实验室气体学习资料.docx
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实验室气体学习资料
实验室集中供气系统
一、项目规划流程
1.项目信息收集：
商务技术收集：
气体方面最主要参数收集：
气体使用设备情况的收集
介质
用气设备位置
用气点数
工作压力
工作流量
其他说明
结合以上的要求，将所有的信息作出如下表格：
取得这些信息后，我们可以综合客户的要求，如资金多少，气体的使用情况，系统使用的环境等因素，初步决定准备采用什么样级别配置：
将系统的配置分为三大部分：
传统实验室供气工艺流程：
高压气瓶（仪器边放置）→减压阀（气瓶附带）→气管（铜管）输出→终端阀→分析仪器
实验室集中供气工艺流程图一
实验室集中供气工艺流程图二
一、气源（气瓶、气瓶柜）
气体产品作为现代工业重要的基础原料，应用范围十分广泛，在现代科学技术的需要和推动下，气体产品品种、质量和数量等方面飞跃发展。
气体纯度和等级的划分：
由于气体分为：
单质气体、多元气体、混合气体和有机化合物气体等，通常将组成气体的物质（或元素）主成分命名称为该气体。
气体纯度的可理解为：
除本气体成份外，所含其它物质的多少。
例如：
1.氮气的纯度，是指除N成份外，含的O2、H2、Ar、CO2、H2O、金属、尘粒等杂质的多少；
2.氨气的纯度，是指除NH3成份外，含有的O2、N2、CO2、H2O、尘粒等杂质的多少；
3.如氮和氦的混合气，是指除N2和He成份外，含有的O2、CO2、H2O尘粒等杂质的多少。
准确表示气体的纯度，主要有二种方法。
即：
1、用百分数表示，如99%，99.5%,99.9%,99.99%,99.999%,99.9999%,99.99999%等。
2、用“N”表示，如3N，5N，4。
8N，5。
5N，6N，7N等，N数目与
（1）中的“9”的个数相对应，小数点后的数表示不足“9”的数。
如4N（99.99%），6N（99.9999%）,7N（99.99999%）,4.8N（99.998%）,5.5N（99.9995%）等。
根据气体纯度的不同，通常又将气体纯度分为四级，即普通气体、纯气体、高纯气体和超高纯气体。
气体纯度等级及配管表
气体等级
纯度要求
实验室应用
选用不锈钢管级别
普通气体
>99.9%
一般仪器
AP级（一般仪器）
纯气体
99.99-99.999%
常规精密仪器的供气
AP级或BA级
高纯气体
99.999-99.9999%
高精密仪器的供气
BA级
超高纯气体
>99.9999%
进口超精密仪器的供气
BP级或EP级
常用工业气体性能及安全简介
名称符号物化性能安全性储存形式
氮气N2无色无臭，惰性气体防窒息钢瓶/低温贮槽
氧气O2无色无臭，助燃禁油脂钢瓶/低温贮槽
氩气Ar无色无臭，惰性气体防窒息钢瓶/低温贮槽
氢气H2无色无臭，极易燃烧防火防静电钢瓶
乙炔C2H2无色有毒有味极易燃烧防明火及回火钢瓶
丙烷C3H8无色无臭，极易燃烧防火防静电钢瓶
二氧化碳CO2无色无臭，惰性气体防窒息钢瓶/低温贮槽
*乙炔、丙烷、二氧化碳在常温下均以液态形式储存于钢瓶中。
*乙炔能与铜和含铜超过70%的铜合金反应形成具有爆炸性的乙炔化物，应选用铁和钢材。
*所有的气体使用站区应保持通风，应充分考虑到安全、消防及救疗措施。
气瓶
气瓶的公称容积系列，在国家的相应标准中规定：
12L（含12L）以下为小容积，12L以上至100L（含100L）为中容积，100L以上为大容积。
表4—2常用气瓶公称工作压力
气体类别
