關(guān)于實(shí)驗(yàn)室集中供氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用
分析測(cè)試實(shí)驗(yàn)室中可以作為儀器載氣的氣體其種類(lèi)較多,如:氮、氦、氫、氫、壓縮空氣、乙炔、甲烷等。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)如果既要放精密的分析測(cè)試儀器,又要放氣瓶,既不經(jīng)濟(jì)又不安全,且不美觀。隨著科技和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,要求現(xiàn)代分析檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室具有舒適和安全的試驗(yàn)環(huán)境,具有先進(jìn)的測(cè)試儀器與技術(shù)以及完善的配套設(shè)施,完善的實(shí)驗(yàn)室管理制度和高效的運(yùn)行機(jī)制。在此形勢(shì)下,廣大實(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),越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)室將采用這種供氣模式,集中供氣系統(tǒng)必將獲得廣泛的應(yīng)用。
一、實(shí)驗(yàn)室集中供氣和傳統(tǒng)供氣的比較
傳統(tǒng)的獨(dú)立鋼瓶供氣是在儀器附近擺放鋼瓶,用完就找后勤更換,一旦鋼瓶有問(wèn)題,那么這臺(tái)儀器就得停下來(lái),另外,為保證供氣純度,鋼瓶到達(dá)一定壓力時(shí)就得更換,而不是等到?jīng)]有任何壓力時(shí)才更換,也將造成一定的浪費(fèi)。因此,這種方式存在運(yùn)行成本高、鋼瓶周轉(zhuǎn)量大,氣體損耗大,安全性低的缺點(diǎn)。而采用集中供氣系統(tǒng),即通過(guò)大型的儲(chǔ)罐和輸送管道集中將載氣輸送到儀器前端,不僅能避免上述問(wèn)題,而且還具備以下優(yōu)點(diǎn)。
▋載氣系統(tǒng)穩(wěn)壓效果好
使用獨(dú)立鋼瓶穩(wěn)壓效果差,傳統(tǒng)的載氣接入方式是獨(dú)立鋼瓶給一臺(tái)儀器供氣,接入方式為:鋼瓶輸出出口處接銅制減壓閥,調(diào)整減壓閥出口壓力,用銅管接入儀器端。鋼瓶載氣壓力一般為3~15MPa,儀器要求入口壓力為0.3MPa~0.8MPa,一級(jí)減壓穩(wěn)壓效果差,導(dǎo)致儀器入口壓力波動(dòng)大,且經(jīng)儀器內(nèi)減壓后壓力仍有波動(dòng),這樣的波動(dòng)將會(huì)給儀器的測(cè)量帶來(lái)誤差,造成測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。
而集中供氣采用二級(jí)減壓穩(wěn)壓方式,加上儀器內(nèi)部的調(diào)壓裝置,可以說(shuō)是三級(jí)穩(wěn)壓,減壓穩(wěn)壓效果較好。接入方式為:鋼瓶接減壓閥進(jìn)行第一級(jí)高壓減壓后,干路上保持稍高壓力,便于遠(yuǎn)距離管道輸送,至儀器前端采用第二級(jí)低壓減壓閥,將壓力調(diào)整在儀器要求范圍內(nèi),再進(jìn)儀器內(nèi)部的壓力調(diào)整后,進(jìn)入儀器的載氣能確保達(dá)到儀器的壓力要求。
▋保證氣體純度
保證氣體純度更高,避免混入水分和氣體雜質(zhì),從而保證儀器檢測(cè)結(jié)果。
通過(guò)大型的儲(chǔ)罐和輸送管道將載氣輸送給儀器,在儲(chǔ)罐出口裝有單向閥7(圖1),可避免更換儲(chǔ)罐時(shí)有空氣或水分混入,另外,還可在另一端安裝有一泄壓開(kāi)關(guān)球閥11(圖1),可將多余的空氣或水分排放后再接入儀器管道,保證了儀器用氣的純度。
▋提高使用的安全性
瓶裝氣充裝壓力大于或等于12MPa/cm3,集中供氣管路氣體壓力為0.5MPa/cm3。系統(tǒng)壓力降低,使用安全性提高。
