1 引言
隨著銅冶煉行業競爭的加劇，冶煉企業對產品質量的要求越來越高，環保理念也越來越受到人們的重視，各種精密高端的檢測設備相繼被采用，如直讀光譜儀、X熒光儀、ICP光譜儀、原子吸收光譜儀等，所涉及的這些精密高端的檢測設備通常需要用到工藝用氣作為載氣、燃氣、助燃氣或保護氣。因檢測設備工藝用氣具有耗用量小、純度要求高等特點，在以往的設計中，為方便工藝氣體的使用，通常是將工藝用氣的氣源設備和管路配置在鄰近檢測設備的區域，而沒有考慮工藝用氣對設備操作人員和電氣線路造成的安全隱患問題。目前關于檢測設備工藝用氣管路系統設計的文獻資料還很少，主要是檢測設備工藝用氣管路系統沒有得到人們的重視。今后隨著國家對工業生產中安全問題的重視，檢測設備工藝用氣管路系統的設計一定會得到人們的關注。
本文以廣西某雜銅冶煉廠檢測設備工藝用氣管路的設計為例，探討工藝用氣管路的設計原則和特點，為有色行業檢測設備的“氣體管路工程”的設計提供一定的參考。
2 供氣管路的設計原則和特點
2.1 供氣管路的設計原則
雜銅冶煉廠檢測設備工藝用氣管路的設計應嚴格按照相關的國家標準和規范的要求。國家標準《特種氣體系統工程技術規范》規定，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[1]。按照相關國標的要求，特種氣體的氣源設備和管路的配置應該滿足以下要求：
(1)因檢測設備工藝用氣的種類比較多，作為氣源設備的氣體鋼瓶、儲氣罐等應盡可能集中存儲，但存儲之前應考慮所存儲的氣體是否可以兼容，不能兼容的氣體應該分類、分開存儲。存儲氬甲烷、乙炔、氬氣和氧氣鋼瓶的儲氣室應根據存儲氣體的性質分為可燃性氣體間、惰性氣體間和氧化性氣體間，應根據建筑防火等級的不同，對儲氣室進行建筑、結構的設計，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)為方便氣源設備的搬運和安裝，存儲工藝用氣的儲氣室應盡量配置在建筑物的底層，鄰近檢測設備且處于陰面朝向的單獨隔間內，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向疏散方向開啟，有爆炸危險的儲氣室門窗應采用撞擊時不產生火花的材料制作[1]。
(3)存儲工藝用氣的儲氣室應按氣體的防爆等級要求，考慮通風排氣設施。
(4)工藝用氣的氣源設備應盡量統一存儲在防爆氣瓶柜內，防爆氣瓶柜應具有安全防爆、聲光報警、排氣、防滑到等功能。為確保工藝用氣的安全使用，儲氣室內還需安裝氣體泄漏報警系統。
(5)工藝用氣管路的材質應選用管道內壁潔凈、光滑，不會被所輸送氣體腐蝕并易于現場加工的材料。
(6)工藝用氣管路從氣源設備的出口到檢測設備的用氣終端之間的管路應盡可能短。管路施工時，應優先采用連續無接口、整根的管路，以減少管路接頭的數量，盡量避免管路上工藝用氣的泄露。工藝用氣管路在施工過程中，應現場確定實際尺寸后，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1米。
(7)可燃性、氧化性特種氣體管道應設置導出靜電的接地措施 。
(8)工藝氣體鋼瓶上的減壓閥應專用且不漏氣。開啟高壓氣瓶時，操作者應站在氣瓶出口的側面，動作要慢以減少氣流摩擦，防止產生靜電。工藝氣體鋼瓶內氣體不能全部用盡，應保持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可能吸附在氣瓶內壁上，而當氣瓶壓力下降時，被吸附在內壁上的雜質會解吸出來污染高純氣體[4]。
(9)工藝用氣氣源設備和管路的安裝、驗收是一項專業性較強的工作，必須由具有特種氣體管道安裝資質的專業公司來進行。
(10)工藝用氣管路在使用前，應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三遍以上的吹掃，以保證管路內壁的清潔。吹掃完畢后，應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12小時，考慮溫度波動后壓力表讀數變化小于5%為合格。
(11)易起聚合反應的乙炔氣體鋼瓶應保證在存儲期限內使用[4]。
(12)工藝用氣氣源設備和管路在使用過程中，為確保操作人員的安全，應保證兩個或兩個以上操作人員同時進入存儲氣源設備的儲氣室。工藝用氣氣源設備和管路在使用過程中應定期檢查和維護。
