基于HAZOP與RiskSystem分析的高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室安全管理

劉金昌 解強(qiáng)

摘? 要：高校實(shí)驗(yàn)室安全管理模式落后、效率低下、效果不佳，事前查明安全隱患、分析事故風(fēng)險(xiǎn)、制定合理有效的應(yīng)急預(yù)案與處置措施是完善實(shí)驗(yàn)室安全管理的技術(shù)途徑。以化學(xué)吸收氣液平衡數(shù)據(jù)測定實(shí)驗(yàn)為例，采用危險(xiǎn)與可操作性（HAZOP）分析與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)（RiskSystem）軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)室安全事故的危險(xiǎn)源、事故風(fēng)險(xiǎn)、保護(hù)措施、應(yīng)急預(yù)案與處置措施等進(jìn)行全面分析研究，探討安全隱患開展風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測與模擬分析在高校實(shí)驗(yàn)室安全管理應(yīng)用的可行性。結(jié)果表明，依據(jù)HAZOP分析結(jié)果確定潛在安全隱患及其風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，制定保護(hù)措施和應(yīng)急預(yù)案;RiskSystem分析計(jì)算出有毒有害物質(zhì)泄漏后的擴(kuò)散規(guī)律，指導(dǎo)合理可行的應(yīng)急預(yù)案與處置措施的制定。HAZOP、RiskSystem分析等軟件和工具的應(yīng)用可明顯提升高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室安全管理水平。

關(guān)鍵詞：高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)室;安全管理;HAZOP;RiskSystem;模擬分析

中圖分類號(hào)：X921? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2023）23-0020-04

Abstract： The safety management model of university laboratories is backward， inefficient， and ineffective. Identifying potential safety hazards and analyzing accident risks as well as formulating reasonable and effective emergency plans and disposal measures is an effective technical methods way for improving laboratory safety management. Hazard and Operability（HAZOP） analysis and environmental risk assessment system（RiskSystem） software were adopted to analyze the hazard sources， accident risks， protective measures， emergency plans， and emergency plans of laboratory safety accidents by taking the chemical absorption gas-liquid balance data measurement experiment as an example. A comprehensive analysis and study on disposal measures were conducted and the feasibility of risk prediction and simulation analysis was explored for safety management in the university laboratory. The results show that the potential safety hazards and their risk levels were determined based on the HAZOP analysis results， and protective measures and emergency plans were formulated; the diffusion law of toxic and hazardous substances after leakage， and guided reasonable and feasible emergency plans and disposal measures by RiskSystem simulation analysis. The application of HAZOP and RiskSystem analysis can significantly improve the safety management level of the university chemical laboratory.

Keywords： university chemical laboratory; safety management; HAZOP; RiskSystem; simulation analysis

實(shí)踐教學(xué)是高校人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，尤其對(duì)于理工科專業(yè)，先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式、豐富的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，對(duì)培養(yǎng)具備應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力與操作能力的復(fù)合型人才具有重要意義[1]。由于化學(xué)、化工、材料、環(huán)境及能源等專業(yè)知識(shí)體系的特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，經(jīng)常使用到易燃易爆、強(qiáng)酸強(qiáng)堿、壓縮氣體以及有毒有害的化學(xué)試劑與介質(zhì)，也會(huì)使用到高溫高壓的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，存在引發(fā)火災(zāi)、爆炸、中毒和窒息等安全事故的風(fēng)險(xiǎn)。近幾年來，高校實(shí)驗(yàn)室安全事故頻發(fā)，造成了巨大的人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失[2]。高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室的安全管理工作需要更多的關(guān)注與重視。

當(dāng)今，高校的安全管理部門多采用干預(yù)式和責(zé)罰式的模式管理化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，即采用不定期、高頻率的安全巡視方式，檢查實(shí)驗(yàn)室中不規(guī)范的地方和頒布有關(guān)嚴(yán)肅處理實(shí)驗(yàn)室安全責(zé)任人的相關(guān)條例來預(yù)防安全事故的發(fā)生。顯然，管理人員工作繁瑣、效率低下，且常在事故發(fā)生后才能查明原因，管理嚴(yán)重滯后[3]。提前明確安全隱患、預(yù)測事故風(fēng)險(xiǎn)以及制定合理有效的應(yīng)急預(yù)案與處置措施對(duì)于預(yù)防化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全事故的發(fā)生具有重要意義，也是讓高校實(shí)驗(yàn)室安全管理工作能夠做到“防患于未然”的重要手段。然而，迄今針對(duì)實(shí)驗(yàn)室存在的安全隱患開展風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測與模擬分析鮮有報(bào)道[4]。

