高校化學(xué)類實驗室安全設(shè)施設(shè)計探索與實踐

柯丁寧，高 尚，王 凱，況 婷，宋琳琳

（1. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳） 實驗與創(chuàng)新實踐教育中心，廣東 深圳 518055；2. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳） 材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 深圳 518055；3. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳） 資產(chǎn)處，廣東 深圳 518055）

隨著我國科技進步，越來越多的交叉前沿的科學(xué)研究在高校的實驗室中完成，實驗室的安全問題日漸凸顯[1]。2018 年 12 月，某高校市政環(huán)境工程系學(xué)生在校區(qū)2 號樓環(huán)境工程實驗室進行垃圾滲濾液污水處理科研實驗期間，現(xiàn)場發(fā)生爆炸，造成3 名研究生死亡。2015 年12 月，某高校1 名博士后在化學(xué)實驗室使用氫氣實驗時發(fā)生爆炸火災(zāi)，當(dāng)場死亡。高校實驗室的安全事故極大威脅著廣大師生的人身安全[2]。

面對日趨嚴(yán)峻的實驗室安全問題，很多高校在實驗室安全管理、實驗室安全教育和實驗室安全風(fēng)險評估等“軟件”方面積累了豐富的經(jīng)驗[3-5]，但作為實驗室安全的重要“硬件”之一，也是安全事故的最后一道防線[6]，全國高校實驗室安全設(shè)施配置情況不容樂觀。在教育部科技司于2015—2017 年開展的高校實驗室安全督查工作中發(fā)現(xiàn)，95.2%高校的實驗室安全設(shè)施存在問題，主要原因是部分高校的老舊實驗樓安全系統(tǒng)設(shè)施沒有更新改造。高校實驗室建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)暫未出臺，部分新建高校實驗樓或?qū)嶒炇倚陆ㄅc改造中無規(guī)劃、無監(jiān)督、無據(jù)可依[6]。

本文從實驗安全事故分析出發(fā)，結(jié)合我校實驗與實踐創(chuàng)新教育中心的化學(xué)類實驗室建設(shè)經(jīng)驗，從實驗室通排風(fēng)和新風(fēng)系統(tǒng)、實驗室緊急噴淋與洗眼器、消防設(shè)施和急救箱4 類實驗室安全設(shè)施方面提出了具體的設(shè)計方法，注意了諸多細節(jié)方面。

1 實驗室通排風(fēng)和新風(fēng)系統(tǒng)

從實驗室事故統(tǒng)計分析可以看出，危險化學(xué)品使用環(huán)節(jié)事故最多，傷亡人數(shù)也最多，分別占總事故數(shù)和總傷亡人數(shù)的42%和83%[1,7]。實驗室沒有足夠有效的排風(fēng)設(shè)施是危險化學(xué)事故的主要原因之一[8]。為了保護實驗人員的身體健康，目前我國乃至國外使用的通風(fēng)裝置都是采用外排方式，需要向室內(nèi)補充等量的新風(fēng)，以保持實驗室風(fēng)量平衡。實驗室的排風(fēng)設(shè)施根據(jù)其功能和排風(fēng)量主要可以分為3 種：萬向抽氣罩、原子吸收罩和排風(fēng)柜。常用的補充新風(fēng)方式主要分為自然補風(fēng)和機械補風(fēng)。

1.1 萬向抽氣罩

萬向抽氣罩一般用于簡單化學(xué)實驗和排氣量較小的儀器，能快速排放實驗過程中小范圍所產(chǎn)生的粉塵、熱氣、揮發(fā)性氣體、有害氣體等。萬向抽氣罩的排氣量和排氣面積小，每小時的排風(fēng)量僅為200 m3/h 左右。萬向抽氣罩使用靈活，可根據(jù)實驗需要360°旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)方向。萬向抽氣罩一般選用高密度 PP 材質(zhì)和耐老化的高密度橡膠密封圈，比較容易拆卸、重組及清洗。由于萬向抽氣罩的排風(fēng)量小，一般采用自然補風(fēng)的方式，以平衡實驗室的風(fēng)量和氣壓。

