大学化学, 2022, 37(2): 2109029-0 doi: 10.3866/PKU.DXHX202109029

专题

高校化学教学实验室小型试剂库改造

李娇1, 冯红艳1, 金谷2, 朱平平,2

1 中国科学技术大学化学国家级实验教学示范中心, 合肥 230026

2 中国科学技术大学化学与材料科学学院, 合肥 230026

Transformation of a Small University Chemistry Teaching Laboratory Reagent Library

Li Jiao1, Feng Hongyan1, Jin Gu2, Zhu Pingping,2

1 National Demonstration Center for Experimental Chemistry Education, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China

2 School of Chemistry and Materials Science, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China

通讯作者: 朱平平, Email: zhupp@ustc.edu.cn

收稿日期: 2021-09-10   接受日期: 2021-09-27  

基金资助: 2018年安徽省级质量工程项目.  2018jyxm1040
校级教学改革项目.  2019xjyxm040
校级教学改革项目.  2020xjyxm056
研究生教学改革项目.  2019jyy12

Received: 2021-09-10   Accepted: 2021-09-27  

Abstract

Currently, there are several hidden dangers in the temporary reagent inventories of university chemistry teaching laboratories. However, the general volumes of these inventories are small; thus, they are easily ignored by managers, which can result in accidents. This paper describes a practical approach to the transformation of reagent libraries by considering the practical situation at the chemical laboratory reagent library of the National Demonstration Center for Experimental Chemistry Education (USTC).This approach provides a reference for the transformation of reagent libraries at other universities to comply to the relevant laws, regulations, and national standards.

Keywords: Transformation of reagent library ; Reagent library ; Hazardous chemicals management ; Safety management ; Emergency rescue

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李娇, 冯红艳, 金谷, 朱平平. 高校化学教学实验室小型试剂库改造. 大学化学[J], 2022, 37(2): 2109029-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202109029

Li Jiao. Transformation of a Small University Chemistry Teaching Laboratory Reagent Library. University Chemistry[J], 2022, 37(2): 2109029-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202109029

2019年初,教育部印发的《关于进一步加强高校教学实验室安全检查工作的通知》(教高厅〔2019〕1号)、《关于加强高校教学实验室安全工作的意见》(教技函〔2019〕36号,以下简称“意见”)中提出高校教学实验室所面临的重大安全问题,并从安全体系、风险评估、应急制度、保障制度和奖惩机制等多个方面给出了相关安全工作的重要指导性意见。现阶段教学实验室的安全问题已开始逐步受到更多的关注和重视,希望通过各方的努力,全力推动其向着规范化、科学化的目标稳步前进。

高校教学实验室是高校基础实验教学中不可缺少的组成部分,也是高校科研人才培养的基础保障,但由于教学实验多为基础实验课程,每年参加实验的学生人数众多(本校实验人数近2900人次),实验项目多,安全隐患日益凸显,高校教学实验安全工作直接关系师生的生命安全,也是保证学校和社会的安全稳定的关键所在。

近年来,中国科学技术大学国家级化学实验教学示范中心(以下简称“中心”)积极响应国家关于高校教学实验室安全工作的政策,陆续开展了安全课堂(化学实验安全知识MOOC)和安全活动(讲座及直播)以全面提升师生的安全防护意识,并进一步完善实验室安全软件(化学药品信息化管理系统)和硬件条件(消防设施、应急用品等),规范安全责任体系,为学校和社会的安全稳定、师生的生命安全提供了有效的保障[1]

然而,随着实验室安全工作的不断推进和深化,众多“隐身”的安全问题逐一浮出水面,其中, 化学实验小型试剂暂存库(以下简称“试剂库”)的安全共性问题尤为突出,主要概括为危化品品种多、数量多、分布广、危险源多、技术缺陷和管理体系不够完善等,极易发生火灾、爆炸、毒害和生物安全等重大安全事故,化学小型试剂库是最容易发生安全事故的“高风险区”,应倍加重视。

依据国家相关法规《危险化学品安全管理条例》(国务院令[2011]第591号)、《常用危险化学品存储通则》(GB15603)、《化学品分类和危险性公示通则》(GB13690)和《仓库防火安全管理规则》(公安部令第6号)中对危险化学品管理和实验室安全建设管理的相关要求和规定,中心结合本科基础化学实验教学实验室的实际情况,在符合相关法律法规和国家标准的要求前提下对试剂库进行全面的安全环境改造,进一步加强安全、科学、规范的危化品管理。

1 基础化学教学实验室试剂库存在的问题

基础化学教学实验室分布于我校主校区环境与资源楼的3–7楼东楼,建造年限7年。实验室的整体布局侧重于实用性和适用性[2],试剂库并未加以合理规划,目前存在较大的安全隐患,以分析化学实验室为例,其试剂库存在以下五个方面的问题。

