在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目中，氣體是重要的公用工程之一。但氣路泄漏可能造成火災(zāi)、爆炸、窒息、中毒等危險(xiǎn)，氣路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與科研人員的安全密切相關(guān)。近年來(lái)，實(shí)驗(yàn)室用氣安全事故頻發(fā)，造成了巨大的人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失。從設(shè)計(jì)本質(zhì)安全的角度出發(fā)，實(shí)驗(yàn)室氣路設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)在滿足科研和生產(chǎn)的需求基礎(chǔ)上，符合各項(xiàng)規(guī)范要求，將風(fēng)險(xiǎn)降低。與工業(yè)生產(chǎn)性項(xiàng)目不同，實(shí)驗(yàn)室用氣具有品種多、用量少;間歇操作多;生產(chǎn)狀態(tài)不固定，改造可能大等特點(diǎn)。根據(jù)類(lèi)型和用途的不同，一般可分為以下幾類(lèi)：

(1)動(dòng)力用氣：常用壓縮空氣，用于機(jī)械設(shè)備動(dòng)力氣源、儀表動(dòng)力氣源、清洗吹掃用氣等;

(2)保護(hù)用氣：常用氮?dú)?，特殊情況下會(huì)采用氦、氬等稀有氣體，用于化學(xué)合成等操作的保護(hù)氣;

(3)分析用氣：為保證壓力穩(wěn)定和氣體純度，一般采用鋼瓶供氣。常用的分析實(shí)驗(yàn)類(lèi)別和用氣類(lèi)型見(jiàn)表1。

(4)生物實(shí)驗(yàn)用氣：細(xì)胞培養(yǎng)和動(dòng)物房常用二氧化碳。氣體的安全風(fēng)險(xiǎn)因素包括了可燃、爆炸、有毒、窒息等，如何在保證供氣穩(wěn)定、質(zhì)量可靠等需求的同時(shí)，確保用氣的安全，是設(shè)計(jì)中必須考慮的重要問(wèn)題。用氣安全的設(shè)計(jì)不僅與氣體供應(yīng)和分配輸送系統(tǒng)自身相關(guān)，也需要與建筑整體消防、防爆等安全設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，綜合協(xié)調(diào)。

根據(jù)使用需求和場(chǎng)地條件的差異，實(shí)驗(yàn)室氣體供應(yīng)可采取不同的方式。大量的氣體供應(yīng)可采取動(dòng)力站集中供應(yīng)的方式，例如空壓站、制氮站、液氧 / 液氮槽及汽化裝置等;對(duì)于用量不大，純度和穩(wěn)定性要求高的使用場(chǎng)景，一般采用鋼瓶匯流排供應(yīng);對(duì)于用量極小，且場(chǎng)地不適宜集中供應(yīng)的使用場(chǎng)景，也可采用就地的小型設(shè)備供應(yīng)，例如小型的空壓機(jī)、制氮機(jī)、氫氣發(fā)生器等。

