關(guān)于實(shí)驗(yàn)室集中供氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用
分析測試實(shí)驗(yàn)室中可以作為儀器載氣的氣體其種類較多，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。隨著科技和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，要求現(xiàn)代分析檢測實(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。在此形勢下，廣大實(shí)驗(yàn)室建設(shè)者、工作者、管理者對實(shí)驗(yàn)室集中供氣系統(tǒng)的使用已形成共識，越來越多的實(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，一旦鋼瓶有問題，那么這臺儀器就得停下來，另外，為保證供氣純度，鋼瓶到達(dá)一定壓力時就得更換，而不是等到?jīng)]有任何壓力時才更換，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)，即通過大型的儲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，一級減壓穩(wěn)壓效果差，導(dǎo)致儀器入口壓力波動大，且經(jīng)儀器內(nèi)減壓后壓力仍有波動，這樣的波動將會給儀器的測量帶來誤差，造成測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。
而集中供氣采用二級減壓穩(wěn)壓方式，加上儀器內(nèi)部的調(diào)壓裝置，可以說是三級穩(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)，從而保證儀器檢測結(jié)果。
通過大型的儲罐和輸送管道將載氣輸送給儀器，在儲罐出口裝有單向閥7(圖1)，可避免更換儲罐時有空氣或水分混入，另外，還可在另一端安裝有一泄壓開關(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)頻繁啟動供氣時發(fā)出的噪音，也減少了因壓縮機(jī)頻繁啟動產(chǎn)生的電火花引起可燃?xì)怏w泄漏造成爆炸的風(fēng)險，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)可能吸附在氣瓶內(nèi)壁上，而當(dāng)氣瓶壓力下降時，雜質(zhì)會解吸下來，為保證氣體純度，一般要求瓶內(nèi)應(yīng)保持0.2~1MPa的余壓時更換氣瓶。而對于部分用氣量較大的氣體，如氮?dú)?、氫氣等，一般采用大的液態(tài)儲罐供氣，一個180升的儲罐容量相當(dāng)于18瓶普通鋼瓶的供氣量，因此，儲罐供氣可大大節(jié)省采購成本，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，半個多月才需要更換一次，大大減輕了換氣的勞動力。
▋便于維護(hù)
集中供氣系統(tǒng)采用手動、半自動或全自動切換雙系統(tǒng)，平時一開一備，輸氣量充足，以保證儀器用氣的穩(wěn)定性、持續(xù)性和及時性，將不再影響實(shí)驗(yàn)室人員的分析測試工作，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)和更換的工時浪費(fèi)，減輕了維護(hù)人員的勞動強(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關(guān)或堵頭，由于所有儀器前端均裝有送氣控制開關(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)滿足以下要求:①對所有氣體無滲透性;②吸附效應(yīng)最少;③對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載氣品質(zhì)的影響。
▋自動匯流排
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法供氣時，關(guān)閉主供氣組閥門，同時打開備用氣瓶組開始供氣，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)下一次自動切換，在對空瓶充罐后，又可以自動切換，如此循環(huán)保證了儀器長期運(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濾器4(圖1)，可有效的過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)入以及在回火時將氣源切斷，從而保證了氣體的純度。對于可燃?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)。
▋二級減壓
采用二級減壓的方式，一是，經(jīng)過第一級減壓后，干路壓力比儲罐內(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，二是保證儀器供氣入口壓力的穩(wěn)定，降低因?yàn)闅怏w壓力波動而引起的測量誤差，保證了儀器使用的穩(wěn)定性。二級減壓結(jié)構(gòu)如圖2所示。
首先進(jìn)行第一級減壓，從儲罐出來接高壓減壓閥，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)行第二級減壓，如圖2實(shí)驗(yàn)室部分，在儀器前端加裝供氣開關(guān)球閥11，在通過低壓減壓閥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，單獨(dú)引入，且管路盡量短，減少中間接頭的連接。同時，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管路輸送后能否滿足最遠(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)儲罐、調(diào)壓裝置、自動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)異常時的處理措施。
集中供氣系統(tǒng)可應(yīng)用于所有分析測試實(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。