1 引言
随着铜冶炼行业竞争的加剧，冶炼企业对产品质量的要求越来越高，环保理念也越来越受到人们的重视，各种精密高端的检测设备相继被采用，如直读光谱仪、X荧光仪、ICP光谱仪、原子吸收光谱仪等，所涉及的这些精密高端的检测设备通常需要用到工艺用气作为载气、燃气、助燃气或保护气。因检测设备工艺用气具有耗用量小、纯度要求高等特点，在以往的设计中，为方便工艺气体的使用，通常是将工艺用气的气源设备和管路配置在邻近检测设备的区域，而没有考虑工艺用气对设备操作人员和电气线路造成的安全隐患问题。目前关于检测设备工艺用气管路系统设计的文献资料还很少，主要是检测设备工艺用气管路系统没有得到人们的重视。今后随着国家对工业生产中安全问题的重视，检测设备工艺用气管路系统的设计一定会得到人们的关注。
本文以广西某杂铜冶炼厂检测设备工艺用气管路的设计为例，探讨工艺用气管路的设计原则和特点，为有色行业检测设备的“气体管路工程”的设计提供一定的参考。
2 供气管路的设计原则和特点
2.1 供气管路的设计原则
杂铜冶炼厂检测设备工艺用气管路的设计应严格按照相关的国家标准和规范的要求。国家标准《特种气体系统工程技术规范》规定，自燃性、可燃性、毒性、腐蚀性、氧化性、惰性的特殊气体属于特种气体[1]。按照相关国标的要求，特种气体的气源设备和管路的配置应该满足以下要求：
(1)因检测设备工艺用气的种类比较多，作为气源设备的气体钢瓶、储气罐等应尽可能集中存储，但存储之前应考虑所存储的气体是否可以兼容，不能兼容的气体应该分类、分开存储。存储氩甲烷、乙炔、氩气和氧气钢瓶的储气室应根据存储气体的性质分为可燃性气体间、惰性气体间和氧化性气体间，应根据建筑防火等级的不同，对储气室进行建筑、结构的设计，可燃性气体间为甲类、氧化性气体间为乙类、惰性气体间为戊类[3]。
(2)为方便气源设备的搬运和安装，存储工艺用气的储气室应尽量配置在建筑物的底层，邻近检测设备且处于阴面朝向的单独隔间内，隔间需考虑一定的卸爆安全距离。存储可燃性、氧化性、惰性气体的储气室开门应向疏散方向开启，有爆炸危险的储气室门窗应采用撞击时不产生火花的材料制作[1]。
(3)存储工艺用气的储气室应按气体的防爆等级要求，考虑通风排气设施。
(4)工艺用气的气源设备应尽量统一存储在防爆气瓶柜内，防爆气瓶柜应具有安全防爆、声光报警、排气、防滑到等功能。为确保工艺用气的安全使用，储气室内还需安装气体泄漏报警系统。
(5)工艺用气管路的材质应选用管道内壁洁净、光滑，不会被所输送气体腐蚀并易于现场加工的材料。
(6)工艺用气管路从气源设备的出口到检测设备的用气终端之间的管路应尽可能短。管路施工时，应优先采用连续无接口、整根的管路，以减少管路接头的数量，尽量避免管路上工艺用气的泄露。工艺用气管路在施工过程中，应现场确定实际尺寸后，再将管线实行分割，以免浪费材料，管路上的标准管卡安装间距不大于1米。
(7)可燃性、氧化性特种气体管道应设置导出静电的接地措施 。
(8)工艺气体钢瓶上的减压阀应专用且不漏气。开启高压气瓶时，操作者应站在气瓶出口的侧面，动作要慢以减少气流摩擦，防止产生静电。工艺气体钢瓶内气体不能全部用尽，应保持0.2-1.0MPa的余压，以备充气单位检验取样时防止其它气体倒灌。应限定气体钢瓶的最低使用压力，因为在高压下气体中的杂质可能吸附在气瓶内壁上，而当气瓶压力下降时，被吸附在内壁上的杂质会解吸出来污染高纯气体[4]。
(9)工艺用气气源设备和管路的安装、验收是一项专业性较强的工作，必须由具有特种气体管道安装资质的专业公司来进行。
(10)工艺用气管路在使用前，应使用合适的去油脂溶剂清洗管道等部件上的颗粒物、油污、水分等，并采用高纯氮气进行三遍以上的吹扫，以保证管路内壁的清洁。吹扫完毕后，应采用高纯氮气进行检漏保压试验，试验压力为工作压力的1.15倍，试压12小时，考虑温度波动后压力表读数变化小于5%为合格。
(11)易起聚合反应的乙炔气体钢瓶应保证在存储期限内使用[4]。
(12)工艺用气气源设备和管路在使用过程中，为确保操作人员的安全，应保证两个或两个以上操作人员同时进入存储气源设备的储气室。工艺用气气源设备和管路在使用过程中应定期检查和维护。
广西某杂铜冶炼厂检测设备工艺用气按照国标要求统一存储在储气室内，采用集中供气的方式将工艺气体输送至各检测设备的用气终端。鉴于冶炼厂检测设备工艺用气管路的特点，下面对工艺用气管路在设计过程中的情况做一些介绍。
