地下作业空间液氮泄漏窒息风险治理方法与管理实践

北京航天长征飞行器研究所 曲艳丽 齐斌 闻洪春 白文浩 魏新宇｜文

有限空间作业往往具有作业环境情况复杂、发生事故后果严重、容易因盲目施救造成伤亡扩大等特点，同时由于危险性和管理难度较高，也使其成为了各相关单位危险性作业管控的重点对象之一。

本文以笔者所在单位参与的某地下作业空间风险辨识与隐患治理项目项目为例，探讨企业如何更好地做好有限空间作业安全管控，以期为同类作业安全管控提供参考借鉴。

项目概况

该项目涉及的某企业大型试验系统的地下一层为液氮转运罐及其管路区，液氮管路会将外部储罐中的液氮输送至地面上的试验设备，是整个试验系统的必要组成部分，且液氮管路安装有各类阀门、仪表等部件，试验操作人员、外部检维修人员、管理人员会进入该区域进行作业活动。经过系统的危险源辨识分析与评估，如果液氮泄漏，将瞬间汽化扩散，使作业空间内空气含量迅速降低，进而导致作业人员窒息等事故。

该液氮供应系统本身及试验操作具有较高的复杂性，建设时期设置的氧气浓度监控系统措施，远远不能满足安全需求和有效管控风险，此系统也成为了该企业大型试验系统安全管理中的最大风险源。

图1 风险辨识与隐患治理项目管理流程

为有效治理和防控窒息重大事故的发生，项目组人员分析了现场所有的作业活动，并采用头脑风暴方法确定出了所有危险源，从事前预防、事中管控、事后消降维度制定出了对应的防御措施，再采用解释结构模型（ISM）对所有的防御措施进行了分析，获得了措施因素之间的结构关系，同时邀请专家评估和评审，确定出了关键的研究和治理目标，即从优化氧气探测监控系统、完善联动和强制通风防护设施、管控人员进出方式及完善应急救援系统可靠性等防御方面形成治理方案，并进行方案论证和组织实施，最后对实施效果进行评价。

项目分析

该项目分析流程分为四个阶段，包括风险辨识分析阶段、方案论证阶段、组织实施阶段和效果评价阶段，如图1所示。

风险辨识与需求分析

根据对有限空间作业窒息事故的统计分析，项目组结合国家颁布的有限空间作业规范，辨识了该液氮管路区中的所有作业活动，包括试验作业、日常巡检作业、公辅设施检查作业、维修作业等人员暴露情况，并从事前预防、事中管控、事后消降管理链条上分析了防御措施。防御措施分为设备因素、人员因素、管理因素、地下作业空间自身因素四大类，同时项目组邀请了10位专家对其进行了专项讨论，并进一步细化了因素，最后通过匿名决策，总结出了16个影响地下作业空间的二级因素（如表1所示）。

在明确了防御措施因素后，项目组采用解释结构模型（Interpretative Structural Modeling Method, ISM）对表1中每两个防御措施因素之间有无直接影响关系进行了专家意见汇总，并建立了邻接矩阵A。然后，经过运算（具体运算过程不在此赘述），得出了所求的可达矩阵M，即两个防御措施因素之间是否存在可到达的路径。最后通过对所求出的可达矩阵M进行层级的分解，确定了基本层级，分析模型结果如图2所示。

表1 地下作业空间的防御措施因素

图2 地下作业空间窒息事故防御措施因素的解释结构模型（ISM）

根据建立的ISM可以看出，设备因素大致处于上层，是导致事故的直接因素；管理因素处于中间层，是导致事故的间接因素；人员因素和地下作业空间因素大致处于底层，为事故发生的最根本因素。还可以看出，底层因素触发了中间层因素，往往会进一步触发直接因素。所以为了防止地下作业窒息重大事故的发生，应重点对底层因素及各层相关的关键因素进行合理设置和管控。项目组通过针对每一层级及其相关因素进行设计、施工及管理等方面的措施核查，查缺补漏并增强关键因素的功能，进而确定了治理实践研究重点。

方案论证实施

依据风险辨识和现场分析结论，项目组结合事前预防、事中管控、事后消降防御措施因素的现状及存在的问题，经过多轮讨论及专家组的评审，最终确定了底层因素即出入作业空间方式、中间层因素即人员授权登记制度（含教育培训）和应急救援系统的完善性、上层因素即气体探测装置的可靠性（含探测点位优化）和通风装置的可靠性等因素为本项目加强落实和研究的重点。

优化探测点位，提高安全性兼顾经济性

针对防御窒息风险的氧气探测器系统设置，目前主要是根据设备的布置和可能泄漏点位来确定氧气探测器的类型和点位。

表2 优化后氧气探测器点位和数量

表3 优化后自动报警显示和联动功能

表4 远程主动强制排风位置和功能

表5 入口声光报警装置设置

项目工作组结合该项目现场设备的布置、管路对接点、易损或消耗部件情况，以及试验业务部门的试验需求，重新进行了可能泄漏点位分析和评估，并确定了氧气探测器的功能需求、设置类型和位置；且此类探头检测频率高、检测费用高，故有效设置探测点位，从经济角度也可节约设备成本和检测费用。

