有限空间作业中毒分析
转载：
2018年2月23日，肇庆市广宁县广安纸业有限公司发生一起因吸入有毒气体造成1人死亡，7人受伤的事故。日前，广东省安监局通报此次事故，通报称此次事故发生在春节后复工复产之际，是一起在未进行危险因素辨识情况下盲目违章操作引发的事故。
为何此类事故屡屡出现，下面以一起亲自参与调查的有限空间作业事故技术分析作为例子，分上中下三篇对事故调查过程、事故原因分析和事故教训等进行剖析。本期对相关事故原因和气体检测与计算进行说明，下期主要对有限空间作业需要注意的事项进行说明。
事故原因分析
1.有毒有害气体分析
根据现场周边环境、事故时接收井的环境状况、接收井的施工工艺以及当时的作业情况，W31接收井内可能存在硫化氢（H2S）、磷化氢（PH3）、氨气（NH3）、一氧化碳（CO）、有机挥发物（VOC）等有毒气体以及（CH4）、缺氧和二氧化碳（CO2）等引起窒息的气体。下文将分别从有毒气体和缺氧窒息性气体的危害进行阐述，并初步的分析这些气体存在的可能性。
（1）有毒气体
H2S、PH3和NH3气体。H2S、PH3、NH3三种气体的主要危害是吸入中毒的危害，特别是作业场所中短时间接触对人产生伤亡的浓度尤其要得到控制，表1、2、3分别列出了H2S、PH3、NH3气体吸入后的急性毒性资料。事故发生时W31接收井内残留有1m深左右闭水试验用水，闭水试验用水来自接收井北侧河水中的水。有毒有害气体可能为闭水试验残留在井内的水经过微生物反应释放的有害气体，常见的有甲烷（CH4）、硫化氢（H2S）、磷化氢（PH3）、氨气（NH3）、一氧化碳（CO）以及有机挥发物（VOC）等。
一氧化碳（CO）和有机挥发物（VOC）。CO是一种最常见的有毒气体，其产生的主要原因是物质的不完全燃烧。它的危害是通过CO与人体血液中血红蛋白的结合，而且结合率大于O2与血红蛋白的结合率，从而导致血氧浓度降低而引起中毒，表4列出了CO的急性毒性资料。在我们大气对流层中的CO的本底浓度约为0.1～2ppm。日常在我们城市环境空气中CO主要来源于汽车尾气的排放，汽车尾气排放的一氧化碳浓度通常在100-200ppm。VOC为有机挥发气，环境中VOC的主要来源之一也是汽车尾气。而接收井位于道路中间绿化带上，可能存在汽车排放的尾气渗入井内，因此井内可能会有CO和VOC存在。
（2）缺氧窒息性气体
氧气（O2）和二氧化碳（CO2）。氧气的正常含量为19.5-23.5%，低于19.5%会导致人体缺氧窒息。氧气含量低对人体的影响如下表5。CO2如果浓度过高也会导致窒息，其危害见下表6。
接收井内空间受限，空气流动不畅，工人在井下敲打封板作业过程中会消耗氧气，有可能造成会氧气供应不足，造成工人体力下降、眩晕，卧倒在井内发生淹溺。人员的作业活动除了消耗氧气还会产生二氧化碳，在有限空间内沉于井底，也会导致有限空间内作业窒息。甲烷（CH4）甲烷浓度本身微毒，但是含量过高会引起氧含量的降低，引起窒息。甲烷主要来源还是来自于污水微生物厌氧反应，而井内存在残留水，在封闭空间中可能会进行微生物的厌氧反应产生CH4。
2.有毒有害气体检测
通过前文的分析，接收井内可能存在CH4、H2S、PH3、NH3、CO、CO2和VOC这些有毒有害气体，还有可能存在缺氧现象。为了验证这些气体的存在，在事故发生后的第三天，采用便携式检测仪器对W31顶管接收井内气体进行了检测（见图5）。气体检测结果见表7。
图5 现场检测
从表7中检测结果看，并没有检测出CH4、H2S、PH3、NH3这些毒性气体，即使事故当天有这些气体的存在，则在这个通风不良、相对封闭的井内空间内，比空气重的H2S、PH3很难排出，因此或多或少会有这些气体的残留，在检测时不可能不会被检测出；而NH3具备非常明显的刺激性气味，很容易被人的嗅觉觉察到，据当事者口述资料，并没有明显的刺激性气味；另外，闭水试验用水为干净的河水，生物反应非常弱甚至不会反应，因此出现CH4、H2S、PH3、NH3的可能性较小；而且工人在纬五路污水管网工程其他井的作业中没有出现这些气体的中毒事故。通过上述分析结合检测结果，可以明确的排除由CH4、H2S、PH3、NH3引起中毒。现场检测时CO检测出的浓度为214ppm，已经非常明显的超出空气中CO本底浓度，比较接近尾气排放的浓度，且浓度达到了使人产生严重的头痛、眩晕等症状的浓度，因此本次事故怀疑为CO中毒引起人员头痛、眩晕，使作业人员卧倒于井内水中，导致窒息死亡。VOC检测出的浓度为3.1ppm，虽然超过了职业接触限值，长时间接触会存在职业危害，但浓度比较低，不能立即让人中毒死亡。因此只能怀疑VOC是这次有限空间作业事故的有毒气体其中之一，但不是主要的气体。CO2检测结果为814ppm，虽然不会影响呼吸，但是浓度已经明显的超出空气中的正常含量，可以确定井内存在CO2的产生源，导致CO2浓度偏高。但是事故当天CO2浓度是否大于814ppm，是否达到了达到让人昏厥甚至让人死亡的浓度还需要进一步的分析确认。检测出的O2浓度则处于在正常范围内，但是检测是在事故第三天，通过三天恢复O2可能回到正常状态，因此没法确认事故当天氧气浓度是否达到对人体伤害的浓度。
