1、实验室安全

 

随着经济的发展，我国加大了各项领域的科学研究投入，相应的实验室发展迅速，不过近年来实验室的安全事故也频频发生；实验室安全事故的原因有很多种，实验室气体存放与使用不当是其中之一。实验室仪器分析过程中需要使用到各种种类繁多的气体,这些气体是实验室运行中必不可少的组成部分，我们需要对一些常见的，或者对自己将要用到的气体进行充分的了解后，再根据特性进行使用，以减少安全事故的发生。

 

2、实验室气体

 

一般实验室可能会用到氢气、乙炔、氧气、甲烷、氮气、二氧化碳、氩气、压缩空气、氦气、一氧化碳、氧化亚氮、硫化氢、二氧化硫等气体，以下为各高压气体安全相关的简要特性：

 

2.1、氢气：氢气比空气轻得多，在室内使用和储存时，如漏气会上升滞留屋顶不易排出，与空气或氧气混合能形成爆炸性混和物，遇热或明火即会发生爆炸。

 

2.2、乙炔：无色无臭，比空气轻，与空气或氧气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高温物体、静电、放射性等点火源，极易燃烧爆炸。能与铜、银、汞等的化合物生产爆炸性物质。在一定温度和压力条件下，纯乙炔也会发生自身直接分解爆炸。

 

2.3、氧气：无色无臭，比空气略重，与易燃物（如氢气、乙炔、甲烷等）形成有爆炸性的混合物

 

2.4、甲烷：无色无臭，比空气轻，易燃，具窒息性，与空气或氧气混合能形成爆炸性混和物，遇热或明火即会发生爆炸。

 

2.5、氮气：无色无臭，不燃，高浓度窒息。

 

2.6、二氧化碳：无色无臭，不燃，高浓度窒息。

 

2.7、氩气：无色无臭，不燃，高浓度窒息。

 

2.8、压缩空气：无色无臭，有助燃性。

 

2.9、氦气：无色无臭，不燃，高浓度窒息。

 

2.10、一氧化碳：无色无臭，易燃易爆气体，有毒性在血中与血红蛋白结合而造成组织缺氧。

 

2.11、氧化亚氮：无色有甜味的气体，助燃。

 

2.12、硫化氢：无色有恶臭的气体，比空气重，易燃，具强刺激性。是强烈的神经毒物，对粘膜有强烈刺激作用。

 

2.13、二氧化硫：无色特臭的气体，比空气重，不燃、有毒，具有强刺激性。

 

3、实验室气源形式

 

3.1、实验室气体采用的供应方式如下：

 

实验室气源通常来源于高压气体钢瓶、气体储罐、气体发生器、气体压缩机、空分管网气体。

 

3.2、常用瓶装气体按照气源分类如下：

 

压缩气体：空气、氧气、氮气、氩气、氦气、氢气、甲烷、一氧化碳等；

 

溶解气体：乙炔；

 

液化气体：二氧化碳、氧化亚氮、硫化氢、氨、二氧化硫等。

 

3.3、气体储罐

 

常用气体储罐为液氮、液氩。

 

3.4、发生器

 

常用发生器为空气发生器、氮气发生器、氢气发生器。

 

3.5、气体压缩机

 

此种方式主要用于空气，一般的实验室空气用量较大，同时对气体要求较低，因此可考虑根据气体用量设置相应的空气压缩机，空气压缩机需要考虑设备的散热及其产生的气体的油水及杂质处理。

 

3.6、空分管网气体

 

化工实验室通常建设于化工厂内，其厂区通常有空分装置，空分装置产生的气体可进行利用，输送至实验室；主要有管网氮气、管网空气。

 

3.7、以上气体的几种供应方式，相对而言高压气瓶危险性更大。

 

4、实验室分散供气

 

4.1、传统实验室，经常可在实验室内发现仪器附近有放置高压气瓶进行就近供气；采用就近供气主要有如下隐患：

 

（1）实验室气体种类繁多且复杂，根据常用气体的特性简介，这些气体基本都存在安全隐患，具有易燃、易爆、毒性、窒息性等特性，同时高压气瓶具有内部气体压力高、存量大的特点，高压部分一旦泄漏，即可能会在短时间内造成重大安全事故。

 

（2）部分气体相互之间会发生反应，如果有会发生燃烧或爆炸等强烈反应的气体同时泄漏或连环爆炸，亦可能会引起造成人员伤害、分析数据丢失与经济损失。

 

（3）一般的40L高压气瓶压力多数为15Mpa，气瓶高压段如有部件损坏，可能会损伤附近的分析人员与仪器。

 

4.2、实验室常用的分析仪器如色谱、质谱等，在工作时都需要连续使用气体，要求气体供应不能间断，以免影响数据分析及科研结果；如采用分散供气，那么需要长期对气瓶进行管理，同时一般实验室内不能断气的仪器数量会相对较多，带来分散的气瓶数量增多，从而会导致分析人员频繁更换气瓶，增加运输费用，降低工作效率，也占用了有限的实验室空间。

 