實(shí)驗(yàn)室的建筑定性一般為公共建筑或丙類(lèi)廠房。為了兼顧運(yùn)輸需要和管路敷設(shè)，氣源站一般設(shè)在建筑物首層靠外墻的房間處或室外，以盡量滿足通風(fēng)、泄爆要求。JGJ 91—2019 《科研建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)此做了適當(dāng)放寬，日用量不到一瓶的氣體，可以在有安全防護(hù)設(shè)施(如帶排風(fēng)的氣瓶柜等)時(shí)放置一瓶在室內(nèi)。一般來(lái)說(shuō)，氣瓶間適宜做成半敞開(kāi)式的，以便進(jìn)行自然通風(fēng)措施，但要同時(shí)考慮避免太陽(yáng)直曬的措施，例如布置在建筑背陰面或設(shè)置百葉。如果無(wú)法滿足自然通風(fēng)條件，則應(yīng)有至少 3次 / 小時(shí)的機(jī)械通風(fēng)，對(duì)于可燃?xì)怏w，通風(fēng)次數(shù)應(yīng)達(dá)到 6次 / 小時(shí)，并考慮 12次 / 小時(shí)的事故排風(fēng)。對(duì)于多種類(lèi)別氣體同時(shí)存在的情況，應(yīng)按氣體的火災(zāi)危險(xiǎn)性和毒性進(jìn)行類(lèi)別判定，并綜合考慮化學(xué)反應(yīng)可能性、法規(guī)要求的管控級(jí)別等各種因素進(jìn)行布置。一般來(lái)說(shuō)，可以按照易燃性氣體、毒性 / 腐蝕性氣體、氧化性 / 惰性氣體、劇毒性氣體進(jìn)行區(qū)分布置。根據(jù) GB 50016—2014 (2018 年版)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》，爆炸下限小于 10% 的氣體屬于甲類(lèi)物質(zhì)，氫氣、甲烷、乙烷、乙炔等都在其列。對(duì)于甲類(lèi)氣體鋼瓶間，為了不影響建筑定性，當(dāng)層的甲類(lèi)區(qū)面積需不超過(guò)本層建筑面積的 5%，同時(shí)需要滿足泄爆面積計(jì)算[1]。某設(shè)計(jì)實(shí)例中，整體建筑定性為丙類(lèi)廠房，首層靠外墻處設(shè)了一個(gè) 3m 寬，1.5m 深的鋼瓶間，此深度滿足鋼瓶擺放和操作檢修空間需求。首層層高 6m，梁高 1m。則可獲得的最大泄爆面積為 ：

由此可見(jiàn)，當(dāng)有氫氣存在的情況下，常規(guī)的單面泄爆往往難以滿足泄爆需要，因此一般將甲類(lèi)氣瓶間設(shè)置在建筑物以外，采取輕質(zhì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)或輕質(zhì)雨蓬，以做到三面甚至四面泄爆，或者直接使用格柵做圍護(hù)，保證與室外的通風(fēng)，減少可燃?xì)怏w積聚。

可 能 有 可 燃 氣 體 釋 放 的 區(qū) 域，應(yīng) 該 根 據(jù) GB50058—2014《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》劃分爆炸性危險(xiǎn)區(qū)域，并根據(jù)危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖指導(dǎo)區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)計(jì)，選用合適的電氣設(shè)備，包括配電箱、接線箱、插座、燈具、探頭、儀表等。尤其是有快拆接口、法蘭處需進(jìn)行此考慮，焊接管道不視為釋放源。氣瓶拆裝處、氣體放散口、安全閥泄放點(diǎn)等區(qū)域可能需考慮為二級(jí)釋放源，建議進(jìn)行爆炸危險(xiǎn)性區(qū)域劃分。實(shí)驗(yàn)室常用的可燃?xì)怏w分級(jí)見(jiàn)表2[2]，相關(guān)的電氣防爆設(shè)計(jì)以此為依據(jù) ：

對(duì)室外鋼瓶間進(jìn)行爆炸性危險(xiǎn)區(qū)劃分時(shí)，可以參考典型示例圖1[2]。

圖1 可燃?xì)怏w重于空氣的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分示例圖(1)

對(duì)于裝置設(shè)備容積≤ 95 m3，壓力≤ 3.5 MPa，流量≤ 38 L/s 的二級(jí)釋放源，可以將爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的半徑從 15 m 縮小至 4.5 m。由于常用的比空氣重的可燃?xì)怏w多為烴類(lèi)，在壓力稍高時(shí)已經(jīng)液化。以丙烷為例，在環(huán)境溫度下，壓力超過(guò) 1.0 MPa 時(shí)即開(kāi)始液化，鋼瓶?jī)?nèi)可有氣液兩相共存，氣相的壓力是對(duì)應(yīng)溫度下的飽和蒸氣壓。當(dāng)環(huán)境溫度取 50 °C 時(shí)，飽和蒸氣壓為 1.77 MPa，未超過(guò) 3.5 MPa，可以適用此條款。對(duì)于常見(jiàn)的比空氣重的可燃?xì)怏w氣瓶，爆炸性危險(xiǎn)區(qū)可以劃分如圖2 所示[2]。

圖2 可燃?xì)怏w重于空氣的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分示例圖(2)

