負(fù)壓ABSL-2實(shí)驗(yàn)室工藝設(shè)計(jì)參數(shù)分析

曾曉虹

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

負(fù)壓ABSL-2實(shí)驗(yàn)室工藝設(shè)計(jì)參數(shù)分析

曾曉虹

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

以某質(zhì)檢部門擬建一負(fù)壓二級(jí)動(dòng)物生物安全實(shí)驗(yàn)室（ABSL-2）為例，從工藝設(shè)計(jì)角度，分析該實(shí)驗(yàn)室工藝設(shè)計(jì)參數(shù)的制定依據(jù)及輸出要素，如生物安全等級(jí)的界定、人員物料流程的設(shè)計(jì)、氣流組織的控制及房間壓差的設(shè)置等，同時(shí)提出制定房間明細(xì)表，匯總所有設(shè)計(jì)參數(shù)以作詳細(xì)設(shè)計(jì)依據(jù)。

ABSL-2；生物安全；動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室

生物安全二級(jí)實(shí)驗(yàn)室（BSL-2，ABSL-2）可以從事一些致病性較強(qiáng)的生物因子的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，且其建設(shè)和使用要求又較生物安全三級(jí)實(shí)驗(yàn)室低，故適用面廣，在實(shí)際工作中使用得較多。目前，即常壓也可滿足相應(yīng)防護(hù)水平實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的要求，但是，生物潔凈室主要是控制工作對(duì)象的有生命粒子對(duì)外界和人的污染。保持與大氣負(fù)壓的生物安全防護(hù)性能要高于常壓狀態(tài)，能更強(qiáng)有力地保障實(shí)驗(yàn)室生物安全[1]。下面將以某質(zhì)檢部門擬建一負(fù)壓動(dòng)物生物安全二級(jí)（ABSL-2）實(shí)驗(yàn)室為例，從工藝設(shè)計(jì)角度，分析工藝設(shè)計(jì)參數(shù)的制定依據(jù)及輸出要素。

1 工程概況

該工程為一新建藥理樓，含動(dòng)物房、配套實(shí)驗(yàn)室及檔案、標(biāo)本區(qū)、人員休息辦公室等。用戶擬建一個(gè)配套的負(fù)壓ABSL-2實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室主要從事減毒活性疫苗的安全性評(píng)價(jià)分析工作，實(shí)驗(yàn)對(duì)象是大小鼠，內(nèi)設(shè)有飼養(yǎng)室，使用面積約200 m2。

1.1 實(shí)驗(yàn)室生物安全等級(jí)類別的界定

實(shí)驗(yàn)室生物安全等級(jí)類別的界定關(guān)鍵是實(shí)驗(yàn)操作對(duì)象的危害程度。本例實(shí)驗(yàn)對(duì)象主要為減毒活性疫苗，如狂犬疫苗，此類疫苗對(duì)人體及環(huán)境具有潛在危險(xiǎn)的致病因子，但能有效預(yù)防和治療，根據(jù)2006年衛(wèi)生部印發(fā)的《人間傳染的病原微生物目錄》要求，從事狂犬疫苗實(shí)驗(yàn)生物安全級(jí)別為ABSL-2。ABSL-2又分a類和b類，該疫苗在空氣中有傳播生物因子的潛在風(fēng)險(xiǎn)，屬生物安全類別b類，b類中又分b1或b2類。ABSL-2中的b2類有潔凈度、換氣次數(shù)、負(fù)壓要求，但b1類并無相關(guān)要求[2，3]。

規(guī)范里b1、b2類的解釋是“b1類生物安全實(shí)驗(yàn)室指可有效利用安全隔離裝置進(jìn)行操作的實(shí)驗(yàn)室；b2類生物安全實(shí)驗(yàn)室指不能有效利用安全隔離裝置進(jìn)行操作的實(shí)驗(yàn)室”，關(guān)于是否能有效隔離，只能用戶自己作風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，各單位在建造和使用負(fù)壓P2實(shí)驗(yàn)室時(shí)存在一定的困惑，不同單位ABSL-2實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)均存在較大差異。但從資金一次性投入和超前建設(shè)的理念出發(fā)，同時(shí)考慮將來業(yè)務(wù)的拓展，本例選擇采用負(fù)壓形式，界定為負(fù)壓二級(jí)動(dòng)物生物安全實(shí)驗(yàn)室，按ABSL-2中的b2類要求設(shè)計(jì)。

