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高純氣體輸送系統設計方案探讨及氣體安全應用
更新時(shí)間:2023-05-31 12:44:49
集中供氣系統又稱中央供氣系統,是一種(zhǒng)越來越普遍被(bèi)人們采用的一種(zhǒng)供氣方式。它主要是由氣源,切換裝置,調壓裝置,終端用氣點,監控及報...
  集中供氣系統又稱中央供氣系統,是一種(zhǒng)越來越普遍被(bèi)人們采用的一種(zhǒng)供氣方式。它主要是由氣源,切換裝置,調壓裝置,終端用氣點,監控及報警裝置組成(chéng)。簡而言之,集中供氣系統將(jiāng)中央儲氣設備中的氣體經(jīng)切換裝置并調壓後(hòu)通過(guò)管路系統輸送到各個分散的終端用氣點。工廠車間和實驗室過(guò)去分散的鋼瓶供氣方式變得越來越過(guò)時(shí)并逐漸被(bèi)廢棄不用。
完善的實驗室供氣系統是實驗室儀器設備正常工作的基礎,對(duì)實驗室集中供氣的優點進(jìn)行了分析和優化。實驗室供氣系統的設計涉及到諸多因素,從氣瓶室、管道(dào)鋪設、材料選擇、管道(dào)連接、安全技術要求等多方面(miàn)考慮,設計的目的性要強,安全應放在******位,并按照實驗室的用氣種(zhǒng)類進(jìn)行統籌規劃。對(duì)實驗室集中供氣系統設計進(jìn)行了探讨,爲實驗室規劃設計提供參考。
随著(zhe)科技的******,氣體化學(xué)已經(jīng)越來越多的被(bèi)使用,各種(zhǒng)氣體有著(zhe)不同的特殊性,有毒性,腐蝕,自燃,易爆等,特殊氣體的不正确使用都(dōu)會(huì)造成(chéng)嚴重的後(hòu)果。例如:
  CO的洩漏會(huì)導緻人員中毒,影響生命的安全。
  C2H2是溶于丙酮的活性氣體,離開(kāi)鋼瓶後(hòu)壓力過(guò)大會(huì)導緻裂解,産生1000度以上的高溫,随即******。
  O2遇到油脂或高速下遇到顆粒摩擦均會(huì)導緻******,正确的設計和合理規範的選材施工才能(néng)******安全。
實驗室集中供氣系統由于操作簡單、氣流穩定、使用安全、運行成(chéng)本低等特點,已作爲當前廣泛使用的現代供氣方式。其系統主要由氣源切換、供氣管道(dào)、調壓裝置、用氣點、監控及報警等系統組成(chéng)。實驗室集中供氣系統涉及到管道(dào)如何布置、材料質量及規格如何選用、各階段安裝步驟和要求、工程驗收等方面(miàn)工作,一個好(hǎo)的實驗室集中供氣系統的設計需要統一考慮氣體使用的安全性、便利性、以及管理和維護等問題,同時(shí)要考慮到實驗室今後(hòu)發(fā)展的需要,對(duì)于特殊氣體還(hái)要考慮特殊的技術解決方案。因此,在實驗室集中供氣的設計時(shí)需要統籌規劃,結合用戶的實際情況,按照相關标準和規範進(jìn)行設計。
集中供氣系統優點
  實驗室一些儀器或設備的工作都(dōu)需要各種(zhǒng)各樣(yàng)的高純氣體供應,通常使用氣體的種(zhǒng)類有高純氧氣、氮氣; 氩氣、氫氣、氦氣; 甲烷、乙炔、二氧化碳、,還(hái)有混合氣體等甚至還(hái)有些設備還(hái)會(huì)用到有毒有害氣體。有些氣體用于儀器設備的驅動控制,如壓縮空氣。實驗室供氣的方式有兩(liǎng)種(zhǒng),一種(zhǒng)是傳統的獨立鋼瓶分散供氣模式,這(zhè)種(zhǒng)供氣模式爲每台儀器設備單獨配置氣體鋼瓶,分别滿足每台儀器設備的使用。另一種(zhǒng)模式爲集中供氣模式,該方式以儲氣罐、杜瓦瓶、氣體發(fā)生器等作爲氣源,配置氣體發(fā)生系統或自動切換或手動切換等系統,實現氣體的不間斷供應,通過(guò)耐壓不鏽鋼管道(dào)將(jiāng)氣體輸送到用氣端,每個端口的壓力和流量可以按照儀器的要求進(jìn)行單獨控制,滿足各種(zhǒng)儀器設備的使用要求。


