气雾剂实验室安全

本专栏再次关注安全，特别是气雾剂稳定性热储箱的安全事项。热储箱常用于提高气雾剂产品的环境温度以测试产品或包装的稳定性，目的在于加速潜在的腐蚀或其它化学反应，相对于真实的使用场景而言，热储可以在受控环境中更快速地检测危险因素。

用于检测相容性的产品或包装通常会被置于100-130℉(37.7-54.4℃) 温度范围的热储箱中，目的是模拟气雾剂产品可能面对的真实的高温曝露场景(例如仓库中托盘堆垛的产品，天热时存储在后备箱的单罐产品)。

按我的写作的习惯，我将讲述一起与本文主题相关的一起灾难事故。毕竟进入这个行业已然39年，如你所想，我确实收集到了数量可观的例子。

35年前，我作为一名产品研发主管在Boyle-Midway研究实验室工作。主要的合作品牌包括Woolite、 PAM、 Black Flag、Wizard Air Fresheners、Easy Off Oven Cleaner、Speed Starch和3-in-1 Oil等等。在一个晴朗的日子，我正在自己的实验区办公桌工作，与另两名气雾剂化学工程师一同在一个实验区域中。突然间，我们专注的工作被瞬间的三次剧烈爆炸所打断。当我转望事发处时，看到火球烧焦了天花板上的瓷砖，工作台上的热储箱里冒出滚滚浓烟。

很快火警便被拉响，整座建筑的人员疏散撤离。幸运的是没有人员伤亡。事后清理和事故调查随即展开。我想分享的，正是这件事故调查的结果，以及事故教训和整改措施。

在清理阶段中我们发现，热储箱的门是被炸开的，直接破坏了金属门闩。我注意到这是以前那种制造优良的金属门闩，要破开这类门闩需要较大的能量。

热储箱中放置五罐已灌装的气雾剂成品，充填烃类推进剂，罐体标示“易燃”。其中三瓶发生了爆炸，两瓶完好无损。这些罐子均为金属三片罐，三片罐的部件散落到实验室各个地方，距离热储箱10到30英尺。这些部件撞到很多物件和表面，留下了许多“证据痕迹”——凹痕、擦痕以及撞击造成的洞。再次庆幸没有人员因此受伤。

此款特定的热储箱温度设置在130℉(54.4℃)，用于短期实验(一般为一个月)检测配方或包装组合的腐蚀点。检测项目包括活性成分降解、香味稳定性以及对腐蚀问题的初步判断。

你可能在想——“130℉(54.4℃)是否有一点过高了?”经过对广泛类型的气雾剂产品设置并评估过多种稳定性测试，我个人认为，“短期”高温（100–130°F）筛选对于气雾剂设计雏形产品的研究非常有用。我注意到这与用于最终定型或量产前准备的全周期气雾剂产品稳定性测试有明显区别，后者测试流程一般为期两年，并有多种检查点和存储温度。为期一个月的测试的温度参数设定一般是130℉(54.4℃)，回复至室温后再作检查评估。

而且，在短期筛查测试中观测到的问题未足以排除其它可变因素。据我的经验，130℉(54.4℃)测试失败会促使人们进行室温和100℉(37.8℃)条件下的长期检测。我个人的观点是(并未成文和也未检测)，130℉(54.4℃)稳定性测试失败，与随后的100℉(37.8℃)和室温下测试失败常常是相关联的（当然也并非总是如此）。并且我(和我的一些同事)将很快会指出这并不总是直接相关的。此处的例外是在130°F样品中观察到“点蚀”腐蚀。我的方式是先给所有点状腐蚀的样品标注为不通过，立即终止配方、推进物、罐装等组合变量的稳定性测试。点状腐蚀是最严重的一种瓶罐包装腐蚀情形，这些腐蚀点会使罐身快速完全地腐蚀并最终导致产品或推进物的泄漏。