1.2 房間明細(xì)表

房間明細(xì)表是工藝條件輸出的主要參數(shù)表，是相關(guān)配套專業(yè)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。要完善房間明細(xì)表首先需要深入調(diào)研用戶的需求，然后結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相關(guān)規(guī)范要求及現(xiàn)場(chǎng)條件，確定數(shù)據(jù)錄入表格。如表1，限于篇幅，本文僅截取房間部分工藝參數(shù)為例，在以下章節(jié)作詳細(xì)分析。

2 工藝平面設(shè)計(jì)

工藝平面主要是根據(jù)用戶實(shí)驗(yàn)操作流程而設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目用戶操作流程可簡單描述如下。

首先，人員更衣進(jìn)入飼養(yǎng)實(shí)驗(yàn)區(qū)，物品則經(jīng)傳遞窗或滅菌鍋進(jìn)入。

表1 負(fù)壓ABSL-2實(shí)驗(yàn)室房間明細(xì)Tab.1 Room sheet of ABSL-2 Lab

其次，動(dòng)物給藥等實(shí)驗(yàn)操作在飼養(yǎng)前室生物安全柜內(nèi)進(jìn)行，完成后將動(dòng)物放回籠盒，送入飼養(yǎng)室飼養(yǎng)觀察，并定期給其稱重記錄。

最后，實(shí)驗(yàn)結(jié)束，二氧化碳處死動(dòng)物，所有實(shí)驗(yàn)廢棄物滅活后，打包送出。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容，需設(shè)立相對(duì)獨(dú)立的人員、物料進(jìn)出通道，配套的輔助區(qū)如污物處理、清洗消毒、潔物存放、飼料墊料存放等。功能間的面積則根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和實(shí)際需求合理分配，由于使用面積有限，本例布局相當(dāng)緊湊，其中，污走廊兼作污物處理，詳見圖1。

圖1 負(fù)壓ABSL-2實(shí)驗(yàn)室平面布置Fig.1 Layout of negative pressure ABSL-2 lab

清晰的人員、物料流程與平面布局密切相關(guān)。更衣是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的必要程序，設(shè)置專用更衣室有利于潔污分離，避免交叉污染。人員經(jīng)更衣室穿戴防護(hù)用品后進(jìn)入核心工作間，若條件允許，最好不要原路返回，以免污染清潔區(qū)。因此，本例中設(shè)有專門的退出緩沖通道，人員退出后，通過外走廊返回?fù)Q鞋一更區(qū)。從動(dòng)物福利方面考慮，根據(jù)AAALAC標(biāo)準(zhǔn)[4]的要求，所有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)需在前室進(jìn)行，不應(yīng)在飼養(yǎng)室內(nèi)操作，因此，核心工作區(qū)內(nèi)設(shè)有前室，使動(dòng)物飼養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)操作在空間上分開進(jìn)行。凈化區(qū)內(nèi)還需設(shè)置內(nèi)準(zhǔn)備間，內(nèi)準(zhǔn)備間與清洗消毒間應(yīng)有雙扉傳遞口，本例中設(shè)有雙扉高壓滅菌鍋和帶紫外燈的傳遞窗，確保潔凈物料的進(jìn)入。根據(jù)生物安全的基本理念，負(fù)壓屏障環(huán)境設(shè)施應(yīng)設(shè)置無害化處理設(shè)施或設(shè)備，所有污染物（廢棄物品、籠具、動(dòng)物尸體等）應(yīng)經(jīng)無害化處理后才能運(yùn)出實(shí)驗(yàn)區(qū)[5]。故本例中設(shè)污物專用走廊，所有污物均需經(jīng)高壓滅菌鍋滅活后，方可送出。污物處理所選用的高壓滅菌鍋必須為生物安全實(shí)驗(yàn)專用型，即對(duì)滅菌過程中產(chǎn)生的一些廢水廢氣均可通過管道系統(tǒng)收集滅活處理后排出。

