关于实验室集中供气系统的设计应用

分析测试实验室中可以作为仪器载气的气体其种类较多，如：氮、氦、氢、氢、压缩空气、乙炔、甲烷等。实验室内如果既要放精密的分析测试仪器，又要放气瓶，既不经济又不安全，且不美观。随着科技和社会经济的发展，要求现代分析检测实验室具有舒适和安全的试验环境，具有先进的测试仪器与技术以及完善的配套设施，完善的实验室管理制度和高效的运行机制。在此形势下，广大实验室建设者、工作者、管理者对实验室集中供气系统的使用已形成共识，越来越多的实验室将采用这种供气模式，集中供气系统必将获得广泛的应用。

   一、实验室集中供气和传统供气的比较   

传统的独立钢瓶供气是在仪器附近摆放钢瓶，用完就找后勤更换，一旦钢瓶有问题，那么这台仪器就得停下来，另外，为保证供气纯度，钢瓶到达一定压力时就得更换，而不是等到没有任何压力时才更换，也将造成一定的浪费。因此，这种方式存在运行成本高、钢瓶周转量大，气体损耗大，安全性低的缺点。而采用集中供气系统，即通过大型的储罐和输送管道集中将载气输送到仪器前端，不仅能避免上述问题，而且还具备以下优点。

▋载气系统稳压效果好

使用独立钢瓶稳压效果差，传统的载气接入方式是独立钢瓶给一台仪器供气，接入方式为：钢瓶输出出口处接铜制减压阀，调整减压阀出口压力，用铜管接入仪器端。钢瓶载气压力一般为3~15MPa，仪器要求入口压力为0.3MPa~0.8MPa，一级减压稳压效果差，导致仪器入口压力波动大，且经仪器内减压后压力仍有波动，这样的波动将会给仪器的测量带来误差，造成测量数据不准确。

而集中供气采用二级减压稳压方式，加上仪器内部的调压装置，可以说是三级稳压，减压稳压效果较好。接入方式为：钢瓶接减压阀进行第一级高压减压后，干路上保持稍高压力，便于远距离管道输送，至仪器前端采用第二级低压减压阀，将压力调整在仪器要求范围内，再进仪器内部的压力调整后，进入仪器的载气能确保达到仪器的压力要求。

▋保证气体纯度

保证气体纯度更高，避免混入水分和气体杂质，从而保证仪器检测结果。

通过大型的储罐和输送管道将载气输送给仪器，在储罐出口装有单向阀7(图1)，可避免更换储罐时有空气或水分混入，另外，还可在另一端安装有一泄压开关球阀11(图1)，可将多余的空气或水分排放后再接入仪器管道，保证了仪器用气的纯度。

▋提高使用的安全性

瓶装气充装压力大于或等于12MPa/cm3，集中供气管路气体压力为0.5MPa/cm3。系统压力降低，使用安全性提高。

另外，有些仪器需要使用压缩空气，集中供气系统中可将压缩机安装于供气室，避免了压缩机频繁启动供气时发出的噪音，也减少了因压缩机频繁启动产生的电火花引起可燃气体泄漏造成爆炸的风险，大大提高了使用的安全性。

▋改善工作环境

占地少，整齐美观，避免了与试验人员共处一室造成的混乱和不便，改善了试验室环境，能大大提高工作效率。

▋降低运行成本

由于高压下气体中的杂质可能吸附在气瓶内壁上，而当气瓶压力下降时，杂质会解吸下来，为保证气体纯度，一般要求瓶内应保持0.2~1MPa的余压时更换气瓶。而对于部分用气量较大的气体，如氮气、氢气等，一般采用大的液态储罐供气，一个180升的储罐容量相当于18瓶普通钢瓶的供气量，因此，储罐供气可大大节省采购成本，减少气体的浪费。

另外，有的仪器用气量非常大，连续工作半天就需要更换钢瓶，若采用液态罐进行供气的话，半个多月才需要更换一次，大大减轻了换气的劳动力。

▋便于维护

集中供气系统采用手动、半自动或全自动切换双系统，平时一开一备，输气量充足，以保证仪器用气的稳定性、持续性和及时性，将不再影响实验室人员的分析测试工作，方便了后勤供气保障，减少换气频次，避免钢瓶周转、搬运和更换的工时浪费，减轻了维护人员的劳动强度，改善了工作环境，便于更好的管理、维修和保养。

▋便于扩展

通过集中管道供气，可在部分预期扩展点预留接气口并安装控制开关或堵头，由于所有仪器前端均装有送气控制开关，因此，可以在不影响其他仪器正常工作的情况下，扩展新的用气端口，具有良好的扩展性。