公称工作压力（MPa）
常用气体
永久气体
tc＜-10℃
30
空气、氧、氢、氮、氩、氦、氖、氪、甲烷、煤气等
20
15
空气、氧、氢、氮、氩、氖、氦、氪、甲烷、煤气、三氟化硼、四氟甲烷（F—14）、一氧化碳等
液化气体tc≥-10℃
高压液化气体-10℃≤tc≤70℃
20
二氧化碳、氧化亚氮、乙烯、乙烷等
15
12．5
氙、氧化亚氮、六氟化硫、氯化氢、乙烷、乙烯、三氟氯甲烷（F—13）、三氟甲烷（F—23）、六氟乙烷（F—116）、偏二氟乙烯、氟乙烯、三氟溴甲烷（F—13B1）等
8
六氟化硫、三氟氯甲烷（F—13）、偏二氟乙烯、六氟乙烷（F—116）、氯乙烯、三氟溴甲烷（F—13B1）等
低压液化气体tc＞70℃且在60℃时Pc＞0．1MPa
5
溴化氢、硫化氢、碳酰二氯（光气）等
3
氨、丙烷、丙烯、二氟氯甲烷（F—22）、三氯乙烷（F—113）
2
氯、二氧化硫、环丙烷、六氟丙烷、二氯二氟甲烷（F—12）、偏二氟乙烷（F—152a）三氟氯乙烯、氯甲烷、甲醚、四氧化二氮、氟化氢、溴甲烷等
1．6
液化石油气
1
正丁烷、异丁烷、异丁烯、丁烯—1、丁二烯—1，3、二氯氟甲烷（F—21）、二氯四氟乙烷（F—114）、二氟氯乙烷（F—142）、二氟溴氯甲烷（F—12B1）、氯乙烷、氯乙烯、甲胺二甲胺、三甲胺乙胺、乙烯基甲醚、环氧乙烷等
二、气管管路及其配件
1、气管
选配适合的气管是高纯气体供气系统的重要组成部分，是能否将合符要求的高纯气体送至用气点仍保持质量合格的关键技术；选配气管包括管路系统的正确设计、管件及附件的选择、施工安装和试验测试等内容。
实验室气管通常采用316L（00Cr17Ni14Mo2）。
主要有铬、镍、钼三种合金元素，铬的存在提高了不锈钢在氧化性介质中的耐腐蚀性，形成一层富铬氧化膜；而钼的存在则提高了不锈钢在非氧化性介质中的耐腐蚀性；镍是奥氏体的形成元素，它们的存在既提高了钢的耐腐蚀性，又提高了钢的工艺性能。
在316L不锈钢熔炼制材过程中，每吨可吸收大约200g的气体。
不锈钢材加工完毕，不仅其表面粘有各种污染物，而且在其金属晶格内也吸留有一定量的气体。
当管路中有气流通过时，金属所吸留的这部分气体会重新进入气流中，污染纯净气体。
当管内气流为不连续流动时，管材对所通过的气体形成压力下吸附，气流停止通过时，管材所吸附的气体又形成降压解析，而解析的气体同样作为杂质进入管内纯净气体中。
同时，吸附、解析周而复始，使得管材内表面金属也会产生一定的粉末，这种金属粉尘粒子同样污染管内纯净的气体。
管材的这一特性至关重要，为了确保输送的气体的纯净度，要求管材内表面有一个极高的光滑度，且具有很高的耐磨特性。
316L管内壁材表面粗糙度RA值的，是衡量管材质量的一个重要标准。
内壁材表面粗糙度越高越容易形成管内气体高速流动引起的微涡流，将管内壁污染粒子带出，从而影响气体品质。
粗糙度越低，其颗粒携带可能性大大降低。
材表面粗糙度RA值的比较（RoughnessAverage,粗糙度平均值）
材质表面处理方式内表面粗糙度平均值（um）
316LAP（Annealing&Picking）酸洗钝化RA〈=1.0
316LBA（BrightAnneal）光辉烧结处理RA〈=0.8
316LEP（Electro-Polish）电解拋光处理RA〈=0.13-0.2
2、一级减压阀、终端二级减压阀：
材料为316L不锈钢，带气压力显示表，压力表接口1/4”NPT螺纹，本体不锈钢316SUS，气瓶连接端规格适用于所有符合国际标准的气瓶，出口端尺寸为1/4”，阀门进出口形式为卡套。
