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南通大学数字媒体实验中心实验室安全手册

第一章 实验室安全概述

第二章 燃烧与爆炸基本知识

第三章 电气安全防护

第四章 实验室信息安全


第一章实验室安全概述

实验室是高等学校进行教学实践和开展科学研究的重要基地,也是学校对学生全面实施综合素质教育,培养学生实验技能、知识创新和科技创新能力的必备场所。

实验室安全是高等学校实验室建设与管理的重要组成部分。它关系到学校实验教学和科学研究能否顺利开展,国家财产能否免受损失,师生员工的人身安全能否得到保障,对高校乃至全社会的安全和稳定都至关重要。

这几年来,实验室安全事故引发人员伤亡和财产损失的事件时有发生,为我们敲响了警钟,使人们不得不对实验室安全予以高度的关注和重视。

实验室安全作为一门学科,重点研究的是在实验室环境下人、机、环境系统之间的相互作用及保障师生员工实验安全的科学与技术,研究教学科研中实验风险所导致的事故和灾害的发生、发展规律以及防止实验室意外事故发生所需的科学知识与技术方法。

本章从实验室安全面临的问题入手,阐述了实验室安全事故发生的原由、表现形式以及危害类型,实验室安全管理的特点和要求,实验室安全工作的重要意义以及所带来的社会经济效益,提出了加强实验室安全工作的有关对策。

第一节实验室安全的重要性

一、实验室安全工作面临的问题

随着我国高等教育事业的快速发展,国家对实验室建设的投入大幅度增加,实验室建设无论是从数量上还是从质量上都达到了前所未有的程度。但是。随着高校办学规模和招生数量的不断扩大,对高校实验室资源的开放性、共享性要求也越来越高。进入实验室的人员多、流动性大,实验室安全工作面临的问题也越来越多,实验室安全事故时有发生。如火灾事故、中毒事故、伤人事故和环境污染事故等。

实验室安全事故是指在实验过程中发生的,与人们的愿望相违背的,使实验操作发生阻碍、失控、暂时停止或永久停止,并造成人员伤害或财产损失的意外事件。

在实验过程中,人们总会遇到各种来自不同方面的不安全因素的干扰,如果忽视了对不安全因素的防范或对其控制不力。就会发生实验室安全事故。

实验室安全事故主要由“硬”、“软”两个方面的问题造成。硬件方面主要是指实验室安全设施和装备;软件方面主要是指对实验室安全工作的思想认识、安全管理制度的建设及规范操作。

(一)硬件建设方面的问题

1.规划设计考虑不周,造成安全隐患

由于规划设计人员对各类实验室的功能要求缺乏一定程度的了解,尤其是对些特殊实验室的特殊要求知之甚少,因此在实验室建设的规划设计中对设施和装备的安全要求考虑不周,工程设计上存在漏洞,包括人与机械、作业环境之间配合不当等,造成了安全隐患。

2.基础设施陈旧,线路老化,防火能力低,火灾隐患多

目前,在我国高校内尚有部分实验室用房属于砖木结构,其供电线路老化而用电负荷又大量增加,私拉乱接线路的问题也相当严重,造成不少火灾隐患。此外,一些高校建筑的走廊和室内吊顶采用了泡沫塑料板等易燃材料,这些材料遇火即燃,且会产生大量有毒气体,易使人窒息死亡。

3.乱设防护门窗,堵塞安全通道

近年来,高校实验室内贵重实验仪器设备大量增加,为防止这些设备被盗或失窃。不少实验室、计算机房普遍加装钢筋护窗,增设全封闭的金属门,有的甚至将双向通道走廊的一头封闭,改为单向通道走廊。一旦发生意外,因通道严重受阻。逃生不畅,后果不堪设想。

4.安全资金投入不足,安全设施陈旧落后

高校对实验室安全的资金投入严重不足,主要表现为:

(1)消防设施配备不足,不少现有设施因陈旧而无法使用。按规定,实验室应配备固定式灭火系统或移动式消防器具,但因资金缺乏而未配备或配备数量不足。已配备的消防设施又因维护不到位,致使其功能丧失,甚至于一些高校因供水压力不足而造成高层实验室缺乏消防用水。

(2)实验室用房紧张。一些需要分开存放的物品不能做到分开存放,而且一些设备的安全操作距离也不够。

(3) 缺乏应急动力供应系统。一些实验室设备在使用时不能突然停电,否则会造成设备损坏甚至报废,但因资金缺乏而未配备应急供电系统或双环路供电系统。

(4)不少学校因为资金问题而没有建立现代化的实验室监控系统,无法有效地做好“四防”(防火、防盗、防破坏、防自然灾害)工作。

(二)软件管理方面的问题

1.安全观念落后,安全意识不强

在高校中,无论是领导层还是基层都不同程度地存在着重教学科研、轻安全环保的思想,存在着安全工作有投入、无产出,只要现场工作人员注意就出不了大事的麻痹意识。其根本原因就是以人为本的理念尚未真正深入人心,尚未真正认识到实验室安全工作对保障学校发展,创建平安校园,构建和谐社会的重要意义。

2.安全建设审核制度不完善

在实验室的建设工程设计或改造项目中,对安全功能进行审核的程序和制度还不尽完善,以至某些工程完成之后仍存在着安全隐患。。

3.安全管理体制不顺,安全责任不明

(1)部分高校缺乏全校性实验室安全工作的专门组织体系,难以建立对整个学校实验室安全工作实行全面管理的领导体制,没有落实法定代表人是单位安全第一责任人的要求。

(2)部分院()没有专人负责实验室的安全工作,没有配备专职实验室安全员,无法层层落实管理职责,安全责任不明确。

(3)职能部门缺少专门的科室和专业的技术人员。很难实现对实验室安全进行专业管理,与院()的实验室安全管理之间缺乏有效的衔接。

4.制度不严,检查不力,奖罚不明

目前,不少学校的实验室安全管理存在现有制度不严、执行落实不细、检查督促不力、奖罚不明的问题。实验室的安全管理不仅要建章立制,更重要的是要落实检查。例如,随着高校招生规模的扩大,实验室工作人员明显不足,请临时工到实验室工作或请学生到实验室值班的情况已很普遍,使相应的安全措施没法落实。

另外,对实验室安全事故的处理流于形式,往往是大事化小、小事化了,同时也没有对实验室安全工作做得好的单位给予鼓励或奖励。

5.不重视安全教育和培训,相关制度不完善

目前,大多数高校都没有专门的实验室安全教育和培训制度,是否对实验室人员进行专门的安全教育和培训主要取决丁实验室负责人对安全的认识和态度,而没有相关的制度予以保障。如何加强对实验室安全工作的认识,加大实验室人员的安全培训力度,以及对学生开展这方面的教育已成为实验室安全工作的当务之急,应该列入学校的日常工作之中。

在实际工作过程中,实验室安全事故的发生往往是由于实验室人员和学生对安全防护的认知不足,凭经验,或平时的不良习惯(贪图方便、轻视、不按规定、懒惰等),或疲劳疏忽,或遇紧急危机时处理能力不足等造成。因此,加强对实验室人员和学生的安全教育和培训就显得十分重要。

二、实验室安全工作的重要性

高校实验室中各种潜在的不安全因素变异性大,危害种类繁多。一旦发生实验室安全事故,将造成人员伤亡、仪器设备损毁、教学科研停滞,使师生员工的家庭以及社会、国家蒙受重大的损失,甚至还可能连带发生其他刑事或民事的官司或赔偿。

随着社会的进步,人们逐步认识到人的生命是无价的,是人的不同需求中最为基本而又最为重要的一个需求。实验室安全工作的目的就是要建立一个安全的教学和研究的实验环境,减少实验过程中发生灾害的风险,确保师生员工的健康及安全,从而满足人性安全感的基本需要。

无论从实验室的使用功能,还是从实验室的自身发展来看,我们都应该强调把实验室的安全防范作为实验室管理的基础。“隐患险于明火,防范胜于救灾,责任重于泰山”。因此,做好高校实验室安全工作的意义重大:

(1)它是贯彻以人为本的理念,培养创新人才的需要;

(2)它是高等教育事业又快又好、健康、持续发展的需要;

(3)它是维护国家和人民利益,维护好自身健康与安全的需要;

(4)它是创建平安校园、构建和谐社会的需要。

三、实验室安全工作的中心任务和对策

实验室安全工作的中心任务是防止实验室发生人员伤亡事故和财产损失事故。实验室安全工作的对策主要有以下几点:

(一)加强安全教育,加大宣传力度,营造安全文化氛围

事故的发生有着偶然性和突发性的特点,安全意识的淡薄,安全素质的欠缺,安全行为的背离是导致事故发生的直接原因。因此,加强安全教育,加大宣传力度,营造浓厚的安全氛围是确保实验室安全的重要措施之一。要充分利用各种载体和安全宣传阵地,广泛开展安全教育活动,大力倡导安全文化,在不断创建安全文化建设的活动中,树立安全的价值观念,安全的责任意识,树立“我懂安全、我要安全、我保安全”的思想意识,形成人人重视安全,人人具备安全技能的良好氛围。此外,还要加强对实验室人力资源的管理和人员索质的培养。开展安全教育、安全技能培训、安全保健、安全知识竞赛和安全维护等。

(二)以人为本,把安全管理落到实处

人既是管理的主体,又是管理的客体,每个人都在一定的管理层面上行使各自的权利、职责和义务。人是安全工作的决定性因素,以人为本抓安全,才能抓到安全工作的实质。按照科学的人力资源管理理论,每个人都有自身的能量,都能发挥各自的积极性、能动性和创造性,只有充分调动人的积极性,激发人的内在潜力,使每个人主动参与安全管理,形成全员参与、齐抓共管、人人要安全、人人管安全的共识,才能确保安全管理的稳定性和有效性。

(三)建立长效机制,促使安全管理制度化、规范化、标准化

建立长效机制是安全管理的是键环节,是引导实验室安全发展的客观要求。建立长效机制,一是要建立和完善实验室安全管理的各项规章制度。二是要构建学校、职能处室、学院、实验室和实验技术人员、实验者的安全管理网络体系,使实验室安全管理横向到边,纵向到底,一层抓一层,一环连一环,层层相促,环环相扣。三是要加强制度的落实与执行力度。制度是安全保障的基础,严格执行制度才是确保安全的关键。在安全管理中要加大监督、监控、检查、整改和责任追究的力度;在执行层面上要运作规范,依法按章办事,工作落实到点到位。四是要尽快制定实验室安全运行、安全条件以及安全操作的标准化文件,同时制定以实验室安全运行为目标的实验室安全管理全过程的各项详细的、可操作的管理标准,并在管理中严格贯彻和执行。

(四)加大对实验室安全的投人,提高安全设施的科技含量

实验室的安全防护硬件设施和仪器设备的安全运行状态是保证实验室安全的重要条件。

一些实验室安全事故的发生往往是由于安全设施的欠缺或仪器设备运行状态不良所造成的。因此,增加实验室安全投入,加强实验室安全设施的建设和仪器设备的管理,可以将实验室安全事故消灭于萌芽状态。安全经济观认为。预防性安全投入是最经济、最可行的措施之一,是确保实验室安全的重要手段。

(五)依法制定和完善规章制度,加大执法力度

随着时代的进步,科技水平的提高,人们法律意识的不断增强,以及世界有关专门组织的实验室标准的制定出台,各个高校必须认真审视原先制定的实验室规章制度,摈弃与法律和有关标准相违背的条款,吸纳新的标准和规定。同时主管部门应加大对实验室安全的执法力度。

第二节实验室常见安全事故的成因、表现形式及危害类型

任何事物的发生和发展都有其规律可循。实验室安全事故的发生也有其因果性、潜在性、再现性、偶然性和必然性的特点。实验室安全事故总是给人们带来意想不到的损失,人们可以根据事故发生后残留的事故信息,经过分析、判断、推理。得出事故发生的原由及其过程,并从中学到防范实验室安全事故发生的相关知识。预防安全事故的再次发生。为此,必须要研究清楚实验室安全事故的起因、表观形式以及危害类型,从而探讨各种消除、控制事故发生的方法。

一、实验室安全事故的成因

在实验室安全事故的发生和预防中,人为因素占据了主要地位。安全意识淡薄是导致实验室安全事故发生的重要原因。通常个人不安全行为和失误导致的事故占了很大的比重,据台湾慈济大学实验室安全卫生教育训练教材介绍,实验室安全事故中由于火灾引起的事故比例仅为2%,而人为因索引起的事故比例却为98%。因此,尽管实验室安全事故的发生是实验室内人、物、环境诸方面因素交错反映的结果,但是人在事故的发生和预防中起着决定性的作用。一般而言,高校实验室安全事故发生的主要原因有:人员操作不慎,使用不当和粗心大意;仪器设备或各种管线年久失修、老化损坏:不可抗力的自然灾害;恶意侵害行为(如计算机被病毒感染、计算机遭黑客攻击等);监控管理不力(设备被窃、泄密等)

二、实验室安全事故的表现形式

实验室安全事故的表现形式主要有:火灾、爆炸、毒害、机电伤人及设备损坏等。

(一)火灾性事故

火灾性事故的发生具有普遍性。几乎所有的实验室都可能发生。酿成这类事故的直接原因是:①忘记关电源,或在实验过程中,人离开实验室的时间较长。致使设备或用电器具通电时间过长,温度过高,引起着火;②操作不慎或使用不当,使火源接触易燃物质,引起着火;③供电线路老化、超负荷运行,导致线路发热,引起着火;④乱扔烟头,接触易燃物质。引起着火。

(二)爆炸性事故

爆炸性事故多发生在具有易燃易爆物品和压力容器的实验室。酿成这类事故的直接原因是:①违反操作规程,引燃易燃物品,进而导致爆炸;②设备老化,存在故障或缺陷。造成易燃、易爆物品泄漏,遇火花而引起爆炸。

(三)毒害性事故

毒害性事故多发生在具有化学药品和剧毒物质的化学化工实验室和具有毒气排放的实验室。酿成这类事故的直接原因是:①违反操作规程,将食物带进有毒物品的实验室。造成误食中毒;②设备、设施老化,存在故障或缺陷,造成有毒物质泄漏或有毒气体排放不出,酿成中毒;③管理不善。造成有毒物品散落流失,引起环境污染;④废水排放管路受阻或失修。造成有毒废水未经处理而流出,引起环境污染。

(四)机电伤人性事故

机电伤人性事故多发生在有高速旋转或冲击运动的机械实验室,或要带电作业的电气实验室和一些有高温产生的实验室。酿成这类事故的直接原因是:①操作不当或缺少防护,造成挤压、甩脱和碰撞伤人;②违反操作规程或因设备、设施老化而存在故障或缺陷,造成漏电,触电或电弧火花伤人,③使用不当,造成高温气体、液体伤人。

