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实验室集中供气改造：提升供气效能与安全的必由之路
在现代科研与实验环境中，实验室的高效运行离不开稳定、安全且精细的气体供应。传统的单独钢瓶分散供气模式在面对仪器设备不断增加、用气量持续攀升的现状时，逐渐暴露出诸多弊端。因此，实验室集中供气改造成为优化气体供应、保障实验工作顺利开展的关键举措。
传统供气模式困境凸显
许多实验室至今仍采用传统的单独钢瓶分散供气，即为每台仪器单独配备气体钢瓶。在实验室投资增长、仪器数量迅速扩充的当下，这种模式的局限性愈发明显。一方面，它难以匹配仪器设备增加带来的用气量需求。随着实验项目增多，不同仪器对各类气体的消耗急剧上升，频繁更换钢瓶不仅耗费人力，还可能因衔接不及时影响实验进程。
另一方面，分散供气致使实验室布局杂乱无章。众多钢瓶随意摆放，占据大量空间，给实验室的日常管理与维护增添了困难。而且，部分实验室将钢瓶置于室内且未采取固定等防护措施，一旦发生碰撞、倾倒，极易引发危险。依据 JGJ91 - 1993《科学实验室建筑设计规范》中 7.4.3 的要求，气瓶应存放于主体建筑物之外的气瓶存放间，这进一步凸显了传统模式的不合规性。
此外，以杜瓦罐作为气源虽有一定优势，但也存在问题。杜瓦罐用于储存液态气体，单位体积的液态气能蒸发为几百倍体积的气体，可节省约 80% 的费用。然而，其每个毛重 300kg，搬运难度大。并且仪器分布分散，气体更换不便。同时，由于各仪器用气差异，易出现气体蒸发多余、压力超压的情况，不仅造成气体浪费，若不及时降压，防爆膜还可能炸，危及实验室人员与设备安全。
集中供气技术优势明显
集中供气技术作为气源配置的成熟方案，在半导体等行业已广泛应用，如今在实验室领域也逐渐崭露头角。该技术以低温贮槽、杜瓦罐、钢瓶等作为气源，搭配气体发生系统或汇流排等手动、自动切换系统，实现气体的不间断供应。通过耐压不锈钢管道将气体输送至用气端，每个端口的压力和流量可依据仪器要求单独控制，充分满足各类仪器设备的使用需求。同时，可在监控室或房间内安装实时监控与报警系统，保障系统稳定运行。其优势主要体现在以下几方面：
1.保障气体纯度：以液氮、液氩为例，蒸发后纯度可达 99.9995%，能满足对气体纯度要求极高的精密仪器，确保实验数据的准确性与可靠性。
2.提升实验室环境：解脱了实验人员频繁更换和搬运气瓶的工作，让实验室更加美观、整洁。同时，采用压缩空气管道供应方式，消除了小型空气压缩机的工作噪音，降低了设备故障与维护几率，为实验人员创造了更舒适的工作环境。
3.稳定供气压力：配备手动或自动调压系统，操作简便，可确保气体不间断供应，维持使用压力恒定，避免因压力波动影响实验结果，为实验的顺利进行提供稳定的气源保障。
不过，集中管道供气也存在初期投资较大的问题，且对于杜瓦罐等气源供气方式，需要专人进行日常管理与维护。但综合来看，其优势远大于弊端，是实验室供气优化的理想选择。
集中供气系统方案解析
实验室集中供气系统涵盖气体管路设计、材质选择、工程安装与验收等多个专业环节。由于实验室配备众多精密大型仪器，若工程材质不佳、施工工艺不精，使用中极易出现气体泄漏、引入杂质降低高纯气体纯度等问题，导致仪器设备无法正常运行。因此，必须由专业的气体管道安装公司进行设计与施工。
1.总体思路
