探討高效安全規范現代化化驗室建設的技術要求

段立榮

(云南天安化工有限公司，云南 安寧 650309)

我們常說的化驗室其實是一個統稱，是一個模糊的概率，其按科學性質和行業的不同而千差萬別，甚至完全不同。通常情況下，化驗室按其科學類別，可分為：化學實驗室、物理實驗室、生物實驗室(動物、植物和微生物)。按其所在的行業，可分為：疾控中心、出入境檢驗檢疫、環境檢測、水質檢驗、產品質量檢驗機構、食品藥品檢驗機構、醫學檢驗機構、工廠實驗室、核電系統等等。

云南天安化工有限公司分析實驗室是屬于化工生產中的工廠實驗室，主要開展化學、物理分析檢驗，需具備相關設備、設施。

由于云南天安化工有限公司，是由多家單位整合而成，原來各單位都有各自的化驗室，形成了多點、小而全的化驗室格局。近年來，經過多次化驗室改造，已逐漸形成統一、集中、規范的化驗室，從而資源利用更加合理、分析工作開展更加高效。然而因新的化驗室也不是一次性規劃改造而成，還受到原來舊有房間數量等的限制，仍然存在一些不合理性。

1 化驗室建設總體規劃

1.1 認真明確新建化驗室的檢驗任務

1.1.1 生產中分析頻率及分析儀器

根據公司各生產裝置，由生產部門提出需要檢驗的原材料、產品、中間控制的分析頻率、分析項目，再根據分析項目確定需要的分析儀器。以2023年天安化工分析頻率(節選)為例，所需的設施如表1。

表1 分析頻率、項目、儀器

僅從以上頻率即可以看出，需要煤質分析儀5種、酸度計、電導儀、分光光度計、電位滴定儀等一些儀器及相應的配套設施。

1.1.2 其他需要檢驗的項目

工廠生產中除常規分析項目以外，還會存在一些需要分析檢驗的項目，也須考慮進去，如表2。

表2 其他需要分析檢驗的項目

1.1.3 未來幾年可能增加的檢驗項目

根據公司生產建設及發展的要求，將今后幾年可能需要建設的生產裝置及相關的分析儀器預先進行評估，一并考慮到化驗室的建設中，先留出空間，暫不采購儀器。

總之，在建設化驗室前，需確定分析任務、分析儀器及相應的設備、設施。

1.2 確定化驗室需要的設施及房間需求

根據化驗室檢驗任務、分析儀器、班組管理以及《SH/T3103-2019 石油化工中心化驗室設計規范》[1]《GB50160-2018 石油化工企業設計防火規范》[2]的要求，擬定化驗室的房間需求，如表3。

表3 化驗室主要房間需求

1.3 確定化驗室基礎設施需求及來源

根據具體每一分析房間，統計生活水、脫鹽水、動力電、照明電、電話線、網線等設施需求。根據每臺儀器需要，統計儀器載氣、燃氣、壓縮空氣、通風、恒溫的需求。明確水、電、氣等基礎資源的供給來源，做到總體規劃。

