實(shí)驗(yàn)室集中供氣系統(tǒng)由于操作簡(jiǎn)單、氣流穩(wěn)定、使用安全、運(yùn)行成本低等特點(diǎn),已作為當(dāng)前廣泛使用的現(xiàn)代供氣方式。其系統(tǒng)主要由氣源切換、供氣管道、調(diào)壓裝置、用氣點(diǎn)、監(jiān)控及報(bào)警等系統(tǒng)組成。實(shí)驗(yàn)室集中供氣系統(tǒng)涉及到管道如何布置、材料質(zhì)量及規(guī)格如何選用、各階段安裝步驟和要求、工程驗(yàn)收等方面工作。一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)室集中供氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要統(tǒng)一考慮氣體使用的安全性、便利性、以及管理和維護(hù)等問題同時(shí)要考慮到實(shí)驗(yàn)室今后發(fā)展的需要,對(duì)于特殊氣體還要考慮特殊的技術(shù)解決方案。因此,在實(shí)驗(yàn)室集中供氣的設(shè)計(jì)時(shí)需要統(tǒng)籌規(guī)劃結(jié)合用戶的實(shí)際情況,按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。

一、集中供氣系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)室一些儀器或設(shè)備的工作都需要各種各樣的氣體供應(yīng)通常使用氣體的種類有高純或普通的氧氣、氮?dú)?高純的氬氣、氫氣、氦氣以及甲烷、乙炔、二氧化碳、一氧化碳等;還有混合氣體等有些氣體用于儀器設(shè)備的驅(qū)動(dòng)控制,如壓縮空氣。實(shí)驗(yàn)室供氣的方式有兩種，一種是傳統(tǒng)的獨(dú)立鋼瓶分散供氣模式這種供氣模式為每臺(tái)儀器設(shè)備單獨(dú)配置氣體鋼瓶分別滿足每臺(tái)儀器設(shè)備的使用。另一種模式為集中供氣模式該方式以儲(chǔ)氣罐、鋼瓶等作為氣源配置氣體發(fā)生系統(tǒng)或匯流排等手動(dòng)、自動(dòng)切換系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)氣體的不間斷供應(yīng)通過耐壓不銹鋼管道將氣體輸送到用氣端每個(gè)端口的壓力和流量可以按照儀器的要求進(jìn)行單獨(dú)控制滿足各種儀器設(shè)備的使用要求。實(shí)驗(yàn)室集中供氣系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1、穩(wěn)壓效果好。集中供氣可采用二級(jí)減壓或多級(jí)減壓方式獲得較好的穩(wěn)壓效果。例如系統(tǒng)二級(jí)減壓后加上儀器內(nèi)部的調(diào)壓裝置可以說(shuō)是三級(jí)穩(wěn)壓氣源在一級(jí)減壓后干路上保持較高壓力,便于遠(yuǎn)距離管道輸送在儀器前端采用二級(jí)低壓減壓閥將壓力調(diào)整到儀器工作范圍內(nèi)再進(jìn)入儀器內(nèi)部的壓力調(diào)整后進(jìn)入儀器的氣體能夠確保達(dá)到儀器使用要求。
2、保證氣體純度。通過大型的儲(chǔ)罐和輸送管道將載氣輸送給儀器在儲(chǔ)罐出口安裝有單向閥可避免更換儲(chǔ)罐時(shí)空氣或水分混入另外還可在管道末端安裝有泄壓開關(guān)球閥將多余的空氣或水分排放從而保證氣體的純度。
3、安全性提高。一般瓶裝氣體的充氣壓力大于或等于12MPa/cm2集中供氣可根據(jù)需要降低系統(tǒng)壓力而且遠(yuǎn)離實(shí)驗(yàn)區(qū)域提高了使用的安全性。另外集中供氣可將空氣壓縮機(jī)安放在供氣室內(nèi)減少壓縮機(jī)產(chǎn)生電火花帶來(lái)的安全隱患并可避免噪音對(duì)實(shí)驗(yàn)室的干擾。
4、改善工作環(huán)境。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)鋼瓶、空壓機(jī)等供氣源的取消減少了占地面積便于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和設(shè)施的布置避免了其與實(shí)驗(yàn)室操作人員在一處造成的混亂和不便。
5、降低運(yùn)行成本。集中供氣系統(tǒng)可采用儲(chǔ)氣量較大的液態(tài)儲(chǔ)罐供氣可大大節(jié)省采購(gòu)成本減少更換氣瓶、氣罐的頻次節(jié)省勞動(dòng)成本減輕了維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度便于管理、維修和保養(yǎng)。
6、持續(xù)和及時(shí)。集中供氣系統(tǒng)采用手動(dòng)、半自動(dòng)或全自動(dòng)切換系統(tǒng)。
備狀態(tài)可根據(jù)儀器工作條件對(duì)局部或整體氣體壓力、流量進(jìn)行調(diào)節(jié)能保證儀器用氣的流量和壓力的穩(wěn)定性、持續(xù)性,也能保證量值傳遞不發(fā)生變化。