2.1 核心區(qū)人員流程

人員進(jìn)入核心區(qū)均需經(jīng)凈化更衣程序后，方能進(jìn)入，如圖2所示。

圖2 人員進(jìn)出核心區(qū)平面Fig.2 Sketch-map of personnel flow

2.2 核心區(qū)物料流程

（1）飼料墊料及其他實(shí)驗(yàn)耗材流程

飼料墊料及實(shí)驗(yàn)耗材→傳遞窗或滅菌鍋→前室或內(nèi)準(zhǔn)備→飼養(yǎng)→污走廊→滅菌鍋→廢棄

來自存放室的飼料（已經(jīng)過輻照滅菌）送入清洗消毒間，經(jīng)傳遞窗送入內(nèi)準(zhǔn)備室。

來自存放室的墊料分別送入清洗消毒間，將墊料放入已清洗的籠具中，經(jīng)滅菌柜滅菌后送入內(nèi)準(zhǔn)備室。

其他實(shí)驗(yàn)耗材（已滅菌處理過）或消毒液經(jīng)前室傳遞窗傳入，未滅菌的實(shí)驗(yàn)耗材（可經(jīng)高溫滅菌的）經(jīng)清洗間雙扉滅菌鍋滅菌后進(jìn)入內(nèi)準(zhǔn)備室。

圖3 飼料墊料及其他實(shí)驗(yàn)耗材進(jìn)出核心區(qū)平面Fig.3 Sketch-map of material flow

（2）動(dòng)物流程

外購來經(jīng)檢驗(yàn)合格的動(dòng)物，從前室傳遞窗送入核心區(qū)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，動(dòng)物尸體經(jīng)滅活后，打包送至尸體存放間。

（3）污籠具及廢棄物流程

污籠具（內(nèi)含廢棄物），送入污走廊，經(jīng)雙扉滅菌鍋滅菌后送入清洗間；上述污籠具在清洗間內(nèi)將籠具中的廢棄物倒入專用廢棄物袋中密封后送出。動(dòng)物尸體存放在尸體存放間。所有廢棄物定期外運(yùn)。污籠具在清洗消毒間經(jīng)清洗池清洗后，裝入墊料，經(jīng)滅菌柜滅菌后送入內(nèi)準(zhǔn)備室。

3 室內(nèi)環(huán)境參數(shù)設(shè)計(jì)

ABSL-2實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)核心內(nèi)容是空調(diào)通風(fēng)與凈化的設(shè)計(jì)。ABSL-2，b2類實(shí)驗(yàn)室潔凈級(jí)別為8級(jí)，宜采用全新風(fēng)系統(tǒng)，宜采用上送下排方式[5]，送風(fēng)口和排風(fēng)口布置應(yīng)有利于室內(nèi)可能被污染空氣的排出。在生物安全柜操作面上方附近不應(yīng)設(shè)送風(fēng)口。高效過濾器排風(fēng)口應(yīng)設(shè)在室內(nèi)被污染風(fēng)險(xiǎn)最高的區(qū)域，不應(yīng)有障礙[2]。從這些要求出發(fā)，工藝需明確相鄰房間氣流的控制及房間內(nèi)氣流組織的控制，從而體現(xiàn)在房間壓差的設(shè)計(jì)及排風(fēng)口與排風(fēng)設(shè)備的布局。

圖4 動(dòng)物進(jìn)出核心區(qū)平面Fig.4 Sketch-map of animal flow

3.1 相鄰房間氣流控制和壓差設(shè)置

通常，實(shí)驗(yàn)室房間氣流組織，定向氣流主要是保護(hù)實(shí)驗(yàn)人員，負(fù)壓梯度主要是保護(hù)外部環(huán)境，正壓梯度是保護(hù)樣品。生物安全實(shí)驗(yàn)室主要是控制工作對(duì)象的有生命粒子對(duì)外界和人的污染，所以需保持與大氣成負(fù)壓狀態(tài)。ABSL-2，b2類實(shí)驗(yàn)室核心區(qū)相對(duì)于大氣最小負(fù)壓為-30 Pa[1，2]，與室外方向相鄰相通房間的最小負(fù)壓差為-10 Pa。本例中設(shè)定更衣、緩沖間壓力高于外走廊和核心區(qū)，一方面是為了保護(hù)人員，保證潔凈度；另一方面是起氣流隔斷作用，房間潔凈氣流向兩側(cè)壓，防止核心區(qū)與外界環(huán)境相互污染。前室與飼養(yǎng)同為核心區(qū)，但前室作為操作區(qū)，主要操作都是在生物安全柜內(nèi)進(jìn)行，且操作是間歇的，而飼養(yǎng)室作為動(dòng)物飼養(yǎng)觀察區(qū)，房間及設(shè)備24 h運(yùn)行，且動(dòng)物數(shù)量較多，在整個(gè)區(qū)域內(nèi)危害風(fēng)險(xiǎn)最大，故飼養(yǎng)間設(shè)為氣壓最低處-30 Pa。內(nèi)準(zhǔn)備室為潔凈物品暫存區(qū)，為保護(hù)樣品，房間壓力設(shè)為正壓，高于相鄰區(qū)域。相鄰房間氣流走向及壓差設(shè)計(jì)，詳見圖5及表1。