實驗室集中供氣系統的主要優點表現在以下幾個方面(miàn)。
(1) 穩壓效果好(hǎo)。
集中供氣可采用二級減壓或多級減壓方式獲得較好(hǎo)的穩壓效果。例如,系統二級減壓後(hòu),加上儀器内部的調壓裝置,可以說是三級穩壓,氣源在一級減壓後(hòu),主管路上保持較高壓力,便于遠距離管道(dào)輸送,在儀器前端采用二級低壓減壓閥,將(jiāng)壓力調整到儀器工作範圍内,再進(jìn)入儀器内部的壓力調整後(hòu),進(jìn)入儀器的氣體能(néng)夠确保達到儀器使用要求。
(2) ******氣體純度。
通過(guò)大型的儲罐( 液壓) 和輸送管道(dào)(BA級不鏽鋼潔淨管)將(jiāng)載氣輸送給儀器,在儲罐出口安裝有單向(xiàng)閥或過(guò)濾閥,可避免更換儲罐時(shí)空氣或水分混入,另外,還(hái)可在高壓段之後(hòu)安裝有洩壓開(kāi)關球閥,將(jiāng)多餘的空氣或水分排放,從而******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 14MPa/cm2,集中供氣可根據需要降低系統壓力,而且遠離實驗區域,提高了使用的安全性。另外,集中供氣可將(jiāng)空氣壓縮機安放在供氣室内,減少壓縮機産生電火花帶來的安全隐患,并可避免噪音對(duì)實驗室的幹擾。
(4) 改善工作環境。
實驗室内鋼瓶、空壓機等供氣源的取消減少了占地面(miàn)積,便于實驗室設備和設施的布置,避免了其與實驗室操作人員在一處造成(chéng)的混亂和不便。
(5) 降低運行成(chéng)本。
集中供氣系統可采用儲氣量較大的液态儲罐或多瓶組高純氣體供氣,可大大節省采購成(chéng)本,減少更換氣瓶、氣罐的頻次,節省勞動成(chéng)本,減輕了維護人員的勞動強度,便于管理、維修和保養。
(6) 持續和及時(shí)。
  集中供氣系統采用手動、半自動或全自動切換系統,平時(shí)每個供氣源爲一開(kāi)一備狀态,可實現24小時(shí)不間斷供氣功能(néng),能(néng)******實驗儀器設備不會(huì)因爲鋼瓶沒(méi)氣而使實驗終止損傷設備,可根據儀器工作條件對(duì)局部或整體氣體壓力、流量進(jìn)行調節,能(néng)******儀器用氣的流量和壓力的穩定性、持續性,也能(néng)******量值傳遞不發(fā)生變化。
(7) 擴展性靈活。
  集中供氣管道(dào)上可預留接氣點以及能(néng)夠擴展的點,并安裝控制開(kāi)關或堵頭,方便擴展。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,擴展新的用氣端點。
 (8)氣體洩漏、壓力集成(chéng)監測系統,保障實驗室用氣安全與連續性。
1、當發(fā)生危險氣體洩漏及時(shí)發(fā)出聲光報警,提醒實驗人員應急處理,保障實驗人員安全
2、當氣瓶壓力不足時(shí)也及時(shí)發(fā)出聲光報警,提醒實驗人員及時(shí)更換氣體鋼瓶,保聯實驗連續進(jìn)行。
 集中供氣系統設計
2.1設計依據