1.2 原子吸收罩

原子吸收罩最早是運用于原子吸收光譜儀的排風(fēng)裝置，每小時的排風(fēng)量為500 m3/h 左右。原子吸收罩的抽氣面積可根據(jù)設(shè)備尺寸更改，也用于其他排氣量較大的設(shè)備，如高溫氣氛爐等。原子吸收罩一般選用不銹鋼材質(zhì)，在較高抽氣量時不變形，同時能耐高溫。但是由于其體積大、質(zhì)量重，原子吸收罩安裝位置和高度固定，不能隨意移動。與萬向抽氣罩類似，原子吸收罩的實驗室一般采用自然補風(fēng)。

1.3 全排風(fēng)型式排風(fēng)柜

為了保護實驗人員的身體健康，有機化學(xué)實驗室或處理復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)的實驗室一般都配備排風(fēng)柜。全排風(fēng)型排風(fēng)柜的面風(fēng)速為0.5 m/s，每臺標(biāo)準(zhǔn)的1.8 m臺式全排風(fēng)型排風(fēng)柜的排風(fēng)量為1500 m3/h[9]。

如果實驗室安裝較多的全排風(fēng)型排風(fēng)柜，則需要從室外補充大量新風(fēng)。以一間配備16 臺全排風(fēng)型排風(fēng)柜的有機化學(xué)實驗室為例，每小時需從室外補充的新風(fēng)量高達24 000 m3。如果單純依靠自然補風(fēng)的方式從室外補充新風(fēng)，實驗室存在瞬間高負(fù)壓。這時一旦出現(xiàn)實驗安全事故，實驗人員快速打開實驗室大門逃生存在一定難度。機械補風(fēng)則利用軸流風(fēng)機將室外風(fēng)快速送到實驗室內(nèi)，實驗室不會存在瞬間高負(fù)壓的情況。但一組24 000 m3/h 的新風(fēng)機組的噪音高達80 dB，嚴(yán)重影響實驗室的教學(xué)效果[10]。在夏季或冬季，由于實驗室內(nèi)部溫差較大，直接利用自然補風(fēng)或是機械補風(fēng)，實驗室溫度不恒定，將會影響某些精密設(shè)備的運行，降低實驗室的舒適感。為了保持實驗室溫度恒定，實驗室空調(diào)的能耗將極大提高[10]。

1.4 補風(fēng)型排風(fēng)柜

在有機合成實驗室和材料合成實驗室，選擇了一種自帶補風(fēng)功能的通風(fēng)柜——補風(fēng)型通風(fēng)柜。補風(fēng)型排風(fēng)柜的內(nèi)部設(shè)置2 個風(fēng)閥，這2 個風(fēng)閥將新風(fēng)在排風(fēng)柜內(nèi)分成3 股氣流，分別由排風(fēng)上部、下部及柜門外上方補入排風(fēng)柜，在實驗人員面前形成一個新風(fēng)空氣幕，有效地阻止排風(fēng)柜內(nèi)部的廢氣溢出（見圖1）。這一設(shè)計能在降低面風(fēng)速（0.3 m/s）和排風(fēng)量（1000 m3/h）的情況下保障實驗人員的安全。此外，該款補風(fēng)型排風(fēng)柜將大約70%室外新風(fēng)通過新風(fēng)管道直接補充到排風(fēng)柜內(nèi)部，30%左右新風(fēng)則來自實驗室。在同樣16 臺全排風(fēng)型排風(fēng)柜的實驗室，所需的來自實驗室的新風(fēng)量減少到4800 m3/h。在此情況下，用于補充實驗室內(nèi)部新風(fēng)的軸流風(fēng)機數(shù)量減少，相應(yīng)的風(fēng)機噪音也會減低。同時，僅30%的新風(fēng)需經(jīng)過空調(diào)制熱或制冷，實驗室空調(diào)能耗能降低至相同數(shù)量普通排風(fēng)柜的20%。