圖3 可燃?xì)怏w輕于空氣的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分示例圖

(3)對(duì)于氫氣鋼瓶，由于密度更低，更易擴(kuò)散，只需劃球形即可

根據(jù)各類(lèi)常用可燃?xì)怏w的特點(diǎn)，可知一般爆炸性危險(xiǎn) 2 區(qū)劃分，在平面上一般需要半徑 4.5 m，立面上根據(jù)氣體類(lèi)型不同，4.5 m 或 7.5 m 不等。在平面布置設(shè)計(jì)中，首先需要確定釋放源。如果能固定氣瓶擺放的位置，可以以氣瓶出口和匯流排等主要的閥門(mén)、法蘭、快接口為釋放源點(diǎn)。但實(shí)際生產(chǎn)中往往會(huì)出現(xiàn)更換氣瓶、檢修等情況，氣瓶間內(nèi)也需要考慮空瓶的暫時(shí)堆放，而此“空瓶"只是壓力不滿足使用需求，仍然有泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。因此，一般以氣瓶間的柵欄為釋放源的邊界，劃定爆炸危險(xiǎn)性區(qū)域平面范圍。確定爆炸危險(xiǎn)性區(qū)域后，應(yīng)避免將相鄰的室內(nèi)房間劃入爆炸危險(xiǎn)性區(qū)域，否則會(huì)增加不必要的成本。平面布置上，在 4.5 m 半徑范圍內(nèi)不宜有門(mén)、窗、墻孔。在立面布置上，根據(jù)可燃?xì)怏w密度的不同，從釋放源向上的 4.5 m 或 7.5 m，也不宜開(kāi)窗或開(kāi)墻孔。如果開(kāi)窗，窗臺(tái)高度需要超出爆炸性危險(xiǎn)性區(qū)域的范圍。在某設(shè)計(jì)實(shí)例中，一層層高為 6 m，二層窗臺(tái)高1 m，假定氣瓶出口高度為 1.2 m，考慮到室內(nèi)外高差后，與窗臺(tái)高差僅為 6.35 m，當(dāng)放置甲烷氣體鋼瓶時(shí)，二層房間將被劃進(jìn)爆炸性危險(xiǎn) 2 區(qū)范圍。因此采用了出挑混凝土結(jié)構(gòu)雨蓬的方法，如圖5 所示，設(shè)置雨蓬后，即使氣瓶沿氣瓶間柵欄外側(cè)放置，氣瓶出口到二層窗戶(hù)的距離為 2.665 + 0.5 + 4.493 = 7.658 m，超過(guò)了 7.5 m 的范圍，避免將爆炸性危險(xiǎn)區(qū)影響二層。但采用此方法時(shí)，需要注意采取措施，避免氫氣等輕質(zhì)可燃?xì)怏w在雨蓬下積聚。

對(duì)于可燃?xì)怏w鋼瓶間及氧氣鋼瓶間，在滅火器設(shè)計(jì)時(shí)參考 C 類(lèi)嚴(yán)重危險(xiǎn)級(jí)設(shè)計(jì)，常采用干粉磷酸銨鹽滅火器或二氧化碳滅火器。室內(nèi)鋼瓶間設(shè)計(jì)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)時(shí)，一般參考中危險(xiǎn)Ⅱ級(jí)設(shè)計(jì)。但某些特殊氣體可能與水反應(yīng)，導(dǎo)致產(chǎn)生有毒有害產(chǎn)物、不可控放熱、加劇燃燒等后果，此類(lèi)情況下應(yīng)避免采用水消防系統(tǒng)。

對(duì)于鋼瓶供氣設(shè)施，一般采用匯流排的形式，對(duì)多個(gè)氣瓶(或杜瓦瓶等)進(jìn)行集中減壓，確保供氣的持續(xù)穩(wěn)定。一個(gè)典型的氣瓶匯流排設(shè)計(jì)如圖6所示。典型的匯流排設(shè)計(jì)應(yīng)具有減壓、安全閥、吹掃閥、(半)自動(dòng)切換和低壓報(bào)警等功能。

