Jeff DeWitt, 應(yīng)用工程師兼氣體分配系統(tǒng)工程師

許多實驗室、測試中心和工業(yè)場所都依賴于安全、持續(xù)的重要特殊氣體供應(yīng)來支持關(guān)鍵過程。輸送這些氣體的氣體分配系統(tǒng)是很重要的，但往往被忽視、不被重視。

為什么？氣體分配系統(tǒng)通常被視為一種公用工程。就像一個工廠的電網(wǎng)一樣，可能會被想當(dāng)然地認(rèn)為分配系統(tǒng)會一直按計劃工作。由于它們橫跨整個設(shè)施，沒有一個部門能單獨承擔(dān)系統(tǒng)優(yōu)化的任務(wù)。對于工廠經(jīng)理來說，其他緊急的運(yùn)營事務(wù)通常能得到優(yōu)先考慮。

(資料圖)

氣體分配系統(tǒng)非常關(guān)鍵，它們是提高安全性和控制整個工業(yè)設(shè)施成本的關(guān)鍵。

什么是氣體分配系統(tǒng)？

氣體分配系統(tǒng)是由卡套管、公稱管和其他元件組成的網(wǎng)絡(luò)，將加壓氣體從氣源輸送到所需的使用點。通常情況下，它們：

·為供氣系統(tǒng)提供一個接入點

·將氣源壓力降低到底限時，實現(xiàn)不間斷的氣體供應(yīng)

·可處理反應(yīng)性、毒性、腐蝕性或高純度氣體

何為利害攸關(guān)？

不當(dāng)?shù)臍怏w分配系統(tǒng)可能導(dǎo)致嚴(yán)重的風(fēng)險。

氣體分配系統(tǒng)通常在高壓和高溫下處理內(nèi)容物。從系統(tǒng)中逸出的氣體可能會對附近的工作者造成灼傷或其他傷害，即使該氣體本身并不危險。過壓也會損壞敏感的下游設(shè)備，導(dǎo)致代價高昂的維修和更換。而在氣體分配系統(tǒng)攜帶危險、有毒或易燃?xì)怏w的情況下，任何被忽視的泄漏都會對工作者和設(shè)備構(gòu)成更嚴(yán)重的風(fēng)險。

即使是看似無害的氣體泄漏也會給工廠操作員帶來問題。輕微的氣體泄漏可能會在很長一段時間內(nèi)不被注意到，而這種損失的成本可以累積起來。像氮氣這樣的氣體的不明泄漏 — 氮氣通常為每標(biāo)準(zhǔn)立方英尺 (scf) 0.01 美元 — 每年可導(dǎo)致數(shù)萬美元的損失。與更昂貴的氣體（如每立方英尺 1 美元的氦氣）泄漏相關(guān)的成本可能會累積得更快。根據(jù)美國國家安全委員會的數(shù)據(jù)，2020年的工傷總成本為 1639 億美元。

氣體分配子系統(tǒng)的解釋

運(yùn)營一個安全、高效的氣體分配系統(tǒng)，首先要有適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)組成。

氣體分配系統(tǒng)的主要功能是降低供應(yīng)源的壓力，并在穩(wěn)定的壓力下將其輸送到使用點，并盡可能地減少中斷。這可以通過搭建配備四個關(guān)鍵子系統(tǒng)的氣體分配系統(tǒng)來可靠地實現(xiàn)：氣源進(jìn)氣口連接、氣體壓力控制、自動切換裝置和使用點。

氣源進(jìn)氣口將高壓氣源連接到氣體分配系統(tǒng)。進(jìn)氣口必須具有適當(dāng)?shù)臍馄窟B接、軟管、卡套管、過濾器、排氣、吹掃和泄放功能。氣體控制面板可能不包括標(biāo)準(zhǔn)的氣源接口—氣體接口需要確認(rèn)規(guī)格，確定面板能正確的與鋼瓶相連。一些高壓和/或有害氣體（包括氧氣）也需要使用專用軟管。

氣體壓力控制面板完成了首次減壓，并確保將源氣體以正確的流量輸送到系統(tǒng)的下一級。減壓可通過單級調(diào)壓閥或兩級調(diào)壓閥實現(xiàn)，但確定正確的進(jìn)氣和輸氣壓力具有挑戰(zhàn)性?？紤]介質(zhì)之間的差異十分重要，例如壓力為 116 psi (8 bar) 左右的瓶裝氨和壓力為 4351 psi (300 bar) 的瓶裝氮之間的差異。同時，許多使用兩級調(diào)壓閥的氣瓶可能不需要。這可能是節(jié)省成本的機(jī)會。

