清华大学

 气路工程案例     |      2019-09-12 10:42
工程内容:气路工程设计施工
工程名称:气路工程设计施工
施工地点:北京市海淀区清华园1号

甲方: 清华大学
乙方: 北京宇飞胜达实验室科技有限公司

项目合同:



项目图片:








设计依据:

GB 50235-2010 《工业金属管道工程施工规范》
SH3501-2011 《石油化工有毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》
GB 50231-2009 《机械设备安装工程施工及验收通用规范》
GB 50236-2011 《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》
GB 50093-2002 《工业自动化仪表工程施工及验收规范》
GB50300-2013 《建筑工程施工质量验收统一标准》
GB50177-2005 《氢气站设计规范》
GB50031-91 《乙炔站设计规范》
SH3103-2009 《石油化工中心化验室设计规范》
GB50030-2007 《氧气站设计规范》
GB50016-2014 《建筑设计防火规范》
JGJ91-93 《科学实验建筑设计规范》
GBJ131-90 《自动化仪表安装工程施工及验收规范》
GB 50447-2008 《实验动物设施建筑技术规范》
研究所试验室现有条件要求及其它相应标准规范。

一.总体设计概述
1)本项目中,为了完成试验功能,总共需用到7种标准气体(钢瓶气/气体介质):氦气(He),氮气(N2),空气(Air),氧气(O2),氩气 (Ar),乙炔(C2H2),一氧化二氮(N2O)。实验室用气由位于主体建筑内的气瓶间的气源区域通过管道引入实验楼。根据实验室的用气情况安装泄漏报警装置、低压报警装置,并将信号传送至人员易观察的地方,精确定位气体报警的位置和等级,以便工作人员迅速处理。仪器台气体管路使用直管经功能柱或墙面铺设到实验台上,在功能柱上或墙面上安装控制减压阀。所有的气体管路在工作台上配备控制阀门,便于实验人员的控制。半自动切换和单极面板采用低压报警装置,针对易燃易爆特殊气体配置泄漏报警器、阻火器,同时惰性气体与其它易燃气体的排空分开排放。
2)气路控制系统
低压报警:当压力传感器感应到设定的压力值,会将信号传输至报警主机,同时报警主机会给出报警信号,从而提醒工作人员及时地更换钢瓶。
泄露报警:乙炔,氢气属于易燃易爆的气体,一氧化二氮属于有毒气体,在气源端设置探测器,一旦检测到气体泄露,探测器将4-20mA的模拟量信号传至泄露报警主机,同时控制器会给出报警信号,提醒工作人员采取必要的措施。
工作范围:
实验室气体管路供气系统工程包括气体管路的设计、施工、调试、验收和维护保养等方面的内容;
气体输送系统整体深化设计(包括输送管道系统、输送设备管道布置设计、阀门选型等);
气体输送系统的材料采购,工程安装,内容包含支架,管道,配件,阀门等;
气体设备供应及安装调试 (汇流排,减压阀,泄漏报警器,低压报警等);
气体输送管道检测和测试,测试项目包括:强度性测试,气密性测试,洁净度测试等;
项目竣工资料、文件管理和系统培训;
具体各气路使用点如下:
一层用气点分布:
房间名称 使用的气体名称 用气点说明
包材 O2(氧气)
N2(氮气) O2通往 1个实验台使用点。
N2通往 1个实验台使用点。
原子吸收室 Ar(氩气)
N2O(一氧化二氮)
C2H2(乙炔)
Air(空气) Ar通往1个台使用实验点。
N2O通往1个实验台使用点。
C2H2通往 2个实验台使用点。
Air通往1个实验台使用点。
滴定 N2(氮气) N2通往 1个实验台使用点。
TOC N2(氮气)
Air(空气) N2通往 2个实验台使用点。
Air通往1个实验台使用点。
气相配制室 N2(氮气) N2通往 1个实验台使用点。
气相室
He(氦气)
N2(氮气) He通往 4个实验台使用点。
N2通往 4个实验台使用点。
仪器备用间 N2(氮气) N2通往 1个实验台使用点。
液相1 N2(氮气) N2通往 2个实验台使用点。
液相2 N2(氮气) N2通往 2个实验台使用点。