(五)设备损坏性事故

设备损坏性事故多发生在用电加热的实验室。酿成这类事故的直接原因是:由于线路故障或雷击造成突然停电,致使被加热的介质不能按要求恢复原来状态而造成设备损坏。

三、实验室安全事故的危害类型

(一)机械危害

机械所发生的伤()害,如卷人、扎伤、压伤,焊接强光、噪音、震动造成的伤害,操作错误所造成射出、弹出锐件造成的伤害,以及接地不良所造成的触电事件等。

(二)化学品危害

许多化学品具有易燃、易爆、毒性和腐蚀性的特点,容易造成火灾、爆炸及对人体的危害。

(三)电气危害

电气危害不仅包括触电事故,还包括雷电、静电、电磁场危害,各种电气火灾与爆炸以及一些危及人身安全的电气线路和设备故障等。

(四)辐射危害

辐射包括电磁波辐射和放射性辐射,因其具有高密度的能量,在实验室研究工作上具有很多用途,但其高能量的射线易造成对人体的伤害。

(五)生物危害

人们在对动物、植物、微生物等生物体的研究中,由于病原体或者毒素的丢失、泛用,转移而引发的对人类健康和赖以生存的自然环境所可能造成的不安全事故。比如:外来物种迁入导致对当地生态系统的不良改变或破坏;人为造成的环境的剧烈变化危及生物的多样性;在科学研究开发、生产和应用中,经遗传修饰的生物体和危险的病原体等可能对人类健康、生存环境造成的危害等。

(六)其他危害

一般工厂所发生的伤()害,如跌倒、摔跤、坠落、碰撞、火灾、粉尘、噪声等,在实验室也同样会发生,一般小伤害均以此类居多。

第三节实验室安全管理的特点及内容

一、实验室安全管理的特点

保障实验室的安全,最为重要的是实验室安全管理的到位。2004年中国疾病预防控制中心因为“非典”病毒管理不善而引发的4月份北京、安徽的“非典”疫情,引起了人们对实验室安全的高度关注和震撼。经卫生部调查认定,那次“非典”疫情源于实验室内感染,是一起因实验室安全管理不善,执行规章制度不严,技术人员违规操作,安全防范措施不力,导致实验室污染和工作人员感染的重大责任事故。因此,实验室安全管理的到位是防止实验室安全事故发生的关键所在。高校实验室管理的多样性、特殊性决定了实验室安全管理的特点。

(一)多样性

根据学科和专业的特点,高校一般设置规模悬殊,层次、性质不同,种类繁多的各种实验室。如生物、化学、电子、机械、放射性同位素、射线装置、网络实验室等。因此,由于实验室各自的特殊性,其安全防护的要求也不尽相同。根据不同实验室制定有针对性的、切实可行的安全技术与安全管理办法是维护实验室安全的前提条件。

(二)复杂性

实验室的安全管理不仅是对仪器设备、安全技术和环境的管理,也是对人的管理。仪器、环境、安全技术、人等方面所潜藏着的众多小安全隐患是造成事故的重要困素。如用水、用电、用气的安全,仪器设备的操作安全,致病微生物、危险化学品、剧毒物品、放射性物质的存储与使用安全。师生员工的安全意识、行为、实验操作流程的规范与否,安全设施的技术条件等都会对实验室安全带来影响。由此可见,实验室的安全管理涉及实验室管理工作的方方面面,必须实现对整个实验室管理系统的监管和控制。

(三)综合性

实验室的安全管理是一项系统工程。实验室的安全管理、平安校园的建设。涉及面广、管理难度大、综合性强,它不仅涉及实验室内部的管理体系,还包括实验室外部的管理体系。因此,需要各级参与、层层负责、相互协调、共同合作。要全方位和全员化落实实验室安全责任制,形成一个齐抓共管的良好氛围,才能将实验室安全管理工作真正落到实处。

(四)服务性

实验室系统的安全,直接关系到师生的切身利益,关系到学校的稳定与发展,关系到平安校园的打造。安全是否得到保障取决于管理与服务职能是否得到充分的发挥。实验室的安全管理不只是单纯的管理,还得体现它的服务性。随着管理模式的转变,即由经验型管理向科学型管理转变,由电纯型管理向服务型管理转变,注重以人为本的理念,争创安全的优质服务,成为实验室安全管理的重要特征之一。管理是服务的方法和手段,服务则是管理的目的,服务是根本。强化服务意识,坚持服务宗旨,提供优质服务,才能真正确保实验室的安全。

二、实验室安全管理的内容

为保证实验室工作有序进行,不同学科的实验室都有自己安全管理的内容和要求。以下所提供的是各类实验室需要考虑的主要内容,各实验室可根据自己的实际情况参考执行。

(一)建立实验室规章制度

实验室安全制度;危险化学品管理制度;生物安全管理制度;放射性安全管理制度;废弃物与排污管理制度;菌、毒种及细胞系保管制度;保密制度等。

(二)制定有关的操作规程

仪器与设备的使用;通用的检验技术与方法;专用的检验技术与方法;动物及动物室的管理;试剂及试药溶液的配制与管理等。

此外,还要建立质量保证体系,加强对仪器设备、实验室设施、实验室建筑、操作间、实验动物和档案资料等的管理,建立健全人员培训机制。

第四节实验室安全效益

从学校大局来看,实验室安全是构建和谐,平安校园的重要组成部分:从教学、科研角度来看,实验室安全是确保教学、科研活动正常开展的前提;从人性化的角度来看,实验室安全是维护人员生命安全和健康的根本所在;从经济学的角度来看,实验室安全是保证办学效益的基本保障。实现实验室安全和实验活动过程的安全,向安全争效益是建设平安校园的价值反映。将“安全是最大的效益”贯穿于实验室建设与管理的全过程,建立安全保障体系,才能确保实验室安全经济的稳定与发展。

一、实验室安全效益的涵义

实验室的安全效益是指以合理、科学的安全投资,提供符合实验室环境、实验活动和人员生命健康需求的安全保障所产生的效果。从安全效益的表现形式来看,安全的主要功能体现在两个方面:其一是保障人的身心健康与生命安全,减少财产的损失;其二是维护和保障系统功能(如实验室的功能)得以充分发挥。安全效益包括安全的经济效益与社会效益两个部分:

安全的经济效益是指通过安全投入所实现的安全条件,在实验过程中保障装备技术、环境与人品的能力和功能,并提高其潜能为社会经济发展带来的利益;安全的社会效益是指安全条件的实现,对国家和社会发展、学校教学科研活动的正常开展,以及家庭、个人的健康幸福所起的积极作用。

二、实验室安全效益的特点

实验室是学校开展实验教学、科学研究和生产研发的重要场所,其安全效益的特点如下:

(一)间接性

实验室安全不是直接的物质生产活动,其安全效益通过减少事故造成的人员伤亡与财产损失来体现,并由于保护了人的生命健康以及教学、科研的技术或设备,促进了学校教学、科研的发展,在保障教学、科研活动的顺利进行中间接创造经济效益。

(二)迟效性

安全效益的迟效性表现在安全的减损(伤亡和财产损失)作用上。安全投资的回收期长,它不是在安全措施运行之时就能体现出来的,而是在事故发生之时表现出其价值和作用。但是安全工作必须超前预防,做到防患于未然,而不是发生事故后再来亡羊补牢。

(三)长效性

安全措施的作用和效果往往是长期的,不仅在措施的功能寿命期内有效,就是在措施失去功能之后,其效果还会持续或间接发生作用。如实验室的环保措施,防核防辐射的对策,安全教育和安全技能培训等都具有长久的效益。

(四)多效性

实验室安全有了保障,实验活动就能有序、有效地顺利开展,确保了人员的身心健康,工作效能和效率就会提高;减少人员伤亡和财产损失,特别是安全目的实现了人的安全与健康,这是很难直接用货币来衡量的,体现了社会和经济的效益。

(五)潜在性

安全创造的效益大多不是从其本身的功能中显现出来的,而是潜在于安全过程和安全目的的背后,安全维护了人的身心健康,使物质环境处于安全、卫生状态,充分发挥了实验室的功能和作用,推动了教学、科研工作的正常开展。从形式上分析,其所直接体现的意义并不是经济的,而是隐含在实现维护人的身心健康、生命安全和减少财产损失的目标过程中。

总之,实验室安全工作与学校的教学、科研紧密相连,与学校的每一个人息息相关,负责实验室安全工作的领导必须要具有以人为本的理念,重视对实验室建设的投入,加强对实验室安全的管理。每位师生员工则要共同合作,全力去发现实验室中存在的安全隐患,自觉遵守实验室安全规章制度,共同创造一个安全愉快的教学、科研和学习的环境。


第二章 燃烧与爆炸基本知识

俗话说“贼偷一半,火烧全完”。火灾和爆炸是实验室的主要安全隐患。因此,在确保实验室安全的各项工作中,预防实验室火灾和爆炸的发生是首要工作。本章主要介绍燃烧与爆炸的基本知识与原理,为防止火灾与爆炸事故的发生、保障人身安全提供基础知识。

第一节燃烧的基本知识

一、燃烧的定义与原理

燃烧是一种同时有热和光发生的剧烈氧化反应。从化学角度讲,一切燃烧均是氧化反应。但氧化反应并不都属于燃烧反应。燃烧反应具有如下三个特征:它是一个剧烈的氧化反应;放出大量热;发出光。

近代燃烧理论认为,燃烧是一种游离基的链锁反应,即多数可燃物质的氧化反应不是直接进行的,而是经过游离基团和原子这些中间产物的链锁反应进行的。

(一)燃烧反应中的活化能与活化几率

物质分子间发生化学反应的首要条件是互相碰撞。在标准状况下, 1CM 3气体分子在1s内约可发生碰撞1029次,但相互碰撞并不一定发生反应,而只有少数具有一定能量的分子在碰撞时才发生反应,这种分子称为活性分子。活性分子所必须具有的能量称为活化能。

根据气体分子运动学说,气体分子在不断地、无次序地运动,运动速度有高有低,因此能量就有大有小。能量大小还有一定比例。它是由麦克斯威尔(Maxwell)气体分子运动的速度分布公式确定的。

如在氧与氧的燃烧反应中,活化能为2 5×104Jmo1,在 27 时,只有十万分之一的分子才具有反应所需的活化能。这些分子才能进入反应。由于进入反应的分子数过少,当然不能引起燃烧或爆炸。但如果继续加热,使温度升高(或用点火源),这种活性分子就相应增加,反应速度加快,就有可能发展成燃烧或爆炸。一般化学反应的速度随温度增加而加快,如温度每增加 10 ,反应速度约可加快24倍。

在明火接近氢和氧分子时,由于火焰的高温,会使气体分子活化,促使更多的氢和氧起反应,反应产生的热量又继续活化其他分子,这样就成为燃烧或爆炸。燃烧或爆炸的反应均为放热反应,吸热反应是不会引起燃烧或爆炸的。

所以,燃烧反应的发生必须有一定数量的活性分子,而活性分子是受热、光、电或其他能源的作用而产生的。不同的可燃物与助燃物发生的燃烧反应,所需活化能有高有低,因此燃烧条件就有难有易。

(二)过氧化物理论

物质分子在各种能量(热能、辐射能、电能、化学反应能等)的作用下可被活化。在燃烧反应中,首先是氧分子在热能的作用下被活化形成过氧键 --O--O--,这种基团与被氧化物质的分子结合就成为过氧化物。过氧化物是强氧化剂,不仅能氧化易形成过氧化物的物质,而且也能氧化其他较难氧化的物质。

因此,过氧化物是可燃物质被氧化的最初产物,是不稳定的化合物,在受热、摩擦、撞击等情况下能分解甚至引起燃烧或爆炸。许多有机溶剂如乙醚、四氢呋喃、二氧六环等在空气中就容易起过氧化反应,长时间蒸馏时在残渣中更易形成过氧化物而导致自燃或爆炸。所以,在蒸馏这些溶剂时,当体积降到原来的20%时就应检验是否含有过氧化物,如果有,则应以适当方法将其除去。饱和碳氢化合物也容易发生过氧化作用。而且随着分子量的增加,氧化的温度降低。如甲烷在 400 以上才能发生氧化,乙烷在 400 时就强烈地氧化,己烷在 300 以上、正辛烷在 250 时就已经氧化。一般芳香族的氧化温度比饱和碳氢化合物要高,如苯要 500 以上才发生氧化反应。

(三)链锁反应理论

链锁反应理论认为,气态分子间的作用不是两个分子直接作用得出最终产物,而是首先生成活性粒子自由基,自由基与另一分子反应,反应的结果产生新的自由基,新的自由基又迅速参与反应,如此进行下去成为一系列的链锁反应。任何链锁反应都由一个阶段构成,即链的起始、链的传递(包括支化)与链的终止。

链锁反应分直链反应和支链反应两种,氢和氯反应是典型的直链反应。直链反应的基本特点是:①自由基与价饱和分子反应时自由基不消失,且每一个自由基与分子反应时只生成一个新的自由基;②自由基(或原子)与价饱和分子反应时活化能很低。

氢和氧反应是典型的支链反应,在支链反应中,一个自由基(或原子)能生成多于一个新的自由基,从而使反应速度加快。

链的起始,需要有外来能源的激发,使分子被破坏生成自由基。链的传递(包括支化),即自由基与分子反应,是反应的不断复制与延续。链的终止,是引向自由基消失的反应。

在链锁反应中,反应系统所处的条件(如温度、压力、杂质)及容器的材料、大小、形状等,都能影响到反应速度,当达到一定条件时,就会发生爆炸。所以应用链锁反应理论,可以使燃烧和爆炸的许多现象得到圆满解释。

二、燃烧的分类

燃烧现象按其发生时瞬间的特点,可分为着火、闪燃、自燃三种。

(一)着火

可燃物质受到外界火源直接作用而开始的持续燃烧现象叫做着火,或叫做燃烧。着火是我们日常生活中常见的一种燃烧,用火柴点燃稻草、煤等都属此类。

可燃物质开始持续燃烧所需的最低温度叫做该物质的着火点或燃点。几种常见可燃物质的燃点如表2-1所示。

2-1 几种常见可燃物的燃点

物质名称

燃点()

物质名称

燃点()

物质名称

燃点()

松节油

53

棉花

150

豆油

220

樟脑

70

蜡烛

190

烟叶

222

赛璐珞

100

布匹

200

粘胶纤维

235

橡胶

130

麦草

200

无烟煤

280~500

130

207

涤纶纤维

390

(二)自燃

可燃物质在没有外界热源直接作用下受热或在常温下自行发热,由于散热受到阻碍使温度上升,当达到一定温度时,便发生自行燃烧的现象称为自燃。可燃物质不需点火源的直接接触。就能发生自行燃烧的最低温度称为自燃点。几种常见可燃物质的自燃点如表2-2所示。

