分散單點向集中供氣模式轉(zhuǎn)變的通用性和實用性

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科研院所肩負了國家科技創(chuàng)新與科技進步的重任，?而實驗室是科研人員進行試驗的場所，是科學(xué)研究的基地，科技發(fā)展的源泉。在科研實驗過程中需要用到氣體原料或者用作保護氣、實驗載氣;如?氫氣、?甲烷、乙炔、?氨氣、?氧氣、氮氣、二氧化碳等等。這些氣體通常用鋼瓶存放，以往實驗室普遍采用分散式單點供氣模式，即鋼瓶就近存放在用氣實驗室內(nèi)。隨著科研水平的不斷發(fā)展，實驗室使用到的氣體品種和數(shù)量也相應(yīng)增加，伴隨而來的是不斷發(fā)生的實驗室氣體爆炸、?中毒事故，造成了不可挽回的人員傷亡和財產(chǎn)損失。?為了降低氣體儲存供應(yīng)過程中存在的風(fēng)險，?避免易燃、有毒等氣體鋼瓶造成的危害，因此，?對分散式單點供氣模式向集中供氣模式轉(zhuǎn)變進行研究。

1.科研院所用氣環(huán)境存在的問題
1.1 氣體種類
? ? ?科研院所實驗室使用到的氣體種類較多”，按照氣體的性質(zhì)分類可分為易燃氣體、不燃氣體、毒性氣體，還有不同組分的混合氣，除少數(shù)用量大的液氮用儲罐儲存外，實驗室中氣體大都儲存在氣體鋼瓶中。目前少數(shù)實驗室已采用高純氣體鋼瓶進行集中供氣，比如技術(shù)物理研究所，高研院等科研院所的部分實驗室。還有一些實驗室使用到少量氫氣的如檢測分析儀，采用了氫氣發(fā)生器供氣，其余主要供氣方式為標(biāo)準(zhǔn)氣氣瓶供氣。
1.2? 實驗室氣體鋼瓶管理存在的問題
(1) 在實驗室實驗臺附近放置氧氣、氫氣、氮氣等氣體鋼瓶甚至多達十幾個。(2) 防火防爆設(shè)施不完善，缺少泄漏檢測報警設(shè)施。