实验室集中供气系统的气体通常从位于实验室主体建筑外的气源区域通过管路引入。气源区安装半自动或全自动切换阀控制系统，实现高压气瓶或杜瓦罐的更换与气体不间断供应。主要控制阀门和减压阀门安装在气源区墙壁醒目位置，方便操作人员观察与控制。实验室气体管路多采用不锈钢无缝钢管，连接方式为无缝焊接或卡套连接。管路沿天花板下方、墙壁布局，便于检查与维修。仪器台气体管路可通过功能柱引入，工作台上配备合适控制阀门，方便实验人员操作。大型仪器室内还需配备数显监控和报警装置，实时监测气体供应状态。
2.系统组成
气源切换系统：其主要功能是维持后端气路系统持续供气。当在用气源耗尽时，能自动切换至备用气源，确保更换气体钢瓶时不影响后端分析测试，同时保持高纯气体输送系统内的纯度、压力和流量稳定，如同气体的 UPS。该系统与报警系统相连，可监视气瓶使用状况，压力降至设定值时发出报警信号提醒更换气瓶。切换系统采用高纯卡套连接，连接点氦气泄漏率＜1.0×10 - 4scc/s，具备高纯钢瓶换瓶吹扫结构，保证换瓶时系统纯度，所有阀件为隔膜式设计，并配备自动报警装置。
2.1管道系统：管道作为气体传输的 “动脉”，其材质和安装至关重要。应选用质量、耐用的管道材料，如不锈钢、聚乙烯等，确保良好的密封性和耐腐蚀性。安装时保证管道平直、稳定，避免扭曲、折弯，以减少气体阻力，保障气体稳定输送。
2.2调压系统：由调压阀、截止阀、球阀等各类阀门构成，实现介质的开启、关闭与调节功能。依据实验室仪器配置和气体使用要求，在楼层、房间、实验台、仪器使用端合理配置气体减压阀和截止阀，满足不同仪器对气体压力的差异化需求。
2.3用气点：用气点一般配置球阀或截止阀用于控制。当仪器设备长期不使用时，可关闭阀门，防止气体泄漏，保障实验室安全。
2.4监控及报警系统：主要对气体切换装置的压力供应和输出进行实时监控。当管道供气压力低于设定值时，立即报警，提醒操作人员及时处理，确保气体供应的稳定性与安全性。对于易燃易爆气体，如氢气、乙炔等，在设计和施工中还需加入气体回火防止器等安全控制装置，为实验室安全再加一道防护锁。
集中供气改造实施要点
1.前期规划：施工前，需全方面了解实验室布局与空间，依据实际需求进行合理规划，确保供气系统布局合理、安全且经济。同时，要保证施工图纸准确、完整，严格按图施工。
2.材料与设备选择：无论是管道材料、阀门，还是压力表等设备，都要选择质量上乘的产品。如管道要具备良好的密封性和耐腐蚀性；阀门要密封性好、操作灵活；压力表要能准确监测气体压力，并定期校准维护。
3.安全措施落实：鉴于实验室气体多具有易燃易爆、有毒有害等特性，施工中必须严格遵循相关规定，落实安全措施。配备气体泄漏报警器、灭火器等安全设施与器材，并定期检查维护，为实验室筑牢安全防线。
4.施工质量控制：严格依照施工图纸和相关规范施工，加强质量监督与验收工作。及时发现并解决施工中出现的问题，确保施工质量符合要求，为实验室集中供气系统的稳定运行奠定坚实基础。
5.环境保护考量：集中供气系统运行可能产生噪音和废气。施工时应采取相应环保措施，如采用低噪音设备、设置消音器降低噪音污染；安装废气处理装置处理废气，减少对环境的不良影响。
实验室集中供气改造是一项系统工程，通过对传统供气模式的革新，引入先进的集中供气技术与方案，能够有效解决气体供应中的诸多难题，提升实验室的安全性、稳定性与运行效率。在改造过程中，注重各个环节的把控，定能为实验室打造出质量、高效的气体供应体系，助力科研工作者更专注地投身于实验研究，推动科研事业不断向前发展。
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