1.1 选址不合理

分析化学实验室原试剂库面积约为10平米,位于6楼东侧楼层配电间的外隔间,存放有几十种易燃易爆危化品,极易发生火灾爆炸事故,见表 1

表1   分析化学实验室部分易燃易爆类危化品种类及数量

易燃易爆类危化品名称危险性分类
硝酸氧化性液体,类别3
硝酸钙、硝酸钡、硝酸铅、硝酸钾氧化性固体,类别3
重铬酸钾氧化性固体,类别2
过氧化氢(含量 > 8%)氧化性液体
六亚甲基四胺易燃固体,类别2
高锰酸钾氧化性固体,类别2
无水乙醇易燃液体,类别3
碘酸钾氧化性固体,类别3
过硫酸铵氧化性固体,类别2
∙∙∙∙∙∙

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1.2 整体配置不符安全规范

原有试剂库属于普通房间,配置的是普通板材柜用于试剂存放,不适合存放危化品;试剂库库门为木门,无耐火隔热性;地面为瓷砖,未做防腐蚀处理;输电线路、电气设备和照明设施不具备防爆性能;未安装气体检测和报警装置;无防静电装置等。试剂库的这些配置均不符合试剂库建设相关法律、法规和国家标准的要求,安全无小事,亟需解决[3]

1.3 消防器材、安全标识不全

除楼栋本身配套的基础消防设施,目前试剂库内仅配备了2瓶干粉灭火器和消防沙,现阶段主要问题在于缺少必要的专业消防器材、安全逃生器材和消防安全标识,安全维护管理滞后现象具有普遍性,存在诸多安全危险隐患。

1.4 危化品储存不当

危化品储存受温度、湿度等环境因素影响较大,因为多数危化品受热后会放出一定的热量,如果试剂间通风不畅,热量长时间积聚,将会使室内温度升高,极易发生自燃事故。目前,分析化学实验室的危化品储存的两个关键问题就是环境问题和危化品未分类存储问题,同时试剂间也缺少应有的安全标志和危险化学品周知卡,远达不到化学试剂存储安全管理的标准。

1.5 缺乏应急用品和应急救援人员

近两年增设的应急用品柜,内置个人应急防护用品,但是总体种类不全、数量不足。同时,缺乏专业应急救援人员,如遇突发状况(如化学品泄漏、自燃等),可能会耽误救援进程,错失最佳救援时机,轻则造成经济损失,重则会造成人身伤亡事故,须予以重视。

2 重新选址

目前分析化学实验室已无闲置房间可以改造为试剂库。因此,经安全性及实用性方面的考虑,我们将原配剂间(约26平米)一分为二,一半空间改造为新试剂库,另行购置智能危化品储存柜(3台,易燃易爆品、易制毒品、有毒品)及酸碱PP柜(4台)以达到危化品分类存储的标准要求。另一半则保留配剂间原有基本功能,对实验台、水路进行重新规划设计,在原面积减少一半的情况下,合理布局,达到空间利用最大化。原试剂库规划为耗材仓库,增添多层储物架用于存放分析化学实验所用的玻璃仪器及实验耗材,见图 1。经重新选址和规划设计,大大提高了实验室空间利用率。

图1

图1   试剂库改造前(左)和改造后(右)


3 建筑结构设计与改造

高校化学试剂库的建筑和结构设计主要依据危化品的特性和建筑本身特点为基石[4],主要参考国家标准《建筑设计防火规范》(GB 50016–2014) [5]。经多方调研和讨论,确定分析化学实验室试剂库改造从以下几个方面入手:防火防爆改造、吊顶改造、地面防腐改造,见图 2

图2

图2   改造后试剂库的电气及消防设施


3.1 安全门改造

根据相应国家标准,甲、乙、丙类库区的库门应具有防火、防静电、防腐、防盗等功能。[6, 7]试剂库采用完全隔热防火门(A类)钢制防火门,在规定的时间内能同时满足耐火隔热性和耐火完整性的要求,具有防火、抑制火势蔓延、烟气扩散和保护人员安全撤离和疏散的特殊功能,同时可减少实验室财产损失[3, 8]

3.2 吊顶改造

试剂库的改造拆除了原有房间吊顶。试剂库不宜做吊顶,因为吊顶材料多数具有可燃性,而且吊顶上方空间的离散的气体难以疏散,极易造成安全事故。

3.3 地面防腐蚀改造

危险化学品库的地面应防潮、坚韧、耐磨、平整、易于清理,不产生火花。腐蚀性危险化学品储存库房的地面、裙线需要进行防腐处理[9]。试剂库采用环氧自流平地坪+PVC地胶垫,该地坪具有耐磨、耐腐蚀性好、无毒不助燃的特点,在其上铺以PVC地胶垫,防火阻燃(防火指标可达Bf1级)、防水防潮、不会出现瓷砖缝隙堆积污垢、粉尘的现象,易于清洁维护,符合国家标准要求和实际使用需求。

