高校实验室压力气瓶风险评估体系探究

高玉坤， 王树祎， 张英华， 黄志安， 沈栩杰， 唐 韬

(北京科技大学 a.金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，b.矿山避险技术研究中心，北京 100083)

0 引 言

压力气瓶是高校实验室常用的高危实验仪器，更是实验室中事故常发的危险源。质检总局发布的资料显示，2015年我国共发生特种设备事故257起，其中气瓶事故所占比重为11.3%[1]。而相关数据表明，学校实验室的事故概率是生产车间的上百倍。据统计，在2001～2014年实验室发生的100起事故中，因压力容器及其它设备引发的事故共20起，总计导致66人伤亡[2]。屡见不鲜的高校实验室气瓶事故，对气瓶风险评估以及事故预防提出了要求。

高校实验室是教学和科研的重要基础平台，其安全状况与整个学校的稳定与发展息息相关。而压力气瓶作为特种设备，其安全管理更关系到实验室乃至全校的安全。本文分析了实验室气瓶事故的致灾因子，并依据半定量的风险矩阵，建立了系统的压力气瓶风险评估体系。

1 实验室气瓶事故的致灾因子

气瓶属于特种设备，具有种类多、数量大、使用广泛、流动性强的特点[3]。对过去20年中发生的52起实验室气瓶事故进行统计分析：从事故类型上看，在52起事故中，由气瓶倾倒造成的事故有2起，占比3.8%；泄漏事故5起，占比9.6%；爆炸事故45起，占比86.5%，且其中绝大多数为化学爆炸。就事故后果而言，在52起事故中，造成3人以下死亡或10人以下重伤的事故占84.6%，造成严重经济损失的事故占9.6%。其中，造成群死群伤和重大经济损失的均为爆炸事故。通过统计分析可知，实验室气瓶事故高发，常见的事故类型有倾倒、泄漏和爆炸，这些事故均是致灾因子耦合的结果[4]。

1.1 倾 倒

气瓶发生倾倒不一定造成事故，但会带来严重的事故隐患。实验室中能够形成气瓶倾倒隐患的致灾因子主要有：①气瓶摆放不合理。实验室空间相对狭小、物品摆放比较密集，若气瓶随意摆放在过道等人员流动性大的区域，则容易发生实验者出入时撞倒气瓶的情况。②人员安全意识淡薄。在实验室整改、装修、新进其他设备时未及时将气瓶移除，气瓶受撞击而倾倒；部分同学在实验室中嬉戏打闹，会导致失手打翻气瓶。③连锁反应。实验室发生爆炸等事故，碎片或冲击波击倒气瓶。

1.2 泄 漏

实验室气瓶泄漏事故轻则造成财产损失，重则导致人员中毒或发生泄漏气体遇明火引发爆炸的情况。一般导致气瓶泄漏的因素有：①操作者专业知识匮乏。相关人员未受实验室专业培训而直接对气瓶进行操作，导致气瓶在装卸、使用和存储过程中发生泄漏[5]。②气瓶状态不良。部分气瓶超限服役，超过或临近正常使用寿命的气瓶仍在使用；充装有腐蚀性气体的气瓶在使用过程中出现界面腐蚀，瓶壁逐渐变薄，造成泄漏隐患。③管理缺失。气瓶的瓶体出现裂纹、阀门损坏，危险气瓶未经检修而照常使用。

1.3 爆 炸

爆炸事故是比较常见也是后果最严重的气瓶事故。按照致灾机理，爆炸事故可分为：①物理爆炸。压力气瓶若未放在不透光的密闭橱柜中，容易受光照或其他高温热源影响，内部气体受热膨胀，进而引发物理爆炸。②化学爆炸。一些气瓶中装有易燃易爆气体，遇明火则易导致化学爆炸；不专瓶专用，如氢气瓶改作氧气瓶，气瓶内部形成预混气而造成爆炸。③混合爆炸。实验室中往往存放了大量不同种类和性质的实验原料、实验仪器和设备，一旦其他物品发生燃烧或爆炸，波及气瓶会同时发生物理爆炸或化学爆炸[6]。

