关于实验室供气系统的设计探讨

良好的实验室供气系统是实验室仪器设备正常工作的基础，分析和优化了实验室集中供气的优点。室内燃气供应系统的设计要考虑多方面的因素，如气瓶室、管道敷设、选材、管道连接、安全技术要求等，要有针对性，安全要放在首位，要根据室内燃气供应的不同情况进行综合规划。讨论了实验室集中供气系统的设计，为实验室的规划设计提供参考。

一、集中供气系统的构成。

试验室集中供气系统以其操作简单、气流稳定、使用安全、运行费用低等优点，成为目前使用较多的现代供气方式。它主要由气源转换、供气管道、压力调节、用气点、监测报警等部分组成。

试验室集中供气系统涉及到管道布置、材料质量和规格的选择、各阶段的安装步骤和要求、工程验收等方面，良好的试验室集中供气系统的设计应统一考虑使用气体的安全性、便利性、以及管理和维护等问题，并考虑试验室未来的发展需求，对于特殊气体还应考虑特殊的技术解决方案。实验室供气系统设计需要综合规划，并结合用户的实际情况，按照相关标准和规范进行设计。

二、实验室集中供气的优势。

在实验室中，某些仪器或设备的工作需要各种不同的气体供应，通常使用的气体包括高纯氧型、氮型、氩型、氢型、氦型、甲烷型、乙炔型、二氧化碳型、混合型等等，甚至有些设备也会使用有毒有害气体。一些气体被用来作为仪器的驱动控制，例如压缩空气。

实验用气方式有两种，一种是传统的分散式气瓶供气，这种气瓶供气方式是将气瓶分别配置在各仪器设备上，以满足各仪器设备的不同需要。

另一种是以储气罐、杜瓦瓶、气体发生器等为气源，配置气体发生系统或自动开关或手动开关等系统，实现气体的连续供应，通过不锈钢耐压管道将气体输送至用气方，各端口的压力和流量可按仪器要求分别控制，满足各种仪器的使用要求。实验用气集中供应系统的主要优势体现在以下几个方面。

1.稳定压力的作用良好。

通过二级减压或多级减压，可以实现集中供气，取得较好的稳压效果。比如，系统二级减压后，加上仪表内部的调压装置，可以说是三级稳压，气源在仪表一级减压后，管路上保持较高的压力，便于长距离管道输送，在仪表前端采用二级低压减压阀，将压力调节到仪表工作范围内，再将压力调节到仪表内部，进入仪表的气体就能确保达到仪表使用要求。

2.保证气体的纯净。

载气通过大型储罐(液压)和输送管道输送到仪器上，单向阀安装在储罐出口，避免了储罐更换时空气或水的混入，此外，在高压段后安装压力释放开关球阀，以排出过多的空气或水，从而确保气体纯度。

3.加强安全。

普通瓶装气体充气压力为14MPa/cm2或更大，集中供气可按需降低系统压力，且远离试验区，增加了使用安全。此外，集中供气可以把空气压缩机安置在供气室，减少了压缩机产生电火花的安全隐患，也避免了室内噪音的干扰。

4.工作环境的改善。

取消实验室气源，如气缸、空气压缩机等，减少了实验室的占地面积，方便了实验室设备的配置，避免了实验室操作者在一处造成的混乱和不便。

5.减少运营费用。

采用集中供气方式，可采用储气容量大的液体储罐供气，大大降低了采购成本，减少了更换气瓶和储罐的频繁次数，节省了劳动成本，减轻了维修人员的劳动强度，便于管理、维修和保养。

6.不断及时。

集气系统采用手动、半自动或全自动切换系统，平时各集气源为一开一备状态，可根据仪表工作条件，调整局部或整体气压、气量，保证仪表用气的流量和压力的稳定性、持续性，同时保证量值传递不变。

7.扩大精神生活的范围。

在集中供气管道上可预留接气点和扩张点，并设置控制开关或封头，方便扩张点。全部仪表前端气源均为控制阀。这样，就可以扩展新的用气端点，而不会影响其它设备的正常工作。

三、集中供气系统的设计。

1.设计基础。

集气系统的设计应符合《工业金属管道设计规范》GB50316-2000，《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235-2010，《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236-2010，《氧气站设计规范》GB50030-2013，《氢气站设计规范》GB50177-2005，《城镇燃气设计规范(附条文)》GB50028-2006，《工业企业煤气安全规程》GB6222-2005等标准和规程的要求。

2.气瓶库。

中央燃气系统需要规划设计一个独立的气瓶室，根据实验室的布局和用气情况，在实验室的每层或几层上设计一个气瓶室，也可以在实验室的外部设计一个供整个实验室供气的气瓶室，并在钢瓶储存区合理布置，保持易燃容器与助燃容器之间的安全距离。空气瓶室内墙宜采用实心结构，门应设计为防爆门，安装防爆灯和风扇，以防事故发生，减少室内破坏。储罐屋内不宜吊顶。

