海关实验室气瓶室设计管理分析-中国口岸科学技术-2021年03期

海关实验室气瓶室设计管理分析

作者：石莉莉1 魏斌2 赵松渭2 丛进2

石莉莉1 魏斌2 赵松渭2 丛进2

摘要本文以实验室用气安全出发，选取气瓶这一特种设备与危险化学品双重属性的压力容器，对其安全风险管理进行分析，结合海关实验室工作实际，就存放场地气瓶室的设计与管理提出建议，以实现用气安全可控。

关键词实验室安全；气瓶；设计；管理

Analysis on Design and Management of Gas Cylinder Chamber in Customs Laboratory

SHI Li-Li1 WEI Bin2 ZHAO Song-Wei2 CONG Jin2

Abstract Based on the safety of laboratory gas use, this paper selects gas cylinders in a pressure vessel with dual attributes of special equipment and hazardous chemicals, and analyzes its safety risk management. Combined with the actual work of customs laboratories, the design and Management are made to achieve safe and controllable gas use.

Keywords laboratory safety；gas cylinder；design；management

为规范海关实验室管理，提升海关实验室的技术保障能力，促进实验室持续高质量发展，2020年12月5日，海关总署下发了《海关实验室管理办法》，实验室安全管理是本办法中的重要一环。本文选取气瓶室作为研究对象，围绕安全风险控制分析探讨。

1 实验室安全

实验室是开展各类检验检疫检测活动，从事科学研究的重要场所。无论是从事前沿、未知领域的探索实践，模拟各种复杂环境开展测试，或承担一般检测任务的实验室，都应履行实验室安全的主体责任，必须履行防火安全、设备安全、化学品安全、机械加工安全、放射性安全、生物安全、常规安全、特殊工种安全、意外防护^[1]等各类实验室安全风险防控义务。

2 气瓶管理的重要性

近年来，实验室安全领域研究愈加深入，也更加趋向于系统性，以用气安全为例，涉及压力容器、有毒化学品、易燃易爆品综合研究课题越来越多。气体钢瓶（以下简称气瓶）是实验室里一种具有特种设备与危险化学品双重属性的压力容器。依据GB/T13005-2011《气瓶术语》，气瓶为公称容积不大于3000 L，用于盛装气体的移动式压力容器。气瓶内压很大，低压气瓶公称工作压力小于8 MPa；高压气瓶公称工作压力等于或大于8 MPa，有的高达15 MPa。使用时，通过减压阀（气压表）有控制地放出气体。

近几年，由气瓶引发的事故时有发生，因此气瓶安全尤为重要。《高校实验室气瓶事故统计分析》一文就选取了52起高校实验室气瓶事故进行统计分析，从发生倾倒、泄漏到爆炸，对这三类事故的可能性以及事故后果严重程度，运用概率论进行风险分析研判^[2]。正因为其重要性与风险性并存，气瓶管理各项制度相继出台，包括行业主管单位层面的《气瓶安全监察规定》《气瓶安全技术监察规程》，高校、医院、实验室等单位层面则建立了内部管理规定。此外，还在“人机料法环”各环节进行优化，从电子标签设计到二维码固化信息，从新技术应用到系统管理，气瓶安全风险研究日益深入。

3 海关实验室气瓶室管理与设计

气瓶室作为存放气瓶的封闭或半封闭场所，是气瓶安全管理的重要环节，但有关气瓶室管理相关规定可查阅到的信息量十分有限。以海关实验室气瓶室管理为例，立足气瓶管理进行延伸细化，从两个层面进行研究。

3.1 气瓶室管理制度层面

3.1.1 气瓶存放防护要求

通过对气瓶管理制度的归纳汇总，气瓶存放防护要求集中体现在以下五个方面：

(1)存储场地要求。一般规定专用的仓库存储，仓库内应通风干燥，不得有地沟、暗道等。

(2)环境及防护措施。远离任何热源、电源或火源，避免阳光直射。并采取必要措施做好防火、防爆、防辐射、防毒以及防静电等。不得用沾有油脂及油污的手套、工具接触，因油脂与压缩氧化性气体接触后，可能产生自燃。