回到我所讲的故事——在经过详尽全面的调查后，注意到以下几点:

· 热储箱温度设定在130℉(54.4℃)且加热系统运行正常。

· 在热储箱中的五瓶气雾剂产品都是杀虫剂，其中的推进剂都是易燃的烃类混合物。

· 事故发生于测试开始约三个星期后，其中的一罐产生了较严重的点状腐蚀。

· 易燃物从罐中泄漏出来，其中比重大于空气的烃类推进剂积聚在热储箱底部。

· 此时爆炸所需的四个条件已然满足:

1. 燃料:烃类推进剂。

2. 氧气:热储箱内自然存在。

3. 达到爆炸极限下限(爆炸的条件是可燃成分浓度既不能过高也不能过低)。

4. 点火源:热储箱内某处发热元件缺陷（或暴露）。 

· 接着，热储箱内的温度控制系统感应到需要启动位于热储箱底部的发热元件以维持在设定温度，而发热元件在热储箱内部环境中并没有完全屏蔽或密封，当其通电时便如同点火装置，导致热储箱内部的爆炸。这就是这起爆炸事故的根源。

· 当时只有其中的一罐泄漏，另外三罐受到推进剂爆炸产生的冲击力而随之爆炸，剩余的两瓶则完好无损。我们推测是气体爆炸产生的冲击力(冲击波)瞬间增大了这三罐的内部压力，超过了瓶罐的结构完整性极限并立即发生了变形或爆炸。

这里为不太熟悉“变形”和“爆炸”这两个术语的读者解释一下其含义。气雾剂包装受美国交通运输部(DOT)监管，更具体地说，DOT监管的是消费类气雾剂产品的承压要求(根据联邦监管条例-CFR Title 49)。

变形压力是指气雾剂在罐体不发生任何结构性变形(没有内容物泄漏)的情况下预期可承受的最大压力，例如顶部或底部发生鼓胀(但未与圆柱瓶身脱离)。爆炸压力是指气雾剂在罐体不发生结构性破坏致内容物泄漏的情况下预期可承受的最大压力，此时泄漏主要形式表现为：瓶身撕裂处内容激烈喷洒，顶盖或底盖接缝处解体，或自释装置泄放内容物。

吸取的教训 

我每每都会提醒我的客户，吸取上述事故调查中得到的教训和矫正措施。

1) 在高温条件检测，气雾剂罐内压力随温度上升而升高，可能会发生冲击力巨大的爆炸，给实验室工作人员实质性的人身伤害，在实验室工作的人员应当了解此类潜在危险。

2) 从正在加热中的热储箱取出气雾剂时必须十分小心——否则万一意外脱手跌落便可能致使受热的气雾罐发生变形或爆破。

3) 储存大量易燃性气雾剂进行稳定性测试的热储箱，宜放置在远离人员的区域——最好是独立的无人值守的房间或区域。

4) 储存大量易燃性气雾剂进行稳定性测试的热储箱，所在的区域也应当受到防护，包括设置带外部警报的可燃气体浓度检测系统，以及专用的多速暖通空调系统。

5) 永远不要想当然假定热储箱肯定可以安全地储存气雾剂，而是必须验证热储箱设计规格，一旦验证不通过，应询问厂商或替换热储箱，同时将这些记录在册。

事故中的热储箱我们已经使用了多年而没有出过意外，我们便假定其可以安全储存易燃性气雾剂，并且放置在我和我同事的工作现场。事故发生后，我们立即增加了防爆确认——在灌装或存放易燃气雾剂的场所，热储箱、通风橱、电源插座、开关以及灯具等的防爆性能必须符合相应的要求，并适时重新评估与确认。

热储箱是气雾剂实验室中十分有用的设备，是确认产品或包装相容性的重要工具。我们应当牢记：安全培训、规范要求以及设备验证与维护流程都十分重要，尤其是储存易燃性气雾剂时。