本项目中,预留2个气瓶间,易燃易爆与助燃气体需分开放置。具体分布如下:
惰性钢瓶间(1#):Ar/He/ 02/N2/Air。
易燃钢瓶间(2#):C2H2/N2O。
氩气:钢瓶组计2瓶气体供气,纯度大于99.999%。(1×1汇流排供气)
氦气:钢瓶组计2瓶气体供气,纯度大于99.999%。(1×1汇流排供气)
一氧化二氮:钢瓶组计2瓶气体供气,纯度大于99.999%。(1×1汇流排供气)
氮气:钢瓶组计2瓶气体供气,纯度大于99.999%。(1×1 汇流排供气)
空气:钢瓶组计2瓶气体供气,纯度大于99.999%。(1×1 汇流排供气)
氧气:钢瓶组计2瓶气体供气,纯度大于99.999%。(1×1 汇流排供气)
乙炔:钢瓶组计2瓶气体供气,纯度大于99.999%。(1×1汇流排供气)

气体管路设有安全泄压装置(泄压值为出口压力的1.25倍)并连接排空管道,一旦减压阀失效,泄压阀会自动打开进行泄压排空,以确保末端仪器不受损坏。同时乙炔等可燃性气体须加装回火防止器。
由于气瓶内部的气体压力为150Bar左右(乙炔较低),而气体进入设备时的使用压力通常为为10Bar以下,气体压力有变化,而且数值差距较大,同时管路有共用情况,运行距离较长,所以应采用两级调压方式,即在气瓶出口处设置一级压力调节阀(切换系统),在使用点设置二级压力调节阀,以保证实验的准确性。

为防止钢瓶间里的静电发生,应有设置接地装置:要求管线与地电阻不超过十欧。
钢瓶室顶部设置排风口,钢瓶室排风口设置在气瓶位置的上方。
注: 本项目气瓶间采用开放式气瓶间或防爆型。
实验室气体管路工程主要材质为316L BA不锈钢无缝钢管,三通弯头等采用成品配件,连接方式宜采用自动焊接。仪器台气体管路使用功能柱铺设到实验台上,同时所有的气体管路在工作台上配备合适的控制阀门,便于实验人员的控制。
为了保证高压钢瓶更换方便及用气安全,气源区主要的控制阀门(自动切换)、单向阀排空等装置都安装在气源区墙壁的醒目位置,便于操作人员观察和控制。
从高压钢瓶出来用一段Pigtail连接到汇流排上的各个控制阀,配备自动切换装置,实现在用气瓶和备用气瓶之间的气体切换和不间断供应。盘管Pigtail由不锈钢EP材料制成,有足够的韧性,连接钢瓶的一端需用自动焊接,防止更换钢瓶时的摆动影响接头的严密性而导致气体泄漏。气体汇流排配置高纯氮吹扫和排空尾气处理以残留。
钢瓶设置防倾倒措施,安装钢瓶固定支架。(包括备用钢瓶)

所有管路标明连接的气体和气体的流动指 向,指示标识的颜色须用国家规定对应气体颜色来区分。
助燃气体和易燃气体分别存放于1个钢瓶室,氧气钢瓶室配制防爆逆止阀、吹扫装置、排空装置等,氧气与其它易燃气体的排空分开排放,所有气体均采用多钢瓶自动切换汇流,为不间断供气提供有效的措施。
为使实验室人员能及时更换气瓶,保证实验的连续性,每个气体均安装低压报警系统与切换系统配合使用。低压报警系统警报器可发出声光报警信号,安置值班室或走廊,便于实验人员观察到。

针对易燃易爆特殊气体配置泄漏报警器。
检测比重大于空气的可燃气体检(探)测器,其安装高度应距地坪(或楼地板)0.3m~0.6m。检测比重大于空气的有毒气体的检(探)测器,应靠近泄露点,其安装高度应据地坪(或楼地板)0.3m~0.6m。
检测比重小于空气的可燃气体检(探)测器,其安装高度应高出释放源0.5m~2m。
检(探)测器应安装在无冲击、无震动、无强电磁场干扰,易于检修的场所,安装探头的地点与周边管线或设备之间应留有不小于0.5m的净空和出入通道。