4 电气改造

试剂库电气设备与系统应具备供电、报警、探测、控制等功能[10]。依据国家和电气行业规范,试剂库改造主要从电源配电箱、防爆线路、防爆电器、防爆照明、监控系统、防静电和警报系统等多方面进行,见图 2

4.1 电源配电箱

普通配电箱存在以下安全隐患:配电箱用可燃材料制作;箱内电气设备可能发生熔体爆断或链接不良,使金属熔化或产生火花;导线因年久老化造成短路等,易发生爆炸事故。同时,若环境内挥发性气体达到一定浓度,遇明火也有可能发生爆炸[11],基于此,试剂库安装一台防爆空调专用的小型专用防爆配电箱,其他线路均接入另一房间(新配剂间)的专用防爆配电箱内。

4.2 防爆线路

化学试剂库的输配电线路应具备高防爆性能。良好的绝缘可以保证线路的安全运行,是防止电气事故的一项重要措施[12]。试剂库采用防爆镀锌钢管结合防爆软管包裹输配电线路,保障线路的绝缘性,以达到防火防爆效果。

4.3 防爆电器

试剂库在改造中使用了防爆空调(空调内机机芯独立出来单独做防爆处理,防止发生爆炸时空调会立即停止工作发生火灾)、防爆摄像头、防爆控制箱、防爆开关与防爆插座、防爆行程开关(置于门框处,实现防爆灯的电路切换,即开门时灯自动打开,门关时灯自动关闭)、防爆指示灯和防爆蜂鸣器。这些防爆电器具有防爆外壳(多数材质为铸造铝合金或钢板焊接),既能承受内部爆炸性气体环境而形成的爆炸压力,也能阻止内部的爆炸性混合物向外壳周围传播[13]

4.4 防爆照明

普通照明灯具在工作时会产生电火花或形成炽热的表面,在一定浓度的易燃易爆气体环境中,极易发生爆炸事故,因此,在试剂库中应安装防爆照明设施。试剂库防爆照明改造使用4个防爆荧光灯和1个防爆应急灯。防爆灯的镇流器、开关采用防爆元件,外壳为增安型结构,玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂成型,具有强度高、抗冲击、防水、防尘、防腐、防静电等优点。防爆应急灯为高亮度LED灯,配备高能锂电池,正常供电自动充电,停电或事故自动转换为电池组电源,自动开启应急照明,照明时长不少于6小时。此外,防爆应急灯附带安全出口标识,便于紧急情况下逃生使用。

4.5 防静电、防雷

试剂库门口配置了金属静电释放柱,相关实验人员在进入试剂库之前用手触摸此扶手以消除身体上的静电。由于人们穿着人造面料的衣服是很普遍的,此种面料容易产生静电现象,通常积聚在人体内。静电危害中最严重的静电放电可引起可燃物的起火和爆炸,静电电量虽然不大,但因其电压很高而容易发生放电,产生静电火花,能量释放易于引发火灾爆炸事故。因此,在存储易燃易爆化学品的试剂库, 须使用静电释放柱将人体本身所积聚的静电电荷泄掉,降低瞬间人体静电释放能量,避免静电放电引起的火灾爆炸事故。

此外,试剂库位于新主楼内,因此防雷方面则按原有楼栋防雷方案。

4.6 监控系统

(1) VOC监控系统。

有机挥发物(VOC)会伤害人的肝脏、大脑和神经系统,甚至可能致癌,对人体健康有巨大影响,因此要预防或控制VOC的危害,依赖于高效准确的VOC检测系统。因此,试剂库改造中应用VOC监测设备以对VOC浓度进行实时监测。当浓度超出限定范围时,总控制系统立即自动启动排风系统,以降低整体气体浓度;当浓度恢复正常范围后,自动关闭排风系统。

(2) 温湿度监控系统。

多数试剂对存储环境的温湿度有严格的要求,因此,实现对温湿度的实时监测是保证库内稳定存储环境的重要一环。当库内温湿度超出限定范围时,总控制系统立即自动启动空调和排风进行调节直至温湿度值恢复到正常范围,继而自动关闭系统。

(3) 视频安防监控系统。

试剂库改造增设视频监控系统,系统配备了高灵敏、高分辨防爆摄像头并具备夜视功能。图像保存时间在实时录像情况下为30天,可随时回放试剂库出入人员的时间和行动轨迹等信息,便于自查自纠。

4.7 监测报警系统

整体控制系统达到一定参数即可触发声光报警器,报警警示。具体参数设置如下:湿度超过95%温度超出35 ℃或VOC浓度超过46.9 mg∙m−3 (25 ppm,按分析化学实验室试剂间内VOC主要为乙醇计算),三项满足其一,即触发报警。