以天安化工化驗室為例進行說明，基礎資源需求及來源如表4。

表4 基礎資源需求及來源

1.4 確定化驗室廢棄物處置及去向

根據化驗室分析中實際排放的廢棄物進行統計、明確處置措施及去向。以天安化工為例進行說明，廢棄物處置如表5。

表5 廢棄物處置及去向

2 各系統建設中技術要求

2.1 化驗室布局

當所建化驗室的分析任務、分析儀器、房間需求確定后，就開始對化驗室進行整體布局規劃，主要從以下幾方面進行考慮：

1)由化驗室建設場地大小，合理規劃建設面積及樓層高度。如是原有舊樓改造，就因地制宜合理布局?；炇乙h離灰塵、煙霧、 噪音和震動源的環境。

2)化驗室房間門應向外開，較大的實驗間應設兩個出口，以利于發生意外時人員快速撤離。制樣設備、重設備在底層，輕設備在高層。

3)化驗室應充分考慮有利于水、電、氣供給與排放；氣瓶間需防爆設施要單獨建設，不宜建在化驗室主樓內。

4)化驗室布局還應考慮內部的班組管理、功能性區劃的需要。

以天安化工化驗室改造為例，對化驗室布局進行說明，如圖1、圖2、圖3。

圖1 化驗室一樓布局圖

圖2 化驗室二樓布局圖

圖3 化驗室三樓布局圖

這個化驗室是在舊樓基礎上改造的，一樓主要是磷酸、硫酸、磷肥產品的分析檢驗及相關設施，二樓主要是水質、氣體分析、環境監測分析及相關設施，三樓主要是煤質分析、標準溶液制備及相關設施。因為原有房間不足，物資倉庫、留樣間、化驗室的一些輔助設施則放到了其他地方。另外，門的朝向還需要進行整改。

2.2 化驗室土建施工

化驗室的土建施工，主要是以化驗室布局為基礎，按設計圖施工，將各個房間進行合理分割。主要工作是完成水、電、墻、門、窗、頂棚、地面的施工。

2.3 化驗室給、排水系統

化驗室給、排水，是化驗室的主要基礎設施，主要包括生活水、脫鹽水供水及排水。衛生間的給、排水(本次不作討論)?；炇业慕o、排水要求：

1)根據化驗室各房間布局，確定各房間生活水、脫鹽水的使用點位。主要用水點是：水池柜、通風柜、電熱水器、緊急洗眼器、及部分分析儀器。

2)要保證各個供水點水壓、水質和水量，選擇適合供水管道材質及管徑。

3)供水管道總閥門應設在易操作的位置，每一個樓層都設分閥門，每一個供水點都設置DN15的球閥，以便維修。

4)所有用水點都配備排水管道。排水管道應采用耐酸、堿腐蝕的材料，每一個水池旁邊應設有地漏。

5)所有排水經管道收集于一樓廢水沉淀池，沉降后，廢水依次進入水封井、清水池，再用泵送脫鹽水廢水處理站。

2.4 化驗室強、弱電系統

化驗室強、弱電系統，主要包括分析儀器的動力電、照明電、電話線、網線及視頻監控設施。

1)化驗室需要連續供電。因色譜分析儀、X-熒光分析儀、報警裝置、監控設施、運行中的分析儀器，都要求 24 h 連續運行，突然停電可能會導致儀器故障，造成較大損失。

2)化驗室需提供三相五線動力電源?；炇覂仍S多風機、電機、破碎機需 380 V 電源，更多是使用 220 V 電源。分析儀器要有接地的保護，整個化驗樓接地電阻≤0.5 Ω。

3)各分析間根據分析儀器、可能的用電設備，在墻上、工作臺上合理布置插座或空開位置，還須預留備用接口。

4)化驗室照明應根據房間面積配置LED燈，平均照度≥300 lx。

5)電話線配至交接班室及主要工作間。網線配至所有分析間，為將來分析檢驗自動化升級改造做準備。

6)重要的分析間、氣瓶間、劇毒品、易制毒房間需要安裝報警裝置和視頻監控設施。

各房間電器設施需求一覽表(節選)如表6。

表6 化驗室各房間配電需求一覽表

將各房間配電需求逐一列出，并進行匯總、統計，構成整個化驗室的用電需求，再由專業的電氣工程師進行設計。

2.5 化驗室工作臺、柜系統

化驗室工作臺、柜是化驗室內部主要設施，是分析檢驗的工作場地和各種儲物柜。

1)化驗室工作臺主要包括：工作臺(中央臺、邊臺)、水池及水池柜、試劑架、儀器臺、高溫臺、天平臺，還可以根據場地及分析儀器的需要，制作專用的一些工作臺，如色譜工作臺、煤質分析工作臺等。

