气体是实验室常用的动力、燃料、原料或耗材，是实验室常用的物质，种类繁多、性质复杂，是实验室常见的危险源，必须保管好和使用好。集中供气是实验室使用的重要供气方式，必须从源头抓起。

一、实验室常用气体的分类

（一）根据用途分类

一是能源动力气体。如天然气、氢气、乙炔等，有的提供动力，如压缩空气、氮气。

二是试验用原材料。如化学反应实验使用的氯气、一氧化氮、氧气、氢气等。

三是实验仪器辅助用气。实验室中部分试验或仪器需要高纯保护气体，如气相色谱、ICP等精密仪器使用的高纯不燃气体（氮气、二氧化碳）、惰性气体（氦气、氩气）、易燃气体（氢气、乙炔）、助燃气体（氧气）等。

（二）依据化学性质分类

一是有毒有害气体。具有极强毒性或腐蚀性，侵入人体能引起中毒甚至死亡，如氯气、氨气等。

二是易燃易爆气体。具有易燃烧性和化学爆炸危险性，如氢气、乙炔等，有的易燃易爆气体还具有一定毒性。

三是助燃气体。具有助燃能力，但自身不燃烧，具有增大火灾的危险性，如氧气等。

四其他气体。不且备上述三种性质的气体，如惰性气体、二氧化碳等。

二、集中供气方式及优势

实验室供气系统按其供应方式可分为分散供气与集中供气。

分散供气是将气瓶或气体发生器分别放在各用气实验室内，主要应用于用气种类少、用量少、气体不易发生爆炸起火、无毒无害的情况。如果使用易燃易爆有毒有害气体时，应当配备防爆气瓶柜，并具备报警功能与排风功能。

集中供气是将各实验室使用的各类气体钢瓶，集中放置在相对独立且安全满足要求的气瓶间内，各类气体从气瓶间以管道输送形式，按照不同实验室用气要求输送到每个实验室适台位置。

集中供气系统，从气瓶至仪器终端之间连接管线和附件，主要由气源（一般为气体钢瓶）、切换装置、管道系统、调压装置、用气点、气体泄漏监测报警系统组成。对于一些易燃易爆气体，如氢气、乙炔等，在设计和施工过程中需加入阻火器。

集中供气系统具有良好的气密性、高洁净度、耐用性和安全可靠性，能满足实验仪器对各类气体不间断连续使用的要求，并且在使用过程中根据实验仪器工作条件对整体或局部气体压力、流量进行全量程调整以满足不同的实验条件的要求。

1、安全提升。集中供气可实现气源集中管理，远离实验室，减少了气体泄漏、火灾等危险情况。

2、纯度保证。专用气瓶均配有吹扫排空，以排除每次更换气瓶时引入的杂质，确保了管路中气体的纯度。

3、智能监控。当气压低于警报限值或气体泄漏时，报警装置可自动启动报警，甚至还可以自动切断供气。

4、高效节能。通过供气控制系统，可充分使用钢瓶中的气体，减少残余余量，降低用气成本。

5、连续稳定。气路控制系统可以手动或自动方式在气瓶之间进行切换，以保证气体的连续供给。系统采用两级减压（一级由供气控制系统调节，二级由使用点的控制阀调节）方式供气，可得到非常稳定的压力。

6、操作简便。所有气瓶均集中在同一位置，减少了搬运安装等操作。减少换气频次，避免钢瓶周转、搬运，便于更好的管理、维修和保养。

7、便于扩展。通过集中管道供气，可在部分预期扩展点预留接气口并安装控制开关或堵头。可以在不影响其他仪器正常工作的情况下，扩展新的用气端口。

三、集中供气系统设计原则

1、安全性原则。实验室使用的气体一般具有毒性、易燃易爆且一般以压缩气体的形式存放在气瓶内，一旦发生事故，将可能会造成严重的人身伤害。因此安全性设计是集中供气的主要设计。如防泄漏、防误操作设计、自动切断设计等。

2、便捷性原则。实验室供气系统是一套长期使用的设备，必然存在维护和保养的问题，因此在系统设计中也应考虑维护的方便性。根据实际情况，一个优秀的系统设计应该具有可扩展性和灵活性。

3、耐用性原则。许多实验室测试程序需要很长时间，一旦中断需要从头开始，这需要供气系统具有足够的连续性和稳定性，同时确保测试过程不受气体的影响。

4、美观性原则。实验室环境应当符合大多数实验室人员的审美观，总体布局、管道布置、管道标识等，是判断系统好坏的标准之一。

5、规范性原则。为了确保实验室用气安全，国家出台了一系列制度、标准，在集中供气系统设计过程中一定要遵守。比如，《压力管道工业管道》系列标准、JGJ91-93《科学实验室建筑设计规范》、GB50346-2011《生物安全实验室建筑技术规范》、GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》、《GB16912-1997氧气及相关气体安全技术规程》、GB/T33102-2016《纯甲烷和高纯甲烷》、《GB4962-1985氢气使用安全技术规程》、《劳锅字[1993]4号溶解乙炔气瓶安全盗察规程》、GB50236-1998《现场设备、工业管道焊接工程及验收规范》、GB50316-2000《工业金属管道设计规范（2008年版）》、GB/T29304-2012《爆炸危险场所防爆安全导则》、GB50016-2014《建筑设计防火规范》（2018年版）等。