圖5 相鄰房間氣流走向及壓差值Fig.5 Air-flow & different pressure between rooms

ABSL-2中的b2類實(shí)驗(yàn)室核心區(qū)相對(duì)于大氣的最小負(fù)壓為-30Pa，不僅設(shè)計(jì)上要滿足要求，還對(duì)房間的氣密性施工有較高的要求。由于房間內(nèi)有較多的風(fēng)口、照明、插座等接縫，用戶在平時(shí)使用中，需要經(jīng)常對(duì)這些接縫處作氣密性檢查維護(hù)，否則凈化區(qū)易受外界粉塵顆粒等污染，且運(yùn)行久了，壓差可能就達(dá)不到要求。

3.2 送、排風(fēng)口及排風(fēng)工藝設(shè)備的布局關(guān)系

房間內(nèi)布局設(shè)計(jì)還需考慮送風(fēng)口和排風(fēng)口及排風(fēng)工藝設(shè)備的位置關(guān)系，應(yīng)有利于室內(nèi)可能被污染空氣的排出。排風(fēng)設(shè)備如生物安全柜、排毒柜之類的設(shè)備應(yīng)放置在不與門相鄰的位置，應(yīng)避免人流擾動(dòng)，所以房間送風(fēng)口需與排風(fēng)設(shè)備保留一定的間距，通常設(shè)在操作面一側(cè)，以保護(hù)人員。動(dòng)物飼養(yǎng)間一般為上送下排[5]，房間內(nèi)四角設(shè)有排風(fēng)口。若采用外排式獨(dú)立排風(fēng)（IVC）飼養(yǎng)籠具，籠具上方設(shè)有設(shè)備排風(fēng)口，送風(fēng)口位置應(yīng)設(shè)在操作面一側(cè)，如圖6、圖7所示。

圖6 送、排風(fēng)口及排風(fēng)工藝設(shè)備的平面布局Fig.6 Layout of air supply & exhaust outlet and exhaust equipment

圖7 送、排風(fēng)口及排風(fēng)工藝設(shè)備的布局A-A立面Fig.7 A-A vertical view of air supply & exhaust outlet and exhaust equipment layout

4 結(jié)束語

綜上，本文主要針對(duì)負(fù)壓二級(jí)動(dòng)物生物安全實(shí)驗(yàn)室（ABSL-2中的b2類）某一案例作主要工藝設(shè)計(jì)參數(shù)分析，包括生物安全等級(jí)的界定、人員物料流程的設(shè)計(jì)、氣流組織及房間壓差的設(shè)計(jì)，送風(fēng)、排風(fēng)口與工藝排風(fēng)設(shè)備的布局設(shè)計(jì)等。圍繞上述分析結(jié)果，最終可量化體現(xiàn)在房間明細(xì)表內(nèi)，如房間功能面積、潔凈等級(jí)、壓差等。房間明細(xì)表作為工藝參數(shù)的匯總表，是相關(guān)配套專業(yè)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，其參數(shù)的設(shè)計(jì)選擇，需要設(shè)計(jì)人員深入調(diào)研，與用戶共同完成，因此，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，房間明細(xì)表的內(nèi)容需不斷地更新完善，貫穿整個(gè)項(xiàng)目始終。

[1]謝景欣. 負(fù)壓二級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].中國公共衛(wèi)生，2010，26（10）：1231-1232.

[2]GB 50346—2011，生物安全實(shí)驗(yàn)室建筑技術(shù)規(guī)范[S]. [3]GB19489—2008，實(shí)驗(yàn)室生物安全通用要求[S].