本文利用危險(xiǎn)與可操作性（Hazard and Operability， HAZOP）分析方法對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室潛在危險(xiǎn)源和安全隱患進(jìn)行識(shí)別，并結(jié)合化學(xué)吸收氣液平衡數(shù)據(jù)測定實(shí)驗(yàn)的實(shí)例，使用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)（RiskSystem）軟件模擬分析安全事故發(fā)生后的有毒有害物質(zhì)的擴(kuò)散規(guī)律，為應(yīng)急預(yù)案和處置措施的制定提供參考依據(jù)，進(jìn)而為高校實(shí)驗(yàn)室安全管理工作的開展與實(shí)施提供理論指導(dǎo)。

一? 實(shí)例分析

化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)工程與工藝、能源化工等專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的重要組成部分[5]。中國礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)工程與工藝專業(yè)開設(shè)的化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程包括化工熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程及煤化學(xué)化工三個(gè)模塊。化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，經(jīng)常用到有毒有害化學(xué)試劑及高溫高壓設(shè)備，因而安全管理工作必須覆蓋和深入到每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中。

本文以化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)中常用的化學(xué)吸收氣液平衡數(shù)測定實(shí)驗(yàn)為例開展研究。

（一）? 實(shí)驗(yàn)簡介

化學(xué)吸收是工業(yè)中氣體凈化和回收的常用單元操作，例如脫除化工過程副產(chǎn)的低濃度CO2等，通常采用熱鉀堿吸收或有機(jī)胺溶液吸收[6]。實(shí)驗(yàn)采用了氣相內(nèi)循環(huán)動(dòng)態(tài)法測定乙醇胺水溶液吸收CO2過程的氣液平衡數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)需要使用到N2、CO2、乙醇胺及濃硫酸等化學(xué)試劑，操作壓力約為0.5 MPa、操作溫度80 ℃，需配置的乙醇胺水溶液和稀硫酸濃度均為2.5 mol/L。

（二）? HAZOP分析

HAZOP分析是基于一些特定的引導(dǎo)詞，定性地分析工藝過程與裝置設(shè)備中潛在的危險(xiǎn)源和安全隱患，并提出相應(yīng)的整改與預(yù)防措施[7]。HAZOP分析首先要確定工藝過程的節(jié)點(diǎn)。CO2-乙醇胺水溶液吸收實(shí)驗(yàn)過程可以劃分為準(zhǔn)備、操作與分析三個(gè)節(jié)點(diǎn)，具體見表1。

在HAZOP分析中，定義各工藝節(jié)點(diǎn)正常運(yùn)行的變量參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值，其認(rèn)為潛在危險(xiǎn)源和安全隱患的起源是各工藝節(jié)點(diǎn)運(yùn)行過程中產(chǎn)生了與標(biāo)準(zhǔn)值之間的偏差，并采用引導(dǎo)詞和變量參數(shù)來判定偏差的方向和限度[8]。表1中詳細(xì)列舉了CO2-乙醇胺水溶液吸收實(shí)驗(yàn)中各節(jié)點(diǎn)的變量參數(shù)，并根據(jù)引導(dǎo)詞明確了各變量參數(shù)可能出現(xiàn)的偏差。繼而，由專業(yè)人員組成的專家小組根據(jù)各偏差的產(chǎn)生原因與安全隱患展開詳細(xì)分析，并提出有效保護(hù)措施及應(yīng)急預(yù)案建議，見表2。

通過HAZOP分析可知，在CO2-乙醇胺水溶液吸收實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備節(jié)點(diǎn)中，乙醇胺溶液預(yù)熱溫度過高以及乙醇胺溶液和稀硫酸溶液配置濃度過高是引發(fā)安全隱患的主要因素;操作節(jié)點(diǎn)中，充入系統(tǒng)的氣壓過大、吸收池溫度與液位過高是導(dǎo)致安全事故發(fā)生的危險(xiǎn)因素;分析節(jié)點(diǎn)中，取樣時(shí)吸收液放出流量過大時(shí)主要的安全隱患。因此，實(shí)驗(yàn)室安全管理工作開展時(shí)要注意上述幾點(diǎn)安全隱患;并針對(duì)性地制定應(yīng)急預(yù)案，從而預(yù)防安全事故的發(fā)生。