2 实验室气瓶风险评估体系

压力气瓶作为实验室中的危险源，在日常管理上应对其给予足够的重视，结合实验室情况管控风险，并充分考虑系统性，选择适当的方法，建立实验室气瓶的风险评估体系。

风险具有事故发生概率和后果严重程度结合的二重性特征[7]，风险矩阵法基于这两个特征，对风险事件发生的概率和严重程度进行分级评定，评定结果分别作为矩阵的行和列而形成风险矩阵，综合考量事故可能性和后果严重度而得到风险值，进而按照所得风险值在矩阵中的位置给出直观的风险性判定[8]。

2.1 事故概率

事故概率用以衡量事故发生的可能性大小，在实验室气瓶风险评估中，可以用事故概率结合实验室的具体情形和相关参数推算事故可能性。概率等级划分见表1。

表1 事故概率划分

2.2 事故严重度

事故严重度是指事故后果的严重程度，其主要由造成人员伤亡的数量和财产损失的情况决定，据此将实验室气瓶倾倒、泄漏和爆炸3种事故的严重度等级划分为5级[9-10]，见表2～4。

2.3 风险等级

将事故概率和严重度结合起来，根据这两个指标的等级划分确定实验室气瓶的综合风险值，得出风险矩阵如表5所示。风险矩阵共有25个单元格，其中，低风险8格，风险值0～2，为可接受风险；中等风险11格，风险值3～5，为需关注风险；高风险6格，风险值6～8，为不可接受风险[11]。

表2 倾倒事故严重度划分

表3 泄漏事故严重度划分

表4 爆炸事故严重度划分

表5 风险矩阵

3 应用实例

应用上述实验室气瓶风险评估体系，对土木与资源学院某实验室的压力气瓶进行风险评估。该实验室建筑面积200 m2，为无隔断开放空间，共有压力气瓶68个，气瓶中装有高纯N2、O2、CO2及含有SO2、NH3、NO、NO2、CH4、CS2、硫醇、甲硫醚、羰基硫、甲苯等的混合气体。其中装有易燃气体气瓶8个，充装有毒气体气瓶26个。实验室设有2个通风橱，并装有排风扇。

3.1 事故概率和严重度取值

根据52起实验室气瓶事故的统计结果，用事故发生的频率估计概率，结合该实验室的具体情况进行等级评定。

(1) 事故概率的评定。①倾倒。该实验室气瓶摆放整齐，但相对分散，且未配备防倾倒支架，评定其发生倾倒事故的等级为C级。②泄漏。实验室中充装有毒气体的气瓶数量超过气瓶总数的1/3，但气瓶普遍较新，未发现破损和腐蚀，评定其泄漏事故等级为B级。③爆炸。气瓶外设有标签卡，但卡片悬挂混乱，出现了一瓶多卡情况，较容易造成气体辨识不清而引发爆炸事故；实验室内电路接线混乱，容易漏电或发生电气火灾；但考虑到实验室内装有易燃气体的气瓶较少，且气瓶周围没有明火和高温加热装置，评定其爆炸事故等级为D级。

(2) 事故严重度的评定。①倾倒。气瓶的重量较轻，且摆放分散，瓶身倾倒将人员砸伤的可能性较小；且气瓶瓶阀上设有安全帽，瓶体有防震垫圈，即使倾倒气体也不易冲出，评定气瓶倾倒的严重度为1级。②泄漏。实验室人员密集，但通风良好，一旦发生气体泄漏能够快速排风，不易引发人员中毒和爆炸，评定其泄漏事故的严重度为2级。③爆炸。气瓶周围有实验台和其他仪器设备，一旦气瓶发生爆炸，极有可能将周围物品炸毁；实验室空间较大，爆炸威力不易叠加；未存放其他易燃易爆化学品，不会发生连锁爆炸反应；配备有灭火器、烟雾报警器等防灭火设备，能够有效防止爆炸引起的火灾蔓延，据此评定该室气瓶爆炸事故严重度为2级。

3.2 风险矩阵确定风险等级

针对3种事故情形，将其发生概率和严重度等级结合起来，对应风险矩阵查得该事故的风险等级。

由表5的风险矩阵查得，倾倒风险值为3，泄漏风险值为3，爆炸风险值为5。3个风险值均在中等风险范围内，需要加以关注，尤其是发生爆炸事故的风险。

3.3 改进与优化

该实验室气瓶风险等级居中，说明目前该实验室气瓶的状况基本满足安全要求，但仍有待采取措施改进优化，进一步降低风险。依照3种事故的致灾因子，从人、机、环、管四方面对气瓶安全状况进行改进。

