实验室集中供气问题研究（上）
PART01
实验室常用气体的分类
一、根据用途分类
一是能源动力气体。在实验室中，部分气体用来提供能源，如天然气、煤气、液化气、氢气、乙炔等，有的提供动力，如压缩空气、氮气。
二是试验用原材料。实验室常用部分气体作为试验用原材料，如化学反应实验使用的氯气、一氧化氮气体、氧气、氢气等。
三是实验仪器辅助用气。实验室中部分试验或仪器需要高纯保护气体，如气相色谱、气质联用、原子吸收、ICP等精密仪器使用的高纯不燃气体（氮气、二氧化碳）、惰性气体（氦气、氩气）、易燃气体（氢气、乙炔）、助燃气体（氧气）等。
二、依据化学性质分类
一是有毒有害气体。具有极强毒性或腐蚀性，侵入人体能引起中毒、灼伤甚至死亡，如氯气、氨气等。
二是易燃易爆气体。具有易燃烧性和化学爆炸危险性，如氢气、乙炔等，有的易燃易爆气体还具有一定毒性。
三是助燃气体。具有助燃能力，但自身不燃烧，此类气体的存在增大火灾的危险性，如氧气等。
四其他气体。不具备上述三种性质的气体，如惰性气体、二氧化碳等。
PART02
集中供气方式及优势
实验室供气系统按其供应方式可分为分散供气与集中供气。
分散供气是将气瓶或气体发生器分别放在各用气实验室内，主要应用于用气种类少、用量少、气体不易发生爆炸起火、无毒无害的情况。使用易燃易爆有毒有害气体时，应当配备防爆气瓶柜，并具备报警功能与排风功能。
集中供气是将各实验室使用的各类气体钢瓶，集中放置在相对独立且安全满足要求的气瓶间内，各类气体从气瓶间以管道输送形式，按照不同实验室用气要求输送到每个实验室适合位置。
集中供气系统，从气瓶至仪器终端之间连接管线和附件，主要由气源（一般为气体钢瓶）、切换装置、管道系统、调压装置、用气点、气体泄漏监测报警系统组成。对于一些易燃易爆气体，如氢气、乙炔等，在设计和施工过程中需加入阻火器。原理示意图见图1。
系统具有良好的气密性、高洁净度、耐用性和安全可靠性，能满足实验仪器对各类气体不间断连续使用的要求，并且在使用过程中根据实验仪器工作条件对整体或局部气体压力、流量进行全量程调整以满足不同的实验条件的要求。
√1、保安全。
集中供气可实现气源集中管理，远离实验室，空出更多的实验空间，瓶装气充装压力大于或等于12MPa，集中供气管路气体压力为0.5MPa，系统压力降低，减少了气体泄漏、火灾等危险情况。同时集中供气系统减少了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。
√2、纯度好。
专用气瓶均配有冲洗阀，以排除每次更换气瓶时引入的杂质，确保了管路终端气体的纯度。
√3、智能化。
当气压低于警报限值或气体泄漏时，报警装置可自动启动报警，有的可以自动切断气阀。
√4、高效率。
通过供气控制系统，可充分使用钢瓶中的气体，减少残余余量，降低用气成本。
√5、连续稳定。
气路控制系统可以手动或自动方式在气瓶之间进行切换，以保证气体的连续供给。系统采用两级减压（一级由供气控制系统调节，二级由使用点的控制阀调节）方式供气,可得到非常稳定的压力。
√6、操作简便。
所有气瓶均集中在同一位置，减少了搬运安装等操作。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。
√7、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，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。
图1 实验室集中供气原理示意图
1-气瓶或液态气体罐，
2-固定气瓶的链，
3-高压软管，
4-开关球阀，
5-切换装置，
6-排气口球阀，
7-带入/出口压力表的高压减压阀，
8-气体主输送管路，
9-三通接头，
10-气体分支管路，
11-支路开关球阀，
12-带出口压力表的低压减压阀，
13-接仪器的管路，
14-分析测试仪器。
PART03
集中供气系统设计原则
√1、安全。
实验室使用的气体一般具有毒性、易燃易爆且一般以压缩气体的形式存放在气瓶内，一旦发生事故，将可能会造成严重的人身伤害。因此安全性设计是集中供气的主要设计。如防泄漏、防误操作设计、自动切断设计等。
√2、便捷。
实验室供气系统是一套长期使用的设备，必然存在维护和保养的问题，因此在系统设计中也应考虑维护的方便性。国内用户经常改变测试过程，导致供气系统需要调整。根据实际情况，一个优秀的系统设计应该具有可扩展性和灵活性。
√3、耐用。
许多实验室测试程序需要很长时间，一旦中断需要从头开始，这需要供气系统具有足够的连续性和稳定性，同时确保测试过程不受气体的影响。
√4、美观。
实验室环境应当符合大多数实验室人员的审美观，做到设计整体美观、布局合理、管路排列整齐，给人以享受感。总体布局、管道布置、管道标识等，是判断系统好坏的标准之一。
√5、规范。
为了确保实验室用气安全，国家出台了一系列制度、标准，在集中供气系统设计过程中一定要遵守。比如，《压力管道 工业管道》系列标准、JGJ91-93《科学实验室建筑设计规范》、GB50346-2011《生物安全实验室建筑技术规范》、GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》、《GB16912-1997氧气及相关气体安全技术规程》、GB/T33102—2016《纯甲烷和高纯甲烷》、《GB4962-1985氢气使用安全技术规程》、《劳锅字[1993]4号溶解乙炔气瓶安全盗察规程》、GB50236-1998《现场设备、工业管道焊接工程及验收规范》、GB 50316-2000《工业金属管道设计规范（2008年版》、GB/T29304-2012《爆炸危险场所防爆安全导则》、GB50016-2014《建筑设计防火规范》（2018年版）等。
PART04
集中供气设计与施工
实验室集中供气受法律法规国家标准、实验室结构、所用气体的性质、用量及经费、实验室文化制约。
（一）气瓶间设计
当实验室需求的气体种类大于3种，或需储存3瓶以上时，宜设置气瓶间。
√1、气瓶间一般设置在整个建筑较为远离实验室或工作室等人员相对集中的区域；
√2、禁止设置在地下或半地下室；含易燃易爆气体的耐火等级不应低于二级；
√3、选择建筑物的外侧作为泄压面，泄压面应避开人员密集场所和主要交通道路，采用轻质屋面板、轻质墙体和易于泄压的门、窗等。其他各面用相对坚固的隔离墙；
√4、应避免阳光直射，并应避开放射性射线源，周边禁止明火或散发火花；
√5、储存间应有良好的通风、降温等设施，禁止地沟、暗道和底部通风孔；
√6、承装易燃易爆气体的气瓶室内安装的电源插座、照明电器、设备配电等电气系统应满足防爆；
√7、气瓶室内应将易燃与助燃气体分区储存，中间为防爆墙体隔断；供气气瓶区、备用气瓶区、空瓶区明显区分；
√8、容易发生反应的气体尽量设计不同的气瓶间，如果有困难气瓶之间的距离应当满足各气体具体要求；
√9、存放可燃气体钢瓶的特气柜中应设置自动灭火设施；
√10、气瓶室应有换气次数不小于3次/h的通风，存放可燃气体时换气次数不应小于6次/h；有易燃易爆气体的气瓶间，应设置事故通风系统，事故通风量不小于12次/h；
√11、客户其他合法合规及合理的要求。