(3)分类存放要求。空瓶与实瓶应通过加贴明显的标识予以区分，并分开放置。对于毒性气体气瓶应与一般气瓶分室存放。气体相互接触可能引起燃烧、爆炸或者产生毒物的气瓶，也应分室存放。无法满足分室存放要求的，要采取隔离措施。气瓶附近应配备防毒用具及灭火器材等。

(4)气瓶放置要求。气瓶摆放整齐有序，每个气瓶都应佩戴好瓶帽。立放时应采取防止倾倒措施，包括气瓶固定板、固定架、固定座、固定带和气瓶柜等辅助设施进行固定。

(5)气瓶数量要求。应控制在最小需求量范围内。

3.1.2 气瓶室建立健全制度管理

气瓶室要满足气瓶存放防护要求，首先应在管理制度建立、应急机制建立、人员教育培训等层面加大力度，应当将气瓶管理纳入实验室安全管理体系中进行统筹规划，参照GA1511-2018《易制爆危险化学品储存场所治安防范要求》《特种设备使用管理规则》制定相关的制度。

(1)在人力防范方面重点突出管理人员、使用人员以及安全管理员的责任，从气瓶入库开始明确全链条各个环节责任清单。安全管理员要切实肩负起监督管理的责任，使用人员要严格按照操作指南实施。岗前及定期培训应纳入实验室安全培训计划，针对使用人与安全管理人员的职能差异重点突出、逐项落实。

(2)在实体防范方面则应突出防火、防盗甚至防破坏设计要求的各项规定。包括防火门、防盗门、疏散通道、监控室、在气瓶室土建中对钢筋、钢管亦或钢板栅栏直径等都应有详细的规定，从设计建造开始就将安全要求落在制度上，做好安全保障。

(3)在技术防范方面则应重点对视频监控系统、入侵紧急报警系统，气体探测系统、备用电源配备等有明确的技术规定或要求。考虑到技术发展需求，还应为包括RFID、GSM/GPRS等做好保障。

(4)在应急防范方面，依据《特种设备使用管理规则》，可以在综合应急预案中编制特种设备事故应急的内容，适时开展应急演练。依据自查与外部检查及时梳理风险节点，落实整改减低风险隐患，不断丰富和完善应急预案的内容，提高制度对实际的指导性、实用性、适用性。

对于已经建立并运行ISO17025的实验室，在人员与应急方面都已经有较成熟的制度支撑，因此可以建立实体与技术防范的第三层次文件，作为安全管理制度的补充和完善。

3.2 气瓶室设计与技术应用层面

气瓶是海关实验室用气的重要来源之一，海关实验室常用气体主要是精密仪器使用的高纯度气体，包括化学反应实验用的实验气体（氯气）；气相色谱、气质联用、原子吸收等精密仪器使用的不燃气体（氮气、二氧化碳）、惰性气体（氦气、氩气）、易燃气体（氢气、乙炔）、助燃气体（氧气）等。有些实验室还有用于同位素检测的一氧化碳，用于气质农残检测的化学离子源反应气-甲烷。供气方式则通常有分散供气和集中供气。

3.2.1 分散供气

分散供气是将用气瓶放在各个仪器分析室。目前海关实验室通常会将暂时不用的气瓶集中存放，惰性气体与易燃易爆气体分室存放，气瓶室一般会配有检测气体泄漏装置。有些海关实验室对于易燃气体配有气瓶柜，但数量非常少，大多还是利用固定的架子，固定在墙上或者链条对气瓶做防倾倒处理。

气瓶柜作为气瓶存放较为常见的形式之一，主要分为单瓶、双瓶和三瓶，气瓶柜及其内部结构如图1所示。其主要优势：一是配备有固定装置，可以做到气瓶有效固定防倾倒；二是在存储空间受限的情况下，最大限度满足气瓶分开存放的要求；三是可以较好隔绝外部设备对其影响，当火灾发生时，短时间也可以起到防火隔离作用；四是随着技术不断升级，探测装置与排风系统也在不断更新换代，可以通过监控模式（检测到可燃气体报警并开启风机）或时控模式（定时开启风机）有效监控气体泄漏，改善局部排气、通风，防止气体积聚，减少或降低燃爆、中毒等事故发生。气瓶柜的合理使用是一种安全、经济、有效且方便的安全补偿措施^[3]。