(1) 对实验人员进行气瓶操作安全教育培训，使之提高安全意识并掌握相关知识，实行实验室准入制度[12]，降低由于无知和误操作造成事故的风险[13]。

(2) 保证每个气瓶均与标记卡相匹配，且卡片上准确填写瓶内气体种类、充装日期以及负责人。在气瓶摆放上，要使不同气瓶间保持一定距离，且每只气瓶外部放置金属固定架，避免倾倒事故发生时产生连锁反应。

(3) 对实验室电路接线情况进行整改，避免电气事故引爆气瓶。最好将气瓶置于专门的储柜中，防止其受到外部物体打击，避免实验室发生燃烧、爆炸引发气瓶连锁反应；并在储柜外设置检测报警联动装置，以及时发现泄漏等事故，将危害降到最低。

(4) 实验室指派专人负责气瓶的安全管理工作，并就此制定专项安全工作计划[14]。负责人平时对气瓶状态进行检查，排除气瓶周围危险源，并避免未经培训的人员操作气瓶。同时，要进一步完善评价指标体系，建立长效的实验室气瓶安全管理机制[15]。

4 结 语

本文分析了实验室压力气瓶的事故致灾因子，并建立了高校实验室气瓶风险评估体系，得出以下结论：

(1) 高校实验室气瓶主要易发生倾倒、泄漏和爆炸事故，导致事故的致灾因子具有多样性，但实质上可归结于人、机、环、管4个方面。

(2) 综合考虑事故概率和严重度，用风险矩阵法建立实验室气瓶的风险评估体系，可以直观地给出气瓶的风险等级，半定量的方法增加了评估的客观性和直观感。

(3) 结合学校土木楼某实验室的实际情况，建立了气瓶风险评估体系，得出该实验室压力气瓶的风险等级为中级，属于需关注风险，尤其应注意避免易燃气体发生爆炸，此结果为对该实验室的气瓶进行有针对性的改进和安全管理提供了科学依据。

高校实验室气瓶风险评估体系的建立，有助于识别高发的致灾因子进而重点防控，实现对气瓶系统、科学、全面的管理，从而有效地降低气瓶事故风险。同时该体系具有普适性，对实验室中其他危险仪器和化学品的风险性评估具有借鉴意义。

参考文献(References)：

[1] 质检总局关于2015年全国特种设备安全状况情况的通报[R].2016.

[2] 李志红.100起实验室安全事故统计分析及对策研究[J].实验技术与管理,2014,31(4):210-213.

[3] 马昌华.中国气瓶及其标准化[J].压力容器,1988(5):68-71.

[4] 李 丁,曹 沛,王 萍,等.高校实验室安全管理体系构建的探索与实践[J]. 实验室研究与探索,2014,33(3):274-277.

[5] 张 荷.基于脆弱性的 LNG加气站风险评估[A].第四届CCPS中国过程安全会议论文集,2016.

[6] 张瑞韬. 气瓶泄漏和火灾事故的原因分析及应急处置[J]. 山东化工,2016(14):153-154.

[7] 罗 云.风险分析与安全评价[M].北京:化学工业出版社,2010:155-158.

[8] 陈晶晶,孙贤波,朱育红,等.高校实验室化学品安全管理评价体系的构建[J].实验室研究与探索,2013,32(11):241-245.

[9] 朱广萍.液氯泄漏事故后果模拟分析与应急管理[D].长沙：中南大学,2009.

[10] 杨仕刚,王三明.定量风险矩阵在HAZOP分析中的应用研究[J].煤炭技术,2013,32(1):242-244.

[11] 姜宗博.风险评估技术研究及其在承压设备中的应用[D].北京：北京化工大学,2013.

[12] 王孟禄,张 镭. 中外高校实验室安全管理的比较及启示[J]. 实验室研究与探索,2016,35(11):227-231.

[13] 于冰筠,杨金娥,李 莲.研究型实验室管理工作的探索与实践[J].实验室研究与探索,2015,34(5):234-237.

[14] 邵凯隽,孟 军,王世泽,等.高校实验室安全管理常效保障体系的构建[J].实验室研究与探索,2016,35(10):299-303.

[15] 武向侠,王 欣,白 杨. 高校大型仪器设备效益评价及有效利用[J]. 实验室研究与探索,2016,35(11):265-268.