(1)切換功能：切換是匯流排的主要設(shè)置需求。設(shè)計(jì)中常常采取一用一備或多用多備的方式，將多個(gè)氣瓶通過(guò)匯流排并聯(lián)起來(lái)供氣。當(dāng)一組用完后自動(dòng)關(guān)閉聯(lián)通本組的閥門(mén)，切換到備用組，這樣可以保證氣體的連續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)。根據(jù)切換方式不同，匯流排可分為手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)類(lèi)別。

(2)報(bào)警功能：對(duì)氣瓶組壓力的監(jiān)測(cè)，是保證使用穩(wěn)定性的需求，也是安全的需求。當(dāng)氣瓶壓力過(guò)低，接近大氣壓時(shí)，氣瓶如受冷會(huì)導(dǎo)致外界氣體倒灌入鋼瓶，當(dāng)氣瓶再次充裝時(shí)，純度達(dá)不到要求。對(duì)于可燃?xì)怏w鋼瓶，如果有空氣混入，當(dāng)再次充裝高壓可燃?xì)鈺r(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致爆炸。尤其是對(duì)乙炔等溶解性質(zhì)的鋼瓶，內(nèi)部有硅藻土和丙酮的混合溶劑，在較低的壓力下吸附更多氣體。如果過(guò)度使用造成壓力過(guò)低，部分丙酮揮發(fā)，重復(fù)裝填時(shí)，將無(wú)法獲得足夠的裝填壓力，如果強(qiáng)行裝填極易爆炸。因此，氣瓶的低壓報(bào)警是必須的。即使對(duì)手動(dòng)和半自動(dòng)匯流排，或不需切換的單瓶匯流排，也應(yīng)送出報(bào)警信號(hào)，通知更換鋼瓶。如果所有氣瓶壓力都低于臨界值，則切斷供氣。

(3)減壓功能：鋼瓶氣的初始?jí)毫σ话爿^高，如氮?dú)狻鍤獾蠕撈康膬?chǔ)存壓力可達(dá) 15 ~ 20 MPa，需經(jīng)過(guò) 1 ~ 2 級(jí)減壓后方可滿足一般的輸送管道等級(jí)限制。因此，常規(guī)會(huì)在每個(gè)氣瓶組出口設(shè)減壓閥組。閥后不必再采用能耐受高壓的管道，因此還需設(shè)置安全閥。

(4)吹掃功能：為保證每次更換氣瓶后，匯流排內(nèi)進(jìn)入的空氣被排空，保證供氣純度，需設(shè)置吹掃閥和吹掃管路，以防止更換氣瓶時(shí)，外界空氣進(jìn)入管路系統(tǒng)，也方便在更換氣瓶時(shí)，先將管道中高壓氣體排空。對(duì)于可燃助燃?xì)怏w，一般另外設(shè)一瓶氮?dú)庥糜诖祾?。吹掃管路可以和安全閥泄放出口并聯(lián)，最終的排放口需注意防雨、防異物進(jìn)入的措施，還需注意排放口安全，不可對(duì)著人員可能經(jīng)過(guò)的途徑。

氣路輸送的壓力選擇，需要考慮以下因素：

(1)氣路輸送的壓力上限，受氣源的限制。如果采用空壓機(jī)或制氮機(jī)做為氣源，則氣源壓力由設(shè)備選型確定，常規(guī)在 0.6 ~ 1.0 MPa 左右。使用液態(tài)氣體儲(chǔ)槽或杜瓦罐氣化法時(shí)，一般可達(dá)到 1.0 MPa 的出口壓力。鋼瓶壓力較高，一般遠(yuǎn)超過(guò)輸送要求;

(2)從減少主管管徑，以節(jié)約管道材料成本和吊頂空間的角度出發(fā)，當(dāng)總質(zhì)量流量不變時(shí)，流速范圍相對(duì)固定，壓力越大則管徑越小。在當(dāng)前管道和閥門(mén)等級(jí)的設(shè)計(jì)壓力滿足需求時(shí)，應(yīng)盡量提高主管的輸送壓力;