图1 气瓶柜及其内部结构图

Fig.1 Cylinder cabinet and the internal structure

3.2.2 集中供气

集中供气是将各类气瓶放置在气瓶室，以管道输送形式输送到实验室不同的仪器上。有些高校实验室探索应用物联网技术、远程气体监控系统以提高用气安全。

(1)物联网技术应用。气瓶监控技术方面应用较多的包括：RFID技术、基于GSM/GPRS结合技术。其中GPRS/GSM相结合的通信方法不仅能适应网络通信的需求, 在数据传输的时效性、准确性以及节约运行成本方面都具有优势^[4]。

(2)远程气体监控系统。从目前的研究成果看，远程气体监控系统主要有三方面作用：一是实时警报。第一时间将探测到的泄漏信号传输到中央处理器，对于连接到火灾报警系统或是应急响应系统的，可以同时报警。通信条件适宜的情况下气体使用人员与管理人员的移动终端也会收到报警信息。二是实现远程操控。当气体泄漏达到一定量时，控制室的人员可操作紧急关闭按钮，远程关闭供气设备的气动阀门。与远程监控系统相连的排风机组也将启用，对泄漏区域及周边进行紧急排风，避免泄漏气体浓度增加到爆炸极限。三是对气体使用状态及余量进行监测，从而进行合理调度^[5]。

3.2.3 海关实验室气瓶室设计

海关实验室中有一些建造时间较早，加之硬件条件限制，很难实现系统化管理。有的实验室空间有限，在用的以及储备的气瓶均与仪器设备、实验室器材放置在同一个测试室，无法满足气瓶存放的基本安全要求，很容易造成安全事故。对于缺乏既有改造条件的实验室，只能从安全角度做好后续安全智能化设计，包括安全冗余设计，防止主观问题酿成无可挽回的损失。

(1)运用气瓶柜设计理念，将气瓶室设计成一个区间划分清晰的气瓶柜，参照活动板房的设计理念，根据气瓶种类进出库变化，利用冷轧碳钢或其他同类型材料进行区域隔断调整。特别是针对空间有限的场所可以利用这种物理隔断满足分库分室存放的基本要求。

(2)依托物联网技术，无论是分散供气还是集中供气，都可以对每一个气瓶定点定位统一纳入远程气体监控系统进行监控。按照惰性气体、不燃气体、助燃气体、易燃易爆气体以及其他气体分区域放置。在气瓶室内做好气体探测系统的科学布点安装，探测报警装置也可以根据气体种类差异合理选择，定制款的气体探测装置更具有针对性，可以通过一拖N气体探测装置实现对可燃或有毒有害气体精准探测（如图2所示）。对于布线有困难的还可以选择无需布线即插即用的可燃气体报警器。这些产品都是已经在售的成熟产品，完全可以实现实时探测监控报警需求。甚至在消防设置配置方面，也可以按区进行布局。利用科学的系统设计实现资源的优化整合，最大程度提高设施设备利用率。

(3)需要关注气体探测环境搭建。由于现在信息系统对网络信号要求高，在设计安装时还需要考虑信号屏蔽以及信号放大的问题，防止网络通信不畅造成时控监测失效，机械保护应该同步进行搭建，双重保护确保遇到紧急情况可以第一时间响应，为救援处理争取更多时间。

(4)对于升级改造或新建实验室则可以借鉴环境评价的“三同时”要求，气瓶室供气系统的设计、施工、投入使用与实验室同步建设，特别是基础建设、水电气线路等方面做好提前谋划布局，通过集中供气系统实现人气分离，保障测试人员安全，运用智能控制技术提高风险防范的水平。

4 结语

海关实验室气体相关设施的设计、建设和管理将越来越受海关主管部门的重视，气瓶室的管理无论是制度层面还是实际应用层面，都应从实际出发，借鉴海关系统内外好的方案，加强已有设计和方案的整合改进，更好保障日常检测工作开展。安全是海关实验室建设和发展的根本保障，我们有责任有义务通过收集风险源、分析研判风险点，建立更加完善的管理制度，采用更加科学高效的方式做好风险管控，推进海关实验室的高质量发展。