7、擴(kuò)展性靈活。集中供氣管道上可預(yù)留接氣點(diǎn)以及能夠擴(kuò)展的點(diǎn)并安裝控制開關(guān)或堵頭方便擴(kuò)展。所有用氣的儀器前端均裝控制閥。因此,可以在不影響其他儀器正常工作的情況下擴(kuò)展新的用氣端點(diǎn)。

二、集中供氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)依據(jù)
集中供氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)符合《工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范》CB 50316- 2000.《工業(yè)金屬管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50235—2010《現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50236—2010《氧氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50030—2013.《氫氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50177—2005《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程》GB16912-2008《氫氣使用安全技術(shù)規(guī)程》GB4962—2008、《壓縮空氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50029—2014《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50073—2013《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50028—2006.《工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程》GB6222—2005等標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程的要求。
2、氣瓶室
集中供氣系統(tǒng)需要規(guī)劃設(shè)計(jì)一個(gè)獨(dú)立的氣瓶室,根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的布局和用氣情況在實(shí)驗(yàn)室的每層或幾層設(shè)置一個(gè)氣瓶室也可在實(shí)驗(yàn)室外部設(shè)計(jì)一個(gè)為整個(gè)實(shí)驗(yàn)室供氣的氣瓶室鋼瓶?jī)?chǔ)存區(qū)應(yīng)合理布置保持可燃性容器和助燃性容器間的安全間距。氣瓶室墻宜采用實(shí)體結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)為防爆門安裝泄爆窗,萬(wàn)一發(fā)生事故不至于房間全部損毀句。室內(nèi)所用電器都應(yīng)按防爆設(shè)計(jì)為保證一定的儲(chǔ)存空間存放鋼瓶屋內(nèi)不宜吊頂。氣瓶室內(nèi)還應(yīng)設(shè)有氣體泄漏、欠壓換氣報(bào)警設(shè)施及排風(fēng)裝置同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮防雷、防靜電、空調(diào)設(shè)備等設(shè)施。為了保證氣體純度和壓力的穩(wěn)定性需采用多級(jí)減壓方式供氣。宜設(shè)置氣路吹掃排空、雜質(zhì)過濾、水分和油汽凈化等裝置有條件的可采用雙氣源自動(dòng)切換模式供氣。
3、管線設(shè)計(jì)
(1)按標(biāo)準(zhǔn)單元組合設(shè)計(jì)的通用實(shí)驗(yàn)室,各種氣體管道也應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)單元組合設(shè)計(jì)。
(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室用氣量計(jì)算供氣壓力、流量和管道內(nèi)徑,所有氣體主管道原則上不低于9.52mm(3/8in儀器空氣管道直徑為12.7mm)。管道末端原則上不低于6.35mm(1/4in ,也可根據(jù)實(shí)際使用量而定)。
(3)氫氣、氧氣和煤氣管道以及引入實(shí)驗(yàn)室的各種氣體管道支管明敷。在管道井、管道技術(shù)層內(nèi)敷設(shè)有可然氣體氫氣、氧氣和煤氣等管路時(shí)應(yīng)有通風(fēng)裝置保證有每小時(shí)(1—3)次的換氣次數(shù)。
(4)需穿過實(shí)驗(yàn)室墻體或樓板的部位應(yīng)設(shè)有預(yù)埋套管管路經(jīng)套管穿過套管內(nèi)的管段不應(yīng)有焊接。管道與套管之間應(yīng)采用非燃燒材料封堵嚴(yán)密。
(5)氫氣、氧氣管道的末端和最高點(diǎn)宜設(shè)放空管。放空管應(yīng)高出層頂2m以上并應(yīng)設(shè)置在防雷保護(hù)區(qū)內(nèi)。氫氣管道上還應(yīng)設(shè)取樣口和吹掃口。放空管、取樣口和吹掃口的位置應(yīng)能滿足管道內(nèi)氣體吹掃置換的要求。