圖1 補風(fēng)型排風(fēng)柜內(nèi)部風(fēng)向示意圖

2 實驗室緊急噴淋與洗眼器

化學(xué)試劑腐蝕是化學(xué)實驗室常見的安全事故之一，對實驗人員身心健康威脅極大[1]。當(dāng)化學(xué)腐蝕試劑噴濺到實驗人員身體、臉、眼或發(fā)生火災(zāi)引起工作人員衣物著火時，使用緊急噴淋或洗眼器緊急沖洗人的身體和眼睛，將腐蝕性的化學(xué)試劑濃度迅速降低，把傷害程度減輕到最低程度，是一種迅速將危害降低到最低程度的個體防護裝備，也是一種非常重要的實驗室公共安全應(yīng)急裝備[4,10-11]。

一般來說，緊急噴淋和洗眼器應(yīng)安裝在實驗室的進門或顯眼處[9]。同時，安裝的位置遵循10 秒鐘原則，即在 10 秒內(nèi)能從實驗室危險源或危險實驗區(qū)域步行到達緊急噴淋和洗眼器[11]。使用時遵循1 秒鐘原則，應(yīng)在1 秒鐘的時間內(nèi)完全打開緊急噴淋和洗眼器。緊急噴淋和洗眼器一經(jīng)打開，除使用者有意關(guān)閉的情況之外，應(yīng)始終保持開啟狀態(tài)。如果實驗室有強酸和劇毒腐蝕物，緊急噴淋和洗眼器則建議安裝在其附近。實驗人員要實地培訓(xùn)緊急噴淋和洗眼器的使用方法，最好能提供突發(fā)事件的緊急預(yù)案。緊急噴淋和洗眼器需要每月進行例行檢查，包括將緊急噴淋和洗眼器殘留在管道中的水放掉。

3 消防設(shè)施

爆炸和火災(zāi)是實驗室安全事故的主要類型之一[2]，占實驗室安全事故的總比為87%左右[1-2]。在化學(xué)類實驗室安全事故中，火災(zāi)和爆炸往往會先后出現(xiàn)。火災(zāi)控制不及時可能引發(fā)爆炸事故，而爆炸事故發(fā)生后也往往會引起火災(zāi)[7]。

對于高校來說，一套完整的實驗室消防設(shè)施則由火災(zāi)自動警示系統(tǒng)、消火栓、人員疏散設(shè)備或通道、滅火設(shè)施等組成[12]。鑒于有機試劑燃燒的特殊性，應(yīng)取消有機類實驗室消防噴淋裝置[10]。對于大型儀器分析實驗室，不宜選用普通的消防噴淋裝置，建議安裝高壓細水噴霧系統(tǒng)。

依據(jù)國標(biāo)《建筑滅火器配置設(shè)計規(guī)范GB 50140-2005》要求，化學(xué)類實驗室內(nèi)需配備干粉滅火器，精密儀器室需配備二氧化碳滅火器[10,13]。對于進行可燃金屬化學(xué)反應(yīng)的實驗室還需配備滅火沙[14]。此外，實驗室還應(yīng)配置足量的自助呼吸器和滅火毯等工具，并確保每個人都能熟練應(yīng)用[10,15]。滅火器等防災(zāi)設(shè)施，應(yīng)由專人負(fù)責(zé)定期實施檢修、更換，避免在火災(zāi)真正發(fā)生時失靈[16]。

4 急救箱

藥品急救箱的配備可以在燒傷、燙傷、化學(xué)傷發(fā)生后進行緊急現(xiàn)場處理，減少對傷員的進一步傷害[10]?；瘜W(xué)類藥品急救箱內(nèi)配備了碘伏消毒液、雙氧水、硼酸溶液、碳酸氫鈉溶液、燒傷敷料、燙傷膏、眼墊、洗眼液、瞬冷冰袋、創(chuàng)可貼、醫(yī)用彈性繃帶和醫(yī)用紗布塊等。急救箱中的藥品應(yīng)定期檢查，注意及時更換[10]。

5 結(jié)語

實驗室安全設(shè)施配置是保障高校實驗室安全重要的“硬件”。本文以建設(shè)化學(xué)教學(xué)實驗室為例，從實驗室安全事故分析出發(fā)，圍繞著實驗室內(nèi)通排風(fēng)和新風(fēng)系統(tǒng)、實驗室緊急噴淋與洗眼器、消防設(shè)施和急救箱4 類實驗室安全設(shè)施進行討論，加強實驗室安全設(shè)施建設(shè)，切實保障實驗室及實驗人員安全。