另外,有些儀器需要使用壓縮空氣,集中供氣系統(tǒng)中可將壓縮機(jī)安裝于供氣室,避免了壓縮機(jī)頻繁啟動(dòng)供氣時(shí)發(fā)出的噪音,也減少了因壓縮機(jī)頻繁啟動(dòng)產(chǎn)生的電火花引起可燃?xì)怏w泄漏造成爆炸的風(fēng)險(xiǎn),大大提高了使用的安全性。
▋改善工作環(huán)境
占地少,整齊美觀,避免了與試驗(yàn)人員共處一室造成的混亂和不便,改善了試驗(yàn)室環(huán)境,能大大提高工作效率。
▋降低運(yùn)行成本
由于高壓下氣體中的雜質(zhì)可能吸附在氣瓶?jī)?nèi)壁上,而當(dāng)氣瓶壓力下降時(shí),雜質(zhì)會(huì)解吸下來(lái),為保證氣體純度,一般要求瓶?jī)?nèi)應(yīng)保持0.2~1MPa的余壓時(shí)更換氣瓶。而對(duì)于部分用氣量較大的氣體,如氮?dú)狻錃獾?,一般采用大的液態(tài)儲(chǔ)罐供氣,一個(gè)180升的儲(chǔ)罐容量相當(dāng)于18瓶普通鋼瓶的供氣量,因此,儲(chǔ)罐供氣可大大節(jié)省采購(gòu)成本,減少氣體的浪費(fèi)。
另外,有的儀器用氣量非常大,連續(xù)工作半天就需要更換鋼瓶,若采用液態(tài)罐進(jìn)行供氣的話(huà),半個(gè)多月才需要更換一次,大大減輕了換氣的勞動(dòng)力。
▋便于維護(hù)
集中供氣系統(tǒng)采用手動(dòng)、半自動(dòng)或全自動(dòng)切換雙系統(tǒng),平時(shí)一開(kāi)一備,輸氣量充足,以保證儀器用氣的穩(wěn)定性、持續(xù)性和及時(shí)性,將不再影響實(shí)驗(yàn)室人員的分析測(cè)試工作,方便了后勤供氣保障,減少換氣頻次,避免鋼瓶周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和更換的工時(shí)浪費(fèi),減輕了維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,改善了工作環(huán)境,便于更好的管理、維修和保養(yǎng)。
▋便于擴(kuò)展
通過(guò)集中管道供氣,可在部分預(yù)期擴(kuò)展點(diǎn)預(yù)留接氣口并安裝控制開(kāi)關(guān)或堵頭,由于所有儀器前端均裝有送氣控制開(kāi)關(guān),因此,可以在不影響其他儀器正常工作的情況下,擴(kuò)展新的用氣端口,具有良好的擴(kuò)展性。
二、實(shí)驗(yàn)室集中供氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
▋氣路管閥件材質(zhì)的選擇
氣體管閥件材質(zhì)應(yīng)滿(mǎn)足以下要求:①對(duì)所有氣體無(wú)滲透性;②吸附效應(yīng)最少;③對(duì)所輸送的氣體呈化學(xué)惰性;④能快速使輸送的氣體達(dá)到平衡。各種不同的管材材質(zhì)對(duì)氣體成分的適用性,如表1,其中316L不鐵鋼材質(zhì)含量表如表2。
316L不銹鋼是繼304不銹鋼之后,第二個(gè)得到最廣泛應(yīng)用的鋼種,主要用于食品工業(yè)和外科手術(shù)器材,由此較之304其具有更好的抗氯化物腐蝕能力,316L不銹鋼添加Mo(2~3%),鉑元素使其獲得一種抗腐蝕的特殊結(jié)構(gòu),因此,316L不銹鋼具有較好的耐腐蝕性,耐高溫,蠕變性能好,強(qiáng)度優(yōu)秀等特點(diǎn)。
綜上兩個(gè)表的數(shù)據(jù),表明集中供氣系統(tǒng)中的所有管閥件應(yīng)采用316L不銹鋼且內(nèi)拋光,可以最大限度的降低對(duì)載氣品質(zhì)的影響。
▋自動(dòng)匯流排
雙側(cè)式氣體匯流排的設(shè)計(jì)采用主供氣瓶組和備用氣瓶組雙氣源結(jié)構(gòu),在主供氣瓶組的壓力降低至無(wú)法供氣時(shí),關(guān)閉主供氣組閥門(mén),同時(shí)打開(kāi)備用氣瓶組開(kāi)始供氣,從而實(shí)現(xiàn)不間斷供氣,不影響儀器的正常使用,為實(shí)現(xiàn)下一次自動(dòng)切換,在對(duì)空瓶充罐后,又可以自動(dòng)切換,如此循環(huán)保證了儀器長(zhǎng)期運(yùn)行的供氣的穩(wěn)定性和持續(xù)性。匯流排左右氣瓶組數(shù)量多少按消耗的氣體流量確定。