适用等级为6.0的气体。
泄漏率为10-1mbarL/SHe，进出口形式为盘管或卡套形式。
可调压力：
15-0Mpa或25-0Mpa。
3、气体汇流排（气瓶切换装）：
气体汇流排是一种集中充气或供气的装置,它是将多只钢瓶气体通过阀门、导管联接到汇流总管，以便同时对这些钢瓶充气；或者经减压、稳压后由管道输送到使用场所的专用设备，以保证用气器具的气源压力稳定可调，并达到不间断供气的目的。
根据操作性能可分为单侧式汇流排，双侧式汇流排，半自动汇流排，全自动汇流排，半自动切换、不停气维修汇流排；根据输出气压的稳定性还可分为单级式汇流排，双级式汇流排等。
挂墙模块式设计，一次性调压，阀芯材料为SUS316不锈钢；
工作温度：
-30℃~+60℃，进口最大承受压力为300Bar；
泄露率：
10-1mbarL/SHe；
产品出厂前均经超声波洁净处理（CFC-FREE环保处理）。
4、实验室气体报警
一个现代化的实验室，安全必须放在首位。
由于气瓶全部是集中存放，方便用户集中检查，节省成本和操作时间的同时，也当然存在安全隐患，但如果预警措施、安全措施到位的话，危险是可以避免的！
为用户节省些不必要的损失：
5、高压软管：
采用不锈钢高压金属软管连接钢瓶与切换装置，外管带弹簧圈保护，内管不锈钢丝缠绕，耐压达到20MPa，钢瓶接口处带防逆装置，保证换瓶时气体不泄漏，柔性连接方式可以方便快捷、有效提高换瓶时的安全可靠性。
6、卡套：
⑴采用316L材质；
⑵双卡套设计：
前卡套硬化处理提高耐震力及抓力，使管子在应急情形下不易松脱而造成危险；后卡套凹槽设计，降低扭力，可轻易将接头锁至标准密闭位置。
⑶螺帽内部螺纹做镀银处理，提供必要的润滑，延长螺纹寿命。
实验室集中供气的优点：
*保持气体纯度;
*不间断气体供应,系统可以以手动方式和自动方式在气瓶之间进行切换，保证气体连续供应
*低压警示,当气压低于警报限时，报警装置可自动启动报警
*气体压力稳定,系统采用两级减压方式供气，可得到非常稳定的压力
*高效率,通过供气控制系统，可充分使用气瓶中的气体，减少残气余量，降低用气成本
*操作简便，所有气瓶存放在同一位置，减少搬运安装的操作，节约时间和成本费用
*减少气瓶的租金，采用集中供气，可减少对气瓶数量的要求，从而节省气瓶的租用成本
*无气瓶在实验室，可提高安全性、提高安全感、节省实验室操作空间
*方便检查和维修
参考规范：
1.《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235-1997
2.《建筑设计防火规范》GB50016-2005
3.《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236-1998
附1：
气体系统中常用的资料
1．管道系统中常用的计算简单公式
a缝钢管壁厚的简易计算公式
---管道的实际壁厚（mm）
---管道的工作压力（MPa）
----管道的工程直径
---管道材料基本许用应力（Mpa）
---管道壁厚的增加值（mm），一般取2~3mm
b．管道通径计算
----管道的通经（mm）
---体积流量（m3/h）
---介子流速（m/s）
c.气体管道阻力损失的计算
：
管道沿程阻里损失（Pa）
：
管道的长度
：
管道的通径
：
沿程阻离因素
：
介子重度（N/m3）
：
端面的流速（m/s）
：
重力加速度（m/s2）
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