2-2 几种常见可燃物的自然点

物质名称

自然点()

物质名称

自然点()

物质名称

自然点()

黄磷

34~35

二硫化碳

102

重油

380~420

三硫化四磷

100

乙醚

170

亚麻仁油

343

赛璐珞

150~180

溶剂油

235

棉籽油

370

赤磷

200~250

煤油

240~290

桐油

410

松香

240

汽油

280

花生油

445

锌粉

360

石油沥青

279~300

菜籽油

446

丙酮

570

柴油

50~380

自燃按其热源不同又可分为受热自燃与自热燃烧两种。

1.受热自燃:可燃物质在外部热源的间接作用下,使温度升高到自燃点着火燃烧的现象称为受热自燃。

在实验室中发生受热自燃的原因有:可燃物靠近电热器、油汀等热源;油浴温度过高;可燃物烘烧过度;机械运转失常,缺少润滑油,摩擦生热;电气设备过载,线路老化等。

2.自热燃烧:某些物质在没有任何外来热源的作用下,由于自身发生化学(分解、化合等)反应、物理(辐射、吸附等)效应或生物(细菌发酵等)作用等过程而产生热量,这些热量在适当的条件下逐渐积累,使温度上升到自燃点而自行燃烧的现象叫做自热燃烧。比如,煤的自燃。

(三)闪燃

当火焰接近可燃液体时,其表面上的蒸气与空气混合会发一闪即灭的燃烧,这种燃烧现象叫闪燃。闪燃是可燃液体的特征之一,它是短暂的闪火,不能持续燃烧。这是因为为液体在该温度下蒸发速度不快,表面上积聚的蒸气一瞬间烧尽,而蒸气还未来得及补充,所以一闪即灭。

液体表面上的蒸气刚足以与空气发生闪燃的最低温度叫闪点。同一液体的饱和蒸气压随温度的升高而增大,当温度稍高于闪点时,可燃液体随时都有接触火源而被点燃的危险,故闪点是液体引起火灾危险的最低温度。可燃液体的危险性是按闪点进行分类的,我国对可燃液体的分类分级如表2-3所示。

2-3 液体根据闪点分类分级

种类

级别

闪点()

举例

易燃液体

I

T28

汽油、甲醇、乙醇、苯、甲苯、丙酮、二硫化碳等

II

28 45

煤油、丁醇等

可燃液体

III

45 120

戊醇、柴油、重油等

IV

T120

植物油、矿物油、甘油等

其中闪点低于 15 的易燃液体属化学危险品,在使用、储存、运输时都有特殊的安全要求。几种常见液体的闪点如表2 1所示。

2-4 几种常见液体的闪点

液体名称

闪点()

液体名称

闪点()

液体名称

闪点()

汽油

58~10

二氯乙烷

8

松节油

30

二硫化碳

45

甲醇

9.5

丁醇

35

乙醚

-45.5

乙醇

11

正醇

46

丙酮

17

醋酸丁酯

13

乙二醇

112

-15

醋酸戊酯

25

甘油

176.5

甲苯

1

煤油

28~45

桐油

239

醋酸乙酯

1

二乙胺

28

冰醋酸

40

三、燃烧的形成

(一)燃烧必须具备三个条件

1.可燃物质。包括气体、液体、固体可燃物。

2.助燃物质。氧或氧化剂,为了可燃物完全燃烧,还必须源源不断地供应。

3.点火能源。要使可燃物与助燃物发生化学反应,必须具有足够的点火能量。

点火能源主要有以下几种:明火、电气火花、摩擦、撞击火花、静电火花、化学反应热、高温表面、雷击火花、日光聚焦和绝热压缩等。

没有可燃物质。燃烧就失去了基础;没有氧或氧化剂,就构不成燃烧反应。但是,即使有了可燃物质和氧或氧化剂,若没有点火源把可燃物质加热到燃点以上,燃烧反应也不能开始。因此,必须同时具备这三个条件,燃烧才能进行,所以称它们为燃烧的三要素。

但是,有时即使燃烧的三要素都具备,燃烧也并不一定发生,这是因为可燃物、助燃物、点火能源都存在极限值。如果可燃物的浓度不够,或助燃物的量不足,或点火源没有足够的温度和热量,不能把可燃物加热到它的燃点以上,那么燃烧就不能进行。例如,正常大气中氧的容积为21%,燃烧后氧含量会逐渐降低,当降到14%时,本来燃着的木块也会熄火,要使燃烧继续下去,燃烧区必须要有源源不断的新鲜空气输入。电焊火星的温度可达 1200 ,完全可以点燃气体或蒸气的爆炸性混合物,但如果落在木块上,就不一定引起燃烧,这是因为木块的点火能量大大地高于气体混合物的点火能量;火星的温度虽高,热量却不足,所以不能引燃木块。

因此,一切实验室的防火和灭火措施,都要根据物质的特性和现场的条件而定,消灭燃烧条件中的任何一个,燃烧便会终止。

(二)燃烧的过程、形式与速度

1.燃烧的过程

大多数可燃物质的燃烧是在蒸气或气态下进行的。但可燃物质的集聚状态不同。其燃烧过程也有差异。

固体的燃烧,有些如硫、磷、石蜡等,受热时先熔化,而后变为蒸气;还有些物质受热后是先分解成气态和液态产物,再变为蒸气。液体受热后即可变为蒸气。当这些气体或蒸气遇到空气中的氧就开始发生氧化反应,持续加热到燃点便会出现火焰而燃烧。燃烧时产生的热量可使可燃物继续熔化、分解、蒸发、氧化、燃烧。只要助燃物源源不断地供应,燃烧就一直进行到可燃物烧光为止。而气体只需外界提供氧并将其加热到燃点,就可在极短的时间内全部烧光。因此,气体的燃烧最容易进行。

2.燃烧的形成

可燃物质由于存存的状态不同,其在空气中燃烧的形式也不相同,大致可分为以下四种。

(1)扩散燃烧:如氧、己炔等可燃性气体在空气中的燃烧都是可燃性气体从管口流出与空气互相扩散,一边混合,一边燃烧,这种形式的燃烧称为扩散燃烧。

(2)蒸发燃烧:可燃液体的燃烧,通常液体本身并不燃烧。而是由液体受热所产生的蒸气与空气混合而燃烧,这种形式的燃烧称为蒸发燃烧。

(3)分解燃烧:很多固体和不挥发性液体由于加热分解产生了可燃气体而使其燃烧,这种燃烧称为分解燃烧。

(4)表面燃烧:有些固体如木材,热分解后剩下碳和灰,碳化表面与空气接触点燃后,在接触面上会发生燃烧,这种燃烧是在固体表面上进行的,称为表面燃烧。金属的燃烧就属此类。

前面三种形式的燃烧,不论可燃物是气体、液体或固体,最后还是可燃气体或蒸气的燃烧。这些燃烧都要依靠气体扩散来进行。故均有火焰产生。但是表面燃烧则不同,它一般不产生火焰,是固体可燃物直接参与燃烧。木材的燃烧是分解燃烧和表面燃烧交替进行的过程。

3.燃烧速度

可燃物质的燃烧速度与它的形态、被加热的速度、体积大小及空气的供给程度有关。

(1)气体的燃烧不像固体、液体那样要经过熔化、蒸发等过程,所以燃烧速度很快。可燃气体的燃烧速度,常以它在管道中燃烧时火焰的直线传播速度来表示。单位为ms。气体的组成不同,其燃烧速度也不相同,一般在0.1 0m s 之间,如甲烷 - 空气最高燃速为 0.35m s ,此时甲烷浓度约 10 %;氢 - 空气燃速为 2.7m s ,氢气浓度接近 40% ;而氢 - 氧燃速为 9m s ,氢气浓度约 70%

2)液体的燃烧速度有两种表示方法,一种是以 1m2 面积上1h烧掉液体的质量表示,叫质量速度;另一种是用1h烧掉液体层的高度来表示,叫直线速度。液体的燃烧速度取决于液体的蒸发。可燃液体的闪点越低,越易蒸发,燃烧速度越快。一般液体的燃烧初速较慢,随后达到最大值而稳定下来。几种常见易燃液体的燃烧速度如表2-5所示。

3)固体物质的燃烧速度,一般慢于可燃气体和可燃液体。这是因为固体燃烧时要经过熔化、蒸发和分解等过程。但也有个别物质如赛璐珞、硝化纤维素等由于本身含有不稳定基团,遇热极易分解,所以燃烧比较剧烈,燃烧速度也很快。同一种固体可燃物质的燃烧速度还取决于燃烧的比表面积,即燃烧的表面积与体积之比越大,则燃烧速度越快。

2-5几种常见易燃液体的燃烧速度

液体名称

燃烧速度

密度

直线速度(cm/h

质量速度(kg/m2·h

18.9

165.37

0.875

乙醚

17.5

125.84

0.715

甲苯

16.08

138.29

0.86

航空汽油

12.6

91.98

0.73

车用汽油

10.5

80.85

0.71~0.73

二硫化碳

10.47

132.97

1.27

丙酮

8.4

66.36

0.79

甲醇

7.2

57.6

0.8

煤油

6.6

55.11

0.835

第二节爆炸的基本知识

一、爆炸的定义与分类

爆炸是指一个物质从一种状态转化为另一种状态,并在瞬间以机械功的形式放出大量能量的过程。爆炸现象一般具有如下特征:①爆炸过程进行得很快;②爆炸点附近的瞬间压力急剧升高;③发出响声;④周围介质发生震动或物质遭到破坏。

按照物质发生爆炸的原因和性质不同,可将爆炸分为化学爆炸、物理爆炸和核爆炸三类。

实验室常见的爆炸主要为前两类。

1.化学爆炸

化学爆炸是由物质发生高速放热的化学反应,产生大量气体并急剧膨胀做功而形成的爆炸现象。化学爆炸前后,物质的性质和成分均发生根本的变化。化学爆炸必须同时具备以下三个条件:①反应是放热的;②反应速度极快;③反应过程中放出大量气体。

2.物理爆炸

物理爆炸是由物理变化造成的,只发生物态变化。这种爆炸是物质因状态或压力发生突变等物理变化而形成的。例如:容器内液体过热、气化而引起的爆炸,锅炉爆炸,压缩气体、液化气体超压引起的爆炸等都属丁物理爆炸。物理爆炸前后, ,, 物质的化学成分及性质均无变化。

二、爆炸极限

可燃气体或蒸汽与空气组成的混合物不是在任何比例下都是可燃可爆的,而且混合比不同,燃烧速度(火焰蔓延速度)也不同。由实验得知,混合物中可燃气体含量接近于化学计算量时,燃烧速度最快。若含量增加或减少,火焰蔓延速度就降低;当浓度高于或低于某一极限值时火焰便不再传播蔓延。可燃气体或蒸气在空气中刚足以使火焰蔓延的最低浓度称为该气体或蒸气的爆炸下限(或着火下限);刚足以使火焰蔓延的最高浓度称为爆炸上限(或着火上限)。可燃物浓度在下限以下及上限以上的混合物都不会着火或爆炸。这是因为爆炸下限以下的混合物中含有过量的空气,由于空气的冷却作用,或者说自由基的销毁数大于产生数,阻止火焰蔓延;在上限以上,含有过量的可燃气体,空气(主要是氧气)非常不足,火焰也不能蔓延。但此时若有空气补充进来,仍有爆炸的危险,故对上限以上的混合物不能认为是安全的。

爆炸极限常以可燃气体或蒸气在混合物中所占的体积百分数表示,但有时也有以g/m3mg/L表示。部分可燃气体和蒸气的爆炸极限如表2-6所示。

2-6 部分可燃气体和蒸气的爆炸极限


分类

可燃性气体

分子式

分子量

自然点()

爆炸极限(V%

爆炸极限(mg/L

下限

上限

下限

上限

碳氢化合物

环状

C6H6

78.1

538

1.4

7.1

46

230

甲苯

C7H8

92.1

552

1.4

6.7

54

260

其他有机化合物

含氧

氧化乙烯

C2H1O

44.1

429

3

80

55

1467

乙醚

C2H52O

74.1

180

1.9

48

59

1480

甲醛

CH3CHO

44.1

185

4.1

55

75

1000

丙酮

CH32CO

58.1

538

3

11

72

270

乙醇

C2H5OH

46.1

423

4.3

19

82

360

甲醇

CH3OH

32.0

464

7.3

36

97

480

醋酸戊酯

C7H11O2

130.0

394

7.1

-

60

-

醋酸乙酯

C4H5O2

88.1

427

2.5

9

92

330

吡啶

C7H3N

79.1

482

1.8

12.4

59

410

甲胺

CH3NH2

31.1

430

4.9

20.7

63

270

二甲胺

CH32NH

45.1

-

2.8

14.4

52

270

三甲胺

CH33N

59.1

2

11.6

49

285

含卤素

氯乙烯

C2H3Cl

62.5

-

4

22

104

570

氯乙烷

C2H5Cl

64.5

519

3.8

15.4

102

410

二氯乙烷

C2H4Cl2

99.0

414

6.2

16

256

66

溴甲烷

CH3Br

94.9

537

13.5

14.5

534

573


第三节防火、防爆的一般原则

众所周知,火灾是由在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的。在掌握了引起燃烧的基本要素和条件后就能够懂得预防和扑灭火灾的基本原理,即采取措施避免或消除燃烧三要素的形成,或不让其相互作用。

爆炸主要包括化学爆炸、物理爆炸和核爆炸,其中化学爆炸往往是由于物质发生高速放热的化学反应、能量急剧上升来不及平稳扩散而突然造成的。

防火、防爆的一般原则主要考虑以下五个方面:遵守规章制度,加强安全意识;熟悉实验室容易引起火灾、爆炸物质的特点;减少和消除可燃物质;控制或取消点火源;配备合适的防火防爆设施。


第三章 电气安全防护 

实验室离不开用电,必须重视用电的安全。掌握电气事故的特点和分类,对做好实验室电气安全工作具有重要的意义。

本章将简要介绍实验室电气安全技术的基础知识以及相关的防护措施。

第一节电气事故的类型与特点

电气事故按产生的源头分类,可分为自然事故和人为事故。自然事故如雷击、静电等;人为事故主要是各种电气系统和设备产生的。如电击、电弧、电气火灾等,根据电能的不同作用形式,可将电气事故分为触电事故、静电事故、雷电事故、电磁辐射事故、电气火灾和爆炸事故等。

