高校化工类实验室风险辨识评价方法研究

刘 义，刘尚志，赵东风，戚 萌，路 帅，孟亦飞

（1.中国石油大学（华东）化学工程学院，山东 青岛 266580；2.中国石油大学（华东）机电工程学院，山东 青岛 266580）

近年来，环境、材料、新能源等学科及研究领域的大力发展，使得化工类实验室数量及种类大幅度增加。化工类实验室涉及的危险化学品种类多，并且危险化学品具有复杂的属性和多变的化学反应过程，一旦管控措施出现问题，很容易发生实验室安全事故[1-3]。

化工类实验室危险源的存在是安全风险和事故发生的根源[4]。根据教育部科技司开展的2015—2017 年高校实验室安全督查发现，实验室存在危险源不明确的问题，实验人员难以对危险源进行有效辨识，特别是化工类实验室安全状况不够理想，安全管理缺乏针对性、系统性和科学性[5]。因此，有效辨识化工类实验室危险源，量化评价实验室风险，构建化工类实验室风险分级体系，更有针对性地进行实验室安全管理，对于预防实验室安全事故具有一定的实际意义。

1 实验室风险评价研究现状

目前，实验室风险评价最为广泛的方法是安全检查表。浙江大学冯建跃等[6]研究设计了《高校实验室安全检查项目表》，教育部科技司依据此安全检查表开展高等学校实验室安全督查。南京理工大学路贵斌等[7]在分析化学实验室危险因素的基础上，建立了化学实验室安全检查指标体系。中南财经政法大学曹艳晓等[8]采用层次分析法和模糊综合评价方法，定量评价实验室安全管理现状。扬州大学王国田等[9]基于大数据处理，应用XGBoost 算法开展实验室风险评价，定量分析实验室风险特征及权重。尽管上述学者针对实验室风险评价提供了评估方法，但都存在一定短板，其原因是安全检查表与数学模型方法容易受主观因素影响，而大数据算法的可操作性和可靠性又较低。

针对上述问题，本文提出了化工类实验室本质安全风险评价的方法。该方法的实质是基于本质安全因子量化评价风险，其在石化企业中的应用有效地预防了事故的发生。本文将其应用到高校化工类实验室，从物质、工艺和设备危险性三个方面量化评价化工类实验室固有风险，构建实验室风险分级体系，减少人员主观性，更加注重可操作性，从而有针对性地进行实验室安全管理。

2 化工类实验室安全风险评价

2.1 化工类实验室事故统计分析

通过查阅文献、相关事故报告、搜索引擎、浏览高校网站和微博搜索等途径，收集分析了2000—2018年我国高校化工类实验室发生的71 起事故，包括事故类型、事故叙述、涉及物质、事故原因、事故后果等。2000—2018 年高校化工类实验室事故统计分析如图1所示。71 起事故共造成9 人死亡，78 人受伤，其中物质危险性引发37 起事故，占52.1%；工艺危险性引发 26 起事故，占36.6%；设备危险性引发24 起事故，占33.8%（有的事故是由物质、工艺、设备危险性中的两种导致的，所以3 项事故的总数超过了71 起）。根据事故原因分析，化工类实验室事故主要由其固有的危险性导致，并受实验过程中的原料、半成品、产物的数量和性质、工艺条件的苛刻程度及实验设备的影响。

图1 2000—2018 年高校化工类实验室事故统计分析

2.2 化工类实验室风险评价指标体系

基于事故统计分析，借鉴石油化工领域本质安全指标评价体系[10-12]，有针对性地建立了化工类实验室风险评价指标体系，共包括3 个一级指标，10 个二级指标，如图2 所示，它能够全面地反映化工类实验室客观存在的危险因素。

（1）物质危险性。物质危险性是指物质本身具有的危险特性，是导致化工类实验室事故的根本原因。物质危险性指标主要考虑了可燃性、爆炸性、腐蚀性、毒性和存放量5 个二级指标。

（2）设备危险性。实验设备是化工类实验室的主要危险源。化学实验室仪器设备具有以下特点：仪器设备多，并且很多设备全天候保持高功率和高真空状态；高压气瓶、压力容器多；高温设备如熔融设备一般作为公共设备使用；部分设备有噪音、振动和强X射线辐射。设备危险性主要考虑了设备类型指标，设备类型不同其潜在危险性大小不同。

（3）工艺危险性。化工类实验室不仅使用种类繁多的易燃、易爆、有毒化学品，有些实验需要在高温、高压等工艺下进行，甚至有些实验涉及国家重点监管的危险化工工艺。基于化工类实验室事故原因分析，工艺危险性主要考虑了工艺类型、操作温度、操作压力和反应焓4 个二级指标。

2.3 化工类实验室风险评价方法

为建立化工类实验室风险量化考核方法，本文借鉴石油化工领域本质安全指标评价的思路，结合危险度评价方法[13]，依据《石油化工企业设计防火标准》（GB50160-2018）、《建筑设计防火规范》（GB50016-2018）、《职业性接触毒物危害程度分级》（GBZ230-2010）、《危险货物分类和品名编号》（GB 6944-2012）和《危险化学品重大危险源辨识》（GB18218-2018）等国家标准规范，建立了如表1 所示的化工类实验室风险评价表。