(3)從減少減壓閥數(shù)量的角度出發(fā)，如果某區(qū)域有較多需求同一壓力的使用點(diǎn)，可以共用一組減壓閥直接減到所需壓力。但如果某區(qū)域有較多不同壓力的使用點(diǎn)，則需要主管壓力滿足最高的使用點(diǎn)壓力需求，在末端分別減壓。實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以將這兩種思路結(jié)合起來(lái);

(4)對(duì)于單個(gè)使用點(diǎn)流量遠(yuǎn)大于其余使用點(diǎn)的情況，宜將其從主管上單獨(dú)做一路減壓，或獨(dú)立設(shè)置緩沖罐。以避免其啟停對(duì)同一支管的其余使用點(diǎn)壓力產(chǎn)生較大波動(dòng)。實(shí)踐中，這類(lèi)大流量的單個(gè)使用點(diǎn)開(kāi)啟關(guān)閉時(shí)，常造成相關(guān)管道的嘯叫或震動(dòng)，對(duì)相鄰使用點(diǎn)壓力產(chǎn)生較大沖擊，有一定安全隱患。某設(shè)計(jì)實(shí)例如圖7 所示，實(shí)驗(yàn)臺(tái)、通風(fēng)柜等標(biāo)準(zhǔn)家具需求 0.3 MPa 的壓縮空氣，同時(shí)也有較多落地設(shè)備，使用壓縮空氣的壓力在 0.5 ~ 0.9 MPa 不等，還有部分噴房等設(shè)備，使用壓縮空氣量很大，啟停時(shí)會(huì)對(duì)其余使用點(diǎn)造成干擾。因此采取的策略是，空壓站提供 0.9 ~ 1.0 MPa 的壓縮空氣，預(yù)先分出一路減壓到 0.3 MPa，供標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)家具的用氣點(diǎn)使用。保留一路 0.9 MPa 的主管，在末端分別減壓，供不同的設(shè)備用氣點(diǎn)使用。對(duì)于單個(gè)流量較大的設(shè)備，直接從主管上分支出一路，而非房間的次一級(jí)主管，同時(shí)設(shè)緩沖罐。

氣體泄漏可能導(dǎo)致燃燒、爆炸、中毒風(fēng)險(xiǎn);氮?dú)獾榷栊詺怏w泄漏可能導(dǎo)致窒息風(fēng)險(xiǎn)，即使氧氣也會(huì)導(dǎo)致高氧中毒現(xiàn)象。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于以下可能發(fā)生氣體泄漏，或泄漏后積聚產(chǎn)生嚴(yán)重后果的區(qū)域應(yīng)當(dāng)設(shè)氣體探頭：

(1)氣體入口室或分配室，如減壓站、氣瓶間等;

(2)有可燃?xì)怏w管路經(jīng)過(guò)的技術(shù)夾層、管井;

(3)氣體使用點(diǎn)。根據(jù) GB/T 50493—2019 《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，常見(jiàn)類(lèi)別氣體的報(bào)警值設(shè)定見(jiàn)表3 [3]，可燃?xì)怏w和有毒氣體的參考特征值分別按爆炸下限(LEL)和職業(yè)接觸限制確定(OEL)，實(shí)際設(shè)計(jì)中可根據(jù)需求，降低報(bào)警限制，提高靈敏度。

當(dāng)檢測(cè)到氣體泄漏時(shí)，采取報(bào)警、事故通風(fēng)、切斷閥門(mén)等聯(lián)鎖措施，保障人員安全和避免火災(zāi)、爆炸。各措施的設(shè)計(jì)要求如下：

(1)遠(yuǎn)程報(bào)警：氣體報(bào)警信號(hào)一般接入有人員常駐的控制室。對(duì)于小型項(xiàng)目，未設(shè)獨(dú)立的中控室或樓宇自控系統(tǒng)，也可以設(shè)計(jì)就地控制器并最終接入消防控制室。但需要注意，按照《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，接入消防控制系統(tǒng)的信號(hào)應(yīng)從氣體報(bào)警的就地控制器或主機(jī)來(lái)，不可以從探頭直接接入。