在气瓶室中还应设置漏气、低压换气报警设施和排风装置，同时设计中还应考虑防雷、防静电和空调设备等。为确保气体纯度和压力的稳定，需采用多段减压方式供气，宜设置气路吹扫、排空、杂质过滤、水汽净化等装置，有条件时可采用双源自动切换方式供气。

3.管道设计。

(1)通用实验室按标准单元组合设计，各种煤气管道也应按标准单元组合设计。

(2)根据实验室用气情况，计算供气压力、流量和管路内径，所有气体的管路原则上应控制在9.52mm以下(in，仪表空气管直径为12.7mm)。管材端部尺寸原则上不得小于6.35mm(in，也可根据实际使用情况确定)。

(3)如氢、氧和乙炔甲烷等管道以及引入实验室的各种气体管道支管的敷设。如管道井、管道技术层内铺设的管道，如氢、氧和乙炔甲烷等可然气体管道，应设置通风装置，确保每小时(1~3)换气次数为150次。

(4)需穿过实验室墙壁或楼板之处，应设预埋套管，套管通过时，套管内之管段不得焊接。管子和套管之间要用不燃烧的材料封紧。

(5)氢、氧管道的末端及处应设放空管。放空管应位于层顶以上2m处，并设于防雷保护区域内。氢管线上还应设置采样口和吹扫口。放空管、采样口和吹扫口位置应能满足管道中气体吹扫置换的要求。

(6)氢、氧管道应具有静电导引接地装置。其他需要接地的管道，其接地方式和跨接方式应符合现行有效的标准。

(7)管道的铺设应考虑到以下几个方面：

①干气管道宜水平布置，如气体中含水率较高时，其管道应设置为≤0.3%坡度，坡度朝向冷凝液收集器方向；

②其他气体管道需与氧气管道同架安装时，管子之间的间距≤0.25m。除氢气管道外，氧气管道应高于其他管道。

③氢气管道与易燃气体管道平行安装时，管道间的间距不能小于0.50m，管道交叉时不能小于0.25m，分层铺设时，氢气管道应位于上方。

④在气体管道中，每隔1.5米左右需要安装一个支架。此外，还可以根据气体管道的弯头直径，设置适当的支撑位置。

⑤内部敷设氢气管道时，不可直接埋于地下，也不可布置在地沟内，避免直接通过不使用氢气的房间。

⑥气瓶与调整器之间应安装有耐高压金属软管，管路与阀件的连接应安装有高压双卡套接头，以方便零件的修理和更换。

4.选材。

进气系统中选材的基本原则是：

一是不应选用非金属材料，

二是不吸附气体，不产生气体，

三是不产生颗粒。

当输送气体的纯度达到99.99%时，一般气体管道应采用不锈钢管、铜管或无缝钢管；管道和设备的连接部位应采用金属管道，如选用非金属软管，宜采用聚四氟乙烯管、聚氯乙烯管等工程塑料管，而不应采用乳胶管；氢气和氧气管道所用的部件、仪表应为该介质的专用产品，不应使用其他替代材料。其他元件也应提供设计建议，如输送阀与氧接触部应采用不燃烧材料，密封圈应采用有色金属、不锈钢、镍基合金等材料；管道接口法兰垫片应根据管道中输送的气体而定；管道固定件(管夹)应采用耐高温金属材料，且坚固、轻巧、耐用。

5.管道连接。

燃气系统的连接应符合GB50236-2011《现场设备及工业管道焊接工程施工规范》中的有关规定。在连接管路时，应采用法兰连接或焊缝连接；在氢气管路上不应采用丝扣连接；高纯气体管路应采用承插焊；气体管路与设备的连接，阀门与管路或管件的连接应采用丝扣连接或法兰连接；在丝扣连接处应采用聚四氟乙烯薄膜、一氧化铅、甘油调和填料；高纯气体管路与阀件的连接应采用高压双卡套接头连接。

6.安全技术条件。

煤气管路设计的安全技术应符合有关设计规范和下列要求：

(1)在同一槽架内不得同时敷设煤气管道、传导线和电缆。

(2)所有减压阀必须设置排气管，使其通向气体储存区以外。可燃性气体、氧化性气体排出管道不能并排。

(3)管道系统应具有压力调节装置，其构成包括各种阀门(调节阀、截止阀、球阀等)，以实现对气体的开启、关闭、调节等功能。设置独立的阀门(球阀或针阀)，以控制工作台的气体出口。

(4)各种煤气管道应有明显的标志。安全阀的标志上应注明压力释放等级。

(5)使用氢气和易燃气体的实验室，应设置报警装置，在放空管路上安装防气体回火装置。

(6)储存氢钢瓶的区域应采取每小时不少于三次换气的措施。

瓶阀、接管螺丝及减压阀等附件无泄漏、滑丝、松动等危险情况，各种气压表一般不能混用。

四、用气安全保障。

实验用集中供气系统比单一气瓶供气方式有更多的优点，越来越多的实验室建设者、工作人员、管理人员对实验室集中供气系统的使用达成了共识，将其作为实验室用气方式的主流设计方案已得到广泛认可。室内集中供气的设计应符合有关标准和规范的要求，确保室内集中供气的稳定、持续、安全。

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