CSB典型事故案例分析—美国德州理工大学实验室爆炸事故给我们的启示

CSB典型事故案例分析—美国德州理工大学实验室爆炸事故给我们的启示
2016-06-29老唐过程安全管理
CSB典型事故案例分析—美国德州理工大学实验
室爆炸事故给我们的启示
关键词
实验室、爆炸、安全管理、美国化学品安全与危害调查委员会(CSB)
摘要
本文结合美国化学品安全与危害调查委员会对美国德州理工大学实验室爆炸事故的分析，结合国内高校及工厂实验室情况，从实验室危害辨识、风险分析、实验室安全管理、实验室应急管理方面存在的不足，并提出改进措施。

1. 介绍
相对于工业领域的安全生产事故，高校、工厂实验室的安全事故往往不容易得到人们的关注，然而实验室向来被认为是校园中的危险区域，常被比喻为炸药库、生化武器库、毒药间等，稍有不慎将会造成生命财产的重大损失。

本文根据美国化学品安全与危害调查委员会(CSB-Chemical Safety Board)对美国德州理工大学实验室爆炸事故的调查研究，结合国内高校、工厂实验室情况，从实验室危害辨识及风险分析、实验室安全管理、实验室应急管理方面存在的不足，并提出改进措施，希望藉此提高高校、工厂实验室安全，避免事故的再次发生。

2.
2010年1月7日，美国德克萨斯州理工大学化学与生物化学系实验室发生了爆炸，爆炸导致1名毕业生失去了3根手指，手和脸部被烧伤，一只眼睛被化学物质烧伤。

美国德州理工大学有11个院系，在校人数超过31500人，其中化学与生物系有140名毕业生和研究生，225名在读学生，26名教师和19名职员。

美国德州理工大学化学与生物化学系1名5年级学生与1名1年级学生进行合成高氯酸肼镍衍生物(NPH)课题实验，通常为了表征新合成的高氯酸肼镍衍生物(NPH)物质活性需要进行示差扫描热量分析、落锤冲击性、热重分析等试验，而每次合成实验得到的反应物一般在50-300mg，为了避免多次合成，两名学生在没有咨询首席研究员的情况下，擅自放大合成实验规模，一次性得到了10gNPH。

在实验过程中，两名学生发现少量的NPH与水和乙烷作用下，不会发生燃烧和爆炸反应，因此他们基于经验判断，更大量的NPH的危害性与少量的NPH是一样的。

在放大合成实验后，5年级学生发现，NPH产品呈块状，为了得到规格一致的NPH 颗粒，他将合成得到的一半产品，约5g转移至研钵中，加入乙烷，并
使用搅拌棒轻轻搅拌分离块状产品。

在最初分离块状产品过程，这名研究生佩戴有护目镜，但在完成分离试验后，脱下护目镜并走开，等再次回到水泥器皿时，没有再次佩戴上护目镜情况下又再一次对样品进行了搅拌，此时，爆炸发生了，爆炸造成这名学生失去三根手指，手与脸也造成不同程度的烧伤，一只眼睛受伤。

图1：爆炸事故发生后实验台损毁图
3.
对于大多数事故，往往在调查的过程中过多关注与个人行为和决定对事故发展的影响，但是现代事故致因理论认为，事故并不是设备的单一故障或者一个人的某一不安全行为，而是多个失效或者缺陷出现导致的（摘自CCPS，2003，p89-90）。

这一事故致因理论可以用JamesReason 的“瑞士奶酪模型”进行阐释，见图2，瑞士奶酪模型(SwissCheese Model)是曼彻斯特大学教授James Reason在其著名的心理学专著《Humanerror》一书中提出的概念模型，通过国际民航组织的推荐成为航空事故调查与分析的理论模型之一。

根据奶酪模型，有许多的保护层来避免事故的发生，每一层奶酪就代表一层保护层，每一层奶酪上的“孔”表示每一层保护层都有失效的可能性，如果多个保护层同时失效（每一层奶酪上的孔贯穿），事故就会发生。