(2)就地報(bào)警：氣體泄漏點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置就地報(bào)警措施。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)中，除了在可能的泄漏點(diǎn)附近設(shè)計(jì)聲光報(bào)警器，出入口門(mén)外也會(huì)設(shè)置光報(bào)警器，尤其是實(shí)驗(yàn)室面積較大，或?qū)嶒?yàn)無(wú)人值守的情況。

(3)事故通風(fēng)：如果常態(tài)通風(fēng)不能滿足 12 次 /h 的換氣次數(shù)要求，或房間的通風(fēng)開(kāi)啟時(shí)間不能覆蓋存在氣體泄漏的時(shí)間段，則需要設(shè)計(jì)事故排風(fēng)，接受氣體報(bào)警信號(hào)啟動(dòng)，并視需要設(shè)計(jì)補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)。

(4)應(yīng)急切斷：一般在氣體主管路上或在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)區(qū)域的位置設(shè)置切斷閥，接受來(lái)自本區(qū)域氣體探頭的信號(hào)，用于當(dāng)氣體泄漏時(shí)緊急切斷供氣。某些設(shè)計(jì)實(shí)例提出當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，由于非消防電源切斷，自控系統(tǒng)失效后，可能無(wú)法根據(jù)需要切斷氣源，屆時(shí)氣體泄漏會(huì)造成二次險(xiǎn)情，因此應(yīng)急切斷閥同時(shí)也響應(yīng)消防系統(tǒng)的信號(hào)，當(dāng)火災(zāi)報(bào)警時(shí)也進(jìn)行切斷動(dòng)作。

與其他工藝管道一樣，氣體管道一般集中布置在工藝管井內(nèi)。管井上設(shè)置方便開(kāi)啟的檢修門(mén)，以供檢修和維護(hù)。但是可燃?xì)怏w的管道應(yīng)明敷，若敷設(shè)在管井或技術(shù)夾層內(nèi)時(shí)，需要考慮管井和技術(shù)夾層空間內(nèi)的事故排風(fēng)，并采取可燃?xì)怏w報(bào)警裝置。GB50177—2005 《氫氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)氫氣管路做了不得穿越生活區(qū)、辦公區(qū)和不使用氫氣房間的規(guī)定。從安全和降低設(shè)備成本的角度，為了優(yōu)化可燃?xì)怏w管道走向，應(yīng)在平面布置初期就做此考慮，可盡量將使用氫氣等可燃?xì)怏w的房間布置在建筑靠外墻一側(cè)，同時(shí)將氣瓶間布置在此側(cè)，這樣在外立面允許的條件下，管道可以沿外墻直接進(jìn)入使用點(diǎn)的房間，全程無(wú)需穿越管井、技術(shù)夾層和其他房間。某設(shè)計(jì)實(shí)例中，當(dāng)氫氣管道無(wú)法全程明敷直接進(jìn)入使用位置時(shí)，采用了多種措施保障不發(fā)生泄漏和積聚：氫氣管道穿越房間吊頂上方時(shí)，全程設(shè)置封閉套管;氫氣管道和套管都做 100% 無(wú)損檢測(cè);套管內(nèi)外管之間抽真空，并設(shè)置壓力儀表監(jiān)測(cè)真空狀態(tài)，當(dāng)真空度發(fā)生波動(dòng)時(shí)，報(bào)警并聯(lián)鎖切斷供氣閥門(mén);在管道路徑的吊頂內(nèi)設(shè)置可燃?xì)怏w報(bào)警裝置?？傊瑲饴饭艿赖淖呦虿贾檬艿綀?chǎng)地土建條件的限制，具體采用什么程度的措施用氣安全要求需要綜合考慮各方面因素和規(guī)范要求進(jìn)行評(píng)審。