另外,雙側(cè)匯流排集中供氣系統(tǒng)中,高壓軟管和氣瓶之間可接入過(guò)濾器4(圖1),可有效的過(guò)濾氣體中的塵埃低壓管路內(nèi)還可接入單向閥5,可有效的防止水汽的進(jìn)入以及在回火時(shí)將氣源切斷,從而保證了氣體的純度。對(duì)于可燃?xì)怏w,如乙炔丙烷甲烷等,還需接入氣體回火防止器6,內(nèi)部的微孔火焰滅火裝置,可確?;鹧嫦?,保證低壓管路發(fā)生的回火不至于進(jìn)入高壓管路內(nèi)。
▋二級(jí)減壓
采用二級(jí)減壓的方式,一是,經(jīng)過(guò)第一級(jí)減壓后,干路壓力比儲(chǔ)罐內(nèi)壓力大大降低,起到了緩沖管道壓力的作用,提高了用氣的安全,降低了應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn),二是保證儀器供氣入口壓力的穩(wěn)定,降低因?yàn)闅怏w壓力波動(dòng)而引起的測(cè)量誤差,保證了儀器使用的穩(wěn)定性。二級(jí)減壓結(jié)構(gòu)如圖2所示。
首先進(jìn)行第一級(jí)減壓,從儲(chǔ)罐出來(lái)接高壓減壓閥,將干路壓力控制在0.8~1MPa左右,便于干路的供氣輸送,如圖2氣室部分。然后進(jìn)行第二級(jí)減壓,如圖2實(shí)驗(yàn)室部分,在儀器前端加裝供氣開(kāi)關(guān)球閥11,在通過(guò)低壓減壓閥12將輸出壓力控制在儀器要求的范圍內(nèi)。將主輸送管路壓力調(diào)整到一定的壓力范圍之內(nèi)。
▋易燃易爆氣體集中供氣
由于實(shí)驗(yàn)室有些儀器需要使用易燃?xì)怏w,如乙炔等,那么可燃?xì)獗仨毢推渌麣怏w分開(kāi),單獨(dú)引入,且管路盡量短,減少中間接頭的連接。同時(shí),氣瓶一定裝入防爆氣瓶柜內(nèi),氣瓶輸出端接回火器,可阻止火焰回流氣瓶引起的爆炸。防爆氣瓶柜頂端應(yīng)有連接到室外的通風(fēng)排氣口,且有泄漏報(bào)警裝置,一旦泄漏能及時(shí)報(bào)警并將氣體排到室外。
▋集中供氣系統(tǒng)其它設(shè)計(jì)
(1)為保證集中供氣項(xiàng)目的成功實(shí)施,必須考慮氣體壓力通過(guò)管路輸送后能否滿(mǎn)足最遠(yuǎn)端儀器的壓力使用要求,因此要根據(jù)儀器氣體流量的要求、管路局部壓力的損失而存在的少量泄漏,以及未來(lái)擴(kuò)展所需要的用氣量,合理設(shè)計(jì)主輸送管路的大小,及分支管路的管徑大小。因此,所有其他干路直徑為3/8英寸(空氣干路直徑為1/2英寸),干路末端管路直徑為1/4英寸。
(2)氣體干路每隔1.5米的距離有明確標(biāo)簽指示,且指明氣體流向。
(3)氣體管路每隔1.5米有支撐架固定,彎曲處兩端均要有支撐。
(4)所有管路在天花板下面布設(shè),以便安裝維護(hù)。
三、實(shí)驗(yàn)室集中供氣系統(tǒng)的維護(hù)
為保證集中供氣系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行,集中供氣系統(tǒng)投入使用后,應(yīng)建立行之有效的管理和維護(hù)流程,用以指導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)備操作以及日常維護(hù)保養(yǎng)。制訂集中供氣設(shè)備操作、維護(hù)、保養(yǎng)規(guī)程,包括液態(tài)儲(chǔ)罐、調(diào)壓裝置、自動(dòng)切換裝置等操作指南及注意事項(xiàng)。規(guī)定供氣室日常管理和巡查要求,以及出現(xiàn)異常時(shí)的處理措施。
集中供氣系統(tǒng)可應(yīng)用于所有分析測(cè)試實(shí)驗(yàn)室儀器用氣的供氣,保證了儀器的正常持續(xù)的工作,實(shí)現(xiàn)了快速、安全的維護(hù),大大提高了工作效率,供氣量足,使用方便,故障率低,降低了維護(hù)和使用成本,采用實(shí)驗(yàn)室集中供氣系統(tǒng)將發(fā)揮應(yīng)有的效益。