4.3、实验室有不少气体属于消防严格控制的甲、乙类物品（比如氢气、乙炔、甲烷、氧气等）。实验室内甲、乙类物品存放量有严格限制，超过规定将导致建筑物无法进行验收。

 

4.4、综合考虑，实验室推荐采用集中供气的方式，气源站设为独立建筑。

 

5、实验室集中供气

 

5.1、实验室各种气体集中放置于独立的气源站内，结合相关标准规范及实验室气体特性可知，气体气源站及集中供气系统建设时需要考虑如下内容：

 

(1)独立气源站需要根据国家规范进行建设，根据气源站内各气体的类型，选择对应的建筑类型、建筑物组件的耐火等级、相应的建筑地面，易燃易爆气体需要进行相应的建筑泄爆计算，气源站内的电气设施需根据对应的级别进行电气选型与设计。

 

(2)在一定条件下，部分气体会发生相互反应，可能会发生爆炸、引起中毒等情况，因此在气源存放时需要将这类气体分开存放，如氢气、乙炔、甲烷等易燃易爆气体需要与氧气、压缩空气等助燃性气体分开存放；另外易燃易爆气体应该尽量放置于独立的房间，避免相互影响发生连环爆炸。

 

(3)实验室气体特性决定气体钢瓶需要存储于阴凉、避免阳光直射的气源站，同时远离火种、热源。气源站温度不宜超过30摄氏度，需要保持气体钢瓶密封良好，避免泄漏发生安全事故。

 

(4)实验室中各类气体的用气量存在差异，设计时需要预估一定使用周期内的各类气体用气量，从而确定各种气体钢瓶的存放量，避免频繁更换气瓶，也可通过减少不必要的气瓶存放降低隐患，减少气瓶租用费用。

 

(5)气体供应系统设置主用气瓶与备用气瓶，主用与备用气瓶之间可自动切换，另外采用低压报警监测气瓶压力，当气瓶压力低于一定值时，低压报警发出报警信号提醒分析人员及时更换气瓶，保证气体连续供应。

 

(6)实验室气体具有易燃、易爆、有毒、窒息等特性，需要根据气体种类进行隐患消除，可采用如下措施： 

 

①具有窒息性的气体需要监测存储区域的氧含量，氧含量气体检测器靠近泄漏点,其安装高度距地坪（或楼地板）0.3～0.6m。

 

②具有可燃性的气体需要监测存储区域的浓度（爆炸极限的占比），可燃气体检测器的安装高度需要根据气体与空气的比重进行确定，检测比空气重的可燃气体检测器，其安装高度距地坪（或楼地板）0.3～0.6m。检测比空气轻的可燃气体检测器，其安装高度高出释放源0.5～2m。

 

③具有毒性的气体需要监测存储区域的浓度（最高允许浓度值的占比），有毒气体检测器的安装高度需要根据气体与空气的比重进行确定，检测比空气重的有毒气体的检测器，靠近泄漏点,其安装高度距地坪（或楼地板）0.3～0.6m。检测比空气轻的有毒气体的检测器，其安装高度高出释放源0.5～2m。

 

④正常情况下，实验室气体储存区域需要保持自然通风，避免气体集聚造成危害；非正常情况下，当气体突然发生大量泄漏，气体储存区域内的气体浓度达到一定值时，气体检测器发出报警，同时输出报警信号至强制排风系统，自动启动强排风机将泄漏的气体排放至安全区域，使气体浓度下降至安全范围内，从而消除危害。

 

⑤可燃、助燃气体气瓶及管道需要进行静电接地，防止静电积聚，避免发生静电引爆可燃气体爆炸性混合物。可燃气体管道需要设置于防雷保护区域内。所有防雷防静电接地装置定期检测，接地电阻每年至少检测一次，对爆炸危险环境场所的防雷装置每半年检测一次。

 

⑥可燃气体与有毒气体设置紧急切断阀与气体检测器联动，当气体检测器报警时自动控制切断阀切断气源，消除释放源。

 

⑦可燃气体与有毒气体设置排空系统，排空系统将气源区管道内残留与置换的气体排空至室外，排空管道高于屋面2m以上。

 

⑧可燃气体设置阻火器，避免气体回火。

 

(7)设定专门的气瓶管理规章制度，进行专人管理、监督、处理、定期检查。

 

5.2、气源输送

 

(1)集中气源站与气体使用的建筑物通常有一定的距离，需要设置架空管廊，在确定管道的布置及敷设方式时，需要结合气体种类、气源与用气区域的实际情况进行综合考虑；其中易燃易爆气体应进行架空输送，管道支架采用非燃烧体。架空管道不与电缆、导电线路、高温管线敷设在同一支架上。

 

(2)乙炔管道的制作千万不能用紫铜，因为会形成乙炔铜，而乙炔铜是一种引爆剂。

 

(3)管道之间采用全自动焊接或其它有效防止气体泄漏的连接方式，避免采用卡套、法兰等。

 

(4)气体管道不进入不使用该气体的房间。

 

(5)氧气阀门及管道禁油。

 

6、结束语

 

实验室人员与设施的安全至关重要，气体是实验室中必不可少的组成部分，如何消除与降低气体带来的安全隐患需要贯穿于气体系统设计、建设、运行的全过程。