實(shí)驗(yàn)室的氣體，根據(jù)不同的工藝需求，使用的溫度、壓力、純度等工況是不同的，因此管道材料的選用要結(jié)合具體的需求區(qū)別對(duì)待，滿足生產(chǎn)工藝要求，盡量經(jīng)濟(jì)合理。實(shí)驗(yàn)室用氣具有流量小、間歇使用的特點(diǎn)，需要考慮減少二次污染，提高供氣可靠性的需求。不銹鋼具有化學(xué)穩(wěn)定性好，滲透性小，吸附性差的特性， 304 或 316L 不銹鋼在氣體輸送中應(yīng)用較為普遍。由于末端使用點(diǎn)管徑小，常見(jiàn) DN 6到 DN 8，因此末端一般采用 tube 類(lèi)型的薄壁管，采用卡箍式連接或 VCR 連接，便于未來(lái)檢修維護(hù)。對(duì)于氧氣管道，還需要注意墊片、閥門(mén)填料等應(yīng)當(dāng)采取不燃材料，如聚四氟乙烯或不銹鋼等。管道需要嚴(yán)格脫脂，以防止高氧分壓下，加速氧化過(guò)程，放熱導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生。乙炔與銅反應(yīng)會(huì)生成易爆物乙炔銅(CuC2)，因此乙炔管路禁止采用銅質(zhì)材料。

一般來(lái)說(shuō)，較小管徑氣體管道(小于 DN 100)使用球閥較多，但有以下情況需注意選用隔膜閥 ：

(1)氧氣不宜用球閥。這是由于打開(kāi)的過(guò)程中，當(dāng)氣體經(jīng)過(guò)小孔從高壓區(qū)域流向低壓區(qū)域時(shí)，由于節(jié)流效應(yīng)的存在，體積會(huì)迅速膨脹，速度可能突破音障。當(dāng)下游有障礙物，例如未全部開(kāi)啟的調(diào)壓閥、關(guān)閉的下游閥門(mén)等，可能導(dǎo)致局部溫度過(guò)高。對(duì)于氧氣等助燃?xì)怏w系統(tǒng)，可能點(diǎn)燃管路中的可燃材料。為避免此過(guò)程帶來(lái)的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，建議采取隔膜閥作為氧氣管道的開(kāi)關(guān)閥。

(2)高純氣體或可燃?xì)怏w宜選用隔膜閥。隔膜閥的密封性能較好，可以有效防止外界空氣中雜質(zhì)混入，或可燃?xì)怏w泄漏。同時(shí)，隔膜閥具有死區(qū)體積小的特點(diǎn)，易吹掃干凈。

涉及可燃?xì)獾氖褂眯枨髸r(shí)，在消防安全定性方面主要受到兩部規(guī)范的限制：

《建筑設(shè)計(jì)防護(hù)規(guī)范》規(guī)定，當(dāng)易燃、助燃類(lèi)氣體的用量不超過(guò)限值時(shí)，方可不定義為甲乙類(lèi)生產(chǎn)區(qū)，與氣體相關(guān)條目如表4 所示[2]。

表4 可不按物質(zhì)危險(xiǎn)特性確定生產(chǎn)火災(zāi)危險(xiǎn)性類(lèi)別的最大允許量(節(jié)選)

《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》的劃分主要取決于爆炸性氣體混合物的出現(xiàn)頻率，并考慮環(huán)境的通風(fēng)情況，具體等級(jí)的判斷取決于氣體本身的性質(zhì)，具體可參考表2。根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的條文解釋?zhuān)邇?nèi)在是統(tǒng)一的，對(duì)典型甲類(lèi)氣體的用量控制，是考慮了泄漏后達(dá)到爆炸下限的相應(yīng)比例計(jì)算得到的。但《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》對(duì)甲乙類(lèi)生產(chǎn)區(qū)的判定和《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)爆炸性氣體環(huán)境的劃定在實(shí)際操作中又指向不同的需求，前者更多限制建筑定性和建筑防爆、泄爆，后者限制的主要是電氣設(shè)備的防爆等級(jí)。實(shí)際設(shè)計(jì)中會(huì)面臨更復(fù)雜的情況，下文結(jié)合兩個(gè)實(shí)例展開(kāi)探討：

