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技术导航 | 浅谈实验室气体管道

   日期:2021-06-16     来源:上海沪试实验室器材股份有限公司 干成亮    浏览:560    
核心提示:实验室人员与设施的安全至关重要,气体是实验室中必不可少的组成部分,如何消除与降低气体带来的安全隐患需要贯穿于气体系统设计、建设、运行的全过程。
 

小代君说

1、实验室安全

随着经济的发展,我国加大了各项领域的科学研究投入,相应的实验室发展迅速,不过近年来实验室的安全事故也频频发生;实验室安全事故的原因有很多种,实验室气体存放与使用不当是其中之一。实验室仪器分析过程中需要使用到各种种类繁多的气体,这些气体是实验室运行中必不可少的组成部分,我们需要对一些常见的,或者对自己将要用到的气体进行充分的了解后,再根据特性进行使用,以减少安全事故的发生。

2、实验室气体

一般实验室可能会用到氢气、乙炔、氧气、甲烷、氮气、二氧化碳、氩气、压缩空气、氦气、一氧化碳、氧化亚氮、硫化氢、二氧化硫等气体,以下为各高压气体安全相关的简要特性:

 

2.1、氢气:氢气比空气轻得多,在室内使用和储存时,如漏气会上升滞留屋顶不易排出,与空气或氧气混合能形成爆炸性混和物,遇热或明火即会发生爆炸。

 

2.2、乙炔:无色无臭,比空气轻,与空气或氧气混合能形成爆炸性混合物,遇明火、高温物体、静电、放射性等点火源,极易燃烧爆炸。能与铜、银、汞等的化合物生产爆炸性物质。在一定温度和压力条件下,纯乙炔也会发生自身直接分解爆炸。

 

2.3、氧气:无色无臭,比空气略重,与易燃物(如氢气、乙炔、甲烷等)形成有爆炸性的混合物

 

2.4、甲烷:无色无臭,比空气轻,易燃,具窒息性,与空气或氧气混合能形成爆炸性混和物,遇热或明火即会发生爆炸。

 

2.5、氮气:无色无臭,不燃,高浓度窒息。

 

2.6、二氧化碳:无色无臭,不燃,高浓度窒息。

 

2.7、氩气:无色无臭,不燃,高浓度窒息。

 

2.8、压缩空气:无色无臭,有助燃性。

 

2.9、氦气:无色无臭,不燃,高浓度窒息。

 

2.10、一氧化碳:无色无臭,易燃易爆气体,有毒性在血中与血红蛋白结合而造成组织缺氧。

 

2.11、氧化亚氮:无色有甜味的气体,助燃。

 

2.12、硫化氢:无色有恶臭的气体,比空气重,易燃,具强刺激性。是强烈的神经毒物,对粘膜有强烈刺激作用。

 

2.13、二氧化硫:无色特臭的气体,比空气重,不燃、有毒,具有强刺激性。

3、实验室气源形式

3.1、实验室气体采用的供应方式如下:

实验室气源通常来源于高压气体钢瓶、气体储罐、气体发生器、气体压缩机、空分管网气体。

 

3.2、常用瓶装气体按照气源分类如下:

压缩气体:空气、氧气、氮气、氩气、氦气、氢气、甲烷、一氧化碳等;

溶解气体:乙炔;

液化气体:二氧化碳、氧化亚氮、硫化氢、氨、二氧化硫等。

 

3.3、气体储罐

常用气体储罐为液氮、液氩。

 

3.4、发生器

常用发生器为空气发生器、氮气发生器、氢气发生器。

 

3.5、气体压缩机

此种方式主要用于空气,一般的实验室空气用量较大,同时对气体要求较低,因此可考虑根据气体用量设置相应的空气压缩机,空气压缩机需要考虑设备的散热及其产生的气体的油水及杂质处理。

 

3.6、空分管网气体

化工实验室通常建设于化工厂内,其厂区通常有空分装置,空分装置产生的气体可进行利用,输送至实验室;主要有管网氮气、管网空气。

 

3.7、以上气体的几种供应方式,相对而言高压气瓶危险性更大。

4、实验室分散供气

4.1、传统实验室,经常可在实验室内发现仪器附近有放置高压气瓶进行就近供气;采用就近供气主要有如下隐患:

(1)实验室气体种类繁多且复杂,根据常用气体的特性简介,这些气体基本都存在安全隐患,具有易燃、易爆、毒性、窒息性等特性,同时高压气瓶具有内部气体压力高、存量大的特点,高压部分一旦泄漏,即可能会在短时间内造成重大安全事故。

(2)部分气体相互之间会发生反应,如果有会发生燃烧或爆炸等强烈反应的气体同时泄漏或连环爆炸,亦可能会引起造成人员伤害、分析数据丢失与经济损失。

(3)一般的40L高压气瓶压力多数为15Mpa,气瓶高压段如有部件损坏,可能会损伤附近的分析人员与仪器。

 

4.2、实验室常用的分析仪器如色谱、质谱等,在工作时都需要连续使用气体,要求气体供应不能间断,以免影响数据分析及科研结果;如采用分散供气,那么需要长期对气瓶进行管理,同时一般实验室内不能断气的仪器数量会相对较多,带来分散的气瓶数量增多,从而会导致分析人员频繁更换气瓶,增加运输费用,降低工作效率,也占用了有限的实验室空间。