(3)實驗室人員流動性大，學(xué)生的安全意識較淡薄， 甚至一些科研人員因長期用氣試驗，對一些不安全因素習(xí)以為常，這些都是風(fēng)險隱患。

(4)?人員責(zé)任分工不明確，缺少專人監(jiān)督和處理。

(5)規(guī)章制度不健全，對氣體鋼瓶使用缺少相應(yīng)的規(guī)章制度。

1.3 實驗室氣體使用存放過程的事故類型
? ? ?實驗室氣體使用、存放過程中存在的危險有害因素可能導(dǎo)致的事故類型有火災(zāi)、其他爆炸、容器爆炸、中毒與窒息。使用氫氣、甲烷、一氧化碳、丙烷等易燃氣體的裝置、管線、閥門等密封不嚴，在使用、 儲存、搬運等過程中若操作不當(dāng)、違反操作規(guī)程等人為因素”，或設(shè)備、管道、閥門等檢修不及時，沒有及時發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的故障等，都有可能導(dǎo)致物料的泄漏，進而與空氣混合形成爆炸性混合物，遇高熱或明火即會發(fā)生火災(zāi)、甚至爆炸、氣體鋼瓶內(nèi)的壓縮氣體可能因操作失誤、檢修時處置不當(dāng)?shù)仍?，致使突然受熱而急劇氣化膨脹，發(fā)生物理爆炸事故。一氧化碳屬于高毒物品，使用的氮氣、氬氣、氦氣、二氧化碳等屬于窒息性氣體。
2. 論證的必要性和意義
? ? ?調(diào)研方法主要有查閱文獻資料分析法、訪談法和實體調(diào)查法等。通過多種調(diào)研方法結(jié)合運用，對資料歸納、整理和分析，了解科研院所的實驗室供氣現(xiàn)狀， 總結(jié)安全供氣的寶貴經(jīng)驗，并發(fā)現(xiàn)不足和缺陷，結(jié)合實際，具體分析各類問題，尋求更完善的集中供氣方案。從而向科研院所進行推廣， 保障各研發(fā)實驗人員的人身安全及財產(chǎn)安全。常見的分散式單點供氣模式存在較大的風(fēng)險和安全隱患，通過論證集中供氣模式的通用性和實用性，分析如何從分散式單點供氣模式向集中供氣模式轉(zhuǎn)變，從而降低涉氣實驗室風(fēng)險，提升氣體供應(yīng)安全水平。
3. 集中供氣方案
3.1 集中供氣改造案例
? ? ?2019年，某科研院所實驗室進行了氣體安全改造，將實驗室內(nèi)分散式單點供氣模式改為集中供氣模式。對原有供氣間供氣系統(tǒng)進行升級改造，增加氣體盤面、氣體管道、調(diào)壓設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備及監(jiān)控設(shè)施，已有部分氣路管線改造并新增集中氣路管線排布。新增設(shè)備信號納入已有控制保護監(jiān)測系統(tǒng)， 一層的實驗室新增事故排風(fēng)系統(tǒng);實驗室及供氣間周邊室外泄爆區(qū)域的普通燈、監(jiān)控設(shè)備更換為防爆燈、防爆監(jiān)控等;可燃氣體供氣間、惰性供氣間、實驗室等涉及氣體區(qū)域新增監(jiān)控、 監(jiān)控儀表設(shè)備、并將信號(包含監(jiān)控信號、氣體濃度監(jiān)測信號、事故報警信號等)傳輸至監(jiān)控室，實現(xiàn)24小時監(jiān)控。 圖 1、 圖2 分別為單點供氣模式和集中供氣模式。