實(shí)踐中，可燃?xì)怏w的使用點(diǎn)常常不滿足電氣防爆等級(jí)需求，例如氫氣是分析實(shí)驗(yàn)常用載氣之一，即使根據(jù)用量定性，設(shè)計(jì)在甲類(lèi)房間內(nèi)，或房間內(nèi)固定的電氣設(shè)備按防爆類(lèi)別設(shè)計(jì)，但市面上也很少有滿足電氣防爆的相關(guān)儀器，無(wú)法做到本質(zhì)安全。某設(shè)計(jì)實(shí)例中，在甲類(lèi)實(shí)驗(yàn)區(qū)，因儀器不防爆的原因不適合劃分電氣防爆區(qū)域。依據(jù)《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》中“可燃物質(zhì)可能出現(xiàn)的最高濃度不超過(guò) 10% LEL 時(shí)，可劃為非爆炸危險(xiǎn)區(qū)域" [2] 的規(guī)定，采取了相關(guān)措施：①可燃?xì)怏w的操作限制在局部排風(fēng)設(shè)備內(nèi)進(jìn)行，并將相關(guān)排風(fēng)機(jī)定義為事故風(fēng)機(jī)，一用一備，按二級(jí)負(fù)荷供電;②設(shè)置可燃?xì)怏w探頭，報(bào)警值按 5%/10%，聯(lián)鎖到事故風(fēng)機(jī)和供氣切斷閥;③控制可燃?xì)怏w的相關(guān)操作在局部排風(fēng)設(shè)備內(nèi)進(jìn)行。通過(guò)以上措施，將本甲類(lèi)區(qū)的電氣防爆定為非爆炸性危險(xiǎn)區(qū)域，滿足了需求和規(guī)范要求。

當(dāng)可燃?xì)怏w不是用于儀器分析消耗，而是用于化學(xué)反應(yīng)本身時(shí)，其用量往往難以控制，可能會(huì)容易突破甲類(lèi)區(qū)判定的限制。尤其是對(duì)化學(xué)化工的合成實(shí)驗(yàn)室，如氫化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)等，當(dāng)氣源與裝置直接相連時(shí)，如果出現(xiàn)設(shè)備進(jìn)料控制故障，可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)房間內(nèi)的可燃?xì)怏w存量超過(guò)限值，而實(shí)驗(yàn)房間沒(méi)有相應(yīng)地按甲乙類(lèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)，存在消防安全問(wèn)題。某設(shè)計(jì)實(shí)例中應(yīng)用了一種設(shè)置緩沖控制的方法，應(yīng)用于氫化實(shí)驗(yàn)裝置中，并成功地將實(shí)驗(yàn)區(qū)定性為非甲類(lèi) [4]。具體措施是在氣源和裝置中間串聯(lián)緩沖罐，并采用三通閥或聯(lián)鎖閥控制，使緩沖罐只能與氣源連接或只能與裝置連接，氣源和裝置不可直接連接。這樣即使發(fā)生進(jìn)料控制失效，也不會(huì)導(dǎo)致氣源站的氣體直接泄漏到實(shí)驗(yàn)房間中。實(shí)驗(yàn)房間內(nèi)可能泄漏的氣體量最大值被控制在緩沖罐的容積以下，可以通過(guò)計(jì)算緩沖罐的容積，保證實(shí)驗(yàn)房間內(nèi)的氣體總值不突破表中的限制，從而使得實(shí)驗(yàn)室在保證安全的前提下，不判定為甲類(lèi)區(qū)。

實(shí)驗(yàn)室供氣系統(tǒng)是實(shí)驗(yàn)室公用工程系統(tǒng)的重要組成部分，也是重要的風(fēng)險(xiǎn)因子。在供氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，既要滿足可靠性，又要確保安全性。在氣源站布置、工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)、管道設(shè)計(jì)等方面都需要注重這些原則，采用合適的工藝和工程方案來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

[1] 中華人民共和國(guó)公安部，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范：GB 50016—2014(2018 版) [S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社， 2018.

[2] 中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)化工分會(huì)，爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50058—2014[S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2014.

[3] 中石化廣州工程有限公司，石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 50493—2019[S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2019.

[4] 程華，曾曉虹，尤超. 降低裝置火災(zāi)危險(xiǎn)的方法 [P]. 北京市：CN201210383895.2. 2016-08-10.