周亮亮，周麗娜

（1. 中國瑞林工程技術(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)競爭的加劇，冶煉企業(yè)對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，環(huán)保理念也越來越受到人們的重視，各種精密高端的檢測設(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設(shè)備通常需要用到儀器用氣作為載氣、燃氣、助燃氣或保護氣。因檢測設(shè)備用氣具有耗用量小的特點，在以往的設(shè)計中，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設(shè)備的區(qū)域，而沒有考慮高純度用氣對設(shè)備操作人員和電氣線路所造成的安全隱患問題。目前關(guān)于檢測設(shè)備用氣管路系統(tǒng)設(shè)計的文獻資料還很少，主要是檢測設(shè)備用氣管路系統(tǒng)沒有得到人們的普遍重視。今后隨著國家對工業(yè)生產(chǎn)中安全問題的重視，檢測設(shè)備用氣管路系統(tǒng)的設(shè)計一定會逐漸得到人們的關(guān)注。

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

2 供氣管路的設(shè)計原則和特點

2.1 供氣管路的設(shè)計原則

雜銅冶煉廠檢測設(shè)備用氣管路的設(shè)計應(yīng)滿足相關(guān)的國家標準和規(guī)范要求。國標《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)國標的要求，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）因檢測設(shè)備用氣的種類比較多，作為氣源設(shè)備的氣體鋼瓶、儲氣罐等應(yīng)盡可能集中存儲，但存儲之前需要考慮所存儲的氣體是否可以兼容，不能兼容的氣體必須分類、分開存儲。存儲氬甲烷、乙炔、氬氣和氧氣鋼瓶的儲氣室應(yīng)根據(jù)存儲氣體的性質(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)建筑防火等級的不同，對儲氣室進行建筑、結(jié)構(gòu)的設(shè)計，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)備的搬運和安裝，儀器用氣的儲氣室應(yīng)盡量配置在建筑物的底層，鄰近檢測設(shè)備且處于陰面朝向的單獨隔間內(nèi)，隔間需考慮一定的卸爆安全距離。存儲可燃性、氧化性、惰性氣體的儲氣室開門應(yīng)朝向有利于人員疏散的方向開啟，有爆炸危險的儲氣室門窗需要采用撞擊時不產(chǎn)生火花的材料制作［2］。

（3）儀器用氣的儲氣室應(yīng)按氣體的防爆等級要求，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)一存儲在防爆氣瓶柜內(nèi)，防爆氣瓶柜應(yīng)具有安全防爆、聲光報警、排氣、防滑倒等功能。為確保儀器用氣的安全使用，儲氣室內(nèi)還需安裝氣體泄漏報警系統(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，不會被所輸送氣體腐蝕并易于現(xiàn)場加工的材料。

（6）儀器用氣管路從氣源設(shè)備的出口到檢測設(shè)備的用氣終端之間的管路應(yīng)盡可能短。管路施工時，應(yīng)優(yōu)先采用連續(xù)無接口、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程中，應(yīng)現(xiàn)場確定實際尺寸后，再將管線實行分割，以免浪費材料，管路上的標準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。開啟高壓氣瓶時，操作者應(yīng)站在氣瓶出口的側(cè)面，動作緩慢以減少氣流摩擦，防止產(chǎn)生靜電。工藝氣體鋼瓶內(nèi)氣體不能全部用盡，應(yīng)保持0.2～1.0MPa的余壓，以備充氣單位檢驗取樣時防止其它氣體倒灌。應(yīng)限定氣體鋼瓶的最低使用壓力，因為在高壓下氣體中的雜質(zhì)可能吸附在氣瓶內(nèi)壁上，而當氣瓶壓力下降時，被吸附在內(nèi)壁上的雜質(zhì)會解析出來污染高純氣體［4］。

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

（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，并采用高純氮氣進行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)采用高純氮氣進行檢漏保壓試驗，試驗壓力為工作壓力的1.15倍，試壓12h，考慮溫度波動后壓力表讀數(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)保證在存儲期限內(nèi)使用［3］。