图2 化工类实验室风险评价指标体系

表1 化工类实验室风险评价表

其中EH 为爆炸危险度，EH=(UEL–LEL)/LEL，UEL 为爆炸上限，LEL 为爆炸下限。THI（toxicant hazardous index）为GBZ230-2010 中规定的毒物危害指数。S 为GB18218-2018 中规定的辨识指标，S=q1/ Q1+q2/Q2+…+qn/Qn，其中q1，q2，…，qn 为每种危险化学品的实际存在量，Q1，Q2，…，Qn 为每种危险化学品相对应的临界量。1—4 分代表危险性等级，分值越高越危险，1 分表示轻度危险，2 分表示中度危险，3 分表示重度危险，4 分表示极度危险。危险源描述一栏介绍了实验室具体存在哪些危险源，便于实验人员提前做好安全预防和风险管控工作。

化工类实验室危险性等级由可燃性、爆炸性、毒性等10 个评价指标共同确定，根据最大隶属度原则，10 个评价指标中的最高分即为化工类实验室风险评价得分，根据得分将化工类实验室风险等级分成A、B、C、D 等4 个等级（见表2）。

表2 化工类实验室风险等级

3 化工类实验室风险分级管理措施

3.1 建立化工类实验室风险分级管理制度

全面地评估高校化工类实验室风险，确定实验室的危险性等级。根据分级负责、重点监管的基本原则，建立化工类实验室风险分级管理制度。C 级和D 级实验室由校级主管部门负责管理，B 级实验室由院级主管部门负责管理，A 级实验室由课题组负责管理。每个实验室设置安全负责人，明确责任，落实到人。

3.2 建立化工类实验室安全检查制度

建立化工类实验室安全检查制度，对于危险性等级高的实验室重点监管，加强检查频次。C 级以上实验室每天检查一次，B 级实验室每周检查一次，A 级实验室每月检查一次，重点加强对实验室危险因素、安全管控措施、应急预案的检查，对于检查结果不满足安全要求的，不予进行实验。整改完成之后，可申请复查，复查结果满足要求之后才可开展实验研究。

3.3 建立化工类实验室安全准入和教育培训制度

高校化工类实验室操作人员多数为学生，大部分是第一次进入实验室，缺乏对实验室风险的认知，应建立实验室安全准入和教育培训制度。根据实验室危险性等级，建立“校级—院级—课题组”三级安全教育培训制度。对于C 级和D 级实验室，由学校负责安全教育培训，须接受课题组、学院和学校三级培训；B 级实验室由学院负责，须接受课题组和学院培训；A 级实验室由课题组负责，须接受课题组培训。实验人员经培训考试合格后，方可进入实验室进行实验。

3.4 加强危险源分级管理

（1）A 级、B 级化工类实验室危险源管理。根据危险源辨识结果，从物质危险性、工艺危险性和设备危险性三个方面加强对化工类实验室危险源的管理。化工类实验室涉及的危险化学品种类多，危险属性复杂。实验室安全负责人应定期对实验室存放的危险化学品的种类和数量进行普查，填写普查清单，明确危险化学品的可燃性、爆炸性、毒性和腐蚀性等危险属性。实验人员在进行实验之前，提前明确实验条件，包括实验涉及的物质、反应原理、反应类型、反应焓、操作温度、操作压力等。实验人员还要预先检查实验中使用的设备，对于破损老化、保护装置失效的设备，及时更换、修复和保养，严禁设备带“病”上岗。

（2）C 级和D 级化工类实验室危险源管理。重点加强C 级以上化工类实验室危险源的管理，如易燃易爆物质、毒性物质和腐蚀性物质的管理，实验室安全负责人应该加强通风，分类存放，贴好统一的标签；民用爆炸品、剧毒品和易制毒品实行专人负责管理，规范领取、使用、处置记录；实验室空间较小，不得存放过多的危险化学品，基本控制在一周的用量以内；对于危险性高的实验和国家重点监管的危险工艺，实验人员应提前进行应急演练，明确实验过程中可能遇到的问题，提前制定应急处置措施；对于持续加热实验，严禁实验人员离开现场，并加强实验过程的现场监管；有毒气体、易燃易爆气体钢瓶的存放应分室存放，防止暴晒，实瓶与空瓶也应该分开存放。每次使用前实验人员应预先检查钢瓶的安全阀、压力表等保护装置的有效性；特种设备应定期进行检验，操作人员持证上岗。

4 结语

本文基于事故原因分析，从物质危险性、工艺危险性和设备危险性三个方面出发，建立了化工类实验室风险评价指标体系，提出了适用于高校化工类实验室的风险评价方法，并基于风险评价等级提出了化工类实验室风险分级管理措施。通过该评价方法的应用，将有助于实验人员明确化工类实验室危险源，从事故发生根源制定安全预防措施，加强高校化工类实验室风险分级管控，减少高校化工类实验室安全事故。