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高校实验室集中供气系统的建设要点

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       实验室是高等院校开展科学研究、实验教学、文化传播等活动的重要场所。2019年5月教育部印发《关于加强高校实验室安全工作的意见》,明确要求增强高校实验室安全管理能力和水平。理工科类科研实验室,各类气体应用广泛,使用情况复杂且具有危险性,加强用气安全建设尤为重要。传统的分散式供气模式,存在以下问题:(1)气瓶数量多,增加了危险源头;(2)各房间独立配置气瓶,存在资源重复配置,降低了用气效益;(3)气瓶分散,增加了气瓶采购、使用等管理难度。为此,各高校主要从加强日常管理以及开展集中供气建设两方面,强化实验室用气安全建设。

       针对实验室气瓶管理中发现的问题,从硬件建设、采购管理、安全自查、管理制度等方面提出了安全管理措施,通过加强运行管理,强化了实验室用气安全建设。文献介绍了高校突破传统分散供气模式,探索开展集中供气建设的情况,为高校实验室用气建设提供了新方向。然而,高校实验室在开展供气系统改造的同时,较少充分借助智慧门禁、安全监控等手段,尤为重要。传统的分散式供气模式,存在以下问题:(1)气瓶数量多,增加了危险源(2)各房间独立配置气瓶,存在资源重复配置,降低了用气效益;(3)气瓶分散,增加了气瓶采购、使用等管理难度。为此,各高校主要从加强日常管理以及开展集中供气建设两方面,强化实验室用气安全建设。段,构建较为全面的用气安全监管体系。

        “双一流”建设背景下,实验室安全建设是加强一流师资队伍建设、提高教学与科研能力、推动科学研究成果转化、实现社会服务价值的基本保障。信息技术的革新推动了智慧实验室建设的蓬勃发展,也为实验室集中供气建设提供了新手段。针对科研实验用气需求,在开展集中供气改造建设的基础上,创造性地将供气管理与智慧实验室管理平台进行整合,从而达到强化实验室安全建设的目的。

 

1、集中供气需求

        在常规理化实验研究中,甲烷、二氧化碳、氧气等气体使用较为广泛,开展集中供气建设,能够增强实验室安全管理能力。实验室集中供气的主要需求如下。(1)集中供气种类包括氮气、二氧化碳、氦气、甲烷等。每组管路独立集中供气,用气场所覆盖相邻且独立的三栋楼。(2)采用二级调压模式,即气瓶室、用气终端分别设置调压装置,以满足不同压力等级需求。减压阀配有高、低压压力表,压力表精度应达到2. 5级以上。(3)配备完善的实时监测与预警手段,包含甲烷、二氧化碳、氧气等浓度监测,并实现集中统一管理与控制。

2、供气管路系统

       集中供气是将传统分散的气瓶集中管控,在供气室设置统一的供气源,然后经供气管道输送至终端用气点,系统主要由气瓶间、管路、用气终端、监控与报警等构成。建设过程中,需重点考虑气瓶室结构、管路材质、终端气压的稳定性以及安全监管手段。

2. 1供气室与气源

       作为气源集中存放地,应科学合理进行选址,一方面需考虑管道长度对终端压力的影响;另一方面还应远离人员集中区,禁止火源和热源,满足防爆要求,需采用双联动防爆排风装置,保持通风良好。本系统综合考虑,在相邻独立的三栋楼分别设置了供气室,各组气源独立放置于如图1所示的防爆气瓶柜中。气体的储存主要有杜瓦罐、钢瓶以及储槽三种,考虑使用场合以及实验室用气需求,采用40L气体钢瓶作为存储介质,经济高效,便于操作更换。采用基于双侧式汇流的模式,实现主供气源与备用气源的高效、安全转换。,最大可实现4瓶气体同时供气。也可根据用气量,通过截止阀,灵活选择气瓶接入数量,由此能够在不中断供气的前提下,实现气源的补充更换,最大程度减少对实验的影响。汇流排出口设置有一级调压装置,实现供气源压力调控。

2. 2输送管路

       供气管道材质关乎系统的安全性与稳定性,要求具备强度高、耐腐蚀,无气体渗透,吸附效应低等特性。SS316LBA不锈钢因具备良好的耐腐蚀性、蠕变性能好等优点,广泛应用于食品工业、医疗器械等领域,已成为气体输送管道的最佳选择。管道承压不低于20MPa,管道直径根据用气压力与流量综合决定,主管道直径12. 7mm,支管道直径6. 35mm全程采用无缝焊接,保证管路密封性能,内表面经光亮退火处理,焊接前需先进行酸洗钝化,然后再进行高纯氮吹扫,以保证管道的洁净度。其中二氧化碳、甲烷两路供气系统,在一级调压出口设置有紧急切断阀,与监控系统实现联动,同时设置有旁路排气回路,用于管路排空时使用.管路施工完成后,需采用氮气进行强度和气密性试验。强度测试压力为工作压力的1. 5倍,保压时间为15min,无变形、无泄漏为合格。气密性试验压为工作压力的1. 5倍,实验时间为24h,压力变化低于3%为合格。

