檢測(cè)設(shè)備用氣管路的設(shè)計(jì)探討

周亮亮，周麗娜

（1. 中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司，江西 南昌 330031；2. 江西環(huán)境工程職業(yè)學(xué)院 環(huán)境工程分院，江西 贛州 341000）

1 引言

隨著銅冶煉行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，冶煉企業(yè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，環(huán)保理念也越來(lái)越受到人們的重視，各種精密高端的檢測(cè)設(shè)備相繼被采用，如直讀光譜儀、X熒光儀、ICP光譜儀、原子吸收光譜儀等［1］，所涉及的這些精密高端的檢測(cè)設(shè)備通常需要用到儀器用氣作為載氣、燃?xì)?、助燃?xì)饣虮Ｗo(hù)氣。因檢測(cè)設(shè)備用氣具有耗用量小的特點(diǎn)，在以往的設(shè)計(jì)中，為方便儀器用氣的使用，通常是將氣源設(shè)備和管路配置在鄰近檢測(cè)設(shè)備的區(qū)域，而沒(méi)有考慮高純度用氣對(duì)設(shè)備操作人員和電氣線路所造成的安全隱患問(wèn)題。目前關(guān)于檢測(cè)設(shè)備用氣管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的文獻(xiàn)資料還很少，主要是檢測(cè)設(shè)備用氣管路系統(tǒng)沒(méi)有得到人們的普遍重視。今后隨著國(guó)家對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中安全問(wèn)題的重視，檢測(cè)設(shè)備用氣管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一定會(huì)逐漸得到人們的關(guān)注。

本文以廣西某雜銅冶煉廠檢測(cè)設(shè)備用氣管路的設(shè)計(jì)為例，探討儀器用氣管路的設(shè)計(jì)原則和特點(diǎn)，為有色行業(yè)檢測(cè)設(shè)備“氣體管路工程”的設(shè)計(jì)提供一定的參考。

2 供氣管路的設(shè)計(jì)原則和特點(diǎn)

2.1 供氣管路的設(shè)計(jì)原則

雜銅冶煉廠檢測(cè)設(shè)備用氣管路的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求。國(guó)標(biāo)《特種氣體系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定，自燃性、可燃性、毒性、腐蝕性、氧化性、惰性的特殊氣體屬于特種氣體［2］。按照相關(guān)國(guó)標(biāo)的要求，特種氣體的氣源設(shè)備和管路的配置應(yīng)該滿足以下要求：

（1）因檢測(cè)設(shè)備用氣的種類比較多，作為氣源設(shè)備的氣體鋼瓶、儲(chǔ)氣罐等應(yīng)盡可能集中存儲(chǔ)，但存儲(chǔ)之前需要考慮所存儲(chǔ)的氣體是否可以兼容，不能兼容的氣體必須分類、分開(kāi)存儲(chǔ)。存儲(chǔ)氬甲烷、乙炔、氬氣和氧氣鋼瓶的儲(chǔ)氣室應(yīng)根據(jù)存儲(chǔ)氣體的性質(zhì)分為可燃性氣體間、惰性氣體間和氧化性氣體間，并應(yīng)根據(jù)建筑防火等級(jí)的不同，對(duì)儲(chǔ)氣室進(jìn)行建筑、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可燃性氣體間為甲類、氧化性氣體間為乙類、惰性氣體間為戊類［3］。

（2）為方便氣源設(shè)備的搬運(yùn)和安裝，儀器用氣的儲(chǔ)氣室應(yīng)盡量配置在建筑物的底層，鄰近檢測(cè)設(shè)備且處于陰面朝向的單獨(dú)隔間內(nèi)，隔間需考慮一定的卸爆安全距離。存儲(chǔ)可燃性、氧化性、惰性氣體的儲(chǔ)氣室開(kāi)門應(yīng)朝向有利于人員疏散的方向開(kāi)啟，有爆炸危險(xiǎn)的儲(chǔ)氣室門窗需要采用撞擊時(shí)不產(chǎn)生火花的材料制作［2］。

（3）儀器用氣的儲(chǔ)氣室應(yīng)按氣體的防爆等級(jí)要求，考慮通風(fēng)排氣設(shè)施。

（4）儀器用氣的氣源設(shè)備應(yīng)盡量統(tǒng)一存儲(chǔ)在防爆氣瓶柜內(nèi)，防爆氣瓶柜應(yīng)具有安全防爆、聲光報(bào)警、排氣、防滑倒等功能。為確保儀器用氣的安全使用，儲(chǔ)氣室內(nèi)還需安裝氣體泄漏報(bào)警系統(tǒng)。