一、电气事故的类型

按照事故基本原因分类。电气事故可分为以下几类。

(一)触电事故

触电事故足指电流的能量直接或间接作用于人体所造成的伤害。当人体接触带电体时,电流会对人体造成不同程度的伤害。即发生触电事叔。触电事故可分为电击和电伤两类。

1.电击

电击是指电流通过人体时所造成的身体内部伤害。它会破坏人的心脏、中枢神经系统和肺部的正常工作,使人出现到痉挛、窒息、心颤、心脏骤停等症状,甚至危及生命。在低压系统通电电流不大、通电时间不长的情况下,电流引起人体的心室颤动是电击致死的主要原因。

触电事故通常是指电击事故,绝大部分触电死亡事故都是由电击造成的。电击是全身伤害,但一般不在人体表面留下大面积明显的伤痕。

电击又分为直接电击和间接电击。直接电击是指人体直接触及正常运行的带电体所发生的电击。间接电击则是指电气设备发生故障后,人体触及意外带电部位所发生的电击。

2.电伤

电伤是指电流的热效应、化学效应或机械效应对人体造成的伤害,包括电能转化成热能造成的电弧烧伤、灼伤和电能转化成化学能或机械能造成的电印记、皮肤金属化及机械损伤、电光眼等。电伤可伤及人体内部,但多见于人体表面。电伤多数是局部性伤害,在人身表面留有明显的伤痕。

1)电弧烧伤

又称为电灼协,是当电气设备的电压较高时产生的强烈电弧或电火花烧伤人体,甚至击穿人体的某一部位。电弧电流直接通过内部组织或器官,造成深部组织烧死,一些部位或四肢烧焦,是电伤中最常见也是最严重的一种。电弧烧伤的具体症状是皮肤发红、起泡,甚至皮肉组织破坏或被烧焦。

电弧烧伤通常发生在:低压系统带负电荷拉开裸露的闸刀开关时;实验室线路发生短路或误操作引起短路时;开启式熔断时炽热的金属微粒飞溅出来时;高压系统因误操作产生强烈电弧时(可导致严重烧伤);人体过分接近带电体(间距小于安全距离或放电距离)而产生强烈电弧时(可造成严重烧伤而致死)

2)电标志

电标志,也称电流痕记或电印记。它是指电流通过人体后在接触部位留下的青色或浅黄色斑痕处皮肤变硬,失去原有弹性和色泽,表层坏死,失去知觉。

3)电灼伤

电灼伤又叫电流灼伤,是人体与带电体直接接触。电流通过人体时产生热效应的结果。

4)皮肤金属化

皮肤金属化是指由于电流或电弧作用产生的金属微粒渗入了人体皮肤造成的,受伤部位变得粗糙坚硬并呈特殊颜色(多为青黑色或褐红色)。皮肤金属化常发生在带负荷拉断路开关或闸刀开关所形成的弧光短路的情况下。此时。被熔化了的金属微粒到处飞溅,如果撞击到人体裸露部分,则渗入皮肤上层,形成皮肤表面粗糙的灼伤。

5)电光眼

电光眼是指眼球外膜(角膜或结膜)发炎。引起电光眼的原因是在弧光放电时,眼睛受到紫外线或红外线照射,48h后发作,眼睑皮肤红肿,结膜发炎,严重的时角膜透明度受到破坏,瞳孔收缩。

6)机械损伤

机械损伤是指电流通过人体时产生的机械电动力效应,使肌肉发生不由自主的剧烈抽搐性收缩。致使肌腱、皮肤、血管及神经组织断裂。甚至使关节脱位或骨折。

在很多情况下,电击和电伤,往往是同时发生的,但大多数触电死亡是由于电击造成的。

(二)雷电和静电事故

雷电和静电都是局部范围内暂时失去平衡的正电荷和负电荷。这些电荷的能量释放出来就可能造成事故。雷电是大气电。是由人自然的力量分离和积累的电荷。雷电放电具有电流人、电压高等特点,有极大的破坏力。雷击除可能毁坏设施和设备外,还可能直接伤及人、畜。甚至引起火灾和爆炸。建筑物和构筑物,特别是具有爆炸和火灾危险的建筑物和构筑物、发电厂、电力线路、变电站和实验室,以及个人都必须考虑防雷措施。

静电一般指生产或实验过程中由于某些材料的相对运动、分离和积累起来的正电荷和负电荷。这些电荷周围的场中储存的能量不大,不会直接使人致死。但是,静电电压可能高达数万乃至数十万伏,可能在现场发生放电,产生静电火化。在火灾和爆炸危险场所,尤其是在石油、化工、粉末加工、橡胶、塑料等行业及相关实验室,静电火花是个十分危险的因索,同时,它会破坏很多实验仪器设备,使其失灵或损坏。造成重大损失。

(三)射频伤害事故

射频即发射频率,泛指100kHz以上的频率。射频伤害表现为感应放电。高大金属构架接收电磁波以后,可能发生谐振,产生较高的感应电压,可能给人以明显的电击,还可能与邻近的接地导体之间发生火花放电。这对于有爆炸性混合物的实验室场所是个十分危险的因素。

除高频伤害外,超高压的高强度工频电磁场对人体也有类似的伤害作用。

(四)电路故障事故

电路故障是由电能的传递、分配、转换失去控制造成的,如断线、短路、接地、漏电、误跳闸、电气设备或电气元件损坏等。电气线路或电气设备故障可能影响到人身安全。异常停电也可能影响到人身安全,如实验室内排放有毒气体的风机停电,可能导致室内有毒气体含量超过最高容许浓度,造成伤亡事故。

以上介绍了四类电气事故,其中触电事故是实验室电气事故中最为常见的一种。应当指出的是,电气事故还会引起电气火灾和爆炸造成更大范围的损失。

二、电气事故的特点

(一)抽象性

由于电具有看不见、听不见、嗅不着的特性。比较抽象,其潜在危险不易为人们所察觉。

如果电气设备的绝缘被破坏。当有电压加在设备上时。凭人的感觉无法判断设备外壳是否带电极易造成触电事故。

(二)广泛性

电气事故可以由多种因素造成,如电击、雷电、静电等。就电击而言,有因设备而发生的电击,有因带电体接触到电气装置以外的导体(如水管等)而发生的电击,还有因断线造成设备外壳带电而发生的电击,这使得对于电气事故的防护十分困难和复杂。

(三)作用时间长短不一(复杂性)

电气事故短者如雷电过程,持续时间仅为微秒级;长者如导线时间的间歇性电弧短路。通常要持续数分钟至数小时才会引起火灾,电气设备的轻度过载,持续时间可以达若干年,使绝缘的寿命缩短,最终导致因绝缘损坏而产生漏电,短路或火灾。对不同持续时间的电气危害,其保护设施的相应速度和方式也应有所不同。

三、电气安全的常识

(一)电压常识

安全电压:安全电压是为了防止触电事故而采用由特定电源供电的电压系列。根据环境、人员和使用方式。我国规定安全电压是42V36V24V12V6V 5种。常用安全电压是36V12V

高压:凡对地电压在250V及以上的为高压。在交流系统中。1 kV3kV6kV10kV30kV等都属于高压,在直流系统中500V即为高压。

低压:凡对地电压在250V及以下的为低压。交流系统总的220V110V和三相四线制的380220V220/110V中性点接地系统均为低压。

(二)额定功率与峰值功率

额定功率是指电源在稳定、持续工作状态下所能承受的最大负载。比如。电源的额定功率是300W,其含义是每天24小时、每年365天持续工作时。所有负载之和不能超过300W。额定功率代表了一台电源真正的负载能力。

峰值功率是瞬间或者几分钟能承受的负载,不代表真正的负载能力。现在很多厂商不标明额定功率,只标明峰值功率(有的也说“最大功率”)。实际上是在误导用户。

(三)正确使用插座

在电源插座上均标明有额定电压与额定电流,两者乘积即为额定功率。假若在使用多联电源插座时,插了多种电器就应仔细计算下所插电器的总功率是否超过了多联插座允许的额定功率,如果计算所得的总功率比插座的额定功率低。使用就安伞;相反。就不安全。电流通过金属导体时,金属导体会升温,通过导体的电流愈大,热效应愈高,发热量也愈大。当多种电器的电流通过多联插座时,电流愈大,其热效应愈高。超过额定值后就会烧毁电线和插座。严重时就会引起火灾。所以。使用电源插座时切记不要“小马拉大车”。

(四)绝缘与接地

绝缘:利用不导电的物质将带电体隔离或包裹起来,防止触电的措施,称为绝缘。绝缘通常分为:气体绝缘、液体绝缘和固体绝缘。

接地:就是把在正常情况下不带电、在故障情况下可能呈现危险的对地电压的金属部分同大地紧密地连接起来,把设备上的故障电压、限制在安全范围内的安全措施。

(五)漏电保护器和空气开关

漏电保护器用于防止因接触而引起的单相触电事故和因电气设备漏电而造成的电气火灾爆炸事故,有的漏电保护器还具有过载保护、过电压和欠电压保护、缺相保护等功能。

空气开关:也叫断路器,在电路中起接通、分断和承载额定工作电流等作用并能在线路发生过载、短路、欠压的情况下进行可靠地保护。空气开关的动、静触头及触杆设计成平行状,利用短路产生的电动斥力使动、静触头断开,分断能力强,限流特性可靠。

(六)合理布线

在实验室建设中。应注意强弱电线系统的合理布线,柑线、零线、保护接地()线应选用不同颜色暗线应穿PVC阻燃管。保护接零线要牢固地接在保护干线上,严禁将单相三孔插座的接地线与零线直接连起来,以防使用中零线开路时造成电器外壳带电伤人。电气线路敷设及电器安装必须符合安全规定。不得乱托、乱接电线,不得使用不合格的保险装置等电器产品,不得超负荷用电。

第二节触电安全防护

在电流对人体的伤害中,触电事故最为基本。事实证明发生触电事故时。电流比电压对人体的效应更具有直接性。触电与其他一些伤害不同。触电伤害往往发生在瞬息之间,人体受到电击后。防卫能力迅速降低。自救可能性极小。

一、电流作用机理和征象

电流通过人体时破坏人体内细胞的正常工作,主要表现为生物学效应。电流的生物学效应主要是使人体产生刺激和兴奋行为。使人体活的组织发生变异。从一种状态变为另外一种状态,电流通过肌肉组织。引起肌肉收缩。电流对肌体除直接起作用外,还可能通过中枢神经系统起作用。由于电流引起细胞激动。产生脉冲形式的神经兴奋波。当兴奋波迅速地传到中枢神经系统后,后者立即发出不同的指令。使人休各部出相应的反应。因此,当人体触及带电体时,一些没有电流通过的部位也可能受到刺激,发生强烈的反应,重要器官的工作可能受到破坏。

二、影响电流对人体伤害程度的因素

大量的动物试骑及触电事故案例分析表明:当电流通过人体内部时,其对人体伤害的严重程度与通过人体的电流的大小、通电时问、电流途径、人体电阻及人体状况等多种因素有关,而各因素之间又有着十分密切的联系

(一)电流大小

通过人体的电流越大。生理反应越明显,人体感觉越强烈。致命的危险性就越大。根据人体对电流的生理反应。可将触电电流划分为感知电流、摆脱电流和致命电流三级。

1.感知电流。引起人体感觉的最小电流称感知电流。人体对电流最初的感觉是轻微的发麻和刺痛,成年男性的平均感知电流约为11mA,成年女性的平均感知电流约为0 7mA

2.摆脱电流。摆脱电流是指人触电后能自行摆脱带电体的最大电流,成年男性平均摆脱电流为16mA,成年女性平均摆脱电流约为l5mA

3.致命电流。致命电流是指在较短时间内会危及生命的最小电流。

(二)通电时间

通电时间越长,越容易引起心室颤动,电击危险性也越大。

(三)电流途径

电流作用于人体,没有绝对安全的途径。从左手到胸部,电流途径短,是最危险的电流途径;从手到手,电流也途经心脏,因此也是很危险的电流途径;从脚到脚的电流是危险性较小的电流途径,但可能困痉挛而摔倒,导致电流通过全身或摔伤、坠落等二次事故。

(四)人体状况

不同的人体条件,不同的人对电流的敏感程度,以及不同的人在遭受同样电流的电击时其危险程度都不完全相同。

三、触电防护

(一)直接触电的防护

直接触电的防护措施主要有绝缘、屏护与间距、电气安全用具等三项措施。

1.绝缘

所谓绝缘,是指用绝缘材料把带电体封闭起来。借以隔离带电体或不同电位的导体-使电流能按一定的通路流通的技术措施。良好的绝缘既是保证设备和线路正常运行的必要条件,也是防止人体触及带电体的基本措施。

1)绝缘的击穿。绝缘物在强电场等因素作用下,完全失去绝缘性能的现象称为绝缘的击穿。

2)绝缘老化。电气设备的绝缘材料在运行过程中,由于各种因素的长期作用,会发生一系列的物理、化学变化,从而导致其电气性能和机械性能的逐渐劣化。这一现象称为绝缘老化。一般在低压电气设备巾,绝缘老化主要是热老化。

2.屏护与间距

所谓屏护,就是采用遮栏、护罩、护盖、箱()等将带电体同外界隔绝开来的技术措施。配电线路和电气设备的带电部分如果不便于绝缘材料或者单靠绝缘不足以保证安全时,可采用屏护保护。此外,对于高压电气设备,无论是否有绝缘,均应采取屏护或其他防止接近的措施。屏护装置既有永久性装置,如配电鞋、遮栏、电气开关的罩盖等。也有临时性屏护装置,如实验室检修工作中使用的临时性屏护装置。既有固定屏护装置,如母线的护网,也自移动屏护装置,如跟随天车移动的天车滑线屏护装置。为了防止人体接近带电体,必须保持足够的检修间距。在低压操作中。人体或其所携带工具等与带电体的距离应不小于0 1

3.电气安全用具

电气安全用具是防止触电、坠落、灼伤等工伤事故,保障工作人员安全的各种电工安全用具。它主要包括绝缘安全用具、电压和电流指示器、登高安全用具、检修工作中的临时接地线、遮栏和标志牌等。

1)绝缘安全用具

绝缘安全用具按电压等级可分为1 000V以上和1 000V以下两类,按用途可分为基本安全用具和辅助安全用具。基本安全用具是指可以直接接触带电部分,能够长时间可靠的承受设备工作电压用具,如绝缘杆、绝缘夹钳等。辅助安全用具是指用来进一步加强基本安全用具的可靠性和防止触电压及跨步电压危险的用具,如绝缘手套、绝缘靴、绝缘垫和绝缘站台,均为使人与地面及带电部分相互绝缘的辅助安全用具。