2. 3终端用气

        集中供气管路进入实验室内后,根据仪器布局,合理设置终端用气位置,要求压力输送平稳,操作安全方便。如用气点设置了甲烷、二氧化碳、氮气以及氦气4种气源,同时配置了二级调压阀、压力表和截止阀。通过截止阀可实现气源的接通与关闭;通过二级调压阀可实现气体输出压力的调节;压力表可实时显示调压阀前、后端气体压力。

 

2. 4安全监测

       供气系统气体浓度监测至关重要,关乎实验室安全之大计。在涉及甲烷、二氧化碳的房间、过道均须安装甲烷、二氧化碳浓度传感器,供气室还需设置氧浓度传感器,所有传感器信号传输到安全监控中心,对所有供气点的实现安全监控。根据气体种类不同,其危险程度、危险区均有差别,选用不同监测传感器的同时,需重点考虑安装位置。在实验室内,甲烷浓度监测探头安装在二级调压阀正上方、天花板下易聚集处;二氧化碳安装在二级调压阀下方、离地高度约500mm处。在集中供气室,在与实验室相同配置的条件下,离地1300mm位置,安装氧浓度监测,同时在门外配备如图4所示的安全预警发讯装置;在甲烷气瓶柜内上方以及二氧化碳气瓶柜底部还需配置相应的监测装置。

3、集中供气系统安全管理

        专人分级管理,明确安全职责。与传统分散供气课题组负责模式不同,集中供气系统气源相对集中,必须制定统一的采购、存放、使用、应急流程与管理办法,方可保障用气安全、高效运行。气瓶的管理、使用要坚持“谁使用、谁管理,谁主管、谁负责”的原则,同时科研实验室往往涉及专任教师管理的通用实验室,以及课题组负责的专用实验室,集中供气管理需根据不同情况,建立学生/导师/实验人员书面提出采购申请,实验室领导审批,专人采购、管理的多级管理模式。在统一采购模式下,严格落实实验收费制度,并制定人员岗位职责,各级人员各司其职,共同保障实验室用气安全。加强操作培训,强化应急演练。学生进入实验室前需完成用气操作、注意事项等培训,并考核合格后,签订安全责任书,方可进入实验室开展实验研究。日常管理中一方面定期组织师生开展安全操作培训,定期开展安全检查,另一方面积极开展应急演练,针对不同突发情况,培养各级人员应急操作能力。通过安全操作培训等途径,开展实验室安全文化建设,能够培养师生安全至上、以人为本的实验价值观,养成人人关注安全、珍爱生命的安全理念,助力实验室安全建设。

4、建设特色与成效

        当前,随着网联网技术的发展,各高校纷纷开展智慧实验室的建设。借助信息化管理,开展安全管理建设,为实验室集中供气的建设与管理提供了新的手段。实验室创新性地将集中供气管理与智慧实验室管理平台相结合,构建了如图5所示的集中供气管理平台,该平台集实验预约、智慧门禁、视频监控、供气管理等功能于一体,逐步完善强化了用气安全监管体系。

师生开展实验前,先通过智慧实验室仪器预约平台进行预约,审批完成后,方可凭校园卡在预约时段进入实验室开展实验。同时,通过视频监控对气瓶室、用气终端等重点区域进行监控,针对用气危险源头、不规范操作等,及早发现,提前采取措施,保障用气安全。相较传统的分散式供气,集中供气的建设成效显著。(1)危险源头显著减少,用气效率明显提升。传统分散供气,各用气房间独立放置气瓶,加之气源种类较多,往往造成气瓶过度配置,增加了危险源头。根据用气需求,合理规划集中供气室位置,能够从源头上减少实验室气瓶数量,切实提升实验室用气安全。此外,通过集中供气,实现用气“共享”,能够避免重复购置,提升资源利用效率。用气管理更加高效,安全监管更加完善。通过智慧实验室的建设,借助信息技术,实现气瓶集中采购、审批、管理、归档等任务的流程化监管,实现了实验室用气的高效管理。同时,借助智慧门禁、视频监控等手段,不断完善了实验室用气监管体系。

5、结语

       相较于传统的分散式课题组制供气模式,集中供气模式无论是在供气压力的稳定性、供气流量的连续性,还是在减少危险源头、规范用气管理等方面都有不可替代的优势。在集中供气建设的基础上,能够从本质上提升实验室用气安全。

 

附,《关于加强高校实验室安全工作的意见》

2022年6月30日 08:34
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