  集中供氣系統的設計應符合《工業金屬管道(dào)設計規範》GB 50316-2000、《工業金屬管道(dào)工程施工及驗收規範》GB 50235-2010、《現場設備、工業管道(dào)焊接工程施工及驗收規範》GB 50236-2010、《氧氣站設計規範( 附條文說明) 》GB 50030-2013、《氫氣站設計規範( 附條文說明) 》GB 50177-2005、《深度冷凍法生産氧氣及相關氣體安全技術規程》GB 16912-2008、《氫氣使用安全技術規程》GB 4962-2008、《壓縮空氣站設計規範( 附條文說明) 》GB 50029-2014、《潔淨廠房設計規範( 附條文說明) 》 GB 50073 - 2013、《城鎮燃氣設計規範( 附條文說明) 》GB 50028-2006、《工業企業煤氣安全規程》GB6222-2005 等标準及規程的要求。
2.2氣瓶室
  集中供氣系統需要規劃設計一個獨立的氣瓶室,根據實驗室的布局和用氣情況在實驗室的每層或幾層設置一個氣瓶室,也可在實驗室外部設計一個爲整個實驗室供氣的氣瓶室,鋼瓶儲存區應合理布置,保持可燃性容器和助燃性容器間的安全間距。氣瓶室牆宜采用實體結構,門應設計爲防爆門,安裝防爆燈以及防爆風機,萬一發(fā)生事(shì)故可減少實驗室區域的破壞性。存放鋼瓶屋内不宜吊頂。氣瓶室内還(hái)應設有氣體洩漏、低壓換氣報警設施,及排風裝置,同時(shí)設計時(shí)還(hái)應考慮防雷、防靜電、空調設備等設施。爲了******氣體純度和壓力的穩定性,需采用多級減壓方式供氣,宜設置氣路吹掃、排空、雜質過(guò)濾、水分和油汽淨化等裝置,有條件的可采用雙氣源自動切換模式供氣。


2.3管線設計
(1) 按标準單元組合設計的通用實驗室,各種(zhǒng)氣體管道(dào)也應按标準單元組合設計。
(2) 根據實驗室用氣量,計算供氣壓力、流量和管 道(dào) 内 徑,所 有 氣 體 主 管 道(dào) 原 則 上 不 低 于9. 52mm ( in,儀器空氣管道(dào)直徑爲 12.7mm) 。管道(dào)末端,原則上不低于 6.35mm( in,也可根據實際使用量而定) 。
(3) 氫氣、氧氣和乙炔甲烷等管道(dào)以及引入實驗室的各種(zhǒng)氣體管道(dào)支管明敷。在管道(dào)井、管道(dào)技術層内敷設有可然氣體氫氣、氧氣和乙炔甲烷等管路時(shí),應有通風裝置******有每小時(shí)( 1~3) 次的換氣次數。
(4) 需穿過(guò)實驗室牆體或樓闆的部位應設有預埋套管,管路經(jīng)套管穿過(guò),套管内的管段不應有焊接。管道(dào)與套管之間應采用非燃燒材料封堵嚴密。
(5) 氫氣、氧氣管道(dào)的末端和******點宜設放空管。放空管應高出層頂 2m 以上,并應設置在防雷保護區内。氫氣管道(dào)上還(hái)應設取樣(yàng)口和吹掃口。放空管、取樣(yàng)口和吹掃口的位置應能(néng)滿足管道(dào)内氣體吹掃置換的要求。
(6) 氫氣、氧氣管道(dào)應有導除靜電的接地裝置。有接地要求的其它管道(dào),其接地和跨接方法應按現行有效的國(guó)家标準執行。
(7) 管道(dào)的敷設應按照以下的幾個方面(miàn)考慮:
① 幹燥氣體的管道(dào)宜水平布置,如氣體中含較高水分,其管道(dào)應有≤0.3%坡度,坡度向(xiàng)冷凝液體收集器方向(xiàng)。
② 其它氣體管道(dào)與氧氣管道(dào)需同架安裝時(shí),其管道(dào)間距離≤0.25m。氧氣管道(dào)應在其它管道(dào)之上,但氫氣管道(dào)除外。
