化工实验室设计环境安全改善建议

沃柏斯结合近年来大型石油化工联合装置实验室设计经验,针对石油化工实验室的特点,从合理规划实验室的功能布置、改善实验室的工作环境、加强实验室的污染防护、改进分析方法、优化分析仪器配置等方面,提出了改善实验室职业卫生环境的措施和建议。

一、合理规划实验室的功能布置

1、实验区和办公区分开设置

实验区为可能的污染区,办公区为洁净区,两功能区以阻隔门分开设置。两功能区的通风和空调系统独立设置,且办公区室内的空气压维持稍高于实验区,这样可避免实验区的气流污染办公区。操作人员在完成实验工作后,可实验室设计办公区进行数据处理和管理工作,以减少在污染区的滞留时间。

2、样品流和人流入口分开设置

VOLAB每天的样品数以百计,在实验区设置专用的样品交接区和入口,以便样品登记和预处理后送入相应的实验区。在办公区设置人流主入口,操作人员进入实验楼后,完成更衣并穿戴好防护设施后才可进入实验区,这样避免了样品和人流的交叉污染。可在2 个区域间设置相应的门禁设施,以方便实验室的管理。

3、实验室设计的功能分区

①按实验性质进行功能分区

按实验性质和污染程度将实验区进一步划分为各个功能实验室,以便根据各实验室承担的分析任务,对可能的污染进行分析和鉴别,并采取不同的通风措施。一般石化实验室内可按性质划分为塑料制样间、物性测试室、色谱分析室、仪器分析室、油品分析室、化学分析室、水质分析室等,其中有些实验室的污染较重如油品分析室、化学分析室等,这些实验室需设置更多的通风设施如通风柜、排气罩等,以达到较多的换气次数;而有些实验室的污染较轻如物性测试室、水质分析室等,这些实验室可设置较少的通风设施。

②对特殊的实验室进行专门规划

对有特殊污染的测试项目要设置专门的实验室,并避免对其它实验区的污染。一个典型的例子是对高密度聚乙烯装置铬系催化剂的分析。未活化的铬系催化剂粉末可能发生飞扬,活化(氧化)后催化剂中所含六价铬为致癌物,鉴于实验的特殊性,可设置铬系催化剂专用实验室,并与其它实验室隔离,空调、通风等均独立设置,以避免对其它实验室的交叉污染。

也可将这种有特殊污染的实验室布置在独立的小建筑物中,或者布置在其它可能的区域(如工艺装置区内靠近取样点的合适位置)。如果条件不允许,必须设置在实验室主建筑物中,要采取如上的隔离设置。

二、改善实验室设计的工作环境

1、通风和空调系统

①保证实验室内的换气次数

实验室内设置的空调和通风系统,应达到一定的换气次数,以保证室内空气的洁净度。SH/T3103-2009《石油化工中心化验室设计规范》规定对产生有害气体房间的换气次数不少于7 次/h,对一般的石化实验室,正常工作时的换气次数选用8~10 次/h 较为适合,对污染程度高或事故时,需选用更高(如12 次/h)的换气次数。

对大型实验室的通风,建议采用变风量通风控制系统(VAV)以实现以下功能:保持通风设施恒定的排风速率;保持室内的微负压;保持室内设定的换气次数以及减低能耗。

②设置局部排风设施

针对有毒有害气体和蒸气,设置局部排风是排除污染的最有效措施。局部排风设施主要包括通风柜、排风罩、万向排气罩、排风药品柜等,其作用是将实验过程产生的有毒气体及时排出室外。各种排风设施的大小、高度、排风速率等,应根据实验产生污染气体的性质和位置进行设计(通常排风设施采用0.5 m/s的风速是合适的)。

对产生污染的实验可直接在通风柜内进行,相应的仪器设备可直接安装在通风柜内,可采用桌上型通风柜、双联通风柜、单联通风柜、落地式通风柜等,以适应不同的实验和仪器;排风罩主要用于对产生的有毒气体进行“定点清除”,位置设置更灵活;带通风的药品柜用于存储挥发性的试剂和样品,以避免污染室内空气。

