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

許多實(shí)驗(yàn)室、測(cè)試中心和工業(yè)場(chǎng)所都依賴于安全、持續(xù)的重要特殊氣體供應(yīng)來(lái)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(gè)工廠的電網(wǎng)一樣，可能會(huì)被想當(dāng)然地認(rèn)為分配系統(tǒng)會(huì)一直按計(jì)劃工作。由于它們橫跨整個(gè)設(shè)施，沒有一個(gè)部門能單獨(dú)承擔(dān)系統(tǒng)優(yōu)化的任務(wù)。對(duì)于工廠經(jīng)理來(lái)說，其他緊急的運(yùn)營(yíng)事務(wù)通常能得到優(yōu)先考慮。

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(gè)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(diǎn)。通常情況下，它們：

· 為供氣系統(tǒng)提供一個(gè)接入點(diǎn)

· 將氣源壓力降低到底限時(shí)，實(shí)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(xiǎn)。

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(huì)對(duì)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(xiǎn)。過壓也會(huì)損壞敏感的下游設(shè)備，導(dǎo)致代價(jià)高昂的維修和更換。而在氣體分配系統(tǒng)攜帶危險(xiǎn)、有毒或易燃?xì)怏w的情況下，任何被忽視的泄漏都會(huì)對(duì)工作者和設(shè)備構(gòu)成更嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn)。

即使是看似無(wú)害的氣體泄漏也會(huì)給工廠操作員帶來(lái)問題。輕微的氣體泄漏可能會(huì)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不被注意到，而這種損失的成本可以累積起來(lái)。像氮?dú)膺@樣的氣體的不明泄漏 — 氮?dú)馔ǔ槊繕?biāo)準(zhǔn)立方英尺 (scf) 0.01 美元 — 每年可導(dǎo)致數(shù)萬(wàn)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(huì)累積得更快。根據(jù)美國(guó)國(guó)家安全委員會(huì)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(yíng)一個(gè)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(diǎn)，并盡可能地減少中斷。這可以通過搭建配備四個(gè)關(guān)鍵子系統(tǒng)的氣體分配系統(tǒng)來(lái)可靠地實(shí)現(xiàn)：氣源進(jìn)氣口連接、氣體壓力控制、自動(dòng)切換裝置和使用點(diǎn)。

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—?dú)怏w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(jí)。減壓可通過單級(jí)調(diào)壓閥或兩級(jí)調(diào)壓閥實(shí)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(shí)，許多使用兩級(jí)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(huì)。

自動(dòng)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(diǎn)的不間斷供應(yīng)。這是通過兩個(gè)調(diào)壓閥的交錯(cuò)設(shè)定點(diǎn)執(zhí)行的，從而使系統(tǒng)在更換主要?dú)庠磿r(shí)可以繼續(xù)運(yùn)行。利用自動(dòng)切換面板可以幫助您通過確保從每個(gè)氣瓶中獲得盡可能多的氣體來(lái)減少浪費(fèi)。自動(dòng)切換系統(tǒng)切換氣源時(shí)，不需要人工操作，可以節(jié)省直接人力并降低風(fēng)險(xiǎn)。

使用點(diǎn)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(jí)調(diào)壓閥來(lái)降低成本和復(fù)雜性。

設(shè)計(jì)和裝配氣體分配系統(tǒng)

正確的元件選擇、合理的設(shè)計(jì)和裝配以及持續(xù)的維護(hù)對(duì)氣體分配系統(tǒng)的長(zhǎng)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(chǎng)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(gè)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(diǎn)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(huì)腐蝕或以其他方式劣化（這對(duì)系統(tǒng)中的所有元件都是如此）

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

考慮周全的系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)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(diǎn)。它們還應(yīng)該被設(shè)計(jì)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(jiǎn)化使用步驟，減少用戶出錯(cuò)的可能性。

除了單個(gè)子系統(tǒng)外，整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(shí)，做出一致的、深思熟慮的選擇，有助于建立一個(gè)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(cuò)誤可能會(huì)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(cè)試不充分，不僅會(huì)威脅到系統(tǒng)的長(zhǎng)期性能，還會(huì)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(gè)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(jì)在前部而非后部的面板，可以使它們?cè)谛枰鼡Q過濾器或其他維護(hù)任務(wù)時(shí)更容易進(jìn)行檢視。

易接觸的減壓閥優(yōu)勢(shì)：

· 節(jié)省30 分鐘到2小時(shí)的時(shí)間，具體視情況而定

· 在每個(gè)維護(hù)間隔期可節(jié)省數(shù)千美元

如果您在設(shè)計(jì)、搭建和裝配新的氣體系統(tǒng)或評(píng)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(shí)的流體系統(tǒng)專家可以幫助您。選擇預(yù)先設(shè)計(jì)的、經(jīng)過充分測(cè)試的、標(biāo)準(zhǔn)化的子系統(tǒng)作為單一零部件編號(hào)，也可以盡可能地減少您的工程師在學(xué)習(xí)、指定和采購(gòu)新系統(tǒng)方面的時(shí)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(píng)估可以幫助確定更大的系統(tǒng)升級(jí)機(jī)會(huì)，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(jì)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。