3.气体来源分析
通过检测结果以及上述的分析，可以明确的排除H2S、PH3、NH3气体导致的中毒。而检测出的已经超出空气中正常浓度范围CO、CO2和VOC需引起格外重视，很有可能是这次事故的元凶。需要从事故发生时井内状态、施工工艺、工人作业工具和设备的使用情况等方面入手，从气体的来源的角度展开进一步的分析，以确认CO、CO2和VOC气体是否在事故发生时达到致人中毒浓度的可能性以及是否存在O2的大量消耗。针对这起事故，接收井内可能产生这些气体来源有井内残留水的生物反应、管道沥青涂料的挥发以及抽水设备的使用。
（1）井内残留水的生物反应
井内残留水为闭水试验用水，比较干净，并不是污水，而且从气体检测结果看并没有检测到CH4、H2S、PH3、NH3这些最常见的微生物反应释放的气体，说明并不存在很明显的生物反应，因此可以忽略残留水微生物反应释放的CO、CO2、VOC，以及所能消耗的O2。
（2）管道壁沥青涂料中VOC挥发
施工工艺中，管道的管壁需要进行沥青涂料的防腐处理，沥青涂料会会挥发VOC。但是管道的防腐处理工作是在顶管之前就已经完成，暴露于空气中已经有一定的时间，在事故时大量挥发的可能性已经非常小，即使有挥发，也不能达到致人呼吸不适的浓度。因此井内管道壁上沥青涂料挥发不是VOC的主要来源。
（3）汽油机水泵的使用
事故发生当天的早上7点开始，使用了嘉陵本田WB30XH汽油机水泵对W31接收井进行抽水，一直到事故发生，汽油水泵始终处于运行状态。事故发生后，下井观察找到了这台汽油机水泵（见图6）。汽油机水泵采用汽油作燃料提供动力，在运行中排放的尾气，尾气中就存在CO、VOC和CO2，相当于汽车尾气（空气中CO和VOC气体主要来源于汽车尾气，由汽油燃烧产生）。事故第三天的检测结果也表明这些气体成分的存在，而且CO2浓度也要比空气中正常浓度偏高，CO浓度接近汽车尾气的排放量，这些现象能充分的说明事故发生时井内有毒有害气体来源于汽油机水泵燃烧尾气的排放。如果不考虑外界新风的进入，通过理论计算，井内汽油机水泵在事故发生当天，CO的浓度最高可能能达到10875ppm，CO2可能能达到6000ppm，O2理论上则可能会消耗完毕。
图6 W31接收井内使用的汽油水泵
通过上述分析，有毒有害气体的来源主要来自汽油机使用时排放的尾气。结合检测结果以及伤者急救时的诊断报告（图7），可以明确的认为W31号顶管接收井内在事故发生时的有毒有害气体为CO、CO2和VOC，同时还有缺氧产生的危害。
图7 重伤者的入院检查及医生诊断
事故分析结论
1.事故直接原因
导致本次事故的直接原因是W31顶管接收井内使用嘉陵本田WB30XH汽油机水泵来抽水，水泵的汽油机在运行中排放大量尾气，主要为CO、CO2、VOC，同时消耗O2，这些有害气体在井内有限空间中积聚，使井下工人在打开封板作业过程中时，在这些气体的综合作用下发生中毒、缺氧窒息死亡。而施救人员由于不清楚井内汽油机水泵尾气的危害，导致尾气中毒、缺氧，造成重伤和轻伤。
2.事故间接原因
（1）违规作业
未按照《有限空间安全作业五条规定》（国家安全生产监督管理局令第69号）中的规定，在没有对有限空间进行通风、检测和危险辨识，没有执行有限空间作业审批的情况下就擅自进入有限空间作业，从而导致此次悲剧的发生。
（2）使用不恰当的设备
此次事故，在井下使用了汽油机这种能排放有毒有害气体的设备，使汽油机成为了这次事故的起始凶手。汽油机运行后排放的有毒有害气体在井内不能有效的扩散，导致汽油机尾气在井内大量积聚。
（3）安全管理欠缺
施工单位没有建立有限空间作业的审批制度，对有限空间作业盲目指挥。现场作业过程中，井外看护人员没有与井下人员建立有效的通讯方式，导致延误了第一救援时间。作业现场也没有配备相应的应急救援设备，导致了事故时盲目的施救，造成救援人员的重伤和轻伤。
（4）安全培训不到位
没有对作业人员进行有限空间安全作业知识的培训，导致作业人员不能充分认识有限空间作业中存在的危险有害因素。也正由于安全培训的不到位，导致作业人员没有采用正确的个人防护设备，如佩戴呼吸器等个人防中毒窒息的防护装备。