[4]美國國家學(xué)術(shù)研究委員會(huì)著. 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物飼養(yǎng)管理和使用手冊(cè)[M]. 王建飛，陳筱俠（譯）. 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1998.

[5]GB 50447—2008，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施建筑技術(shù)規(guī)范[S].

SSEC在OCM技術(shù)研究上不斷前行

2016年11月5日，在由中石化上海工程有限公司（SSEC）主辦的聯(lián)合化學(xué)反應(yīng)工程研究所2016年度學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)上，吳曦作為團(tuán)隊(duì)代表作了題為《甲烷氧化偶聯(lián)（OCM）制乙烯工藝研究》的報(bào)告，引起了中國石化科技部主任謝在庫等專家、學(xué)者、領(lǐng)導(dǎo)的廣泛關(guān)注。

天然氣甲烷氧化偶聯(lián)（OCM）技術(shù)是繼石油、煤為基礎(chǔ)原料之后的以天然氣為原料一步法制造乙烯的生產(chǎn)方法。天然氣儲(chǔ)量豐富而且是清潔能源，以天然氣OCM技術(shù)生產(chǎn)乙烯的技術(shù)，正在走向工業(yè)化。

從國際上看，在富產(chǎn)天然氣（包括頁巖氣）的國家和地區(qū)，天然氣價(jià)格比我國西部地區(qū)價(jià)格低很多，如果在該地區(qū)建廠，乙烯成本可大大降低。另外，我國天然氣氣田大多分布在西部地區(qū)。按目前西部地區(qū)工業(yè)天然氣價(jià)格與東北亞乙烯進(jìn)口價(jià)進(jìn)行效益測(cè)算分析，可知其應(yīng)用前景十分可觀。

近年來，中石化上海工程有限公司組建了“甲烷氧化偶聯(lián)（OCM）制乙烯” 技術(shù)開發(fā)團(tuán)隊(duì)，吳曦、許式龍等團(tuán)隊(duì)成員在公司老專家堵祖蔭的帶領(lǐng)下，一直致力于先進(jìn)的“甲烷氧化偶聯(lián)（OCM）制乙烯”技術(shù)的開發(fā)研究。

在工藝流程方面，按照新開發(fā)催化劑的試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合公司在乙烯分離領(lǐng)域的長期技術(shù)積累，開發(fā)了節(jié)能效果顯著的產(chǎn)品分離提純工藝流程。

在反應(yīng)器方面，針對(duì)反應(yīng)條件，采用CFD技術(shù)，結(jié)合催化劑特點(diǎn)，篩選研究了多種反應(yīng)器形式，并開發(fā)了針對(duì)性的反應(yīng)系統(tǒng)控制方案。

在此基礎(chǔ)上，充分研究考慮了催化劑性能與工藝流程的匹配，促進(jìn)了催化劑性能提升及反應(yīng)條件的優(yōu)化，為進(jìn)一步工業(yè)化試驗(yàn)驗(yàn)證打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

幾年來，OCM技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)從零做起，克服重重困難，一路堅(jiān)持，在甲烷制乙烯技術(shù)的研發(fā)過程中，不忘初心，用“匠人”品質(zhì)要求自身，團(tuán)隊(duì)成員團(tuán)結(jié)一心，除開發(fā)先進(jìn)的OCM工藝技術(shù)之外更有多項(xiàng)專利發(fā)表。

（陳 曦）

Analysis of Process Design Parameters for ABSL-2 Laboratory with Negative Pressure

Zeng Xiaohong
（SINOPEC Shanghai Engineering Co., Ltd, Shanghai 200120）

Exampled with a negative pressure ABSL-2 laboratory which is planned to be built, from the viewpoint of process design, the basis of determining design parameters and output factors for this lab, such as classification of biological safety levels, design of personnel and material flow, control of airflow and setting of differential pressure in room, were analyzed. At the same times, the room sheet was made and design parameters were summarized, which were used as the basis of design.

ABSL-2; biological safety; animal laboratory

TQ 460.6

A

2095-817X（2016）06-0024-006

2016-08-16

曾曉虹（1982—），女，工程師，從事醫(yī)藥工藝設(shè)計(jì)工作。