图2：CSB根据德州理工大学事故的奶酪模型
当CSB在进行事故调查时，就是根据奶酪模型的理论，找出各个保护层。

同时CSB在调查过程中不仅调查事故的直接原因，而且要研究事故背后的组织、公司等层面可能存在的问题。

CSB根据物证、现场情况，采访证人，CSB认为美国德州理工大学实验室爆炸原因有：
（1）美国德州理工大学研究工作中，对物质本身危害性没有得到有效评估和控制；
（2）美国德州理工大学实验室安全管理程序只是沿用OSHA（美国职业安全与卫生署）《实验室危害化学品工作场所暴露标准》，而此标准旨在处理危害化学品暴露环境中对身体健康危害，而没有关注化学品物质危害；
（3）没有现行针对研究实验室环境的综合危害评估指南；
（4）美国德州理工大学以前发生的实验室不安全事故，本可以从中得到预防事故再次发生的经验，但没有得到书面记录、追踪、并在校园内进行正式的交流；
（5）截止本次爆炸事件发生时，研究捐款资助机构、美国本土安全局（DHS），对研究工作没有提供任何具体安全要求，以致失去了对安全进行影响的机会；
（6）美国德州理工大学首席研究员（PI），院系以及大学在安全职责和安全监督方面存在不足。

图3：CSB对美国德州理工大学实验室爆炸事故调查分析图
4.
在我们审视美国德州理工大学实验室爆炸事件的同时，有必要回头看看国内高校实验室及工厂实验室的形势，国内也时常有大学实验室发生各类安全事故见诸各类媒体报道中，过去两年，就有北京师范大学化学楼实验室起火，常州工程职业技术学院实验室爆炸，工厂实验室也经常出现人员中毒、爆炸的类似事故。

相对于工业领域的安全生产事故，大学或者工厂实验室的安全事故往往不容易得到人们的关注，然而大学实验室向来被认为是校园中的危险区域，常被比喻为炸药库、生化武器库、毒药间等，稍有不慎将会造成生命财产的重大损失。

美国德州理工大学实验室爆炸事件暴露出高校实验室管理方面的很多问题，带给我们很多的教训和启示，特别是回头看看国内高校及工厂实验室的现状，更是令我们陷入深思，本文借鉴美国德州理工实验室爆炸事件的教训和启示，希望能给国内高校及工厂实验室安全带来一些启示。

4. 1
4.1.1实验室危害辨识
不同实验室设置的目的，存放的物品不同，有毒有害因素会不一样，所在日常的实验室安全管理中需要根据国家的响应规定，对实验室内的有毒有害物质，高温、有毒、粉尘等有毒有害因素进行识别。

4.1.2实验室风险分析
实验室往往会开展一些物质反应、合成等实验，实验的流程，实验中涉及的反应、降温等操作往往也存在着风险，所以在实验前，需要运用诸如HAZOP、事故树、安全检查表等风险分析的方法对实验流程进行风险分析，并根据风险分析的结果采取相应的安全措施。

如实验过程中出现温度高、压力高等的保护措施，实验尾气的处理方式等。

4.2 实验室事故调查
美国德州理工大学实验室爆炸事件后，CSB对整个事件进行了系统、并从管理、法律法规等方面进行了详细的调查与分析，国内高校或工厂实验室在爆炸事件发生后，更容易将事故调查的重点放在直接导致事故发生的直接责任人与直接行为上，而没有更深层次探究导致事故发生的诸多层次上的组织漏洞，最终导致事故调查报告结果只能“头疼医头，脚疼医脚”，治标不治本。

在事故调查完成后需要根据事故调查的结果对管理层面、技术层面、设备设施层面存在的问题进行整改。

并对其它类似事故案例进行认真学习研究，吸取经验教训。

4.3.1 安全管理规定规章
实验室应制定详尽的安全管理规定，对实验室用电、用气、操作、三废处理等方面做出明确规定，目前在实验室管理制度方面存在的问题有：
•
a：没有根据实验室的实际情况做出具体规定，使得文件的实用性差；
•
•
b：安全管理文件时效性差，管理文件制定后，一般几年都没人去更新。