5 消防设施配置

化学试剂库所需配备的消防设施应包括自动喷水与灭火系统、火灾自动报警系统、水喷雾自动灭火系统等,还需配备灭火器、灭火毯、消防沙等灭火器材。

根据试剂库面积及安装高度,配置了2套悬挂式ABC干粉自动灭火装置。此装置在喷淋头的喷嘴处部位装有感温玻璃球,正常情况下,玻璃球的上端顶住喷嘴处的密封片。当室内温度达到68 ℃时玻璃球爆破,密封片自动跌落,灭火器内部压力将干粉向喷淋头处喷洒,进行灭火,其灭火速度较一般的手提式灭火器快很多,适用于火灾初期阶段的局部火灾。当库内温度超过35 ℃时,将启动温湿度报警系统,温度升到68 ℃时将自动启动干粉灭火系统,且对设备电气、化学品不会产生二次危害[12-15]

此外,试剂库配备了手提式二氧化碳灭火器、干粉灭火器、灭火毯(玻璃纤维)、消防沙桶(扑灭油制品及易燃性化学品)等消防灭火器材。

不同的火灾类型起火原因不同,需使用不同的灭火器,如选择错误不仅灭火效果不好,甚至可能会导致火势加剧,后果不堪设想。灭火器配备应根据实验室的安全综合情况选用适合的灭火器类型,具体参考如表 2。消防沙主要起到覆盖灭火的作用,也可用于泄漏物质的吸附和阻截作用。灭火毯是能起到隔离热源及火焰的作用,亦可披覆在身上为逃生所用。

表2   灭火器的选择

灭火器类型A类火灾B类火灾C类火灾D类火灾E类火灾
含碳固体火灾油品火灾水溶性火灾可燃性气体火灾金属火灾电气设备火灾
干粉硫酸铵盐(ABC)××
碳酸氢钠(BC)×
化学泡沫××××
水基××××
卤代烷型×
二氧化碳××
D型(专用)××××

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6 应急救援

实验室是高校教学和科研工作中安全事故频发的要害部位,管理稍有不慎,就可能引起人身伤亡事故并对社会造成不良影响。2019年初,教育部下发的通知《教育部要求进一步加强高校教学实验室安全检查工作》中明确了应急救援工作在教学实验室安全工作中的关键作用,全面提升安全应急能力建设是当务之急,并强调关于推进应急人员、物资和经费保障工作。高校应急救援能力的提升,能够有效预防、及时控制和妥善处理各类突发事故,将事故造成的伤害降低到最低限度,确保生命和财产安全,维护实验室稳定。

6.1 应急用品配置

应急用品是应急救援的有力武器和重要保障,对应急救援的成败起着至关重要的作用。试剂库的改造中配置了专业化的应急用品,见表 3

表3   应急救援用品一览表

用品分类品名用途
防护用品一次性防护服(B级和C级)、护目镜、面屏、呼吸面罩、手套(乳胶、丁腈)、防化靴应急人员身体防护
急救用品AED除颤仪(校友捐赠)、急救药箱伤员急救
吸附用品吸附棉(少量泄漏)、吸附枕(大量泄漏)、吸附条(泄漏围堵)化学品泄漏紧急处理-吸附
中和用品中和酸、中和碱、有机溶剂吸附剂化学品泄漏紧急处理-中和
检测仪器设备四合一气体检测仪、挥发性有机物检测仪(计划采购)检测污染物浓度,选择适合的个体防护;事故现场处理后,判断是否达到安全水平
其他应急处理手册资料、可密封应急桶、储物箱、告示牌/警示牌、剪刀、胶带、电筒、pH试纸、坩埚钳、纸笔等

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6.2 应急救援队伍建设

专业应急救援人员,能根据现场的各种突发状况及时做出正确的应急决策,再使用合适的应急用品进行处理,可以最大限度地避免、减少人员伤亡和财产损失,能有效保护环境和社会稳定。目前化学实验教学中心的应急救援队伍处于建设已初具雏形阶段(人员、硬件),下一步计划在应急理论知识培训、配套教材编撰、应急预案编制、应急演练规划及实施等几个方面入手,进一步提升应急救援人员的应急能力,使应急救援工作更为科学化、体系化、标准化,为高校教学科研保驾护航。

7 结语

在严格遵循国家相关标准和规范设计的前提下,高校化学小型试剂库的改造方案需要结合所在楼栋原有建筑结构、消防安全配套等实际情况来进行综合性分析和设计。虽然试剂库改造的总体量较小(约12 m2),但麻雀虽小五脏俱全,我们在建筑结构、电气、消防安全、应急救援等方面都进行了全面改造,并结合智能化安全控制系统,加强安全防范与控制,将安全风险降到最低程度,确保高校师生安全和校园稳定。

参考文献

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