Jeff DeWitt, 应用工程师兼气体分配系统工程师

许多实验室、测试中心和工业场所都依赖于安全、持续的重要特殊气体供应来支持关键过程。输送这些气体的气体分配系统是很重要的，但往往被忽视、不被重视。

为什么？气体分配系统通常被视为一种公用工程。就像一个工厂的电网一样，可能会被想当然地认为分配系统会一直按计划工作。由于它们横跨整个设施，没有一个部门能单独承担系统优化的任务。对于工厂经理来说，其他紧急的运营事务通常能得到优先考虑。

气体分配系统非常关键，它们是提高安全性和控制整个工业设施成本的关键。

什么是气体分配系统？

气体分配系统是由卡套管、公称管和其他元件组成的网络，将加压气体从气源输送到所需的使用点。通常情况下，它们：

· 为供气系统提供一个接入点

· 将气源压力降低到底限时，实现不间断的气体供应

· 可处理反应性、毒性、腐蚀性或高纯度气体

何为利害攸关？

不当的气体分配系统可能导致严重的风险。

气体分配系统通常在高压和高温下处理内容物。从系统中逸出的气体可能会对附近的工作者造成灼伤或其他伤害，即使该气体本身并不危险。过压也会损坏敏感的下游设备，导致代价高昂的维修和更换。而在气体分配系统携带危险、有毒或易燃气体的情况下，任何被忽视的泄漏都会对工作者和设备构成更严重的风险。

即使是看似无害的气体泄漏也会给工厂操作员带来问题。轻微的气体泄漏可能会在很长一段时间内不被注意到，而这种损失的成本可以累积起来。像氮气这样的气体的不明泄漏 — 氮气通常为每标准立方英尺 (scf) 0.01 美元 — 每年可导致数万美元的损失。与更昂贵的气体（如每立方英尺 1 美元的氦气）泄漏相关的成本可能会累积得更快。根据美国国家安全委员会的数据，2020年的工伤总成本为 1639 亿美元。

气体分配子系统的解释

运营一个安全、高效的气体分配系统，首先要有适当的系统组成。

气体分配系统的主要功能是降低供应源的压力，并在稳定的压力下将其输送到使用点，并尽可能地减少中断。这可以通过搭建配备四个关键子系统的气体分配系统来可靠地实现：气源进气口连接、气体压力控制、自动切换装置和使用点。

气源进气口将高压气源连接到气体分配系统。进气口必须具有适当的气瓶连接、软管、卡套管、过滤器、排气、吹扫和泄放功能。气体控制面板可能不包括标准的气源接口—气体接口需要确认规格，确定面板能正确的与钢瓶相连。一些高压和/或有害气体（包括氧气）也需要使用专用软管。

气体压力控制面板完成了首次减压，并确保将源气体以正确的流量输送到系统的下一级。减压可通过单级调压阀或两级调压阀实现，但确定正确的进气和输气压力具有挑战性。考虑介质之间的差异十分重要，例如压力为 116 psi (8 bar) 左右的瓶装氨和压力为 4351 psi (300 bar) 的瓶装氮之间的差异。同时，许多使用两级调压阀的气瓶可能不需要。这可能是节省成本的机会。

自动切换面板可从一种气源切换到另一种气源，以确保到关键使用点的不间断供应。这是通过两个调压阀的交错设定点执行的，从而使系统在更换主要气源时可以继续运行。利用自动切换面板可以帮助您通过确保从每个气瓶中获得尽可能多的气体来减少浪费。自动切换系统切换气源时，不需要人工操作，可以节省直接人力并降低风险。

使用点提供了关键的最后控制阶段。这些子系统通常具有调压阀、压力表和隔离阀，为操作员提供了方便和准确的压力调节方法。如使用设备可以接受气源压力的变化，则可以使用单级调压阀来降低成本和复杂性。

设计和装配气体分配系统

正确的元件选择、合理的设计和装配以及持续的维护对气体分配系统的长期可靠性至关重要。

元件选择

元件选择不当是导致气体系统不安全或成本过高的常见原因。鉴于市场上有各种各样的一般工业用接头、阀门、调压阀和其他元件，要想确信自己做出了理想的选择是很困难的。

例如，选择合适的调压阀 取决于几个关键特征。合适的调压器将：

· 能够调节到您系统所需的压力

· 提供合适的流通能力 (Cv)，以满足您在使用点的需求

· 用于物料兼容的材料制成，在日常使用的过程中不会腐蚀或以其他方式劣化（这对系统中的所有元件都是如此）

系统设计

考虑周全的系统设计对于确保所有元件共同工作以提供更好的系统效率和安全性也是至关重要的。理想情况下，您的子系统应该有尽可能少的螺纹连接，以减少潜在的泄漏点。它们还应该被设计为拥有直观的操作和维护。具有明确标记的操作元件的气体面板可以简化使用步骤，减少用户出错的可能性。

除了单个子系统外，整个系统的设计应考虑到您的气体分配需求的预期目的和功能。在搭建新系统或修改现有系统的过程中也是如此。当涉及到卡套管布线、元件选择等方面时，做出一致的、深思熟虑的选择，有助于建立一个更安全、更高效的系统。

装配和安装

系统装配和安装过程中的错误可能会导致不希望出现的安全后果。装配不当，加上加压前的测试不充分，不仅会威胁到系统的长期性能，还会威胁到操作员和旁观人员的安全。缺乏与流体系统相关的培训 是导致装配和安装问题的一个关键原因。一旦安装完成，操作员也必须接受适当的培训，以使用和维护这些系统。

维护

更易于维护的气体面板有助于大大减少维护工作。将主要元件（如调压阀）设计在前部而非后部的面板，可以使它们在需要更换过滤器或其他维护任务时更容易进行检视。

易接触的减压阀优势：

· 节省30 分钟到2小时的时间，具体视情况而定

· 在每个维护间隔期可节省数千美元

如果您在设计、搭建和装配新的气体系统或评估现有系统的问题方面需要帮助，具有压力控制专业知识的流体系统专家可以帮助您。选择预先设计的、经过充分测试的、标准化的子系统作为单一零部件编号，也可以尽可能地减少您的工程师在学习、指定和采购新系统方面的时间。供应商也可以根据需要增加功能或进行修改以符合您的要求。

第三方评估可以帮助确定更大的系统升级机会，为调压阀尺寸调整和选择提供信息，并为工程解决方案的设计和组装提供指导。熟悉特定气体输送挑战的顾问还可以就如何修改现有系统以满足新要求提供建议。

尽管它通常被忽视，但气体输送是您的设施安全、高效和经济运行的关键部分。您的气体分配系统值得仔细研究。

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