2.2 供气管路的特点
广西某杂铜冶炼厂需要用到工艺用气的检测设备分别是1台直读光谱仪、1台X荧光仪、1台ICP光谱仪、1台原子吸收光谱仪、1台原子荧光光谱仪和1台高温管式电阻炉，各检测设备用气情况见表1。检测室精密高端的检测设备采用氩甲烷、乙炔、氩气和氧气作为工艺用气。具体是直读光谱仪和ICP光谱仪采用高纯氩气作为载气和背景气，X荧光仪采用氩甲烷气作为正比计数器，原子吸收光谱仪采用乙炔气作为燃气，原子荧光光谱仪采用氩气作为载气，高温箱式电阻炉采用氧气作为助燃气[2]，检测设备工艺用气的种类越来越多，管路系统的设计越来越重要。
表1 检测设备用气情况
杂铜冶炼厂检测室现场的实际情况是：(1)检测室是一栋单独的三层建筑物，直读光谱仪和X荧光仪配置在检测室的一楼。(2)ICP光谱仪、原子吸收光谱仪、原子荧光光谱仪和高温管式电阻炉配置在检测室的二楼。(3)检测室一楼靠阴面的端头区域设置两个储气室，分别是储气室(一)和储气室(二)。按工艺用气分类储存的原则，储气室(一)存储氩甲烷气钢瓶和乙炔气钢瓶，储气室(二)存储氩气和氧气钢瓶。各工艺用气的存储量一般按一昼夜耗用量的4-5倍进行存储。(4)储气室(一)和储气室(二)室内的工艺用气钢瓶存储在防爆气瓶柜内，室内设置通风换气设施，防爆气瓶柜内的气体探头和通风换气设施的电气开关连锁，当探头检测到气体泄漏时，通风换气设施的电气开关立即开启，保证通风排气的顺利进行。
3 供气管路设计简介
3.1 供气管路系统简图
广西某杂铜冶炼厂检测设备工艺用气氩甲烷气和乙炔气供气管路，氩气和氧气供气管路系统简图见图1、图2，因甲烷和乙炔属于易燃易爆气体，在其输送管路上增加了回火防止器。
氩甲烷气(乙炔气)气体钢瓶 → 一级减压阀 → 输送管道 → 二级减压阀 → 球阀 → 回火防止器 → 各工艺用气终端
图1 氩甲烷气和乙炔气供气管路系统简图
氩气(氧气)气体钢瓶 → 一级减压阀 → 输送管道 → 二级减压阀 → 球阀→ 各工艺用气终端
图2 氩气和氧气供气管路系统简图
3.2 供气管路简述
氩甲烷气和乙炔气气源设备分别是氩甲烷气钢瓶和乙炔气钢瓶，气体钢瓶内的高压气体压力为0.8-1.0MPa，高压气体经一级减压阀减压到0.3-0.4MPa后由输送管道输送至二级减压阀，经二级减压阀再次减压到检测设备的使用压力后送至各工艺用气的终端。为防止检测设备点火时对甲烷气或乙炔气燃气管路系统中回火现象的发生，在输送管上安装1个回火防止器。为方便管路系统的开启，在输送管上安装1个球阀。
氩气和氧气气源设备及管路系统与氩甲烷和乙炔气体的基本相同，唯一不同的是在输送管路系统末端未安装回火防止器。
3.3 供气管路的材料统计表
检测设备工艺用气供气管路系统主要由气源设备(气体钢瓶)、一级减压阀、输送管路、二级减压阀、球阀、回火防止器、管卡、监控及报警装置。
检测设备氩甲烷、乙炔、氩气和氧气供气管路系统材料统计见表2。
表2 供气管路系统材料统计
4 结论及建议
广西某杂铜冶炼厂检测设备工艺用气管路系统主要有氩甲烷气、乙炔气、氩气和氧气共四套管路系统，根据对各管路系统的设计得出了以下结论及建议。
对已建设并存在安全隐患的检测设备工艺用气系统应尽量按照相应的国标及规范要求进行改造和完善。对正在建设和未建设的检测设备工艺用气系统应严格按照相应的国标及规范要求进行设计和建设。
[参考文献]
[1] GB50646-2011，特种气体系统工程技术规范[S].
[2] 熊少华.大型铜冶炼厂检化验系统设计探讨[J].铜业工程，2011，(5)：91-92.
[3] GB50016-2006，建筑设计防火规范[S].
[4] 骆巨新.分析实验室装备手册[M].北京：化学工业出版社，2003.63，68.
声明：
“杂铜冶炼厂检测设备工艺用气管路的设计” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
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编辑：中冶有色技术网
来源：中国瑞林工程技术有限公司、江西环境工程职业学院
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