（5）儀器用氣管路的材質(zhì)應(yīng)選用管道內(nèi)壁潔凈、光滑，不會(huì)被所輸送氣體腐蝕并易于現(xiàn)場(chǎng)加工的材料。

（6）儀器用氣管路從氣源設(shè)備的出口到檢測(cè)設(shè)備的用氣終端之間的管路應(yīng)盡可能短。管路施工時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用連續(xù)無(wú)接口、整根的管路，以減少管路接頭的數(shù)量，盡量避免管路上儀器用氣的泄露。儀器用氣管路在施工過(guò)程中，應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)確定實(shí)際尺寸后，再將管線實(shí)行分割，以免浪費(fèi)材料，管路上的標(biāo)準(zhǔn)管卡安裝間距不大于1m。

（7）可燃性、氧化性特種氣體管道應(yīng)設(shè)置導(dǎo)出靜電的接地措施。

（8）氣體鋼瓶上的減壓閥應(yīng)專用且不漏氣。開(kāi)啟高壓氣瓶時(shí)，操作者應(yīng)站在氣瓶出口的側(cè)面，動(dòng)作緩慢以減少氣流摩擦，防止產(chǎn)生靜電。工藝氣體鋼瓶?jī)?nèi)氣體不能全部用盡，應(yīng)保持0.2～1.0MPa的余壓，以備充氣單位檢驗(yàn)取樣時(shí)防止其它氣體倒灌。應(yīng)限定氣體鋼瓶的最低使用壓力，因?yàn)樵诟邏合職怏w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)，被吸附在內(nèi)壁上的雜質(zhì)會(huì)解析出來(lái)污染高純氣體［4］。

（9）儀器用氣氣源設(shè)備和管路的安裝、驗(yàn)收必須由具有特種氣體管道安裝資質(zhì)的專業(yè)公司來(lái)進(jìn)行。

（10）儀器用氣管路在使用前，應(yīng)使用合適的去油脂溶劑清洗管道等部件上的顆粒物、油污、水分等，并采用高純氮?dú)膺M(jìn)行3遍以上的吹掃，以保證管路內(nèi)壁的清潔。吹掃完畢后，應(yīng)采用高純氮?dú)膺M(jìn)行檢漏保壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為工作壓力的1.15倍，試壓12h，考慮溫度波動(dòng)后壓力表讀數(shù)變化小于5%為合格［5］。

（11）易起聚合反應(yīng)的乙炔氣體鋼瓶應(yīng)保證在存儲(chǔ)期限內(nèi)使用［3］。

（12）儀器用氣氣源設(shè)備和管路在使用過(guò)程中，為確保人員的安全，應(yīng)保證2個(gè)或2個(gè)以上操作人員同時(shí)進(jìn)入存儲(chǔ)氣源設(shè)備的儲(chǔ)氣室。儀器用氣氣源設(shè)備和管路在使用過(guò)程中應(yīng)定期檢查和維護(hù)。

廣西某雜銅冶煉廠檢測(cè)設(shè)備用氣按照國(guó)標(biāo)要求統(tǒng)一存儲(chǔ)在儲(chǔ)氣室內(nèi)，采用集中供氣的方式將氣體輸送至各檢測(cè)設(shè)備的用氣終端。鑒于冶煉廠檢測(cè)設(shè)備用氣管路的特點(diǎn)，對(duì)用氣管路在設(shè)計(jì)過(guò)程中的情況做一些介紹。

2.2 供氣管路的特點(diǎn)

廣西某雜銅冶煉廠需要用到儀器用氣的檢測(cè)設(shè)備分別是1臺(tái)直讀光譜儀、1臺(tái)X熒光儀、1臺(tái)ICP光譜儀、1臺(tái)原子吸收光譜儀、1臺(tái)原子熒光光譜儀和1臺(tái)高溫管式電阻爐，各檢測(cè)設(shè)備用氣情況見(jiàn)表1。檢測(cè)室精密高端的檢測(cè)設(shè)備采用氬甲烷、乙炔、氬氣和氧氣作為儀器用氣。具體是直讀光譜儀和ICP光譜儀采用高純氬氣作為載氣和背景氣，X熒光儀采用氬甲烷氣作為正比計(jì)數(shù)器，原子吸收光譜儀采用乙炔氣作為燃?xì)猓?］，原子熒光光譜儀采用氬氣作為載氣，高溫箱式電阻爐采用氧氣作為助燃?xì)猓瑱z測(cè)設(shè)備用氣的種類越來(lái)越多，管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)越來(lái)越重要。