2)携带式电压和电流指示器

携带式电压指示器是用来检查设备是否带电的用具。当电力设备在断开电源后要进行检修时,在操作之前,一定要验电器检验设备是否确实无电。

高压验电笔是一个用绝缘材料制成的空心管,管上装有金属制成的工作触头,触头里装有氖光灯和电容器,绝缘部分和握柄用胶木或硬橡胶制成。

携带式电流指示器通常叫做钳形电流表,可用来测量交流电路中的电流。在使用钳形电流表时,应注意保持人体与带电体之司的足够距离。测量裸导线上的电流时,要特别注意防止测量而引起的突然短路或触地短路。

3)临时接地线

临时接地线般装设在被装修区段两端的电源线路上,它可用来防止设备因突然来电(如错误合闸送电)而带电,消除邻近高压线路所产生的感应电流以及用来释放

(二)间接触电的保护

1.保护接地

保护接地就是把在正常情况不带电、在故障情况下可能呈现危险的对地电压的金属部分同大地紧密地连接起来,把设备的故障电压限制在安全范围内的安全内。保护接地通常简称为接地。

2.保护接零

保护接零是指将电气设备在正常情况下不带点的金属部分(外壳),用导线与低压电网的零线(中性线)接起来。与保护接地相比,保护接零在更多情况下保护人身的安全,防止触电事故。

(三)漏电保护器

漏电保护器也叫触电保安装置或残余电流保护装置,它主要用于防止间接接触或者直接接触引起的单相触电事故,它还可以用于防止因电气设备电而造成的电气火灾爆炸事故,有的电保护器还具有过载保护、过电压保护和欠电压保护、缺相保护等功能。漏电保护装置主要用于1000V以下的低压系统和移动电动设备的保护,也可用于高压系统的电检测。

以防止触电事故为目的的电保护器,应采取高灵敏度、快速型,动作时间为1s以下者,额定漏电动作电流和动作时间的乘积应不大于30mA·s。这是选择漏电保护器的基本要。电保护器动作的最小电压,额定电动作电压一般不超过安全电压。

四、触电急救

学习电气安全的目的是要防止实验室触电事故的发生。倘若事故不可避免地发生了,现场急救是十分关键的。如果处理得及时、正确。并能迅速而持久地进行抢救,很多触电者虽心脏停止跳动,呼吸中断,但是仍可以获救。

抢救触电者应设法迅速切断电源,使其脱离电源后,应立即就近将其移至干燥与通风场所,切勿慌乱和围观。然后应进行情况判别,再根据不同情况进行对症救护。

(一)对症救护

对于需要救治的触电者,大体可以分为以下三种情况:

1.对伤势不重、神志清醒,但有点心慌、四肢发麻、全身尤力,或触电过程中曾一度昏迷,但已清醒过来的触电者,此时应让其安静休息,并严密观察。也可请医生前来诊治或必要时送往医院。

2.对伤势较重、已失去知觉。但依然有心脏跳动和呼吸的触电者,应使其舒适、安静地平卧。不要围观。让空气流通,同时解开其衣服包括领口与裤带以利于其呼吸。

3.对于伤势严重。呼吸或心跳停止,甚至两者都已停止,即处于所谓“假死状态”,则应立即施行人工呼吸和胸外心脏按压进行抢救,同时速请医生或速将其送往医院。

(二)现场救护的主要疗法

对触电者进行现场救护的主要疗法是心肺复苏法,包括人工呼吸法与胸外按压法两种急救方法。这两种急救力法对于抢救触电者生命来说,既至关重要又相辅相成成。所以,一般情况下,上述两种疗法要同时施行。

1.口对口人工呼吸法

口对口人工呼吸就是采用人工机械的强制作用维持气体交换。以使其逐步地恢复正常呼吸。进行人工呼吸时,首先要保持触电者气道畅通,捏住其鼻翼,深深吸足气,与触电者口对口接合并贴近吹气,然后做松换气,如此反复进行。开始时可先快速连续而大口吹气4次。此后,施行速度约l016次/min。对儿童为20次/min

2.胸外心脏按压法。胸外心脏按压法就是采用人工机械的强制作用维持血液循环,并使其逐步过渡到正常的心脏跳动。让触电者仰面躺在平坦硬实的地方,救护人员立或跪在伤员一侧肩旁。两肩位于伤员胸骨正上方。两臂伸直,肘关节同定不屈,两手掌根相叠。此时,贴胸手掌的中指尖刚好抵在触电者两锁骨问的凹陷处,然后再将手指翘起,按压时抢救者的双臂绷直。双肩在患者胸骨上方正中,垂直向下用力按压。均匀进行,80-100次/min每次按压和放松的时间要相等。当胸外按压与口对口人工呼吸两法同时进行时,其节奏为单人抢救时,按压15次,吹气2次。如此反复进行。双人抢救时,每按压5次。由另一人吹气1次,可轮流反复进行。

按压救护是否有效的标志。是在施行按压急救过程中再次测试触电者的颈动脉,看其有无搏动。

第三节静电防护

静电通常是指静止的电荷,但并非绝对静止,它是由物体间的相互摩擦或感应而产生的。

静电放电造成的频谱干扰危害,是在电子、通信、航空、航天以及一切应用现代电子设备、仪器的场合导致设备运转故障,信号丢失、误码的直接原因之一。此外。静电造成实验室敏感电子元器件的潜在失敏,是降低电子产品工作可靠性的重要因素之一。

一、静电的产生

任何物体的表面都是不平滑的相互接触只能做到多点接触,当接触距离小于25×10 -4cm 时。电子就有转移。即形成双电层。如果分离的速度足够迅速,物体即可带电。

摩擦就是紧密接触和迅速分离反复进行的一种形式,从而促使了静电的产生。还有紧密接触、迅速分离的形式,如撕裂、剥离、拉伸、撞击、挤爪、过滤及粉碎等。另外,还有流淌、沉浮、冻结等方式也会产生静电。

二、静电的危害

引起静电危害的根本原因是静电放电的电火花具有点燃能(电火花能量),其次是静电具有一定的静电引力或斥力。静电的危害主要有三个方面,即引起爆炸和火灾、静电电击以及引起实验中各种困难而妨碍实验。

(一)静电引起爆炸和火灾。静电的能量虽然不大,但因其放电而出现静电火花,在有可燃液体或气体、蒸气爆炸性混合物或有粉尘纤维爆炸性混合物(如氧、乙炔、煤粉、铝粉、面粉等)的实验室作业场所(如油料运装等)。可能引起火灾和爆炸。此外,人体带电同样可以引起火灾爆炸事故。

(二)静电电击。静电造成的电击,叫能发生在人体接近带电物体的时候,也可能发生在带静电电荷的人体接近接地体的时候。这种电击是由于带电体向人体发生放电,电流流向人体而产生的。它不是电流持续通过人体的电击。而是由静电放电造成的瞬间冲击性电击。电击程度与所储存的静电能量有关,能量愈大,电击愈严重。

(三)静电妨碍实验。在某些实验过程中,如不消除静电,将会妨碍实验的结果。如在计量粉体实验中。由于计器具带静电而吸附粉体,造成计量误差,影响实验的正确性。静电还可能引起电子元件误动作,使某些电子计算机类精密没备工作失常,致使系统发生误动作而影响实验。

三、静电的防护

消除实验室静电危害的常用措施主要有空气增湿、加抗静电添加剂、静电接地、利用静电中和器及工艺控制等。

(一)空气增湿

带电体在自然环境中放置,其所带有的静电荷会自行逸散。逸散的快慢与介质的表面电阻率大小和体积电阻率人小有关。而介质的电阻率又和环境的湿度有关。提高环境的相对湿度。不仅可以缩短电荷的半衰期,还能提高爆炸性混台物的最小引燃能量。

存在静电危险的场所,在实验条件许可的情况下,宜采用安装空调设备、地面洒水以及喷放水蒸气等办法,以提高场所环境的相对湿度,消除静电危害,用增湿法消除静电危。若的效果显著。

(二)加抗静电添加剂

化学防静电剂也叫抗静电添加剂。在非导体材料里加入抗静电剂后,能增加材料的吸湿性或离子化倾向。使用防静电剂是消除静电的有效办法,但是某种产品或物料是否允许加入和加人何种类型的化学防静电剂,要根据物料的工艺状态及最终使用目的来确定。

抗静电剂的种类很多:有无机盐类,如氯化钾、硝酸钾等;有表面活性剂类,如脂肪族磺酸盐、季铵盐、聚乙二醇等;有无机半导体类,如亚铜、银、铝等的卤化物;有高分子聚合物类等等。

(三)静电接地

静电与大地连接,是消除导体上静电的一种简单而又有效的方法。是防静电中最基本的措施。静电接地连接是工业静电接地中的重要一环,其目的是使带电体上的电荷有一条导人大地的通路。实现的办法是静电跨接、直接接地、间接接地等手段,把设备上的各部分经过接地极与大地作可靠的连接。在有火灾、爆炸危险的场所或静电对产品质量、人身安全有影响的地方所使用的金属用具、门把手、窗销、移动式金属车辆、家具、金属梯子等均应接地。某地特殊的实验场所,不允许采用金属地面()。而必须采用橡胶等制成的地面()。为了消除静电的危害,可以采用导电橡胶或其他用导电性制料制成的导电性地面()。实验室应尽可能地铺设高质量的防静电地板。防雷、电气保护的接地系统,可与静电接地共用。

(四)增加静止时间

化工实验中将苯、二硫化碳等液体注入容器、贮罐时,都会产生一定的静电荷。液体内的电荷将向器壁与液面集中,并可慢慢泄漏消散。完成这个过程需要一定的时间。因此,灌装这类液体完毕后。应该静止一定的时间,待静电基本消散后再进行有关的操作。

(五)防止人体带电的方法

1.人体接地

在特殊危险场所的操作工人,为了避免由于人体带电后对地放电所造成的伤害,一般情况下操作人员应先接触设置在安全区内的金属接地棒,以消除人体电位然后再进行操作。比如。计算机实验室维护人员在拆电脑之前用手握下机壳或洗一下手以消除静电。

2.穿防静电鞋

穿防静电鞋必须号虑所穿袜子为薄尼龙袜或导电性袜子,严禁在鞋底上粘贴绝缘胶片。并应做定期检查。

3.穿防静电工作服,不得在易产生静电的场合梳理头发或使用手机。

4.工作地面导电化

操作人员穿防静电鞋要有效地消除人体静电的先决条件是人必须站在导电性地板上。为此必须使工作地面导电化。最简单的方法是洒水,有些不能洒水的场所,则必须采用导电地面。如导电橡胶扳等。

第四节电磁辐射防护

在现代社会,随着高科技电子产品的日益增多,电磁场分布也日益复杂,由此所造成的电磁波辐射成为了继水源、大气、噪声之后的第四大环境污染源,

一、电磁辐射的产生

任何一种交流电路都会向其周同空间辐射电磁能量,形成有电力与碱力作用的空间,这种电力与磁力同时存在的空间称为电磁场。变化的电场与磁场交替地产生,并以一定的速度山近及远地在空间内传播,形成电磁波,电磁场能量以电磁波的形式向外发射的过程称为电磁辐射。

二、电磁辐射的种类

电磁污染源很广泛。它存在于我们生活的周围几乎包括所有的家用电器,如电视机、电脑、手机等。只是污染程度有强弱之分罢了。电磁辐射分为自然形成的电磁辐射和人为引起的电磁辐射两种类型。

(一)自然形成的电磁辐射

由于某种自然现象导致大气层中的电荷电离或电荷积蓄到一定程度后,产生的静电火花放电。火花放电所产生的电磁波频带很宽,可以从几赫兹到几千赫兹。自然界中的雷电、火山爆发、太阳黑子的活动与黑于的放射。以及宁宙间的电子移动或银河系的恒星爆发等都可产生这类电磁辐射。

(二)人为引起的电磁辐射

这类电磁辐射土要来源于无线电与射频设备(射频辐射场源。又称高频电磁场)以及功率输电系统(工频场源),高频电磁场对人体的伤害最大。此外,核电磁脉冲辐射所产中的干扰和破坏作用也极为严重。

三、电磁场危害

电磁辐射会对周围的电子设备装置精密仪表等产生严重干扰。这干扰会使实验设备工作不正常。电视图像模糊或不稳定。从而影响到实验的结果,甚至引起金属器件发热,引起可燃性气体、油类等燃烧与爆炸事故,尤其会对人体造成危害。由于人体内各器官组织的导电、导磁性能不同。电磁场对机体各器管、组织的伤害也不同。电磁场对人体的伤害程度受到许多因素的影响。具体如下:

(一)电磁场强度

电磁场强度越高,人体吸收能量越多。伤害越重。由于电磁场强度取决于发射源的辐射功率和发射源的距离,因此发射源的辐射功率越大。与发射源的距离越近,电磁场强度越高。同时金属物体在电磁场作用下会感应出交变电流,产生交变电磁场。造成二次发射,加强了辐射强度。

(二)电磁场频率和波形

电磁场的频率也会影响对人体伤害的程度。随着频率增加,人体内的电偶极子的激励程度加剧。对人体的伤害加重。在其他条件相同的情况下,脉冲波对人体造成的伤害比连续波严重。

(三)照射时间

电磁场对人体的伤害有积累效应。低强度电磁场照射所产牛的不明显症状,一般在经过47天后就可以消失,但是,如果恢复之前又受到照射。可转变为明显症状。低强度超高或特高电磁场照射产生的症状在脱离接触46周后才能陇复。但是,如果电磁场强度高,照射时间长。则造成的伤害可能是永久性的。

人体被电磁场照射的时间越长,或照射的间歇时间越短,以及累计照射时间越长,人体受到的伤害越严重。

(四)环境条件

人体在电磁场作用下,吸收电磁场能量转化为热能。同时,人体要通过机体表面向周围散热。因此,工作场地的环境条件对于电磁场伤害有直接影响,当周围温度过高或湿度过大时。都不利于机体散热,使电磁场伤害加重。

(五)人体状况

在其他条件相同的情况下,电磁场对人体造成的伤害。女性比男性严重,儿童比成人严重。人体被照射的积越大。人体吸收能量越多,伤害越严重,就人体部位而言,血管分布较少的部位,传热能力较差,所吸收能量容易积累并受到伤害。

四、电磁辐射的防护

造成设备性能降低或失效的电磁干扰必须同时具备三个要素:一是有一个电磁干扰源,二是有一台电磁干扰敏感设备;三是要存在一条电磁干扰的耦合通路,以便把能量从干扰源传递到干扰敏感设备。实验室电磁辐射的防护措施主要有以下几种:

(一)屏蔽

利用磁性材料或者低阻材料(如铝、铜)等制成容器,将需要隔离的设备、装置、电路、元器件全部包起来的防护措施称为屏蔽。屏蔽是抑制通过空间传播的电磁干扰的有力措施之一,屏蔽的形式可分为静电屏蔽、磁场屏蔽和电磁屏蔽。

1.静电屏蔽

消除两个设备、装置及电路之间由于分布电容耦合所产生的静电场干扰称为静电屏蔽。静电屏蔽主要防止静电耦合干扰。屏蔽的机理是利用低阻金属材料制成容器,使其内部的电力线不传到外部,而外部的电力线不传到内部。利用屏蔽壳体接地来实现电场终止。

2.磁场屏蔽

磁场屏蔽通常是指对直流或甚低频磁场的屏蔽,其屏蔽效果比对电场屏蔽和电磁场屏蔽要差很多。因此,磁场屏蔽主要防止低频磁场干扰。磁场屏蔽的机理主要是依赖于高导磁制料所具有的低磁阻特性。对磁通起着分路的作用,使得屏蔽体内部的磁场大大减弱,而尽量不扩散到外部空间。

3.电磁屏蔽

用金属和磁性材料对电场和磁场即电磁波进行隔离的措施称为电磁屏蔽。这种屏蔽通常用于防止10kHz以上高频场的干扰。

(二)接地

所谓接地,就是在两点间建立传导通路,以便将电子设备或元件连接到某些通常叫做“地”的参考点上。理想接地面是指一个零电位阻抗导体,平面上任意两点间的电位差为零,因此,它可以用作所有信号的参考点。

接地的目的主要是防止电磁脉冲干扰。也是为了保证人身和设备的安仝。

接地和屏蔽有机地结合起来,就能解决大部分电磁干扰问题。

(三)其他

在实验室及日常生活中。像手机、电脑等都存在着一定的电磁辐射,须注意使用安全距离和时间。

第五节雷电防护

雷击是一种自燃现象。它不仅能击毙人畜、劈断树木、破坏建筑物及各种工业设施,还能产生极高的过电压和极大的电流,破坏电气设备或电力线。造成大规模停电甚至引起实验室火灾或爆炸,

一、雷电的产生及危害

(一)雷电的产生

雷电是一种大气中的放电现象,雷云是构成雷电的基本条件。雷云在形成过程中,某些云积聚起正电荷,另一些云积聚起负电荷。随着电荷的积累,雷云的电位逐渐升高。当带不同电荷的雷云互相接近到一定程度,或雷云与大地凸出物接近到一定程度时,就会发生激烈地放电。出现强烈的闪光。由于放电时温度高达20  000 。空气受热急剧膨胀。发生爆炸的轰鸣声,这就是闪电和雷鸣。

(二)雷电的危害

雷击时,电流很大,其值可达数十千安培至数百千安培,由于放电时间极短,故放电电流非常大,达50kAs,同时雷电电压也极高,因此雷电有很大的破坏力。会造成设备或设施的损坏,造成大面积停电及生命财产损失,

雷电的危害是多方面的,突出表现在需电放电时所出现的各种物理效应和和作用,雷电可分为直击雷、感应霄(包括静电感应和电磁感应)和雷电侵入波三种。

二、雷电的防护

根据不同的保护对象对直击雷、雷电感应、雷电侵入波应采取适当的安全措施,常用的防雷装置主要包括避雷针、避雷线、避雷网、避雷带、保护间隙及避雷器。完整的防雷装置包括接闪器、引下线和接地装置。而上述避雷针、避雷线、避雷网、避雷带及避雷器实际上都是接闪器。除避雷器外,它们都是利用其高出被保护物的凸出地位。把雷电引向自身。然后通过引下线和接地装置把雷电流泄入大地,使被保护物免受雷击。

在实验室内应注意雷电侵人波的危险。人员应离开照明线、动力线、电话线、广播线、收音机电源线、收音机和电视机天线以及与其相连的各种设备,以防止造此线路或设备对人体造成二次放电。在发生雷电时,人体最好离开可能传来雷电侵入波的线路和设备l 5m 以上。应当注意,仅仅关闭开关对于防止雷击是起不了作用的。雷电活动时,还应注意关闭门窗,防止球形雷侵入室内而造成危害。

第六节电气防火防爆

在实验室尤其是化工类实验室中。使用的电气设备由于操作不当、绝缘损坏等原因产生电弧或电火花时。就会引起火灾或爆炸。为此,有必要进一步了解电气火灾产生的原因,采取预防措施,并在火灾发生后采用止确的抢救方法。防止安生人身触电事故及爆炸等事故。

一、电气火灾和爆炸的原因

只要具备了以上两个条件,就会发生电气火灾和爆炸:一是要有易燃、易爆物质和环境;二是要有引燃条件。

(一)易燃、易爆物质和环境

在煤炭、石油、化工等实验室中,广泛存在着易燃、易爆、易挥发物,容易在实验、储存、运输过程中与空气混合,形成爆炸性混合物。在这类实验室中,乱堆放杂物。木结构房屋明设电气线路等,都易形成易燃、易爆的环境。

(二)引燃条件

电气设备和电气系统存在异常和事故情况下,已成为电气着火源,从而引发火灾和爆炸事故。电气着火源可以是电气线路和电气设备过热、电火花和电弧、静电放电等原因生成。

二、电气火灾的特点

(一)隐蔽性

通常,由于漏电与短路都发生在电器设备及穿线管的内部。因此在一般情况下,电气起火的最初部位是看不到的,只有当火灾已经形成并发展成大火后才能看到,但此时火势已大。再扑救已经很困难。传统的喷雾报警器很难对电气火灾实现早期报警。

(二)燃烧快

电线着火时,火焰沿着电线燃烧得非常迅速。其原因是处于短路或过流时的电线温度特别高(有时要超过300'C 400 )

(三)扑救难

电线或电器设备着火一般是在其内部。看不到起火点,且不能用水来扑救,所以带电的电线着火不易扑救。

三、电气防火,防爆基本措施

(一)正确选用电气设备。根据电气设备所使用的场所,按照国家有关规定正确选用相关电气没备。

(二)按规范选择合理的安装位置。保持必要的安全间距是防火、防爆的一项重要措施。

(三)加强维护、保养、维修,保持电气设备正常运行。例如。保持电气设备的电压。电流、温升等参数不超过允许值,保持电气设备足够的绝缘能力。保持电气连接良好等。

(四)通风。例如,在爆炸危险场所安装良好的通风设备,可以降低爆炸性混合物的浓度,降低爆炸发生的几率。

(五)采用耐火设施。例如,为了提高耐火性能。木质开关箱内的表面衬以白铁皮。

(六)接地。

四、几种常见电器的防火、防爆

(一)常用灯具防火、防爆措施

1.白炽灯、高压汞灯与可燃物之间的距离不应小于 50cm ,卤钨灯与可燃物之间的距离则应大丁 50cm

2.严禁用纸、布等可燃材料遮挡灯具,灯具的正下方不宜堆放可燃物品。

3.超过60W的白炽灯不应直接安装在可燃性材料的顶棚处。

4.灯泡距地面的高度一般不低于 2m ,如低于 2m ,则应采取防护措施,

5.安装日光灯镇流器时应注意通风散热,不准将镇流器直接同定在可燃天花板或板壁上。

6.镇流器与灯管的电压和容量必须相同,并应配套使用。

7.在低压照明中,要选择足够的导线截面,防止发热量过大而引起危险。

8.有大量可燃粉尘的地方。要采用防尘灯具。

9.易爆炸场所应安装相应的防爆照明灯具,

(二)电视机防火、防爆措施

1.不宜长时间连续收看,以免机内热量积聚,高温季节尤其要注意。

2.关闭电视,关闭机身开关的同时应关闭电源开关,切断电源。

3.保证电视机机同通风良好。以利散热。

4.防止电视机受潮,防止刚潮湿而损坏内部零件或造成短路。

5.雷雨天尽量不用室外天线以免遭受雷击。

6.汗意保养除尘,发现故障或异常现象要立即关机检查。

7.一旦电视机起火,切不可用水扑救,可以切断电源后,用棉被将其盖灭,只能从侧面靠近电视机,以防显像管爆炸伤人。

(三)空调器的防火、防爆措施

1.勿使可燃窗帘靠近窗式空调器,以免窗帘受热起火。

2.电热型空凋器关机时,牢记切断电热部分的电源。需冷却的,应坚持冷却2min

3.勿在短时间内连续停、开空调器,停电时勿忘记将开关置于“停”的位置。

4.空调器应经常保持清洁,空气过滤器应定期清洗,以免积灰太多,影响空气对流。

5.空调器电源线路的安装和连接应符合额定电流不小于5 15A 的要求。并应设单独的过载保护装置。

(四)电冰箱的防火、防爆措施

1.电冰箱内不要存入化学危险物品。如果确需存放,则必须注意容器绝对密封,严防气体泄漏。

2.保证电冰箱后部干燥通风,冷凝器应与墙壁等保持一定距离。切勿在电冰箱后而塞放可燃物。电冰箱的电源线不要与压缩机冷凝器接触。

3.电冰箱电气控制装置失灵时。应立即停机检查修理。要防止温控电气开关进水受潮。

4.电冰箱断电后,至少要间隔3-5min才可以重新启动。

(五)微波炉的防火、防爆措施

1.食物做好后应及时关机,拔掉电源插头。

2.定期清洗。

3.电路或导线老化后要及时更换。

4.加热食物时。不要过多地加水或加油,以免碰洒。

5.不要用物品遮挡住排风机。

(六)电热取暖器的防火、防爆措施

1.避免电热器具有与周围物品靠得太近,以免热能积聚而升温起火。

2.注意配线型号与电器功率的配套。

3.防止过电压或低电压长期运行。

4.防止导线长期受热老化而引起短路。

5.设置短路、漏电保护装置。

第四章 实验室信息安全

实验室在运行过程中,涉及到大量信息的采集、存储、传输、处理和应用,包括实验室技术参数、观测数据、实验分析结果乃至新的科学发现。现代信息技术在提高工作效率的同时,也带来了信息安全的问题。本章在阐述信息安全的重要性和基本概念,从安全教育和管理、场地设施安全、安全防护技术等角度。分析实验室信息安全工作的主要内容。

第一节实验室信息安全概述

一、信息安全的重要性

随着信息技术的迅速发展,大量信息设备如计算机、网络进入了实验室,传统的实验仪器设备大多数也进行了电子化、信息化改造,嵌入了各种信息处理装置。这一方面大大提高了实验室采集、存储、传输、处理和应用信息的效率,另一方面也使实验室信息安全受到了前所未有的挑战。

(一)信息技术广泛应用,信息安全面临的危险大大增加

各种应用信息技术系统已成为国家关键基础设施,其运作方式有别于传统模式,无论是在计算机上的存储、处理和应用,还是在通信网络上的传输,信息都有可能被非法授权访问而导致泄密,被篡改破坏而导致不完整,被冒充、替换,导致否认,也可能被阻塞拦截而导致无法存取。信息安全面临的危险大大增加,已经直接影响到社会经济、政治、军事、个人生活的各个领域,甚至影响到国家安全。

(二)信息安全意识普遍淡薄,信息安全事故频发

据公安部统计:80%的信息技术应用单位没有相应的安全管理措施,58%的单位没有严格的信息调存管理制度。由此导致各种重要信息的滥用、丢失和被盗,其中70%的安全事故来自于组织内部。国家数据公司IDC在针对300多家大公司进行调查后指出:61%的被调查公司内部信息非授权使用和篡改等非法行为,70%的公司认识到数据的丢失和被篡改是造成公司经济损失的重要原因。

(三)信息安全管理措施不到位、泄密、失窃等成为首要问题

泄密是信息安全的首要问题,往往会造成经济、政治、军事、个人生活的巨大损失。相关案例比比皆是。根据《东方早报》 2005 11 14 消息,伊朗核计划相关实验室一台笔记本电脑被偷。其中存有伊朗秘密发展核武器项目的设计文档1000多页,美国和欧盟从中获得了“伊朗造核弹头”的证据。据报道,北美每年失窃个人电脑总值超过10意美元,带来了严重的信息安全问题:

1.如果硬盘没有备份,存储在其上的所有数据就都丢失了。

2.在备份数据恢复到替代设备上的过程中不能对数据进行及时访问。

3.如果数据没有加密,任何得到被盗个人电脑的人都可访问其中的数据。

4.即使找到了丢失的电脑,也很难确认是否有人复制了其中的数据。

除了泄密、失窃,数据被篡改而造成的损失也是难以估量的。

(四)加强实验室信息安全工作迫在眉睫

实验室信息安全的漏洞比比皆是,比如,实验室里那些只有简单密码的电脑,基本上没有设防的文件,敏感但又没有得到保护的数据。如果你是在实验室工作的管理人员或学生。你有没有想过如何保障实验室的敏感数据不被窃取,一旦被窃取会有什么样的后果?加强实验室信息安全工作迫在眉睫,这不仅仅是安装防火墙和杀毒软件来抵制黑客的恶意攻击和病毒的泛滥,更重要的是要树立防范意识和端正保密态度。

二、信息安全概论

信息安全涉及的范围很广泛,包括信息人员的安全性、信息管理的安全性、信息设施的安全性、信息本身的保密性、信息传输的完整性(防止信息被未经授权地篡改、插入、删除、置乱等)、信息的可用性(保证信息和信息系统确实能够为合法授权者所用)等。

从狭义上讲,信息安全就是国际标准化组织ISO对“计算机安全”的定义:“为数据处理系统建立和采用的技术上和管理上的安全保护,保护计算机硬件、软件、数据不因偶然和恶意的原因而遭到破坏、更改和泄露。”

从广义上讲,信息安全可定义为:“信息的保密性、完整性、可用性、抗否认性和可控性的保持和维护。”

(一)保密性

保密性针对信息被允许访问对象的对少而不同。所有人员都可以访问的信息为公开信息,需要限制访问的信息一般为敏感信息或秘密。秘密可以根据细腻些的重要性及保密要求可以分为不同的密级。例如,国家根据秘密泄露对国家经济、安全利益产生的影响(后果)不同,将国家秘密分为秘密级、机密级和绝密级三个等级。相关组织可根据其信息安全的实际,在符合《国家保密法》的前提下将其信息划分为不同的等级。如广州市涉密计算机信息系统可分为A(国家绝密级)、B(国家机密级)、C(国家秘密级)、D(工作秘密级)四个级别。这里的保密性是指信息不泄露给非授权用户,不被非法利用,即使非授权用户得到信息也无法得知信息的内容。保密性通常通过访问控制组织非授权用户获得机密信息,通过加密技术组织非授权用户获知信息内容。