经重新优化和评估，最终探头数量和节约费用，均较原设置降低了近1/4。具体如表2所示。

增设安全措施，提高安全性能和管理效率

第一，优化自动报警和联动方式。氧浓度探测器探测到氧浓度降低至下限值，原系统设置是报警信号与消防系统的排风管道共用，这就使得报警信号和联动信号混乱，部分风机不能有效启动，也不能有效判断准确的报警和排风区域。优化后的设置是报警信号与事故风机区域有效对应，且及时联动开启排风功能，报警信号同时传输至中控值班室和试验总控制室，可及时进行报警联络和确认工作。这一安全措施能够有效实现第一时间快速排出泄漏氮气、保证区域内氧气达标、消降作业人员窒息风险的作用。同时，对于管理方面，在试验业务部门安全检查表中纳入了定期检查氧浓度探测器是否工作正常条目；在应急处置流程中纳入了氧浓度探测器报警后的处置流程。

第二，补充远程主动强制排风功能。作为自动联动系统的安全补充，项目组提出通过在试验人员进入试验区的前置更衣室出入口，设置事故排风机的手动启动控制箱，在管理上明确规定进入更衣室即强制手动启动事故排风机，确保人员进入试验区域已是通风换气良好状态。同时也可在发现异常的情况下，通过远程手动启动排风风机，达到试验区域通风换气的效果。

第三，增加入口报警提醒功能。项目组提出在试验区域的每一个入口处，增设对应区域的声光报警器，若某区域的氧气探测器探测到氧气浓度低于下限值，入口处的声光报警器会同时发出声光报警，提醒待进入此区域的人员，勿入危险环境或采取对策控制措施。也就是说，人员进入存在窒息风险的试验区域前，可及时知悉该试验区域内的安全状况，以避免勿入引起意外事故的发生。

表6 试验现场紧急情况联络及应对表（示例）

人员分类管理，做好区域授权和精细管控

第一，作业区域试验人员进行授权限定管理。具体来说，即试验业务部门对可以进入地下室操作的人员进行授权限定，并给予相关操作和防范的培训，培训合格后发牌明示，同时相关人员必须满足登记在册、在更衣室先按手动强制通风按钮、至少两人合作、携带便携式氧气探测器和对讲机、穿戴防冻手套等条件后，方可进入试验区域。

第二，公共区域管理人员进行电梯刷卡控制。具体来说，即试验业务部门运输试验件时，可通过电梯刷卡停至地下一层，而其他情况，电梯则不可停至此楼层，进而避免无关人员经电梯误入地下一层风险区域。

第三，设备区域巡检人员进行专门通道管控。具体来说，即巡检调试人员（一般为后勤保障和空调相关方）必须经试验业务部门拿取楼梯门钥匙，且仅可通过专门楼梯进入设备巡检区域。

应急资源配置，以备快速联络和高效处置

第一，完善紧急联络信息和流程。具体内容主要包括责任单位应分析可能的紧急状况，明确紧急联络人员和紧急处置措施，以便于中控值班室发现异常或紧急状况时快速联络和处置。然后试验业务部门再按照相应的应急处置方案启动应急救援，现场最高负责人为应急指挥官，最快了解情况、分工救援。

第二，配置应急物资和储存柜。具体内容主要包括试验业务部门整理全面式防护头盔、长款耐低温手套、便携式氧气探测器、对讲机、冻伤膏、纱布等应急用品；同时配置应急用品放置柜，以便于应急物资存放和定位和紧急状况及时取用。

第三，编制应急预案和实施演练。此风险的应急处置关键在于应急指挥明确广播逃生与集合清点、人员救护与送医处置、通风关阀与设备确认、危险区域入口管控等，责任单位应据此编制“地下空间作业液氮泄漏窒息应急处置方案”，并每年完成一次应急演练，逐步完善，以便有效应对紧急状况，消降伤害至最低。

效果评价

项目组根据目标方案和现场实际，组织进行了氧气探测及通风联动系统改造后功能调试，现场模拟测试和后期运行结果表明，氧气探测系统的现场报警、中控室报警、通风联动以及强制排风启动、入口处声光报警等功能均良好实现。

此项目的实施结果，达到了方案中事前预防、事中管控、事后消降的预期需求和目标，能够规范各类人员进入作业空间的方式，提高气体探测装置和通风装置的可靠性，有效消降窒息事故的风险水平，提升科研试验过程管控效率。

同时，该风险辨识与隐患治理项目，还得到了上级管理部门的经费支持，相关方案和治理效果也在上级单位检查和安全生产标准化评审中均得到了安全专家的高度肯定。安