表1 檢測(cè)設(shè)備用氣情況

雜銅冶煉廠檢測(cè)室現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況是：（1）檢測(cè)室是一棟單獨(dú)的三層建筑物，直讀光譜儀和X熒光儀配置在檢測(cè)室的一樓。（2）ICP光譜儀、原子吸收光譜儀、原子熒光光譜儀和高溫管式電阻爐配置在檢測(cè)室的二樓。（3）檢測(cè)室一樓靠陰面的端頭區(qū)域設(shè)置2個(gè)儲(chǔ)氣室，分別是儲(chǔ)氣室（一）和儲(chǔ)氣室（二）。按儀器用氣分類儲(chǔ)存的原則，儲(chǔ)氣室（一）存儲(chǔ)氬甲烷氣鋼瓶和乙炔氣鋼瓶，儲(chǔ)氣室（二）存儲(chǔ)氬氣和氧氣鋼瓶。各儀器用氣的存儲(chǔ)量一般按一晝夜耗用量的4～5倍進(jìn)行存儲(chǔ)。（4）儲(chǔ)氣室（一）和儲(chǔ)氣室（二）室內(nèi)的儀器用氣鋼瓶存儲(chǔ)在防爆氣瓶柜內(nèi)，室內(nèi)設(shè)置通風(fēng)換氣設(shè)施，防爆氣瓶柜內(nèi)的氣體探頭和通風(fēng)換氣設(shè)施的電氣開(kāi)關(guān)連鎖，當(dāng)探頭檢測(cè)到氣體泄漏時(shí)，通風(fēng)換氣設(shè)施的電氣開(kāi)關(guān)立即開(kāi)啟，保證通風(fēng)排氣的順利進(jìn)行。

3 供氣管路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

3.1 供氣管路系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

廣西某雜銅冶煉廠檢測(cè)設(shè)備儀器用氣氬甲烷氣和乙炔氣供氣管路，氬氣和氧氣供氣管路系統(tǒng)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1、圖2，因甲烷和乙炔屬于易燃易爆氣體，在其輸送管路上增加了回火防止器。

圖1 氬甲烷氣和乙炔氣供氣管路系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

圖2 氬氣和氧氣供氣管路系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

3.2 供氣管路簡(jiǎn)述

氬甲烷氣和乙炔氣氣源設(shè)備分別是氬甲烷氣鋼瓶和乙炔氣鋼瓶，氣體鋼瓶?jī)?nèi)的高壓氣體壓力為0.8～1.0MPa，高壓氣體經(jīng)一級(jí)減壓閥減壓到0.3～0.4MPa后由輸送管道輸送至二級(jí)減壓閥，經(jīng)二級(jí)減壓閥再次減壓到檢測(cè)設(shè)備的使用壓力后送至各儀器用氣的終端。為防止檢測(cè)設(shè)備點(diǎn)火時(shí)對(duì)甲烷氣或乙炔氣燃?xì)夤苈废到y(tǒng)中回火現(xiàn)象的發(fā)生，在輸送管上安裝1個(gè)回火防止器。為方便管路系統(tǒng)的開(kāi)啟，在輸送管上安裝1個(gè)球閥。

氬氣和氧氣氣源設(shè)備及管路系統(tǒng)與氬甲烷和乙炔氣體的基本相同，唯一不同的是在輸送管路系統(tǒng)末端未安裝回火防止器。

3.3 供氣管路材料統(tǒng)計(jì)表

檢測(cè)設(shè)備用氣供氣管路系統(tǒng)主要由氣源設(shè)備（氣體鋼瓶）、一級(jí)減壓閥、輸送管路、二級(jí)減壓閥、球閥、回火防止器、管卡、監(jiān)控及報(bào)警裝置組成。

檢測(cè)設(shè)備氬甲烷、乙炔、氬氣和氧氣供氣管路系統(tǒng)材料統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 供氣管路系統(tǒng)材料統(tǒng)計(jì)

（續(xù)表）

4 建議

隨著有色冶煉行業(yè)檢測(cè)設(shè)備數(shù)量的不斷增多，設(shè)備用氣的種類也相應(yīng)增加，檢測(cè)設(shè)備用氣管路系統(tǒng)也變得越來(lái)越復(fù)雜。通過(guò)對(duì)廣西某雜銅冶煉廠檢測(cè)設(shè)備用氣管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提出以下建議：

（1）對(duì)已建設(shè)并存在安全隱患的檢測(cè)設(shè)備用氣系統(tǒng)應(yīng)盡可能按照相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范要求進(jìn)行檢查和完善。

（2）對(duì)正在建設(shè)和未建設(shè)的檢測(cè)設(shè)備用氣系統(tǒng)應(yīng)按照相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)。

［1］周亮亮, 周麗娜. 雜銅冶煉廠超純水管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)有色冶金, 2014(6):51.

［2］GB50646-2011, 特種氣體系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S].

［3］GB50016-2006, 建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

［4］駱巨新.分析實(shí)驗(yàn)室裝備手冊(cè)[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2003.63-68.

［5］GB50235-2010, 工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范[S].

［6］熊少華. 大型銅冶煉廠檢化驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討[J]. 銅業(yè)工程, 2011(5):91-92.