 

4.3、实验室有不少气体属于消防严格控制的甲、乙类物品(比如氢气、乙炔、甲烷、氧气等)。实验室内甲、乙类物品存放量有严格限制,超过规定将导致建筑物无法进行验收。

 

4.4、综合考虑,实验室推荐采用集中供气的方式,气源站设为独立建筑。

5、实验室集中供气

5.1、实验室各种气体集中放置于独立的气源站内,结合相关标准规范及实验室气体特性可知,气体气源站及集中供气系统建设时需要考虑如下内容:

(1)独立气源站需要根据国家规范进行建设,根据气源站内各气体的类型,选择对应的建筑类型、建筑物组件的耐火等级、相应的建筑地面,易燃易爆气体需要进行相应的建筑泄爆计算,气源站内的电气设施需根据对应的级别进行电气选型与设计。

 

(2)在一定条件下,部分气体会发生相互反应,可能会发生爆炸、引起中毒等情况,因此在气源存放时需要将这类气体分开存放,如氢气、乙炔、甲烷等易燃易爆气体需要与氧气、压缩空气等助燃性气体分开存放;另外易燃易爆气体应该尽量放置于独立的房间,避免相互影响发生连环爆炸。

 

(3)实验室气体特性决定气体钢瓶需要存储于阴凉、避免阳光直射的气源站,同时远离火种、热源。气源站温度不宜超过30摄氏度,需要保持气体钢瓶密封良好,避免泄漏发生安全事故。

 

(4)实验室中各类气体的用气量存在差异,设计时需要预估一定使用周期内的各类气体用气量,从而确定各种气体钢瓶的存放量,避免频繁更换气瓶,也可通过减少不必要的气瓶存放降低隐患,减少气瓶租用费用。

 

(5)气体供应系统设置主用气瓶与备用气瓶,主用与备用气瓶之间可自动切换,另外采用低压报警监测气瓶压力,当气瓶压力低于一定值时,低压报警发出报警信号提醒分析人员及时更换气瓶,保证气体连续供应。

 

(6)实验室气体具有易燃、易爆、有毒、窒息等特性,需要根据气体种类进行隐患消除,可采用如下措施: 

①具有窒息性的气体需要监测存储区域的氧含量,氧含量气体检测器靠近泄漏点,其安装高度距地坪(或楼地板)0.3~0.6m。

②具有可燃性的气体需要监测存储区域的浓度(爆炸极限的占比),可燃气体检测器的安装高度需要根据气体与空气的比重进行确定,检测比空气重的可燃气体检测器,其安装高度距地坪(或楼地板)0.3~0.6m。检测比空气轻的可燃气体检测器,其安装高度高出释放源0.5~2m。

③具有毒性的气体需要监测存储区域的浓度(最高允许浓度值的占比),有毒气体检测器的安装高度需要根据气体与空气的比重进行确定,检测比空气重的有毒气体的检测器,靠近泄漏点,其安装高度距地坪(或楼地板)0.3~0.6m。检测比空气轻的有毒气体的检测器,其安装高度高出释放源0.5~2m。

④正常情况下,实验室气体储存区域需要保持自然通风,避免气体集聚造成危害;非正常情况下,当气体突然发生大量泄漏,气体储存区域内的气体浓度达到一定值时,气体检测器发出报警,同时输出报警信号至强制排风系统,自动启动强排风机将泄漏的气体排放至安全区域,使气体浓度下降至安全范围内,从而消除危害。

⑤可燃、助燃气体气瓶及管道需要进行静电接地,防止静电积聚,避免发生静电引爆可燃气体爆炸性混合物。可燃气体管道需要设置于防雷保护区域内。所有防雷防静电接地装置定期检测,接地电阻每年至少检测一次,对爆炸危险环境场所的防雷装置每半年检测一次。

⑥可燃气体与有毒气体设置紧急切断阀与气体检测器联动,当气体检测器报警时自动控制切断阀切断气源,消除释放源。

⑦可燃气体与有毒气体设置排空系统,排空系统将气源区管道内残留与置换的气体排空至室外,排空管道高于屋面2m以上。

⑧可燃气体设置阻火器,避免气体回火。

 

(7)设定专门的气瓶管理规章制度,进行专人管理、监督、处理、定期检查。

 

5.2、气源输送

(1)集中气源站与气体使用的建筑物通常有一定的距离,需要设置架空管廊,在确定管道的布置及敷设方式时,需要结合气体种类、气源与用气区域的实际情况进行综合考虑;其中易燃易爆气体应进行架空输送,管道支架采用非燃烧体。架空管道不与电缆、导电线路、高温管线敷设在同一支架上。

(2)乙炔管道的制作千万不能用紫铜,因为会形成乙炔铜,而乙炔铜是一种引爆剂。

(3) 管道之间采用全自动焊接或其它有效防止气体泄漏的连接方式,避免采用卡套、法兰等。

(4) 气体管道不进入不使用该气体的房间。

(5) 氧气阀门及管道禁油。

6、结束语

实验室人员与设施的安全至关重要,气体是实验室中必不可少的组成部分,如何消除与降低气体带来的安全隐患需要贯穿于气体系统设计、建设、运行的全过程。

 

 

 
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