四、集中供气设计与施工

实验室集中供气受法律法规国家标准、实验室结构、所用气体的性质、用量及经费、实验室文化制约。

（一）气瓶间设计

当实验室需求的气体种类大于3种，或需储存3瓶以上时，宜设置气瓶间。

1、气瓶间一般设置在整个建筑较为远离实验室或工作室等人员相对集中的区域；

2、禁止设置在地下或半地下室；含易燃易爆气体的耐火等级不应低于二级；

3、选择建筑物的外侧作为泄压面，泄压面应避开人员密集场所和主要交通道路，采用轻质屋面板、轻质墙体和易于泄压的门、窗等。其他各面用相对坚固的隔离墙；

4、应避免阳光直射，并应避开放射性射线源，周边禁止明火或散发火花；

5、储存间应有良好的通风、降温等设施，禁止地沟、暗道和底部通风孔；

6、承装易燃易爆气体的气瓶室内安装的电源插座、照明电器、设备配电等电气系统应满足防爆；

7、气瓶室内应将易燃与助燃气体分区储存，中间为防爆墙体隔断；供气气瓶区、备用气瓶区、空瓶区明显区分；

8、容易发生反应的气体尽量设计不同的气瓶间，如果有困难气瓶之间的距离应当满足各气体具体要求；

9、存放可燃气体钢瓶的特气柜中应设置自动灭火设施；

10、气瓶室应有换气次数不小于3次/h的通风，存放可燃气体时换气次数不应小于6次/h；有易燃易爆气体的气瓶间，应设置事故通风系统，事故通风量不小于12次/h；

11、客户其他合法合规及合理的要求。

（二）钢瓶选择

集中供气中，根据各种气体的不同性质，选择不同型式的气瓶和数量，一般不同气体采用不同材料和加工工艺的气瓶，气瓶的型式及材料可以参阅TSG23-2021《气瓶安全技术规程》。气瓶的数量一般根据气体性质做出不同要求，如乙炔气的存储不得超过30m³。

选择气瓶时一定选择具备国家特种设备监督管理部门发放生产许可证资质的生产厂家生产并经过特种设备检验机构监督检验的气瓶。

（三）管路设计

管路应选择对气体无渗透性、吸附小、对所输送的气体呈化学惰性的气体管阀件。管路内径及厚度应当根据气体压力和气体用量进行选择。同时还应满足以下要求：

1、气体管道纯度小于99.99%的应选10#或20#无缝钢置(内表面镀锌或净化处理)和铜管，镀锌用螺纹连接。

2、总杂质含量在10-100ppm的气体管道应采用304不锈钢退火管、304不锈钢管净化处理和紫铜管。管道通过焊接连接、可以使用对焊、承插焊或套管焊。

3、总杂质含量在1-10ppm的气体管道采用316不锈钢退火管和304不锈钢电抛光管。管道连接采用焊接、内壁无疤对焊和高纯氩弧焊。

4、对于总杂质含量<1ppm的高纯度气体管道，必须使用316不锈钢电抛光管。管道连接应采用焊接、内壁无疤对焊和高纯氩气保护焊并在专用洁净室进行。

5、非腐蚀性气体，可以用所有通用金属材料或非金属管道，使用压力应当预留足够的余量。

6、对于腐蚀性较强的气体，可以选择耐腐蚀的不锈钢金属管或聚四氟乙烯等非金属管，根据气体的性质选择不得与管子材料发生反应或导致电化学腐蚀，同时注意市面上管子的参数。

7、管道与设备的连接段宜采用金属管道，如为非金属软管，宜采用聚四氟乙烯管、聚氯乙烯管，不得采用乳胶管。

8、氢气、氧气和煤气等易爆易燃管道以及引入实验室的各种气体管道支管宜明敷。可燃气体管道、氧气管道的末端或最高点均应设置放散管。放散管引至室外应高出屋脊1m，并应有防雨、防杂物侵入的措施。