再者安全管理规定规章一般流于形式，检查人员检查形式流于形式，实验室人员时间长后麻痹。

•
国内高校有关的安全管理制度，范围要涵盖危险化学品的使用、储存、处置；安全防护措施使用和变更管理等内容，在制定过程中要与所有的实验人员进行沟通交流，获得职工的认可，使得制定出来的规定规章更具有实用性；定期或根据实际变化情况，适时对规定规章进行更新，保持文件的时效性。

实验室管理制度应涵盖通风橱、气瓶、玻璃器皿、加热炉、废弃化学品的处置等的正确使用、安全注意事项等进行明确规定。

4.3.2 实验室日常记录管理
实验过程记录、化学品使用，入库记录、实验室会议记录等文件是实验室日常管理的重要文件，但是在一些实验室这些记录缺失或者不规范，无法对实验过程、化学品的使用进行跟踪，容易出现混乱进而带来安全问题。

同时若发生意外时也无法进行调查和追踪。

4.3.3 安全培训
美国德州理工大学实验室爆炸事故中，学生只接受了助教级别的安全培训，且培训内容单一，使得学生对物质的危险性认识不足，在个人防护用品的使用上也存在不足。

在实验室需要针对人员进行化学品的MSDS，
实验室个人防护用品的使用、应急措施等内容进行培训，并对培训效果进行考核。

4.3.4 安全防护
与美国德州理工大学实验室研究生根据实验情况自行决定佩戴PPE一样，国内高校实验室学生存在同样问题，一方面安全防护措施不足，实验室内一般只配备有安全护目镜、防护手套、通风橱等最基本的防护措施，另一方面学生自行决定佩戴PPE，甚至“赤手空拳”作实验。

因此国内高校有必要根据每个实验室具体情况，除了配备基本的PPE外，还要根据实验室涉及的具体危害因素，配齐各类安全防护措施，另外需要加强安全防护措施使用规定，使安全防护措施的使用得到实际执行，发挥其应有的作用。

4.4.1 安实验室应急设备管理
实验室的应急设备一般包括灭火器、呼吸器具、洗眼器及喷淋设施等，应急设备的选型、布置位置、数量等应满足相应法律法规的要求，且定期对应急设施进行测试。

对应急设备的使用对实验人员进行培训。

如眼睛接触化学品后应迅速用洗眼器冲眼至少20分钟。

在冲洗期间转动眼球和保持上下眼敛分开，然后就医；皮肤接触化学品后应冲洗皮肤接触处，脱去污染衣服和鞋子，用大量水冲洗至少20分钟。

寻求医疗帮助。

4.4.2 实验室应急演练和事故报告管理
实验室发生应急情况(例如火灾，严重的化学品泄漏或医疗紧急情况等)后应立即按照已经制定好并经过审批和及时更新的”应急响应预案“进行响应，按照应急预案采取相应的措施。

在日常的实验操作过程中定期组织人员对应急预案进行演练，并对应急演练的情况进行总结。

在发生泄漏时，按照应急预案的内容进行呼叫，在应急呼叫期间应提供报告人的姓名、事故位置、伤亡情况等信息。

5. 结论
高校及工厂实验室安全不仅仅是实验室人员与研究员的责任，更多是管理机构在各个层面上从实验室危害辨识及风险分析、实验室安全管理、实验室应急管理方面做好相关的安全管理，才能从根本上杜绝高校及工厂实验室事故的发生。

6 参考文件
[1] CSB CASE STUDY, Texas Tech University LaboratoryExplosion, No. 2010-05-I-TX。

[2] Reason, James (2000-03-18). "Human error: modelsand management". British Medical Journal 320 (7237):
768–770.doi:10.1136/bmj.320.7237.768. PMC 1117770. PMID 10720363。

[3] Rasmussen, Jens (1997). "Risk management in adynamic society:
A modelling problem". Safety Science 27 (2–3):
183–213.doi:10.1016/S0925-7535(97)00052-0。

[4]《生产安全事故报告和调查处理条例》，国务院令[2007]第493号。