廣西某雜銅冶煉廠檢測設備工藝用氣按照國標要求統一存儲在儲氣室內，采用集中供氣的方式將工藝氣體輸送至各檢測設備的用氣終端。鑒于冶煉廠檢測設備工藝用氣管路的特點，下面對工藝用氣管路在設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工藝用氣的檢測設備分別是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，各檢測設備用氣情況見表1。檢測室精密高端的檢測設備采用氬甲烷、乙炔、氬氣和氧氣作為工藝用氣。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器，原子吸收光譜儀采用乙炔氣作為燃氣，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[2]，檢測設備工藝用氣的種類越來越多，管路系統的設計越來越重要。
表1 檢測設備用氣情況
雜銅冶煉廠檢測室現場的實際情況是：(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域設置兩個儲氣室，分別是儲氣室(一)和儲氣室(二)。按工藝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。各工藝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)室內的工藝用氣鋼瓶存儲在防爆氣瓶柜內，室內設置通風換氣設施，防爆氣瓶柜內的氣體探頭和通風換氣設施的電氣開關連鎖，當探頭檢測到氣體泄漏時，通風換氣設施的電氣開關立即開啟，保證通風排氣的順利進行。
3 供氣管路設計簡介
3.1 供氣管路系統簡圖
廣西某雜銅冶煉廠檢測設備工藝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。
氬甲烷氣(乙炔氣)氣體鋼瓶 → 一級減壓閥 → 輸送管道 → 二級減壓閥 → 球閥 → 回火防止器 → 各工藝用氣終端
圖1 氬甲烷氣和乙炔氣供氣管路系統簡圖
氬氣(氧氣)氣體鋼瓶 → 一級減壓閥 → 輸送管道 → 二級減壓閥 → 球閥→ 各工藝用氣終端
圖2 氬氣和氧氣供氣管路系統簡圖
3.2 供氣管路簡述
氬甲烷氣和乙炔氣氣源設備分別是氬甲烷氣鋼瓶和乙炔氣鋼瓶，氣體鋼瓶內的高壓氣體壓力為0.8-1.0MPa，高壓氣體經一級減壓閥減壓到0.3-0.4MPa后由輸送管道輸送至二級減壓閥，經二級減壓閥再次減壓到檢測設備的使用壓力后送至各工藝用氣的終端。為防止檢測設備點火時對甲烷氣或乙炔氣燃氣管路系統中回火現象的發生，在輸送管上安裝1個回火防止器。為方便管路系統的開啟，在輸送管上安裝1個球閥。
氬氣和氧氣氣源設備及管路系統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末端未安裝回火防止器。
3.3 供氣管路的材料統計表
檢測設備工藝用氣供氣管路系統主要由氣源設備(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、監控及報警裝置。
檢測設備氬甲烷、乙炔、氬氣和氧氣供氣管路系統材料統計見表2。
表2 供氣管路系統材料統計
4 結論及建議
廣西某雜銅冶煉廠檢測設備工藝用氣管路系統主要有氬甲烷氣、乙炔氣、氬氣和氧氣共四套管路系統，根據對各管路系統的設計得出了以下結論及建議。
對已建設并存在安全隱患的檢測設備工藝用氣系統應盡量按照相應的國標及規范要求進行改造和完善。對正在建設和未建設的檢測設備工藝用氣系統應嚴格按照相應的國標及規范要求進行設計和建設。
[參考文獻]
[1] GB50646-2011，特種氣體系統工程技術規范[S].
[2] 熊少華.大型銅冶煉廠檢化驗系統設計探討[J].銅業工程，2011，(5)：91-92.
[3] GB50016-2006，建筑設計防火規范[S].
[4] 駱巨新.分析實驗室裝備手冊[M].北京：化學工業出版社，2003.63，68.
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