高校实验室集中供气系统的应用与管理

孙志强, 白向玉, 吴冬梅

(1. 中国矿业大学 保卫处, 江苏 徐州 221116； 2. 中国矿业大学 环境与测绘学院, 江苏 徐州 221116；3. 中国矿业大学 安全学院, 江苏 徐州 221116)

高校实验室是进行教学、科研活动的重要场所。近些年,随着我国高等教育事业的快速发展,高校实验室规模迅速扩大,实验室用气安全问题也日趋严峻,安全事故时有发生。有关数据显示,学校实验室发生事故的概率是工厂的上百倍[1],其中压力气瓶事故造成人员伤亡的严重程度最大。2015年4月,某大学实验室发生气瓶爆炸事故,造成1人死亡、4人受伤；2015年12月,某大学化学系实验室发生气瓶爆炸事故,造成1人死亡[2]。

如何安全使用气瓶是各高校必须重视和解决的问题。通过使用实验室集中供气系统,实现“人瓶分离”,能够有效降低事故造成的伤害,是一种安全级别非常高的措施。本文以中国矿业大学为例,针对实验室气瓶管理中的常见隐患,介绍我校实验室供气系统的应用和安全管理举措。

1 实验室气瓶管理常见隐患

为了满足不同的教学科研需求,实验室气瓶存在种类较多、更换频繁、长期存有等特点,给实验室的安全管理提出了更高的要求。本着“隐患就是事故”的理念,梳理出实验室气瓶管理中的常见隐患及有效解决方法,可以预防事故的发生。目前常见的主要隐患如下:

(1) 相关企业缺乏必要资质,气瓶存在来源安全问题；

(2) 气瓶过检验期未及时检验,甚至超过强制报废期未报废；

(3) 气瓶没有醒目的标志,以专用气瓶盛装其他气体；

(4) 将多种气瓶随意放置在普通实验室内设备附近,在实验台边放置多达10多个气瓶,缺少安全设施,缺少专人监管[3]；

(5) 安全规章制度不健全；

(6) 使用人员没有参加必要的培训,缺乏安全操作知识等。

2 实验室集中供气系统的设计应用

集中供气系统又称中央供气系统,是一种越来越普遍被人们采用的一种供气方式。它主要是由气源、切换装置、调压装置、终端用气点、监控及报警装置组成。简而言之,集中供气系统将中央储气设备中的气体经切换装置并调压后通过管路系统输送到各个分散的终端用气点。2016年,我校投资1 000余万元,为环测学院、化工学院、材料学院、安全学院等用气单位建设了集中供气系统,真正实现了“人瓶分离”,充分保障了学校用气安全。

2.1 实验室集中供气系统的构成

中国矿业大学实验室集中供气系统由气瓶房、供气管路及实验室用气终端3部分组成。在进行实验室集中供气系统设计时,重点了考虑了气瓶房的结构、供气管路的材质、供气压力的稳定性和安全防护等因素。我校实验室集中供气系统设计如图1所示,建成的集中供气系统如图2—7所示。

2.2 重点部位的建设及功能

实验室集中供气系统应由具有相关资质的单位进行设计和建设,各重点部位的建设和功能如下:

(1) 气瓶房。作为气瓶集中储存的地点,选址应科学合理,禁止热源和火源。气瓶房应采用防爆设计,留有泄压墙,并根据气瓶种类进行合理分区。其组成主要包括:防爆气瓶柜、双(单)瓶自动供气系统、防爆照明系统、双联动防爆排风系统、防爆监控系统、泄漏报警系统和个人安全防护系统等。特别指出的是,对于存放氢气、乙炔等易燃易爆气体的房间,其内部电源开关、插座、管线等应按防爆要求设计,同时气瓶输出端加装回火器,可阻止火焰回流气瓶引发爆炸。对于密闭存放惰性气体的房间,应该加装氧含量报警装置。

图1 实验室供气系统设计图

图2 专用气瓶存储柜

图3 气瓶房双联动排风系统

图4 个人安全防护设施

图5 沿线泄漏报警系统

图6 低压报警系统和用气终端控制系统

图7 沿线供气管路

(2) 供气管路。采用SS 316L BA级的不锈钢管道,经过酸洗钝化后进行全程无缝焊接,不存在连接接头,以保证气体的纯度和密封性能。对于易燃易爆气体、腐蚀性气体的管路,沿途设有泄漏报警器,以保障用气安全。本材质供气管路具有以下特点[4]:对所有气体无渗透性,吸附效应最少,对所输送的气体呈化学惰性,能快速使输送的气体达到平衡。

(3) 终端控制系统。设置了调压阀、压力表和开关阀,终端控制前设置了过滤器,以保证气体的纯度要求和平稳的压力输送,满足不同仪器设备的需求。

(4) 泄漏报警系统。采用一对多泄漏报警系统,泄露报警探头主要安装在气瓶房、供气沿线和用气终端,报警器主机安装在管理人员办公室或楼道。其作用是用于显示报警探头所监测的易燃易爆或有毒有害气体的浓度数值,泄漏发生时,报警器主机会发出声光报警,及时通知管理人员。

