側進行供氣,從而達到自動切換的效果。

(8) 個人安全防護系統。氣瓶房、用氣終端應配備必要的滅火設施,此外氣瓶房還應配備自動滅火系統、靜電消除設施、過濾式空氣呼吸器和防化服等,以保障管理和使用人員的個人安全。

2.3 實驗室集中供氣系統的特點

實驗室集中供氣系統的特點主要體現在以下4個方面:

(1) 安全性。在實驗室集中供氣系統中,雖然使用鋼瓶供氣,但鋼瓶被放置在工作區外的一個安全區域,使用者可以通過配備的遠程切斷系統在緊急狀況下切斷氣體供應；鋼瓶儲存區的合理布置可以保持可燃性容器和助燃性容器間的安全間距,工作場所附近不再有高壓設備,有毒或可燃氣體泄漏的潛在危險也得以避免；鋼瓶必須由培訓合格的人員來操作以減少重大事故發生的概率。

(2) 經濟性。建設一個集中的氣瓶房可以節省有限的實驗室空間,更換鋼瓶時不需要切斷氣體,節省了時間并保證了氣體的連續供應。使用者只需管理較少的鋼瓶,支付較少的鋼瓶租金,因為使用同一氣體的所有使用點來自于同一個氣源。此種供應方式最終會減少運輸費用,減少退還給氣體公司空瓶中的余氣量,使得鋼瓶管理更統一和規范。

(3) 純度。可吹掃的減壓器面板可以充分保持氣體的指定純度,鋼瓶更換頻率的減少大大降低了雜質進入系統的概率。

(4) 工作流程。集中供氣系統可以將氣體出口放置在使用點處,可以更合理地設計工作場所；通過監控和報警系統也能夠更輕松地控制供氣過程。因此,工作流程得到明顯的優化。

3 實驗室集中供氣系統的安全管理

3.1 專人分層管理,明確各級職責

實驗室供氣系統投入使用后,安全管理尤為重要。制定實驗室工作人員崗位職責,對從事實驗室工作的教師、研究人員、實驗技術人員、管理人員,要有明確的職責分工、各司其職,將氣瓶安全管理作為實驗室績效考核的重要組成部分[5-6]。

氣瓶的管理和使用一定要嚴謹,根據“誰使用、誰管理,誰主管、誰負責”的原則[7-8],各科研團隊和教師所使用的氣瓶,雖然集中到氣瓶房統一管理,但不能只是由所在單位安排專人完全統管,必須明確單位和氣瓶使用人各自的安全管理范圍和責任。如單位安排專人負責氣瓶房、供氣管路的日常管理和安全檢查等工作；氣瓶使用人負責實驗室內供氣管路和相關設備的管理和檢查,并負責其所用氣瓶的更換等工作。各級責任人既要守土有責,又要通力配合、齊心協力做好供氣系統的安全管理。

3.2 制定完善制度,確保科學管理

通過制定供氣系統管理制度、安全檢查制度、使用人員登記制度等管理辦法,科學規范地完成相關工作。其中,安全檢查是安全管理的重要內容之一,是安全管理工作的一個基本環節[9],通過落實這些制度辦法,確保物在安全狀態、人有安全行為。如本校新購買/更換氣瓶程序為:教師提出用氣申請,填寫“中國礦業大學易燃易爆危險物品使用申請表”“中國礦業大學易燃易爆危險物品使用備案表”,簽署“中國礦業大學易燃易爆危險物品安全責任書”“中國礦業大學易燃易爆危險物品實驗安全承諾書”→負責人審核簽字→從正規廠家購置氣體(提交相關合格證復印件到單位備案)→更換/連接氣瓶→檢查接口氣密性→鎖閉氣瓶柜→鎖閉氣瓶房。

3.3 加強培訓教育,確保規范操作

氣瓶安全知識的缺乏是導致實驗室事故的主要原因之一[10],加強實驗室氣瓶安全培訓,提高應對風險的能力尤為重要。我校在施行實驗室安全準入制度的基礎上,要求各二級單位和實驗室有針對性地進行實驗室安全教育、培訓操作規程。實驗人員在使用氣路前,必須進行使用操作培訓,培訓合格才能準許使用,并填寫氣路使用培訓合格證明書報單位備案。

4 結語

實驗室集中供氣系統將氣瓶集中到氣瓶房,通過供氣管路為各用氣實驗室供氣,將人與氣瓶分離開來,能夠充分保證教學、科研活動的正常持續,實現快速安全維護,降低了故障率以及使用和維護成本,減少了爆燃和中毒等事故的發生概率,保護了實驗人員的生命安全和公共財產安全。