9、穿过实验室墙体或楼板的气体管道应敷在预埋套管内，套管内的管段不应有焊缝。管道与套管之间应采用非燃烧材料严密封堵。

10、输送易燃易爆气体的管道应有防静电接地装置。

11、对于易燃气体管道设计，放空管上应设置阻火器的规定。

12、各种气体管道应设置明显标志。

13、管道敷设要求：

A、输送干燥气体的管道宜水平安装，输送潮湿气体的管道应有不小于0.3%的坡度，坡向冷凝液体收集器。

B、氧气管道与其它气体管道可同架敷设，其间距不得小于0.25m，氧气管道应处于除氢气管道外的其它气体管道之上。

C、氢气管道与其它可燃气体管道平行敷设时，其间距不应小于0.50m；交叉敷设时，其间距不应小于0.25m。分层敷设时，氢气管道应位于上方。室内氢气管道不应敷设在地沟内或直接埋地，不得穿过不使用氢气的房间。

D、气体管道不得和电缆、导电线路同架敷设。

友情提示：由于管路内径小，管路及附件不属于特种，其仪表、管道不需按照特种设备管理。

（四）气阀选择

1、阀门和附件材质：对氢气和煤气管道不得采用铜质材料，其它气体管道可采用铜、碳钢和可锻铸铁等材料。氢气和氧气管道所用的附件和仪表必须是该介质的专用产品，不得代用。

2、阀门与氧气接触部分应采用非燃烧材料。其密封圈应采用有色金属、不锈钢及聚四氟乙烯等材料。填料应采用经除油处理的石墨石棉或聚四氟乙烯。

（五）其他附件

1、气体管道中的法兰垫片其材质应依管内输送的介质确定。

2、气体管道的连接应采用焊接或法兰连接等形式，氢气管道不得用螺纹连接，高纯气体管道应采用承插焊接。

3、气体管道与设备、阀门及其他附件的连接应采用法兰或螺纹连接，螺纹接头的丝扣填料应采用聚四氟乙烯薄膜或一氧化铅填料。

（六）易燃易爆气体的集中供气

在设计实验室集中供应易燃易爆气体时，如乙炔、甲烷、天然气等，必须和其他气体分开，单独引入，且管路尽量短，减少中间接头的连接。同时,气瓶定装入防爆气瓶柜内，气瓶输出端接回火器，可阻止火焰回流气瓶引起的爆炸。防爆气瓶柜顶端应有连接到室外的通风排气口，且有泄漏报警装置，一旦泄漏能及时报警并将气体排到室外。

（七）安全标识

正确操作提示说明清晰无歧义，如专用气瓶颜色提醒、气阀的接通和断开指示。防火提示、防静电提示等。如对于氧气瓶或氢气瓶等，提示使用配备的专用工具，并严禁与油类接触。可燃性气体和助燃气体气瓶，与明火的距离应大于10m（距离不足时，可采取隔离等措施）。用后的气瓶，应按规定留0.05Mpa以上的残余压力，可燃性气体应剩余0.2-0.3Mpa。其中氢气应保留2Mpa，以防止重新充气时发生危险，不可将气体用完用尽。

（八）密封性设计与验证

1、管道试压应全面检查，检查已安装的管道、管件、阀门、紧固件和支架等，质量应符合设计要求和技术规范的规定。

2、管道试压应编制试压计划，根据工作压力系统进行试压。

3、试压前，应使用盲板将不能进行试压的设备与管道和不同于压力系统的管道系统隔离开来。不应与管道系统一起进行压力测试的管道附件应拆除。

4、管道中的所有开口应关闭，系统中的阀门应打开。系统最高点应配备排气阀，最低点应配备排水阀。

5、压力试验期间，应使用精度等级在1.5以上的两个压力表。压力表的测量范围应为被测最大压力的1.5-2倍。一个压力表应安装在试压泵的出口，另一个压力表应安装在系统压力波动相对较小的其他位置。

6、试压时，压力应缓慢升至试验压力，并观察管道各部分的情况。如果发现问题，应在卸压后进行修理，禁止带压修理。缺陷消除后，重新测试压力。

7、压力试验时，应划定禁区，无关人员不能进入，以防受伤。

8、对于剧毒管线和设计压力P≥10Mpa的管线，在试压前，设计单位应根据规范要求对所有数据进行复核，并确认无误。

集中供气是综合性实验室精细化、智慧化管理的基础和必然趋势，建议在实验室设计之初，综合考虑集中供气方案，委托有经验、名声好的专业设计公司设计，并与建筑、设施设计单位和实验室工艺设计单位协调沟通，防止一次次翻烧饼，确保一次成功，提高效益，确保安全和便利。

文章选自：

宫兆合

中国特种设备检测研究院 原实验室与设备管理处 处长

材料学博士，材料科学与工程博士后、电子信息与技术工程博士后，原总装备部战略研究员、实验室管理人员，长期从装备管理、实验室建设与管理工作。先后参与国家、军队科研项目20余项,获国家、军队科技进步奖多项,在各类报刊公开发表论文50余篇。