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實驗室集中供氣改造：提升供氣效能與安全的必由之路
在現代科研與實驗環境中，實驗室的高效運行離不開穩定、安全且精細的氣體供應。傳統的單獨鋼瓶分散供氣模式在面對儀器設備不斷增加、用氣量持續攀升的現狀時，逐漸暴露出諸多弊端。因此，實驗室集中供氣改造成為優化氣體供應、保障實驗工作順利開展的關鍵舉措。
傳統供氣模式困境凸顯
許多實驗室至今仍采用傳統的單獨鋼瓶分散供氣，即為每臺儀器單獨配備氣體鋼瓶。在實驗室投資增長、儀器數量迅速擴充的當下，這種模式的局限性愈發明顯。一方面，它難以匹配儀器設備增加帶來的用氣量需求。隨著實驗項目增多，不同儀器對各類氣體的消耗急劇上升，頻繁更換鋼瓶不僅耗費人力，還可能因銜接不及時影響實驗進程。
另一方面，分散供氣致使實驗室布局雜亂無章。眾多鋼瓶隨意擺放，占據大量空間，給實驗室的日常管理與維護增添了困難。而且，部分實驗室將鋼瓶置于室內且未采取固定等防護措施，一旦發生碰撞、傾倒，極易引發危險。依據 JGJ91 - 1993《科學實驗室建筑設計規范》中 7.4.3 的要求，氣瓶應存放于主體建筑物之外的氣瓶存放間，這進一步凸顯了傳統模式的不合規性。
此外，以杜瓦罐作為氣源雖有一定優勢，但也存在問題。杜瓦罐用于儲存液態氣體，單位體積的液態氣能蒸發為幾百倍體積的氣體，可節省約 80% 的費用。然而，其每個毛重 300kg，搬運難度大。并且儀器分布分散，氣體更換不便。同時，由于各儀器用氣差異，易出現氣體蒸發多余、壓力超壓的情況，不僅造成氣體浪費，若不及時降壓，防爆膜還可能炸，危及實驗室人員與設備安全。
集中供氣技術優勢明顯
集中供氣技術作為氣源配置的成熟方案，在半導體等行業已廣泛應用，如今在實驗室領域也逐漸嶄露頭角。該技術以低溫貯槽、杜瓦罐、鋼瓶等作為氣源，搭配氣體發生系統或匯流排等手動、自動切換系統，實現氣體的不間斷供應。通過耐壓不銹鋼管道將氣體輸送至用氣端，每個端口的壓力和流量可依據儀器要求單獨控制，充分滿足各類儀器設備的使用需求。同時，可在監控室或房間內安裝實時監控與報警系統，保障系統穩定運行。其優勢主要體現在以下幾方面：
1.保障氣體純度：以液氮、液氬為例，蒸發后純度可達 99.9995%，能滿足對氣體純度要求極高的精密儀器，確保實驗數據的準確性與可靠性。
2.提升實驗室環境：解脫了實驗人員頻繁更換和搬運氣瓶的工作，讓實驗室更加美觀、整潔。同時，采用壓縮空氣管道供應方式，消除了小型空氣壓縮機的工作噪音，降低了設備故障與維護幾率，為實驗人員創造了更舒適的工作環境。
3.穩定供氣壓力：配備手動或自動調壓系統，操作簡便，可確保氣體不間斷供應，維持使用壓力恒定，避免因壓力波動影響實驗結果，為實驗的順利進行提供穩定的氣源保障。
不過，集中管道供氣也存在初期投資較大的問題，且對于杜瓦罐等氣源供氣方式，需要專人進行日常管理與維護。但綜合來看，其優勢遠大于弊端，是實驗室供氣優化的理想選擇。
集中供氣系統方案解析
實驗室集中供氣系統涵蓋氣體管路設計、材質選擇、工程安裝與驗收等多個專業環節。由于實驗室配備眾多精密大型儀器，若工程材質不佳、施工工藝不精，使用中極易出現氣體泄漏、引入雜質降低高純氣體純度等問題，導致儀器設備無法正常運行。因此，必須由專業的氣體管道安裝公司進行設計與施工。
1.總體思路