2)化驗室儲物柜包括：藥品柜、樣品柜、資料柜、滴水柜、專用氣瓶柜等。

3)化驗室工作臺、柜中使用的鋼材表面需進行防腐處理；工作臺臺面可以選用實芯理化板、大理石板、花崗石板、環氧樹脂等材料制作。柜體根據存儲的物品可選用膠合板、鋼板、PP板、聚四氟板。

4)工作臺上需要的水管、電源、網絡、氣路等設施，都要隱藏設計于工作臺中，實現整體的完美組合。

以天安化工化驗室為例，對化驗室工作臺、柜設置進行說明，如圖4。

圖4 化驗室一樓實驗室工作臺柜布置圖

2.6 化驗室通風系統

化驗室通風系統，是將分析檢驗工作中產生的有毒、有害、易燃氣體排出，使工作場所安全、可靠、無害運行。通風設施主要有三種類型：全室通風、局部排氣罩、通風柜通風。主要要求如下：

1)各分析間根據分析任務及儀器，確定產生的廢氣種類及數量，再確定究竟采用何種通風方式。

2)微量的廢氣排放，采用固定風量直排的方式，以排風扇、原子吸收罩、軸流風機等排放。

3)大量的廢氣排放點，如加熱、蒸發、燃燒產生大量煙塵、使用各種揮發性強的試劑、色譜室廢氣等，就使用通風柜或專用廢氣管道抽風排放。廢氣用大功率風機引至屋頂，在屋頂進行凈化處理后排放。

4)排風扇、原子吸收罩、軸流風機等根據現場要求設置就地單機啟停；所有通風柜風機采用變頻控制。

5)通風管道、風機等設備、設施應具有防腐、防爆、阻燃功能，風機換氣量滿足要求。

2.7 化驗室供氣系統

化驗室供氣系統主要討論氣瓶間供給的氣體，包括：氫、氧、氮、氦、氬、氬甲烷、液化丙烷、乙炔氣、備用氣共9種。

1)化驗室供氣系統主要由氣源切換系統(一級減壓)、二級調壓、氣體過濾純化、氣體低壓和泄漏報警、廢氣排空系統，由管道、壓力表、球閥、阻火器等組成。對于易燃易爆氣體，必須加入阻火器，其余稀有氣體，可加單向閥。

2)供氣系統入口端壓力，按高壓高純鋼瓶充裝標準。各種氣體終端出口為0～0.6 MPa。

3)供氣流程：高壓氣瓶→高壓降壓→單向閥或阻火器→供氣管道→終端閥門 →終端調壓閥→分析儀器。

4)氣體采用匯流排實現不間斷供氣，管路采用316L級不銹鋼管，須經拋光、鈍化、脫脂、光亮退火等處理，特別是氧氣管線，必須做脫脂處理。所有管道采用焊接方式。供氣主、輔管道尺寸根據用氣量確定，可選用1/2″、3/8″、1/4″等不同尺寸逐漸遞減。

5)供氣系統承受壓必須大于鋼瓶最大設計壓力。供氣系統保壓 24 h 后，壓降≤0.02 MPa，氣密性檢驗合格。

6)供氣系統需安裝泄漏報警系統，可發出聲光報警信號，報警器安置在便于分析人員觀測到的位置。

3 結束語

1)化驗室的建設是一個復雜的系統工程，涉及到土建、水、電、實驗室設施等方面的建設。建設要符合規范的要求，滿足生產的需要。要做到建設前的調查、規劃，建設中的監督、檢查，建設后的優化、提升。

2)各行業的化驗室有著許多差異，但建設化驗室的總體思路是相通的、是一致的，要有任務再有方法、儀器，后有設施。在具體的化驗室建設中要結合生產實際，提出新穎性、前瞻性、可行性方案，以便更加高效、安全、規范配置化驗室各項資源，達到建設現代化的化驗室目標。

3)化驗室的建設要與時俱進，積極引進吸收化驗室自動化設施，提升化驗室的工作效率。如化驗室分析數據LIMS系統、水質分析自動化驗系統、煤炭全自動采制化系統等等。