化學合成實驗室安全管理的探討

鄒晨

(保諾生物科技(江蘇)有限公司，江蘇 無錫 214000)

0 引言

根據2023年2月8日全國危險化學品安全監管工作視頻會議上應急管理部公布的數據，2022年全國共發生化工事故127起、死亡143人，同比減少3起、11人，但其中較大事故7起、死亡24人[1]。化工安全事故仍時有發生，因此對危險化學品與危險工藝的安全防范與預防十分重要。與自動化程度較高的工廠相比，靈活多變的化學合成實驗室管理松懈，存在監管盲區，面臨的安全問題有待解決。

1 化學合成實驗室的當前情況

化學合成實驗室主要從事實驗室級別規模的合成開發研究工作，合成的目標產物依據所承接的項目要求而定，涉及合成路線的開發與制備步驟的優化，實驗過程存在一定的不確定性。有機溶劑通常作為溶解介質和催化劑，伴隨烷烴、雜環化合物、無機鹽等主要原料的使用。實驗過程中的意外情況都可能引發火災、爆炸、中毒等實驗室安全事故，嚴重情況下造成人員傷亡與實驗室財產損失。

化學合成實驗室還會使用到多種容器與精密儀器，如雙層玻璃反應釜、旋轉蒸發儀、低溫冷卻循環裝置、特種氣體鋼瓶等設備，進行反應、干燥、濃縮、層析等實驗步驟。如果缺少有效的管理措施，可能會造成溶劑飛濺傾覆、凍傷燙傷、玻璃劃傷、漏電觸電的事故。另外，實驗過程中產生的廢液廢氣固廢，若不妥善處理、隨意傾倒排放，對自然環境和人體健康都會造成不同程度的傷害。

2 化學合成實驗室目前普遍存在的問題

2.1 從業人員安全意識薄弱

化學合成實驗室從業人員通常都具備較高的專業水平[2]，能夠熟練掌握各種合成路線與化學知識，但一些人員對待安全問題往往避重就輕、不夠重視，更多注重項目的進度與合成效率，而忽視管理制度、儀器保養以及化學品使用注意事項，導致實驗過程伴隨風險，埋下安全隱患。

2.2 安全管理責任不明確

在部分實驗室的管理中，一般由實驗員兼任安全管理的角色，沒有明確的專職人員。再加上人員流動不了解現場情況，難以切實做好實驗室的安全管理工作，實驗室出現突發情況也無法第一時間聯系到具體負責人，無法有效處置問題。

2.3 安全環境建設不重視

合成反應中涉及危險工藝，如硝化、加氫、聚合、裂解等反應，若不加以注意將導致火災、爆炸、中毒等事故發生。一個穩定可靠的安全環境非常重要，決定了實驗能否順利進行、人員生命財產是否能得到保障。必要的自動檢測設備和安全設計不可缺少，若在不具備實驗條件或通風系統設計不合理的情況下違規操作可能造成安全事故，如湖南省某高校實驗室發生的鎂鋁粉爆燃事故[3]。

3 安全管理機制的建立

3.1 加強本質安全設計

化學合成實驗室在設計階段開展安全評估與設計思考，對從源頭上實現化學合成實驗過程尤其是高危工藝過程的本質安全有著重要意義，是有效預防化學合成實驗事故的重要方法之一。控制實驗環節中的“人、機、料、法、環”各要素的安全可靠、和諧統一，使得各種危害因素均處于受控狀態下，進而逐漸趨向本質型、長久型安全目標。

本質安全設計常采用四類優化，即最小化(強化)、代替(替代)、緩和(減弱和限制影響)和簡化(簡化和容錯)[4]。化學合成實驗室可以通過減少原料的存儲、使用低毒溶劑代替高毒溶劑、降低反應過程溫度和壓力、設計易于控制的合成路線等方式來達到本質安全設計的目標。最大程度降低實驗風險，使得整個實驗過程處于可控的低風險范圍內。