2、对有特殊污染的实验采取特殊的防护措施

对特殊样品的分析,应根据样品性质,对可能发生的污染配置相应的特殊设施。如上例对HDPE装置铬系催化剂样品的分析,样品的处理应在密闭手套箱进行,手套箱内通氮密封;样品分析要在通风柜中进行,通风柜应设置过滤器,以避免样品泄漏。

3、对实验的污染物进行密闭收集

对分析过程中产生的有毒有害气体,可设计专用的排放管排至实验室内的负压系统中,如气相色谱分析过程中产生的废气和排放气,设计专用放空管通过排风负压管道排至室外。

对实验废液进行密闭收集后送专业公司处理或焚烧。如液相色谱的流动相中可能含有有毒有害的挥发物(有乙腈、甲醇等),这些液体要采用专门的废液收集罐进行密闭收集后统一处理。

4、采用密闭取样系统

石油化工联合装置的实验室每天有数以百计的样品从各工艺装置中取出送至实验室进行分析,所以建议工艺装置中含有挥发性有毒有害成分的样品取样点均应采用密闭取样系统,以避免取样人员暴露于有害物质。密闭样品容器送到实验室完成分析后,应送返工艺装置,将容器内的残余物吹扫至相应的低压系统或火炬系统中,这样整个过程就实现了密闭操作。

实验室设计环境,化工实验室设计

三、加强实验室设计的污染防护

1、设置有毒可燃气体检测报警系统

可能发生有毒气体泄漏的实验室,应安装相应的检测报警器。检测器的安装位置及检测范围应覆盖所有的危险区域,检测信号同时引至实验室的控制室或工厂的控制中心。

部分实验室内会引入大量惰性气体如氮气、氦气等,这些惰性气体一旦大量泄漏,会造成室内氧气浓度下降,损害操作人员的健康,因此在可能发生惰性气体泄漏的地方应设置氧气浓度检测报警器。

2、设置安全淋浴及洗眼器

对可能发生有毒有害物质喷溅的地点,应设置安全淋浴和洗眼器,以便在发生意外时进行紧急冲洗。

3、个人防护设施

在实验室建设过程中,个人防护设施如防护服、护目镜、便携式有毒气体检测报警器等应计入总投资中。 

四、改进分析方法,优化仪器配置

1、采用仪器分析替代人工分析

随着分析仪器的迅速发展,在石油化工行业,仪器分析可以替代绝大部分的人工分析。这样不仅能减少操作人员在化学污染中的暴露,而且能提高分析速度和分析结果的精确度。

关注仪器发展和分析方法开发的新动向,在实验室仪器配置中仔细研究采用“绿色”分析方法的可能性,是改善实验室的操作环境非常重要的一环。

2、采用自动化程度较高的仪器配置

投资允许条件下,可以通过提高仪器设备的自动化水平,以减少操作人员暴露在有毒有害环境中的机会。比如仪器配置自动进样器以替代人工进样;采用样品预处理模块替代人工样品处理等,都会减少操作人员接触污染物质的机会。

3、采用商品化的标样替代自行配制

专业的试剂提供商可以提供各种商品化的标样,这样不仅大大减少了石化实验室操作人员的工作量,并且这些专业化的供货商还可以通过替代传统标样中的剧毒成分来提供相对安全的标样,这种模式越来越被传统石化实验室所接受。

五、实验室设计存在问题及建议

a) 缺乏相关的标准规范。国内专门针对石油化工实验室职业安全卫生方面的标准规范尚不完善,借鉴国外标准尽快制定或完善这方面的行业或国家标准是当务之急。

b) 工程建设环节对实验室的职业健康重视不足。设计、审批、采购、建设各环节对实验室的职业卫生重视不足,从设计人员到使用者均应提高HSE认识水平,把HSE当作决策的最重要因素来考虑。

c) 实验室的职业卫生管理还有待完善。安全、洁净的实验室还需要严格的管理,才能真正保护使用者的健康和安全。相对国外实验室,国内石化行业实验室在职业卫生管理方面有差距,实验过程中不穿戴防护设施、在实验室内饮食等还很常见,这需要管理者加强对员工的职业卫生教育,增强实验人员的自我防护意识,真正把职工的健康和安全放在第一位。