實驗室集中供氣系統的氣體通常從位于實驗室主體建筑外的氣源區域通過管路引入。氣源區安裝半自動或全自動切換閥控制系統，實現高壓氣瓶或杜瓦罐的更換與氣體不間斷供應。主要控制閥門和減壓閥門安裝在氣源區墻壁醒目位置，方便操作人員觀察與控制。實驗室氣體管路多采用不銹鋼無縫鋼管，連接方式為無縫焊接或卡套連接。管路沿天花板下方、墻壁布局，便于檢查與維修。儀器臺氣體管路可通過功能柱引入，工作臺上配備合適控制閥門，方便實驗人員操作。大型儀器室內還需配備數顯監控和報警裝置，實時監測氣體供應狀態。
2.系統組成
氣源切換系統：其主要功能是維持后端氣路系統持續供氣。當在用氣源耗盡時，能自動切換至備用氣源，確保更換氣體鋼瓶時不影響后端分析測試，同時保持高純氣體輸送系統內的純度、壓力和流量穩定，如同氣體的 UPS。該系統與報警系統相連，可監視氣瓶使用狀況，壓力降至設定值時發出報警信號提醒更換氣瓶。切換系統采用高純卡套連接，連接點氦氣泄漏率＜1.0×10 - 4scc/s，具備高純鋼瓶換瓶吹掃結構，保證換瓶時系統純度，所有閥件為隔膜式設計，并配備自動報警裝置。
2.1管道系統：管道作為氣體傳輸的 “動脈”，其材質和安裝至關重要。應選用質量、耐用的管道材料，如不銹鋼、聚乙烯等，確保良好的密封性和耐腐蝕性。安裝時保證管道平直、穩定，避免扭曲、折彎，以減少氣體阻力，保障氣體穩定輸送。
2.2調壓系統：由調壓閥、截止閥、球閥等各類閥門構成，實現介質的開啟、關閉與調節功能。依據實驗室儀器配置和氣體使用要求，在樓層、房間、實驗臺、儀器使用端合理配置氣體減壓閥和截止閥，滿足不同儀器對氣體壓力的差異化需求。
2.3用氣點：用氣點一般配置球閥或截止閥用于控制。當儀器設備長期不使用時，可關閉閥門，防止氣體泄漏，保障實驗室安全。
2.4監控及報警系統：主要對氣體切換裝置的壓力供應和輸出進行實時監控。當管道供氣壓力低于設定值時，立即報警，提醒操作人員及時處理，確保氣體供應的穩定性與安全性。對于易燃易爆氣體，如氫氣、乙炔等，在設計和施工中還需加入氣體回火防止器等安全控制裝置，為實驗室安全再加一道防護鎖。
集中供氣改造實施要點
1.前期規劃：施工前，需全方面了解實驗室布局與空間，依據實際需求進行合理規劃，確保供氣系統布局合理、安全且經濟。同時，要保證施工圖紙準確、完整，嚴格按圖施工。
2.材料與設備選擇：無論是管道材料、閥門，還是壓力表等設備，都要選擇質量上乘的產品。如管道要具備良好的密封性和耐腐蝕性；閥門要密封性好、操作靈活；壓力表要能準確監測氣體壓力，并定期校準維護。
3.安全措施落實：鑒于實驗室氣體多具有易燃易爆、有毒有害等特性，施工中必須嚴格遵循相關規定，落實安全措施。配備氣體泄漏報警器、滅火器等安全設施與器材，并定期檢查維護，為實驗室筑牢安全防線。
4.施工質量控制：嚴格依照施工圖紙和相關規范施工，加強質量監督與驗收工作。及時發現并解決施工中出現的問題，確保施工質量符合要求，為實驗室集中供氣系統的穩定運行奠定堅實基礎。
5.環境保護考量：集中供氣系統運行可能產生噪音和廢氣。施工時應采取相應環保措施，如采用低噪音設備、設置消音器降低噪音污染；安裝廢氣處理裝置處理廢氣，減少對環境的不良影響。
實驗室集中供氣改造是一項系統工程，通過對傳統供氣模式的革新，引入先進的集中供氣技術與方案，能夠有效解決氣體供應中的諸多難題，提升實驗室的安全性、穩定性與運行效率。在改造過程中，注重各個環節的把控，定能為實驗室打造出質量、高效的氣體供應體系，助力科研工作者更專注地投身于實驗研究，推動科研事業不斷向前發展。
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