3.2 開展工藝安全評估

一個項目在商業化生產前，會經歷小試、中試、放大的工藝過程。每個階段都有其特點和難點，需要根據不同的條件和要求進行調整和優化。

(1)小試通常以克為單位，以完成產品的結構設計和概念設計為目的的科研試驗活動。這個階段的工藝路線或者工藝條件一旦選擇，就決定了后續的推進方向[5]，包括中試和放大都會圍繞著這條工藝路線。此過程物質特性的確認是關鍵，如理化特性參數、健康和環境危害、原材料安全使用和儲存方法、安全技術說明書(SDS)等信息[6]。所以對小試過程開展初步的安全評估是必要的。

(2)中試研究在一定規模的裝置中各步化學反應條件的變化規律，為后續的放大實驗提供可靠的安全支持，其目的是驗證、復審和優化小試階段所研究確定的合成工藝路線。相較于小試，中試的實驗風險有明顯提升，危險程度和不確定性增加。為預防中試安全事故發生，應自行或委托有資質的第三方機構對中試項目進行風險評估，編制工藝技術規程、安全技術規程、崗位操作制度和事故應急預案，并審核實施。

(3)放大是在中試的基礎上模擬工業化生產的工藝研究活動。在這個階段常使用到50 L、100 L的反應釜，原料的使用也會成倍增長，放大的不僅僅是產量，還有各種誤差和風險。放大也是商業化生產前的過渡，實驗中獲得各種數據，如物質熱穩定數據、爆炸和燃燒極限、反應熱等，能夠為商業化生產提供第一手資料，這些都是小試中試規模中無法全面體現的。因此這個階段需要進行詳細完整的安全評估[7]。

可通過配備反應量熱儀、差示掃描量熱儀等設備，測定化學反應的放熱或吸熱量、速率和熱力學參數等信息，以此來評估化學品的穩定性、各級反應步驟的劇烈程度以及儲存條件和安全性等問題。

3.3 提高應急處置能力

化學合成反應涉及危險化學品的使用與危險工藝的開展，存在易燃易爆、有毒有害的風險，給實驗室帶來嚴重威脅。一旦發生事故將釋放出巨大能量，造成人員傷亡和財產損失。因此提高應急處置能力不論是預防事故還是處置事故都是不可缺少的重要舉措[8]。

(1)完善的應急預案。根據國家法律法規的要求，結合實際情況，自行或委托外部力量編寫應急預案。按照風險特點有針對性地編制各類專項預案，如火災爆炸專項應急預案、中毒窒息專項應急預案、化學品泄漏專項應急預案、皮膚飛濺專項應急預案等，全面覆蓋、統籌考慮。

(2)明確的應急職責。各部門、各小組應急職責劃分清晰，相關人員分工明確，避免身兼多職[9]、首尾難顧的情況發生。在應急處置過程中，相關人員需要有條不紊、積極配合，不推卸責任，高效實施。

(3)有效的應急演練。應急能力的缺失和錯誤的處置會導致事故的擴大化，因此需要做到理論知識與實戰演練相結合，重視培訓和總結，鍛煉人員的應急思維，提高互相協作的能力，激發團隊精神，克服恐懼心理。

(4)必要的資金保障。事故處置中不可避免地會使用到防護用品，包括呼吸面具、防護服、吸附棉、可燃氣體檢測器等，需要投入必要的資金購買配備，不僅可以對人員起到防護作用，還有利于事故的快速高效處置。

3.4 重視環保“三廢”的安全處理

化學合成實驗室由于其特性在實驗過程中會用到種類繁多的危險化學品，并隨著化學反應的進行產生一定量的廢液、廢氣、固廢[10]，這些“三廢”在收集、儲存、處置的過程中存在諸多安全風險。

(1)化學合成實驗室產生的廢液應根據其化學特性選擇合適的容器進行收集，禁止混合收集，避免發生化學反應而造成腐蝕、火災、泄漏等次生危害。并鼓勵廢液回收再利用[11]，減少對環境的影響。另外在收集過程中還要注意裝入量一般在2/3左右，不得超過4/5，防止廢液桶過滿，在運輸轉移過程中發生潑灑飛濺。同時還要注意收集的廢液桶應存放在通風良好的環境中，防止揮發性氣體逸出而造成危害。