圖1

圖2

3.2 集中供氣方案設(shè)計時應(yīng)采取的安全設(shè)施
(1)建筑安全。氣體站有條件的應(yīng)建在室外，如果與實驗室在同一大樓內(nèi)， 則氣瓶間的位置要盡量位于人流較少且獨立的房間，與實驗室之間采用防爆墻分隔， 同時設(shè)置泄壓設(shè)施?？扇細怏w氣體站/氣瓶間地面應(yīng)做到平整、耐磨、不發(fā)火花;氣瓶間應(yīng)設(shè)置溫濕度計。氣體站內(nèi)應(yīng)根據(jù)氣體性質(zhì)分別存放，如易燃易爆氣體與助燃氣體分開存放， 毒性氣體單獨存放，相互間可能反應(yīng)的氣體應(yīng)分開放置; 應(yīng)分區(qū)存放實瓶與空瓶，并加注標(biāo)識，嚴禁混存。供氣間應(yīng)在保護范圍內(nèi)設(shè)置消火栓， 配備水帶和水槍，并應(yīng)根據(jù)需要配備干粉、二氧化碳等輕便滅火器材或氮氣、蒸汽滅火系統(tǒng)。
(2)管線及閥門。有可燃性、爆炸危險性、毒性及腐蝕性介質(zhì)的管道， 應(yīng)采用地上敷設(shè);不應(yīng)穿越與其無關(guān)的建筑物、構(gòu)筑物;不得穿過生活間、辦公室、配電室、儀表室、樓梯間和其他不使用氣體的房間，不宜穿過吊頂、技術(shù)(夾)層;穿過墻壁或樓板時應(yīng)敷設(shè)在套管內(nèi)，套管內(nèi)管段不應(yīng)有焊縫，穿越孔洞用阻燃材料封堵。氣體管道入口總管上應(yīng)設(shè)切斷閥門壓力表，分支管上宜設(shè)隔離閥門;各使用實驗室內(nèi)氣體管道進入處宜設(shè)置切斷閥。氣瓶、管路、 閥門和接頭應(yīng)固定，不得松動位移、根據(jù)管線、設(shè)備及附件的操作溫度、壓力、接觸介質(zhì)腐蝕性、沖擊、承重等程度不同，嚴格按規(guī)范進行材質(zhì)和密封材料選擇，并留有一定的腐蝕裕度。氫氣管道的管材設(shè)計采用無縫鋼管，閥門均采用球閥、截止閥、盡量減少不必要的連接點，防止可燃物泄漏。在鋼瓶出口管線上安裝安全閥、止回閥使之安全可靠。在匯流排出口設(shè)有雙閥，保證了某一部分發(fā)生事故時能徹底切斷;進、出實驗室的可燃氣體管道，在邊界處設(shè)置雙閥。為保證裝置開停工及檢修的需要，在有關(guān)管道上設(shè)置固定式或半固定式吹掃接頭。公用工程管線， 如氮氣管線與工藝管線相連時，按需安裝三閥組、 止回閥或“8”字盲板” 防止物料互竄引起爆炸。確保施工質(zhì)量，開工前做壓力實驗，確保設(shè)備、管線密封完好。
(3)防火、防爆設(shè)施。爆炸危險場所的電氣設(shè)備，包括照明燈具、配電箱、電動機及操作柱等均采用隔爆型; 電氣系統(tǒng)宜設(shè)置短路、過載保護裝置，便于迅速切斷電源，防止事故擴大。
(4) 防雷、防靜電設(shè)施。防雷接地、防靜電接地、電氣設(shè)備的工作接地、保護接地及信息系統(tǒng)的接地等，宜共用接地裝置， 其接地電阻不應(yīng)大于 4Ω。介質(zhì)中含有可燃氣體的設(shè)備、管道和法蘭等設(shè)有良好的靜電跨接措施。
(5)泄漏檢測報警及通風(fēng)設(shè)施。在可能有烴類、氫氣、一氧化碳等可燃、有毒氣體產(chǎn)生泄漏或有可能積聚的區(qū)域按規(guī)范GB50493-2019要求設(shè)置可燃、有毒氣體檢測器。
3.3 集中供氣站安全運行管理措施
? ? ?集中供氣系統(tǒng)投入使用后，應(yīng)建立行之有效的管理和維護流程，制訂集中供氣設(shè)備操作、維護、保養(yǎng)規(guī)程，包括氣體鋼瓶、調(diào)壓裝置、自動切換裝置等操作指南及注意事項， 為保證集中供氣系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行。
(1)完善規(guī)章制度，加強安全教育培訓(xùn)。從氣體鋼瓶的采購、搬運、存放、使用和廢舊瓶處理等幾個環(huán)節(jié)制定健全的規(guī)章制度;制定實驗技術(shù)人員崗位安全職責(zé)，并針對性進行使用操作培訓(xùn)。
(2)做好設(shè)備設(shè)施的維護、保養(yǎng)，定期檢測，確保安全運行。氣體站防雷裝置應(yīng)當(dāng)每年檢測一次，爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境場所的防雷裝置應(yīng)當(dāng)每半年檢測一次;鋼瓶及其安全附件均應(yīng)定期檢驗， 定期對集中供氣系統(tǒng)的匯流排、減壓閥、調(diào)節(jié)閥、止回閥等附件進行檢驗或校準(zhǔn)。
(3)制訂切實可行的事故應(yīng)急預(yù)案，配備適量的防護眼鏡、空氣呼吸器等應(yīng)急器材， 定期進行應(yīng)急演練， 加強應(yīng)急處置能力。
4 .集中供氣模式預(yù)期效果
? ? ?通過改造案例論證可知， 涉氣實驗室從分散式單點供氣模式向集中供氣模式轉(zhuǎn)變是一種必然的趨勢，針對不同類型的涉氣實驗室，應(yīng)采用與其相適用的集中供氣模式。新建實驗樓時，對使用少量惰性氣體且用氣點位分散的實驗室， 可在用氣實驗室門外設(shè)置小面積的集中供氣氣瓶間，惰性氣體由管道輸送至實驗室內(nèi)使用點，對于易燃易爆、有毒等氣體，則氣瓶間應(yīng)盡量建在室外，如果與實驗室在同一大樓內(nèi)，則氣瓶間的位置要盡量位于人流較少且獨立的房間，與實驗室之間采用防爆墻分隔。實驗室集中供氣系統(tǒng)通過采用品質(zhì)合格的集中供氣設(shè)備，輔以規(guī)范、嚴格的管理措施， 是減少實驗室危險源、降低風(fēng)險程度最具操作性措施，可快速達到提升實驗室本質(zhì)安全水平的效果。