   二、实验室集中供气系统的设计   

▋气路管阀件材质的选择

气体管阀件材质应满足以下要求:①对所有气体无渗透性;②吸附效应最少;③对所输送的气体呈化学惰性;④能快速使输送的气体达到平衡。各种不同的管材材质对气体成分的适用性，如表1，其中316L不铁钢材质含量表如表2。

316L不锈钢是继304不锈钢之后，第二个得到最广泛应用的钢种，主要用于食品工业和外科手术器材，由此较之304其具有更好的抗氯化物腐蚀能力，316L不锈钢添加Mo(2~3%)，铂元素使其获得一种抗腐蚀的特殊结构，因此，316L不锈钢具有较好的耐腐蚀性，耐高温，蠕变性能好，强度优秀等特点。

综上两个表的数据，表明集中供气系统中的所有管阀件应采用316L不锈钢且内抛光，可以最大限度的降低对载气品质的影响。

▋自动汇流排

双侧式气体汇流排的设计采用主供气瓶组和备用气瓶组双气源结构，在主供气瓶组的压力降低至无法供气时，关闭主供气组阀门，同时打开备用气瓶组开始供气，从而实现不间断供气，不影响仪器的正常使用，为实现下一次自动切换，在对空瓶充罐后，又可以自动切换，如此循环保证了仪器长期运行的供气的稳定性和持续性。汇流排左右气瓶组数量多少按消耗的气体流量确定。

另外，双侧汇流排集中供气系统中，高压软管和气瓶之间可接入过滤器4(图1)，可有效的过滤气体中的尘埃低压管路内还可接入单向阀5，可有效的防止水汽的进入以及在回火时将气源切断，从而保证了气体的纯度。对于可燃气体，如乙炔丙烷甲烷等，还需接入气体回火防止器6，内部的微孔火焰灭火装置，可确保火焰熄灭，保证低压管路发生的回火不至于进入高压管路内。

▋二级减压

采用二级减压的方式，一是，经过第一级减压后，干路压力比储罐内压力大大降低，起到了缓冲管道压力的作用，提高了用气的安全，降低了应用风险，二是保证仪器供气入口压力的稳定，降低因为气体压力波动而引起的测量误差，保证了仪器使用的稳定性。二级减压结构如图2所示。

首先进行第一级减压，从储罐出来接高压减压阀，将干路压力控制在0.8~1MPa左右，便于干路的供气输送，如图2气室部分。然后进行第二级减压，如图2实验室部分，在仪器前端加装供气开关球阀11，在通过低压减压阀12将输出压力控制在仪器要求的范围内。将主输送管路压力调整到一定的压力范围之内。

▋易燃易爆气体集中供气

由于实验室有些仪器需要使用易燃气体，如乙炔等，那么可燃气必须和其他气体分开，单独引入，且管路尽量短，减少中间接头的连接。同时，气瓶一定装入防爆气瓶柜内，气瓶输出端接回火器，可阻止火焰回流气瓶引起的爆炸。防爆气瓶柜顶端应有连接到室外的通风排气口，且有泄漏报警装置，一旦泄漏能及时报警并将气体排到室外。

▋集中供气系统其它设计

(1)为保证集中供气项目的成功实施，必须考虑气体压力通过管路输送后能否满足最远端仪器的压力使用要求，因此要根据仪器气体流量的要求、管路局部压力的损失而存在的少量泄漏，以及未来扩展所需要的用气量，合理设计主输送管路的大小，及分支管路的管径大小。因此，所有其他干路直径为3/8英寸(空气干路直径为1/2英寸)，干路末端管路直径为1/4英寸。

(2)气体干路每隔1.5米的距离有明确标签指示，且指明气体流向。

(3)气体管路每隔1.5米有支撑架固定，弯曲处两端均要有支撑。

(4)所有管路在天花板下面布设，以便安装维护。

   三、实验室集中供气系统的维护   

为保证集中供气系统的高效稳定运行，集中供气系统投入使用后，应建立行之有效的管理和维护流程，用以指导系统设备操作以及日常维护保养。制订集中供气设备操作、维护、保养规程，包括液态储罐、调压装置、自动切换装置等操作指南及注意事项。规定供气室日常管理和巡查要求，以及出现异常时的处理措施。

集中供气系统可应用于所有分析测试实验室仪器用气的供气，保证了仪器的正常持续的工作，实现了快速、安全的维护，大大提高了工作效率，供气量足，使用方便，故障率低，降低了维护和使用成本，采用实验室集中供气系统将发挥应有的效益。