(2)化學合成實驗室的反應多在通風櫥中進行，產生的廢氣成分復雜、濃度高，必須經過專門的廢氣收集裝置處理達標后排放。廢氣處理裝置在運行過程中也存在諸多安全事項，若不注意就會造成安全事故。例如根據規范條例[12]，某些活性炭吸附裝置在吸附操作周期內吸附了有機氣體后，吸附床內的溫度應低于83 ℃，當吸附裝置內的溫度超過83 ℃時，應能自動報警，并立即啟動降溫裝置；系統與主體生產裝置之間的管道上應安裝阻火器(防火閥)，避免高溫起火。

(3)化學合成實驗室產生的固體廢物，例如在實驗過程中沾染化學品的手套、紙屑、塑料等必須與普通垃圾區分開來，統一收集，還應注意固液分離，避免在固體廢棄物中混入大量廢液。過期或由于其他原因不再使用的固體藥劑應保證標簽完整、包裝無破損，最終交由有資質的單位處置，不得隨意毀棄，更不能隨意出售。

(4)存放危險廢棄物的庫房同樣需要加強管理，庫房的硬件條件需滿足法規要求，管理需細心謹慎，并按照既定程序定期清理廢棄物，由有資質的第三方及時轉運清空。例如黎巴嫩貝魯特港“8.4”爆炸事件中引燃的2700多噸硝酸銨，自2014年起已經存放在港口倉庫中未獲得妥善處置。因此，應及時消除隱患，將風險遏制在萌芽階段。

3.5 開展多樣化安全教育

從多方面培養實驗人員的安全意識，通過各類培訓與教育加強實驗人員的安全認知；充分調動團隊的積極性，發揮成員高知、高技的特點，樹立安全榜樣，帶動周圍人員模仿學習并付諸行動；鼓勵分享實驗過程中的安全經驗與領悟，互相學習、互相交流；完善獎勵機制，正面引導實驗員從被動安全到主動安全的理念轉變。

不同的人員有不同的接受程度與不同的理解深度，在實際開展中要采用個體差異化的方法和策略，以達到共同進步、全員認同的效果。

3.6 逐級落實安全責任制

通過簽訂安全責任書明確實驗室各級成員的安全職責，從實驗室負責人到項目組長再到普通實驗員。另外結合制度建設與法規要求，在各個環節上做好安全管理職責的落實，包括實驗室紀律、化學藥品領用、儀器設備操作、專項費用申請等，應分別有對應的負責人，定點定人不出現管理空白。同時完善考核制度，對表現突出的人員進行嘉獎，對不遵守規章制度的人員進行批評指正。

3.7 樹立安全冗余觀念

“安全冗余”通常指通過多重備份方案來增加系統的可靠性。“安全冗余”看似多余，實則是以制度性預防、系統性防范破解安全事故的潛在風險，是確保實驗室安全發展的有效方法。采用安全冗余管理手段，要從制度性冗余、設備性冗余、過程性冗余上著手，軟硬件上配套實施。例如：規章制度和操作規程可以幫助實驗員在實驗過程中正確操作，避免出現錯誤操作導致事故發生；可燃氣體探測器可以監控實驗過程中散逸的可燃氣體濃度，及時報警防止達到爆炸極限；在關鍵步驟和危險工藝上采用雙重監護、多重復核、多次檢測的方式來提高實驗開展過程中的安全性，減少操作風險和管理失誤。

4 結語

綜上所述，化學合成實驗室的安全管理是一項系統化的工程，需要相關方面引入本質安全理念，統籌規劃、認真布局，開展工藝安全評估，加強本質安全設計；重視環保“三廢”的安全處理，保證實驗室環境安全；逐級落實安全責任制，開展多樣化安全教育，克服安全意識薄弱、管理松懈等弊端；提高應急處置能力，樹立安全冗余觀念，切實做好化學合成實驗室的安全管理工作，為推動化學合成實驗室高質量發展作貢獻。