(二)完整性

信息完整性一方面是指信息在生成、传输、存储和使用过程中不被篡改、丢失、缺损等。另一方面是指信息处理方法的正确性。操作不当,如误删文件,有可能造成重要文件的丢失,一般通过访问控制阻止篡改行为。通过消息摘要算法来检查信息是否被篡改、完整性是数据未经授权不能进行改变的特性。其目的是保证信息处于一种完整和未损的状态。

(三)可用性

可用性是指信息及相关的信息资源在授权人需要的时候可以随时获得。例如,通信线路中断故障会造成信息在一段时间内不可用,影响正常的商业运作,这是对信息可用性的破坏。网络环境下的拒绝服务攻击(DoS)、分布式拒绝服务(DDoS)都属于对可用性的攻击。可用性是信息资源服务功能和性能可靠性的度量。要保障可用性,除了备份和冗余配置外,目前没有特别有效的方法。

(四)不可否认性。不可否认性是指能保证用户无法在事后否认曾对信息进行的生成、签发、接收等行为,是针对交换信息各方的信息真实同一性的安全要求。一般应用数字签名和公证机制来保证不可否认性。

(五)可控性。可控性是指可以控制授权范围内的信息流向及行为方式,对信息的传播及内容具有控制能力,为保证可控性。通常通过握手协议和认证对用户进行身份鉴定,通过访问控制列表等方法来控制用户的访问方式,通过日志记录用户的所有活动以便查询和审计。

三、信息安全的主要内容

信息安全包括管理安全(教育与管理体系)、物理安全(场地与设备安全)、运行安全(技术手段与措施)等三个方面。

(一)管理安全。管理安全是保证信息安全的特殊技术。首先要做好安全教育,认清信息安全的重要性了解信息安全的主要内容和过程。增强信息安全的意识。其次,要建立安全管理体系,实行人员分等级管理、落实工作机制和责任制、明确运行安仝管理(机房、场地、操作、口令、密钥审计、特殊程序管理、启动程序管理、重要数据管理等)、安全技术管理(网络设备、备份、应急、常用工县、备件管理等)等规章制度。

(二)物理安全。物理安全是指保护实验室的各类设施,特别是信息设备,如计算机、网络免遭地震、水灾、火灾、有害气体、电磁污染和其他环境事故破坏的措施、过程。物理安全包括环境安全、设备安全和媒介安全三个方面。

(三)运行安全。运行安全是指提供一套安全措施来保护信息处理过程的安全,其目的是保障系统功能的安全实现。运行安全的范围很广泛,包括访问控制、加密、鉴别,病毒防护、操作系统安全、数据库安全、网络安全,备份与恢复、应急、风险分析、审计跟踪等各个方面。

第二节实验室信息安全的教育与管理体系

信息安全教育和信息安全管理体系是管理安全的两个组成部分。

一、信息安金教育

(一)要增强信息安全的意识

实验室采集、保存、传输、使用的信息是教师、学生和科研人员劳动的结晶,内容涉及实验技术参数、观测数据、实验分析结果等,具有很高的知识价值,往往纪录着新的知识或新的科学发现。做好实验室信息安全。对于保护师生的劳动成果和知识产权是非常重要的。

(二)要明确信息安全的责任

由于故意或工作失误造成信息安全事故。如信息丢失、信息泄露、信息破坏等。要承担损失赔偿、行政处罚乃至法律责任。要了解信息安全的相关立法例如,《中华人民共和国保守国家秘密法》、《中华人民共和国国家安全法》、《中华人民共和国汁算机信息系统爱全保护条例》、《中华人民共和国计算机信息网络国际网联管理暂行规定》、《中华人民共和国公安部计算机病毒防治管理办法》等新的刑法中也加入相应的信息安全条款。

(三)要了解信息安全的主要内容和过程

信息安全的目的是通过管理制度和技术手段。阻止非法用户接触信息载体(纸质档案、个人电脑、服务器、数据库、备份文件与介质、网络等),访问信息系统,获取敏感信息,减少信息遭受破坏的可能性;快速检测非法行为;迅速测定入侵位置;审计跟踪,能有效记录破坏者的行为,以便抓获;以最大限度减少损失并促进系统恢复。

二、信息安全管理体系

(一)信息安全管理原则

信包安全的威胁来自人。特别是内部人员,必须加强人员管理落实信息安全管理原则。

1.多人负责原则。即至少应有两人以上负责安全管理。

2.任期有限原则。即不定期循环任职

3.职责分离原则。即编程与操作、信包传送与接收、操作介质与介质保密、系统管理与安全管理、应用程序编制与系统程序编制、访问证件管理与其他工作等实施分离。

4.人事审查原则。对接触敏感数据的人员的录用、岗位确定,工作评价必须进行背景调查。访问的数据越敏感,调查就应越细致。

(二)信息安全管理制度

1.等级管理制度。对信息、人员、系统、单机和环境划分等级并加以保护。

2.有害数据防治管理制度。对病毒和入侵等行为采取有效措施,以防止其入侵和传播。

3.安全管理规章制度,包括工作机制、各类人员责任制、人员安全管理、运行安全管理(机房、场地、操作、口令、密钥审计、特殊程序管理、启动程序管理、重要数据管理等)、安全技术管理(网络设备、备份、应急、常用工具、备件管理等)等规章制度。

4.风险评估制度。要在系统设计前、运行期、运行后,经常进行风险评估,分析系统固有的脆弱性,发现安全漏洞,及时采取补救措施。

(三)信息安全管理策略

安全策略是指在一个特定的环境中,提供一定级别的安全保护所必须遵循的规则。主要有系统管理策略、资源需求分配策略、使用策略、用户管理策略、灾难恢复计划。

1.系统管理策略。系统管理策略制定升级、监控、备份、审计等工作的指导方针和预期目标。系统管理人员和维护人员依据这些策略安排具体工作。这些策略应明确规定多长时间、什么时候升级、监控、审查日志等。策略必须足够详细,同时也要有一定的灵活性,能应付一些紧急事件和无法预料的情况。

2.资源需求分配策略。确定授权方式和允许访问的资源,包括授权哪些用户、在何时、以何种方式登录和访问哪些资源。如系统程序、应用程序、数据等。

3.使用策略。使用策略定义了信息和资源的使用方式,向用户解释如何使用系统资源,包括了隐私、所有权、不适当行为的后果等各方面的规定。比如,用户口令的设置规则,更新口令的时间规定,备份制作的方式等。

4.用户管理策略,确定新的用户如何安全地加入系统。用户离开后如何更新系统,以及用户的培训等问题。如果用户被调到一个新的岗位。应该及时更新其访问权限和访问级别。否则,就会产生所谓的“权限蔓延”。对于离岗的人员应立即关闭其帐户,禁止其访问权限,在很多情况下,系统管理员根本不知道人事变动,这是非常危险的情况。

5.灾难恢复计划。是指在紧急事件或安全事故发生时,保障信息设施继续运行或紧急恢复的措施。优秀的灾难恢复计划需要考虑到各种类型的紧急情况和故障,包括紧急事件或安全事故发生时的影响分析,应急计划的概要设计或详细制定,应急计划的测试与完善。绝大多数组织都对灾难恢复计划投入很多资金。包括数据备份和双机备份。

第三节实验室信息设施的物理安全措施

物理安全,是指保护实验室的各类设施,特别是信息设备,如计算机、网络。免遭地震、水灾、火灾、有害气体、电磁污染和其他环境事故破坏的措施、过程。物理安全包括环境安全、设备安全和媒介安全三个方面。

一、环境安全

环境安全是指对各类信息设备所在环境的安全保护。

(一)场地安全性

要求场地尽量远离有有害气源及存放腐蚀、易燃、易爆物品的地方;尽量远离强振动源和强噪声源;尽量避开强电磁场的干扰。国家标准GB2887-2000对场地安全性有明确的规定。

(二)机房安全性

要求具有防火、防水、防静电、防雷击、防电磁波干扰的物理措施。以及火灾报警及消防设备、安全的供配电系统、空调系统等。国家标准GB9361-88对机房安全性有明确的规定。

二、设备安全

设备安全是指对各类信息设备的安全保护,包括设备的防盗、防毁,电源保护,防止电磁泄漏(屏蔽),防线路截获和抗电磁干扰等。其中,信息设备防盗是最重要的物理安全性问题,具体措施包括:

(一)场地安全。即放置设备的场地必须保征安全。不仅要防止盗窃,而且要防止故意破坏、未授权访问和媒介质移动。

(二)机箱加锁不仅可以防止内部部件被盗。也可以保护基于BIOS的安全服务。

(三)建立记录文档:必须详细登记所有的硬件和软件,包括序列号、购买期以及发票等,这些记录在证实损失或申领找回的被盗设备时非常有用。

(四)访问控制和加密:如果计算机被盗,别人难以访问系统中的数据。

三、媒介安全

(一)保障媒介安全的措施

媒介安全是指对信息存储介质的安全管理。保证存储在介质中的信息的完整性和有效性。

现在大部分常用数据都足存储在硬盘上的。虽然硬盘的可靠性在不断提高,但仍易于损坏、老化,出现故障。此外,用户可能会误删重要的文件或记录。有时也会蓄意删除数据,病毒也会破坏文件。

保证信息的完整性和有效性的最好、常常也是唯一的方法是备份,用于在发生机械故障、用户错洪、恶意软件攻击、自然灾害和设备被盗等事件后进行恢复。

(二)备份与恢复的种类与方法

1.备份与恢复种类

1)场点内高速度、大容量自动的数据存储、备份和恢复。

2)场点外的数据存储、备份和恢复,如通过专门安全记录存储设施对主要数据进行备份。

3)信息设备的备份。

2.数据备份方法

1)镜像备份或者整盘备份,即对硬盘上的所有文件进行整体地备份。这种备份是逐磁道读遍硬盘的整个表面。

2)逐文件备份,即由用户选择要备份的目录或文件。然后由系统依次备份每个文件。

3)增量备份或差异备份。即只对上次备份之后又新添加的文件和更改的文件进行备份。

(三)数据备份的管理

数据备份必须定期进行。得到的后备副本要妥善保管。管理制度应叫确规定进行数据备份操作的时问或间隔期。这取决于三个因素:一是系统中信息变化的频率;二是备份需要花费的工作量;三是文件的重要性,然后,要确定每次备份采用的方法。如每月一次全盘备份、每用一次数据文件备份、每天进行次增量备份。

管理制度还应明确规定备份副本的保管责任和存放地点。原则上,备份副本应存放在不同的物理地点。如规定每次备份做2个拷贝。其中1个拷贝存在本地,另1个拷贝异地存放,异地存储非常有必要,当发生火灾或其他自然灾害时。就可以进行异地恢复。现在有许多公司专门提供介质的异地存储服务。此外。也可以进行远程备份,即通过电话或网络自动将数据备份到远程地点。

第四节实验室数据库安全的技术手段

实验室往往以数据库的形式,对大量信息进行集中存储和处理。实验室数据库的运行安全是实验室信息安全管理的一项重要工作。

数据库安全是指保护数据库,防止由于硬件的故障、软件的错误、操作的失误、不合法的使用而造成的数据泄露、更改和破坏。数据库安全一般采用多种安全机制与操作系统相结合的安全保护措施。主要有故障恢复手段、安全控制手段。

一、故障恢复手段

数据库可能会由于软硬件故障、停电、磁盘等存储介质损坏等原因而遭到破坏。故障恢复最基本的手段是建立数据库的后备副本、数据冗余。具体方法有镜像、转储和日志。

(一)建立数据库镜像

用户通过设置数据库管理系统软件的相关功能选项。建立数据库镜像。当出现介质故障时,系统自动切换到镜像磁盘运作并自动进行数据库的恢复。

(二)数据转储和登记日志

数据转储是指南用户定期地将整个数据库复制到磁带或另一个磁盘上保存起来的过程。

数据转储可以以静态或动态,可以海量转储或增量转储。在两次转储间隔期。由系统自动登记日志来记录数据库的更新操作。

二、安全控制手段

数据库管理系统软件提供用户标识与鉴别、访问控制、审计、数据加密等安全控制手段。

(一)用户标识与鉴别

这是系统提供的最外层的安全保护措施。系统提供一定方式让用户标识自己的名字或身份。只有通过鉴别,用户才能进入数据库并使用数据。

鉴别包括身份鉴别和信息鉴别。身份鉴别是对用户真实身份的鉴别,信息鉴别是对提供的信息的正确性、完整性和不可否认性的鉴别。具体手段包括用户名加口令、密码卡、声音、图像、指纹识别等。

(二)访问控制

访问控制是保证用户对系统资源以及敏感信息的访问方式符合安全策略,包括出入控制和存取控制。存取控制就是赋予不同用户以不同的操作权限,当用户存取数据库的数据时,对其权限进行检查,以防止不经授权的使用。

1.定义用户权限。将用户权限登记到数据字典中。

2.合法权限检查。每当用户发出存取数据库的操作请求后,查找数据字典并根据安全性规则进行合法权限检查。若用户的操作请求超出了定义的权限,系统将拒绝执行此操作。

(三)审计

审计包括三方面:

1.记录和跟踪各种系统状态的变化,如提供对系统故意入侵行为的记录和对系统安全功能违反的记录。

2.实现对各种安全事故的定位。如监控和捕捉各种安全事件。

3.保存、维护和管理审计日志。

(四)数据加密

数据加密是防止数据库数据在存储和传输中泄密的有效手段。大多数数据库管理系统软件提供数据加密和密钥管理功能。数据加密包括对文字、语音、图形图像等的加密;密钥管理包括对密钥的分发、更新、回收、归档、恢复、审计等功能。

第五节实验室计算机网络安全的技术手段

实验室是计算机网络安全是指对接入计算机网络的试验仪器设备、信息设备采取保护措施,以便安全地访问网络资源,使用网络服务,免受病毒、黑客等的攻击。主要技术手段有防病毒技术、防火墙技术、加密解密技术、入侵检测技术、网络监听技术等。

一、防病毒技术

(一)病毒及其特征

计算机病毒不是天然存在的,是某些人利用计算机软件、硬件固有的脆弱性编制的具有破坏功能的程序。目前,计算机病毒有几万种。各有其不同特征,但也有明显的共性:

1.寄生性。它不以独立文件形式存在,寄生在合法程序之中。

2.隐蔽性。发作前,它能够将自身很好地隐蔽起来。

3.传染性。它能够主动地将其复制品或变种传染到其他程序中去。

4.潜伏性。侵入后一般不立刻活动,要等到外部条件成熟之后才会行动。

5.破坏性。它会占用资源、干扰机器正常运行或破坏系统和数据。

6.往往通过网络和邮件传播。例如“求职信”病毒。

7.传播速度极快。“爱虫”病毒在2天内造成欧美各国网络瘫痪。

8.变种多。“爱虫”病毒在十几天之内出现30多个变种。

9.具有蠕虫和黑客的功能。

(二)清除病毒的方法

1.杀毒软件清除法。这是非专业用户普遍采用的方法,常用工具有:诺顿杀毒Norto-nAntiVrus、瑞星杀毒RisingAntiVirus、趋势杀毒PC-cillin等。杀毒软件是以病毒检测为基础的,通过比对病毒的特征码,可以清除已知病毒。这是一种被动的方法,对病毒变种和未知病毒无能为力。