(5) 双联动排风系统。易燃易爆气体、有毒有害气体应存放在设有报警装置的专用气瓶柜内,并通过专用管道将气瓶柜与室外相连。当泄漏发生时,气瓶柜内风机会自动运转将泄漏气体排到室外。当泄漏量较大时,会触发气体存储房间内的泄漏报警装置,此时房间内风机会自动启动,将室内泄漏气体排到室外,从而实现了双联动排风。

(6) 低压报警系统。主要安装在楼道或管理人员办公室,用于监测气瓶或供气管道的压力。当监测部位压力低于所设置的压力数值临界点时,会发出声光报警,通知管理人员更换钢瓶,防止气体突然中断给仪器带来的损害。

(7) 自动切换系统。可连接控制双瓶或多瓶气体,通过调节调压阀输出压力,可调节优先输出一侧与备用输出一侧压力。供气时,先使用优先输出的一侧气体,在钢瓶使用压力至临界点时,自动切换备用输出一侧进行供气,从而达到自动切换的效果。

(8) 个人安全防护系统。气瓶房、用气终端应配备必要的灭火设施,此外气瓶房还应配备自动灭火系统、静电消除设施、过滤式空气呼吸器和防化服等,以保障管理和使用人员的个人安全。

2.3 实验室集中供气系统的特点

实验室集中供气系统的特点主要体现在以下4个方面:

(1) 安全性。在实验室集中供气系统中,虽然使用钢瓶供气,但钢瓶被放置在工作区外的一个安全区域,使用者可以通过配备的远程切断系统在紧急状况下切断气体供应；钢瓶储存区的合理布置可以保持可燃性容器和助燃性容器间的安全间距,工作场所附近不再有高压设备,有毒或可燃气体泄漏的潜在危险也得以避免；钢瓶必须由培训合格的人员来操作以减少重大事故发生的概率。

(2) 经济性。建设一个集中的气瓶房可以节省有限的实验室空间,更换钢瓶时不需要切断气体,节省了时间并保证了气体的连续供应。使用者只需管理较少的钢瓶,支付较少的钢瓶租金,因为使用同一气体的所有使用点来自于同一个气源。此种供应方式最终会减少运输费用,减少退还给气体公司空瓶中的余气量,使得钢瓶管理更统一和规范。

(3) 纯度。可吹扫的减压器面板可以充分保持气体的指定纯度,钢瓶更换频率的减少大大降低了杂质进入系统的概率。

(4) 工作流程。集中供气系统可以将气体出口放置在使用点处,可以更合理地设计工作场所；通过监控和报警系统也能够更轻松地控制供气过程。因此,工作流程得到明显的优化。

3 实验室集中供气系统的安全管理

3.1 专人分层管理,明确各级职责

实验室供气系统投入使用后,安全管理尤为重要。制定实验室工作人员岗位职责,对从事实验室工作的教师、研究人员、实验技术人员、管理人员,要有明确的职责分工、各司其职,将气瓶安全管理作为实验室绩效考核的重要组成部分[5-6]。

气瓶的管理和使用一定要严谨,根据“谁使用、谁管理,谁主管、谁负责”的原则[7-8],各科研团队和教师所使用的气瓶,虽然集中到气瓶房统一管理,但不能只是由所在单位安排专人完全统管,必须明确单位和气瓶使用人各自的安全管理范围和责任。如单位安排专人负责气瓶房、供气管路的日常管理和安全检查等工作；气瓶使用人负责实验室内供气管路和相关设备的管理和检查,并负责其所用气瓶的更换等工作。各级责任人既要守土有责,又要通力配合、齐心协力做好供气系统的安全管理。

3.2 制定完善制度,确保科学管理

通过制定供气系统管理制度、安全检查制度、使用人员登记制度等管理办法,科学规范地完成相关工作。其中,安全检查是安全管理的重要内容之一,是安全管理工作的一个基本环节[9],通过落实这些制度办法,确保物在安全状态、人有安全行为。如本校新购买/更换气瓶程序为:教师提出用气申请,填写“中国矿业大学易燃易爆危险物品使用申请表”“中国矿业大学易燃易爆危险物品使用备案表”,签署“中国矿业大学易燃易爆危险物品安全责任书”“中国矿业大学易燃易爆危险物品实验安全承诺书”→负责人审核签字→从正规厂家购置气体(提交相关合格证复印件到单位备案)→更换/连接气瓶→检查接口气密性→锁闭气瓶柜→锁闭气瓶房。

3.3 加强培训教育,确保规范操作

气瓶安全知识的缺乏是导致实验室事故的主要原因之一[10],加强实验室气瓶安全培训,提高应对风险的能力尤为重要。我校在施行实验室安全准入制度的基础上,要求各二级单位和实验室有针对性地进行实验室安全教育、培训操作规程。实验人员在使用气路前,必须进行使用操作培训,培训合格才能准许使用,并填写气路使用培训合格证明书报单位备案。

4 结语

实验室集中供气系统将气瓶集中到气瓶房,通过供气管路为各用气实验室供气,将人与气瓶分离开来,能够充分保证教学、科研活动的正常持续,实现快速安全维护,降低了故障率以及使用和维护成本,减少了爆燃和中毒等事故的发生概率,保护了实验人员的生命安全和公共财产安全。