自動切換面板可從一種氣源切換到另一種氣源，以確保到關(guān)鍵使用點的不間斷供應(yīng)。這是通過兩個調(diào)壓閥的交錯設(shè)定點執(zhí)行的，從而使系統(tǒng)在更換主要氣源時可以繼續(xù)運(yùn)行。利用自動切換面板可以幫助您通過確保從每個氣瓶中獲得盡可能多的氣體來減少浪費(fèi)。自動切換系統(tǒng)切換氣源時，不需要人工操作，可以節(jié)省直接人力并降低風(fēng)險。

使用點提供了關(guān)鍵的最后控制階段。這些子系統(tǒng)通常具有調(diào)壓閥、壓力表和隔離閥，為操作員提供了方便和準(zhǔn)確的壓力調(diào)節(jié)方法。如使用設(shè)備可以接受氣源壓力的變化，則可以使用單級調(diào)壓閥來降低成本和復(fù)雜性。

設(shè)計和裝配氣體分配系統(tǒng)

正確的元件選擇、合理的設(shè)計和裝配以及持續(xù)的維護(hù)對氣體分配系統(tǒng)的長期可靠性至關(guān)重要。

元件選擇

元件選擇不當(dāng)是導(dǎo)致氣體系統(tǒng)不安全或成本過高的常見原因。鑒于市場上有各種各樣的一般工業(yè)用接頭、閥門、調(diào)壓閥和其他元件，要想確信自己做出了理想的選擇是很困難的。

例如，選擇合適的調(diào)壓閥 取決于幾個關(guān)鍵特征。合適的調(diào)壓器將：

·能夠調(diào)節(jié)到您系統(tǒng)所需的壓力

·提供合適的流通能力 (Cv)，以滿足您在使用點的需求

·用于物料兼容的材料制成，在日常使用的過程中不會腐蝕或以其他方式劣化（這對系統(tǒng)中的所有元件都是如此）

系統(tǒng)設(shè)計

考慮周全的系統(tǒng)設(shè)計對于確保所有元件共同工作以提供更好的系統(tǒng)效率和安全性也是至關(guān)重要的。理想情況下，您的子系統(tǒng)應(yīng)該有盡可能少的螺紋連接，以減少潛在的泄漏點。它們還應(yīng)該被設(shè)計為擁有直觀的操作和維護(hù)。具有明確標(biāo)記的操作元件的氣體面板可以簡化使用步驟，減少用戶出錯的可能性。

除了單個子系統(tǒng)外，整個系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)考慮到您的氣體分配需求的預(yù)期目的和功能。在搭建新系統(tǒng)或修改現(xiàn)有系統(tǒng)的過程中也是如此。當(dāng)涉及到卡套管布線、元件選擇等方面時，做出一致的、深思熟慮的選擇，有助于建立一個更安全、更高效的系統(tǒng)。

裝配和安裝

系統(tǒng)裝配和安裝過程中的錯誤可能會導(dǎo)致不希望出現(xiàn)的安全后果。裝配不當(dāng)，加上加壓前的測試不充分，不僅會威脅到系統(tǒng)的長期性能，還會威脅到操作員和旁觀人員的安全。缺乏與流體系統(tǒng)相關(guān)的培訓(xùn) 是導(dǎo)致裝配和安裝問題的一個關(guān)鍵原因。一旦安裝完成，操作員也必須接受適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)，以使用和維護(hù)這些系統(tǒng)。

維護(hù)

更易于維護(hù)的氣體面板有助于大大減少維護(hù)工作。將主要元件（如調(diào)壓閥）設(shè)計在前部而非后部的面板，可以使它們在需要更換過濾器或其他維護(hù)任務(wù)時更容易進(jìn)行檢視。

易接觸的減壓閥優(yōu)勢：

·節(jié)省30 分鐘到2小時的時間，具體視情況而定

·在每個維護(hù)間隔期可節(jié)省數(shù)千美元

如果您在設(shè)計、搭建和裝配新的氣體系統(tǒng)或評估現(xiàn)有系統(tǒng)的問題方面需要幫助，具有壓力控制專業(yè)知識的流體系統(tǒng)專家可以幫助您。選擇預(yù)先設(shè)計的、經(jīng)過充分測試的、標(biāo)準(zhǔn)化的子系統(tǒng)作為單一零部件編號，也可以盡可能地減少您的工程師在學(xué)習(xí)、指定和采購新系統(tǒng)方面的時間。供應(yīng)商也可以根據(jù)需要增加功能或進(jìn)行修改以符合您的要求。

第三方評估可以幫助確定更大的系統(tǒng)升級機(jī)會，為調(diào)壓閥尺寸調(diào)整和選擇提供信息，并為工程解決方案的設(shè)計和組裝提供指導(dǎo)。熟悉特定氣體輸送挑戰(zhàn)的顧問還可以就如何修改現(xiàn)有系統(tǒng)以滿足新要求提供建議。

盡管它通常被忽視，但氣體輸送是您的設(shè)施安全、高效和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵部分。您的氣體分配系統(tǒng)值得仔細(xì)研究。