③ 平行安裝氫氣管道(dào)與可燃氣體管道(dào)時(shí),其管道(dào)間距不應≤0.50m,管道(dào)交彙時(shí),其間距不應≤0. 25m; 分層敷設時(shí),氫氣管道(dào)應在***上方。
④ 每隔 1.5m 左右,氣體管路需有支架固定。另外,可根據氣體管路彎曲的直徑,設置合适的支架位置
⑤ 室内敷設氫氣管道(dào)時(shí)不能(néng)直接埋地裡(lǐ)或布置在地溝内,避免直接穿過(guò)不使用氫氣的房間。
⑥ 鋼瓶接頭到調節閥之間應設有耐高壓金屬軟管,管道(dào)與閥件的連接應設有高壓雙卡套接頭,以方便部件的維修和更換。
2.4材料選擇
  供氣系統材料選擇的基本原則是: 一是不宜用非金屬材料,二是材料不吸附氣體、不産生氣體,三是不産生粒子。一般氣體管道(dào)宜采用無縫鋼管,當輸送氣體的純度≥99.99%時(shí),管道(dào)宜采用BA級不鏽鋼無縫鋼管; 管道(dào)與設備的連接段宜采用金屬管道(dào),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,不應采用乳膠管;氫氣和氧氣管道(dào)使用的部件、儀表應是該介質的專用産品,不得使用替代品。其它部件的選擇應給出設計建議,如輸送閥門和氧接觸部分應采用非燃燒材料,其密封圈應使用有色金屬、不鏽鋼、鎳基合金等材料; 管道(dào)接口應根據管内輸送的氣體确定; 管道(dào)固定件( 管夾) 應采用耐高溫的金屬材料,且堅固、輕巧、耐用、美觀。
2.5管道(dào)連接
  供氣系統的連接應符合 GB 50236-2011《現場設備、工業管道(dào)焊接工程施工規範》等标準的要求[11]。管道(dào)與管道(dào)的連接應采用全自動軌道(dào)焊接方法, 對(duì)于高純氣體管道(dào)與閥件的連接應采用高壓雙卡套接頭連接。
2.6安全技術要求
氣體管道(dào)設計的安全技術應符合相關的設計規範和下述要求:
(1) 在同一槽架内不應同時(shí)敷設氣體管道(dào)和導電線路及電纜。
(2) 所有減壓閥需設有排氣管路到氣體存放區外。易燃氣體、氧化氣體排氣管路不能(néng)并在一起(qǐ)。
(3) 管道(dào)系統應設有調壓裝置,其組成(chéng)包括各種(zhǒng)閥門( 調節閥、截止閥、球閥等) ,實現氣體的開(kāi)啓、關閉、調節等作用。設單獨的閥門( 球閥或針閥) 控制工作台上氣體出口。
(4) 各種(zhǒng)氣體管道(dào)應有明顯的指示标志。安全減壓閥的标識需标明壓力釋放級别。
(5) 使用氫氣及可燃氣體的實驗室應設置報警裝置,放空管路上安裝氣體回火防止器。
(6) 存放氫氣鋼瓶的區域應有每小時(shí)不小于三次換氣的措施。
用氣安全性
  實驗室集中供氣系統比單獨鋼瓶供氣模式有著(zhe)較多的優勢,越來越多的實驗室建設者、工作者、管理者對(duì)實驗室集中供氣系統的使用已形成(chéng)共識,采用集中供氣作爲實驗室供氣模式的主流設計方案得到廣泛認可。實驗室集中供氣的設計應符合相關标準和規程的要求,******實驗室供氣穩定性、持續性、美觀性和安全性。

 
                                                                                                                                      成都洪誠實驗儀器有限公司
 
 
 
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