（12）儀器用氣氣源設(shè)備和管路在使用過程中，為確保人員的安全，應(yīng)保證2個或2個以上操作人員同時進入存儲氣源設(shè)備的儲氣室。儀器用氣氣源設(shè)備和管路在使用過程中應(yīng)定期檢查和維護。

廣西某雜銅冶煉廠檢測設(shè)備用氣按照國標要求統(tǒng)一存儲在儲氣室內(nèi)，采用集中供氣的方式將氣體輸送至各檢測設(shè)備的用氣終端。鑒于冶煉廠檢測設(shè)備用氣管路的特點，對用氣管路在設(shè)計過程中的情況做一些介紹。

2.2 供氣管路的特點

廣西某雜銅冶煉廠需要用到儀器用氣的檢測設(shè)備分別是1臺直讀光譜儀、1臺X熒光儀、1臺ICP光譜儀、1臺原子吸收光譜儀、1臺原子熒光光譜儀和1臺高溫管式電阻爐，各檢測設(shè)備用氣情況見表1。檢測室精密高端的檢測設(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數(shù)器，原子吸收光譜儀采用乙炔氣作為燃氣［6］，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氣，檢測設(shè)備用氣的種類越來越多，管路系統(tǒng)的設(shè)計越來越重要。

表1 檢測設(shè)備用氣情況

雜銅冶煉廠檢測室現(xiàn)場的實際情況是：（1）檢測室是一棟單獨的三層建筑物，直讀光譜儀和X熒光儀配置在檢測室的一樓。（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室的二樓。（3）檢測室一樓靠陰面的端頭區(qū)域設(shè)置2個儲氣室，分別是儲氣室（一）和儲氣室（二）。按儀器用氣分類儲存的原則，儲氣室（一）存儲氬甲烷氣鋼瓶和乙炔氣鋼瓶，儲氣室（二）存儲氬氣和氧氣鋼瓶。各儀器用氣的存儲量一般按一晝夜耗用量的4～5倍進行存儲。（4）儲氣室（一）和儲氣室（二）室內(nèi)的儀器用氣鋼瓶存儲在防爆氣瓶柜內(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)施的電氣開關(guān)連鎖，當探頭檢測到氣體泄漏時，通風(fēng)換氣設(shè)施的電氣開關(guān)立即開啟，保證通風(fēng)排氣的順利進行。

3 供氣管路設(shè)計簡介

3.1 供氣管路系統(tǒng)簡圖

廣西某雜銅冶煉廠檢測設(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)簡圖見圖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)簡圖

圖2 氬氣和氧氣供氣管路系統(tǒng)簡圖

3.2 供氣管路簡述

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，氣體鋼瓶內(nèi)的高壓氣體壓力為0.8～1.0MPa，高壓氣體經(jīng)一級減壓閥減壓到0.3～0.4MPa后由輸送管道輸送至二級減壓閥，經(jīng)二級減壓閥再次減壓到檢測設(shè)備的使用壓力后送至各儀器用氣的終端。為防止檢測設(shè)備點火時對甲烷氣或乙炔氣燃氣管路系統(tǒng)中回火現(xiàn)象的發(fā)生，在輸送管上安裝1個回火防止器。為方便管路系統(tǒng)的開啟，在輸送管上安裝1個球閥。

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)計表

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

檢測設(shè)備氬甲烷、乙炔、氬氣和氧氣供氣管路系統(tǒng)材料統(tǒng)計見表2。

表2 供氣管路系統(tǒng)材料統(tǒng)計

（續(xù)表）

4 建議

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

（1）對已建設(shè)并存在安全隱患的檢測設(shè)備用氣系統(tǒng)應(yīng)盡可能按照相應(yīng)的國家標準及規(guī)范要求進行檢查和完善。

（2）對正在建設(shè)和未建設(shè)的檢測設(shè)備用氣系統(tǒng)應(yīng)按照相應(yīng)的國家標準及規(guī)范要求進行設(shè)計和建設(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[J]. 中國有色冶金, 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)計防火規(guī)范[S].

［4］駱巨新.分析實驗室裝備手冊[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系統(tǒng)設(shè)計探討[J]. 銅業(yè)工程, 2011(5):91-92.