(6)氫氣、氧氣管道應(yīng)有導(dǎo)除靜電的接地裝置。有接地要求的其它管道其接地和跨接方法應(yīng)按現(xiàn)行有效的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行
(7)管道的敷設(shè)應(yīng)按照以下的幾個(gè)方面考慮:
①干燥氣體的管道宜水平布置如氣體中含較高水分其管道應(yīng)有≤0.3%坡度坡度向冷凝液體收集器方向。
②其它氣體管道與氧氣管道需同架安裝時(shí)其管道間距離≤0.25m。氧氣管道應(yīng)在其它管道之上，但氫氣管道除外。
③平行安裝氫氣管道與可燃?xì)怏w管道時(shí)其管道間距不應(yīng)≤0.50m ,管道交匯時(shí)其間距不應(yīng)≤0.25m;分層敷設(shè)時(shí)氫氣管道應(yīng)在最上方。
④每隔1.5m左右,氣體管路需有支架固定。另外可根據(jù)氣體管路彎曲的直徑設(shè)置合適的支架位置。
⑤室內(nèi)敷設(shè)氫氣管道時(shí)不能直接埋地里或布置在地溝內(nèi)避免直接穿過不使用氫氣的房間。
⑥鋼瓶接頭到調(diào)節(jié)閥之間應(yīng)設(shè)有耐高壓金屬軟管管道與閥件的連接應(yīng)設(shè)有高壓雙卡套接頭以方便部件的維修和更換。

4、材料選擇

供氣系統(tǒng)材料選擇的基本原則是: -是不宜用非金屬材料二是材料不吸附氣體、不產(chǎn)生氣體三是不產(chǎn)生粒子。-般氣體管道宜采用無(wú)縫鋼管當(dāng)輸送氣體的純度≥99.9%時(shí)管道宜采用不銹鋼管、銅管或無(wú)縫鋼管;管道與設(shè)備的連接段宜采用金屬管道如選用非金屬軟管宜采用聚四氟乙烯管、聚氯乙烯管等工程塑料管不應(yīng)采用乳膠管;氫氣和煤氣管道不應(yīng)采用銅質(zhì)材料其他氣體管道可采用銅、碳鋼和可鍛鑄鐵等材料;氫氣和氧氣管道使用的部件、儀表應(yīng)是該介質(zhì)的專用產(chǎn)品不得使用替代品。其它部件的選擇應(yīng)給出設(shè)計(jì)建議如輸送閥門和氧接觸部分應(yīng)采用非燃燒材料其密封圈應(yīng)使用有色金屬、不銹鋼、鎳基合金等材料;管道接口法蘭墊片的材質(zhì)應(yīng)根據(jù)管內(nèi)輸送的氣體確定;管道固定件(管夾)應(yīng)采用耐高溫的金屬材料且堅(jiān)固、輕巧、耐用。
5、管道連接
供氣系統(tǒng)的連接應(yīng)符合GB50236—2011現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)的要求。管道的連接應(yīng)采用法蘭連接或焊接等方法氫氣管道不應(yīng)使用絲扣連接;高純氣體管道應(yīng)采用承插焊接;氣體管道與設(shè)備、閥門與管道或管件的連接應(yīng)采用絲扣或法蘭連接;絲扣接頭中的填料應(yīng)采用聚四氟乙烯膜、一氧化鉛、甘油調(diào)合填料;對(duì)于高純氣體管道與閥件的連接應(yīng)采用高壓雙卡套接頭連接。
6、安全技術(shù)要求
氣體管道設(shè)計(jì)的安全技術(shù)應(yīng)符合相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范和下述要求：
(1)在同一槽架內(nèi)不應(yīng)同時(shí)敷設(shè)氣體管道和導(dǎo)電線路及電纜。
(2)所有減壓閥需設(shè)有排氣管路到氣體存放區(qū)外。易燃?xì)怏w、氧化氣體排氣管路不能并在一起。
(3)管道系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有調(diào)壓裝置其組成包括各種閥門(調(diào)節(jié)閥、截止閥、球閥等)實(shí)現(xiàn)氣體的開啟、關(guān)閉、調(diào)節(jié)等作用。設(shè)單獨(dú)的閥門(球閥或針閥)控制工作臺(tái)上氣體出口。
(4)各種氣體管道應(yīng)有明顯的指示標(biāo)志。安全減壓閥的標(biāo)識(shí)需標(biāo)明壓力釋放級(jí)別。
(5)使用氫氣及可燃?xì)怏w的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)設(shè)置報(bào)警裝置放空管路上安裝氣體回火防止器。
(6)存放氫氣和氮?dú)怃撈康膮^(qū)域應(yīng)有每小時(shí)不小于三次換氣的措施。
(7)瓶閥接管螺絲和減壓閥等附件無(wú)泄漏、滑絲、松動(dòng)等危險(xiǎn)情況各種氣壓表一般不得混用。
實(shí)驗(yàn)室集中供氣系統(tǒng)比單獨(dú)鋼瓶供氣模式有著較多的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)者、工作者、管理者對(duì)實(shí)驗(yàn)室集中供氣系統(tǒng)的使用已形成共識(shí)采用集中供氣作為實(shí)驗(yàn)室供氣模式的主流設(shè)計(jì)方案得到廣泛認(rèn)可。實(shí)驗(yàn)室集中供氣的設(shè)計(jì)應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程的要求保證實(shí)驗(yàn)室供氣的穩(wěn)定性、持續(xù)性和安全性。