（三）? RiskSystem分析

乙醇胺屬于危險(xiǎn)化學(xué)品，若接觸皮膚，易造成嚴(yán)重皮膚灼傷和眼損傷;乙醇胺具有類似氨的強(qiáng)刺激性氣味，吸入與吞入均有害[9]。因而乙醇胺的泄漏勢必對(duì)實(shí)驗(yàn)人員和周圍環(huán)境造成危害。RiskSystem軟件可以模擬分析有毒有害物質(zhì)泄漏后的擴(kuò)散速度與范圍，為事故發(fā)生后及時(shí)制定有效的應(yīng)急處置措施提供有力的參考依據(jù)。

CO2-乙醇胺水溶液吸收實(shí)驗(yàn)中，因誤操作導(dǎo)致的典型安全事故有：①學(xué)生在配置乙醇胺溶液時(shí)打翻試劑瓶，造成乙醇胺試劑大量泄漏;②在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段，因油浴鍋加熱模塊或熱電偶損壞，導(dǎo)致預(yù)熱溫度過高，造成乙醇胺水溶液沸騰溢出，造成泄漏。使用RiskSystem軟件對(duì)上述兩起安全事故中的乙醇胺泄漏過程進(jìn)行模擬分析。在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)櫥或開窗通風(fēng)等單一風(fēng)源作用下的模擬結(jié)果分別如圖1和圖2所示。

由圖1可知，當(dāng)大量乙醇胺試劑泄漏時(shí)，以事故發(fā)生地點(diǎn)為中心，往下風(fēng)向擴(kuò)散。10 min后，乙醇胺就能夠擴(kuò)散至50 m×50 m的范圍，濃度最高區(qū)域達(dá)到了161 mg/m3，整個(gè)50 m×50 m范圍內(nèi)的平均值約為100 mg/m3。根據(jù)美國制定的安全標(biāo)準(zhǔn)，車間內(nèi)乙醇胺濃度不可高于6 mg/m3[10]。由此可見，當(dāng)安全事故①發(fā)生后，即使在有通風(fēng)櫥等通風(fēng)設(shè)施的保障下，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)已不再適合開展實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該緊急撤離實(shí)驗(yàn)人員，并由專業(yè)人員在配有防毒面具等專業(yè)防護(hù)工具的條件下清理泄漏事故現(xiàn)場。

當(dāng)安全事故②發(fā)生時(shí)，因?yàn)榇藭r(shí)乙醇胺水溶液已被加熱到較高溫度，加快了乙醇胺的揮發(fā)與擴(kuò)散速度。由圖2可知，事故發(fā)生10 min后，乙醇胺已經(jīng)擴(kuò)散至50 m×50 m范圍。與安全事故①相比，因?yàn)椴皇羌兊囊掖及吩噭袧舛确植驾^低，但濃度最高區(qū)域也達(dá)到了32 mg/m3，整個(gè)50 m×50 m范圍內(nèi)的平均濃度約為20 mg/m3。此時(shí)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的乙醇胺濃度已經(jīng)超過了美國制定的安全標(biāo)準(zhǔn)，不再適合實(shí)驗(yàn)開展，應(yīng)當(dāng)立即疏散實(shí)驗(yàn)人員，并按照相關(guān)要求清理泄漏事故現(xiàn)場。

綜上所述，通過RiskSystem模擬分析，可以獲得安全事故發(fā)生后的危險(xiǎn)化學(xué)品等危險(xiǎn)源的擴(kuò)散與分布規(guī)律，為制定合理可行的應(yīng)急預(yù)案和處置措施提供理論指導(dǎo)。

二? 結(jié)論

以化學(xué)吸收氣液平衡數(shù)據(jù)測定實(shí)驗(yàn)為例，采用HAZOP和RiskSystem分析對(duì)高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室安全事故進(jìn)行了全面模擬分析。HAZOP分析發(fā)掘了實(shí)驗(yàn)過程中潛在安全隱患，并根據(jù)其風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別制定保護(hù)措施和應(yīng)急預(yù)案;RiskSystem分析計(jì)算出有毒有害物質(zhì)泄漏等安全事故發(fā)生后危險(xiǎn)化學(xué)品的擴(kuò)散與分布規(guī)律，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果制定合理可行的應(yīng)急預(yù)案與處置措施。將HAZOP分析和RiskSystem分析聯(lián)用，可以為提前明確實(shí)驗(yàn)室中的安全隱患、預(yù)測事故風(fēng)險(xiǎn)以及制定有效合理的應(yīng)急預(yù)案與處置措施提供有力的理論指導(dǎo)，從而改善高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全管理工作的效率與效果。

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第一作者簡介：劉金昌（1990-），男，漢族，江蘇淮安人，博士，副教授。研究方向?yàn)榛瘜W(xué)工程與工藝教學(xué)及科研。