2.用保存主引导扇区信息进行恢复的方法。对于感染主引导型病毒的机器,可以采用事先备份的该硬盘的主引导扇区文件进行恢复,恢复时可用DEBCGNORTON等软件实现。

3.程序覆盖方法。这种方法适合于文件型病毒,一旦发现文件被感染,可以将事先保留的无毒备份重新拷入系统覆盖有毒文件即可。

4.格式化或低级格式化磁盘方法。这种方法轻易不要使用,它会破坏磁盘上的所有数据,并且低级格式化对硬盘也有损伤。在万不得已的情况下,才使用这一方法。使用这种方法时必须保证用来格式化的系统是无病毒的。当然这种方法是最彻底的清除方法。

5.手工清除方法。这种方法比较复杂。只能由计算机专业人员操作。例如,外壳型病毒将自身复制在目标文件的尾部,不修改原来正常内容。运行时。病毒抢先进入内存执行,然后转回原文件入口运行。外壳型病毒主要攻击COM文件与EXE文件。通过手工改正程序首部的跳转指令,可以清除外壳病毒。

二、防火墙技术

防火墙是借用了建筑学的术语,指用来防止大火从建筑物的一部分蔓延到另一部分而设置的一道砖墙。为防止来自外部网络的黑客攻击、病毒破坏、资源被盗或文件被篡改等危险,可以在内部网络和Internet之间插入一个叫做“防火墙”的中介系统,阻断来自外部网络对内部网络的威胁和人侵。防火墙有效地限制了数据在网络内外的自由流动,其优越性在于:

(一)它可以控制不安全的服务,只有授权的协议和服务才能通过防火墙。

(二)它能对站点进行访问控制,防止非法访问。

(三)它可把安全软件集中地放在防火墙系统中,集中实施安全保护。

(四)它强化私有权,防止攻击者截取别人的信息。

(五)它通过日志来记录所有访问,以此作为分析和防范潜在攻击的重要依据。它也能对正常的网络使用情况进行统计分析,可以使网络资源得到更好的利用。它也能附加数据加密、解密等功能。

三、加密解密技术

加密是最重要的网络安全技术之一。目的是保证发送者所发送的消息能安全到达接收者手里,并且保证窃听者不能阅读发送的消息。消息被称为明文,用某种方法伪装消息以隐藏消息内容的过程称为加密。加密后的消息称为密文,把密文转变为叫文的过程称为解密。

现代加密技术采用基于密钥的算法。通常有对称算法和公开密钥(非对称)算法两类。

对称算法就是加密密钥和解密密钥能够相互推算出来。大多数对称算法,加密和解密的密钥是相同的。这些算法叫秘密密钥算法或单密钥算法。要求发送者和接收者存安全通信之前商定一个密钥。其安全性依赖于密钥,泄露密钥意味着安全措施失效。

公开密钥算法用作加密的密钥不同于用作解密的密钥,而且解密密钥不能根据加密密钥计算出来,最著名的公开密钥算法是RSA算法。加密密钥对外公开。叫做公开密钥。解密密钥为特定用户所拥有,不对外公开,叫做私有密钥。陌生者要向特定用户发送信息时。利用该用户的公开密钥加密信息,但只有用该用户的私有密钥才能解密信息。这样就使得信息在传送过程中即使被第三方截获,也无法解读,确保了信息的安全性。

反过来,特定用户可能用自己的私人密钥加密信息,那么别的用户只能使用相应的公开密钥才, 能解密,从而能确认信息是由该用户发出的,而不是他人伪造的。数字名称及认证技术正是基于这种公开密钥算法。

四、人侵检测技术

入侵行为是指对系统资源的非授权使用。它可以造成系统数据的丢失和破坏,甚至造成系统拒绝对合法用户服务等后果。入侵行为包括滥用和网络攻击、入侵者可以分为两类:一类是外部入侵者,指非法用户,如常说的黑客,另一类是内部入侵者,即有越权行为的合法用户。

入侵检测技术是从网络的若干关键点收集信息,包括操作系统的审计数据、网络数据包信息,通过分析来监控网络中违反安全策略的行为和遭到袭击的迹象,并实时报警。入侵检测的内容分为:试图闯入或成功闯入;冒充其他用户;违反安全策略:合法用户的泄露、未授权访问;独占资源;恶意使用。

各种入侵检测系统在功能结构上基本一致,均由数据采集、数据分析以及用户界面等几个功能模块组成,只是在分析、采集数据的方法以及采集数据的类型等方面有所不同。

常见的入侵检测系统有:

(一)RealSecure,是第一个集成了基于网络和基于主机的入侵检测和响应系统,由网络传感器、操作系统传感器和管理控制台组成。可以自动地监控网络的数据流、主机的日志等,检测和响应可疑事件,在内联网和外联网的主机和网络受到破坏之前阻止非法的入侵行为。

(二)CisoSecurIDS,以前被称为NetRanger,是Cisco公司的产品。传感器分为网络传感器和主机传感器,分别负责网络信息和主机信息的收集和分析。控制器用于对系统进行控制和管理。入侵检测模块与硬件相关联,比如针对Cisco公司的Catalyst6000交换机有相应入侵检测模块。

(三)瑞星入侵检测系统RIDS-100,集入侵检测、网络监视功能于一身,能实时捕获内外网之间传输的所有数据,利用内置的攻击特征库,通过使用模式匹配和统计分析的方法,可以检测出网络上发生的入侵行为和异常现象,并记录有关事件作为管理员事后分析的依据。

五、网络监听技术

网络监听技术是一把双刃剑,既为管理员提供了监视网络状态以及数据流动情况的工具,也为黑客提供了截获网上信息的工具。

(一)网络监听的原理

由于目前流行的以太网是一个广播型的网络,在网上的任何地方安装一个监听软件就可以实施监听。其中,监听网关、路由器和防火墙等设备效果最好,只要向主机的网络接口发送控制命令,就能将其设置为监听模式。

以太网的工作方式试讲数据包发往同一网段的所有主机。数据包的包头包含着接受数据包的主机的正确地址。在正常工作模式下,只有与数据包的目标物理地址一致的主机才会接收与处理数据包。但在监听模式下,无论数据包的目标物理地址是什么,主机都将接收数据包并交上层协议软件处理。

(二)网络监听的检测

根据网络监听的原理,可以检测出网络中心是否有人在进行监听,从而发现黑客。

1.简单的检测方法:

1)对于怀疑有监听存在的机器,分别用正确的和错误的物理地址来ping,如果都得到响应,就证明确实有监听存在。因为就行监听的机器,对于数据包不论其目标网络地址是否正确都一律接收,而正常的机器不接收错误的物理地址。

2)向网络发送大量不存在物理地址的包。将导致进行监听机器的符合过重,性能下降,而正常机器不处理错误地址的包,性能影响很小。通过比较机器性能的变动可以判断是否有机器在监听。

(三)防范监听的方法:

1.加密是一个最有效的方法,如用户名和口令,以保证秘密数据,安全传输而不被监听和偷换,保密通信协议,如Telnet协议和UNIX安全壳SSH能有效地对付监听。

2. 安全网络拓扑结构可以减少被监听的机会,所用技术通常被称为分段技术,也就是将网络分成一些小的网段。网段的集线器连接到交换机上,也可以使用网桥或路由器来连接。这样,数据包只会在一个网段内被监听工具截获。不同网段间不能相互监听。

3. 保障实验室的安全,最为重要的是实验室安全管理的到位。2004年中国疾病预防控制中心因为“非典”病毒管理不善而引发的4月份北京、安徽的“非典”疫情,引起了人们对实验室安全的高度关注和震撼。经卫生部调查认定,那次“非典”疫情源于实验室内感染,是一起因实验室安全管理不善,执行规章制度不严,技术人员违规操作,安全防范措施不力,导致实验室污染和工作人员感染的重大责任事故。因此,实验室安全管理的到位是防止实验室安全事故发生的关键所在。高校实验室管理的多样性、特殊性决定了实验室安全管理的特点。

(一)多样性

根据学科和专业的特点,高校一般设置规模悬殊,层次、性质不同,种类繁多的各种实验室。如生物、化学、电子、机械、放射性同位素、射线装置、网络实验室等。因此,由于实验室各自的特殊性,其安全防护的要求也不尽相同。根据不同实验室制定有针对性的、切实可行的安全技术与安全管理办法是维护实验室安全的前提条件。

(二)复杂性

实验室的安全管理不仅是对仪器设备、安全技术和环境的管理,也是对人的管理。仪器、环境、安全技术、人等方面所潜藏着的众多小安全隐患是造成事故的重要困素。如用水、用电、用气的安全,仪器设备的操作安全,致病微生物、危险化学品、剧毒物品、放射性物质的存储与使用安全。师生员工的安全意识、行为、实验操作流程的规范与否,安全设施的技术条件等都会对实验室安全带来影响。由此可见,实验室的安全管理涉及实验室管理工作的方方面面,必须实现对整个实验室管理系统的监管和控制。

(三)综合性

实验室的安全管理是一项系统工程。实验室的安全管理、平安校园的建设。涉及面广、管理难度大、综合性强,它不仅涉及实验室内部的管理体系,还包括实验室外部的管理体系。因此,需要各级参与、层层负责、相互协调、共同合作。要全方位和全员化落实实验室安全责任制,形成一个齐抓共管的良好氛围,才能将实验室安全管理工作真正落到实处。

(四)服务性

实验室系统的安全,直接关系到师生的切身利益,关系到学校的稳定与发展,关系到平安校园的打造。安全是否得到保障取决于管理与服务职能是否得到充分的发挥。实验室的安全管理不只是单纯的管理,还得体现它的服务性。随着管理模式的转变,即由经验型管理向科学型管理转变,由电纯型管理向服务型管理转变,注重以人为本的理念,争创安全的优质服务,成为实验室安全管理的重要特征之一。管理是服务的方法和手段,服务则是管理的目的,服务是根本。强化服务意识,坚持服务宗旨,提供优质服务,才能真正确保实验室的安全。

二、实验室安全管理的内容

为保证实验室工作有序进行,不同学科的实验室都有自己安全管理的内容和要求。以下所提供的是各类实验室需要考虑的主要内容,各实验室可根据自己的实际情况参考执行。

(一)建立实验室规章制度

实验室安全制度;危险化学品管理制度;生物安全管理制度;放射性安全管理制度;废弃物与排污管理制度;菌、毒种及细胞系保管制度;保密制度等。

(二)制定有关的操作规程

仪器与设备的使用;通用的检验技术与方法;专用的检验技术与方法;动物及动物室的管理;试剂及试药溶液的配制与管理等。

此外,还要建立质量保证体系,加强对仪器设备、实验室设施、实验室建筑、操作间、实验动物和档案资料等的管理,建立健全人员培训机制。

第六节实验室安全效益

从学校大局来看,实验室安全是构建和谐,平安校园的重要组成部分:从教学、科研角度来看,实验室安全是确保教学、科研活动正常开展的前提;从人性化的角度来看,实验室安全是维护人员生命安全和健康的根本所在;从经济学的角度来看,实验室安全是保证办学效益的基本保障。实现实验室安全和实验活动过程的安全,向安全争效益是建设平安校园的价值反映。将“安全是最大的效益”贯穿于实验室建设与管理的全过程,建立安全保障体系,才能确保实验室安全经济的稳定与发展。

一、实验室安全效益的涵义

实验室的安全效益是指以合理、科学的安全投资,提供符合实验室环境、实验活动和人员生命健康需求的安全保障所产生的效果。从安全效益的表现形式来看,安全的主要功能体现在两个方面:其一是保障人的身心健康与生命安全,减少财产的损失;其二是维护和保障系统功能(如实验室的功能)得以充分发挥。安全效益包括安全的经济效益与社会效益两个部分:

安全的经济效益是指通过安全投入所实现的安全条件,在实验过程中保障装备技术、环境与人品的能力和功能,并提高其潜能为社会经济发展带来的利益;安全的社会效益是指安全条件的实现,对国家和社会发展、学校教学科研活动的正常开展,以及家庭、个人的健康幸福所起的积极作用。

二、实验室安全效益的特点

实验室是学校开展实验教学、科学研究和生产研发的重要场所,其安全效益的特点如下:

(一)间接性

实验室安全不是直接的物质生产活动,其安全效益通过减少事故造成的人员伤亡与财产损失来体现,并由于保护了人的生命健康以及教学、科研的技术或设备,促进了学校教学、科研的发展,在保障教学、科研活动的顺利进行中间接创造经济效益。

(二)迟效性

安全效益的迟效性表现在安全的减损(伤亡和财产损失)作用上。安全投资的回收期长,它不是在安全措施运行之时就能体现出来的,而是在事故发生之时表现出其价值和作用。但是安全工作必须超前预防,做到防患于未然,而不是发生事故后再来亡羊补牢。

(三)长效性

安全措施的作用和效果往往是长期的,不仅在措施的功能寿命期内有效,就是在措施失去功能之后,其效果还会持续或间接发生作用。如实验室的环保措施,防核防辐射的对策,安全教育和安全技能培训等都具有长久的效益。

(四)多效性

实验室安全有了保障,实验活动就能有序、有效地顺利开展,确保了人员的身心健康,工作效能和效率就会提高;减少人员伤亡和财产损失,特别是安全目的实现了人的安全与健康,这是很难直接用货币来衡量的,体现了社会和经济的效益。

(五)潜在性

安全创造的效益大多不是从其本身的功能中显现出来的,而是潜在于安全过程和安全目的的背后,安全维护了人的身心健康,使物质环境处于安全、卫生状态,充分发挥了实验室的功能和作用,推动了教学、科研工作的正常开展。从形式上分析,其所直接体现的意义并不是经济的,而是隐含在实现维护人的身心健康、生命安全和减少财产损失的目标过程中。

总之,实验室安全工作与学校的教学、科研紧密相连,与学校的每一个人息息相关,负责实验室安全工作的领导必须要具有以人为本的理念,重视对实验室建设的投入,加强对实验室安全的管理。每位师生员工则要共同合作,全力去发现实验室中存在的安全隐患,自觉遵守实验室安全规章制度,共同创造一个安全愉快的教学、科研和学习的环境。