为了保持气体的纯度及管道系统的气密性,所有管道采用内表面BA级316L ASTM A269标准不锈钢管道,以保证气体的洁净度。管道之间的连接采用TIG轨道自动焊接(数码焊接), 最大可能减少泄露点和保证洁净度。禁止使用快装和法兰等容易泄漏的连接方式。但阀门、减压阀、压力表和汇流排元件连接处可以采用可拆卸的丝扣连接方法(我公司选用的卡套配件承压安全值是管道的3倍)以便维修。管道切割时和切割后的洁净度处理按照UPH管道施工的标准。管道的焊接组装在10000级以上的无尘室里,带好洁净手套,首先将管的一端接通有99.999%的高纯氩气做吹扫,另一端打开,用合适的出气帽盖上让气通过,然后进行自动焊接。严禁焊接中断或调动焊接气体。为防止管道内壁产生氧化膜,可在焊接气始端安一个0.01μm~0.03μm过滤器过滤,焊接好的管路两头应用堵帽及时盖上以防微粒进入。
对于要求单独进行压力调节的仪器,工作台上气体出口点需要安装单独的阀门来控制。

管道穿墙及出地面(或楼板)处应设套管保护,套管穿墙处应与墙平齐,穿地面(或楼板)处套管应高出地面(或楼板)100mm。穿墙或楼板的套管根据所用管道规格进行匹配。
用于支撑气体管路安装的所有支架都要进行防腐处理。禁止使用容易生锈的支架辅材。
气体管路支架间隔不大于1.5米,根据内径最小的气体管路确定支撑距离。
所有弯曲处都要分别在两侧独立进行支撑。
管道的连接除与设备、阀门等一些必要的卡套连接外,所有气体均采用全自动数码无缝焊接连接。外径大于等于3/4″的管道转弯采用成品的焊接弯头,小于3/4″的则采用弯管器机械来执行。
所有管路沿天花板上方布设,若无天花板,则沿楼板下方铺设,进入实验室通过功能柱连接到中央仪器台,控制阀和减压器安装在功能柱内或墙壁上,便于维修人员的检查和维修。
在管道的行进路线中,每隔1.5米应设置一组管夹,管道固定件(管夹)应采用耐高温材料,坚固,轻巧,耐用。

不锈钢管的安装现场应整洁干净。安装人员必须戴洁净手套。
用于支撑气体管路安装的所有支架都要进行防腐处理。表面采用热度锌处理,禁止使用容易生锈的支架辅材。不锈钢管的支架材质、型号规格和设置距离,按设计图纸规定和要求执行。管卡环必须套上聚乙烯管。不锈钢管与支架之间应填3-4mm的聚乙烯板。
不锈钢管采用微处理控制TIG电源和全封闭式焊头进行的全自动焊,焊接质量要求如:
不锈钢管的焊接两管端必须垂直于管中心轴线;端面平整光滑、无毛刺;对口不得有间隙;应无错边。即使有错边:直径等于和小于2英寸的不锈钢管,错边量不得超过管壁厚度的10%;直径大于2英寸的不锈钢管,错边量不得超过管壁厚度的15%。
不锈钢管的焊接质量为自熔全焊透焊缝,管内外焊缝平整光滑,焊波整齐美观。
焊缝如有凹凸部分,最多不准超过管壁厚度的10%。
不锈钢管焊焊缝应焊趾整齐,焊波均匀,焊缝宽度一致,焊缝如有宽窄,应不超过±0.008英寸(即:±0.2mm)。管内焊缝表面宽度为外缝表面宽度的60%左右。
不锈钢管内焊缝及热影响区不应有氧化变色。
不锈钢管内、外焊缝表面不准有气孔、裂纹等任何焊接缺陷。
不锈钢管焊缝的波纹圆弧线清楚,内外焊缝平整光滑。

Swagelok M200自动焊机

管道铺设时,应注意平直,弯管处采用专用弯管器,不得徒手弯曲,切断管道时,应采用专用切管器操作,严禁用锯子锯断管道。管道切断后,应用专用工具处理断口处毛刺。

Swagelok弯管器
Swagelok割刀

T+C 平口机

所有螺纹连接处应采用密封带密封。
施工过程中,所有不锈钢管道两端用塑料盖密封,外部有塑料套密封,在进入施工现场后,安装前,方可将塑料套拆封,并除去塑料盖。所有管件在安装进系统前,应用高纯氮气(99.999%)进行三遍以上的吹扫。管道铺设时,采用专用弯管器和专用切管器操作。管道切断后,应用专用工具处理断口。管道穿墙及穿地板时,应设置套管。所有螺纹连接处应采用密封带密封,保证更好的密封性。
在整个施工过程中,应注意施工安全,严格遵守甲方的安全规章并服从管理。
所有调节阀固定面板、所有出口点控制面板及所有管道上,都应贴设标有对应气体的成分的气体标头。

所有系统部件安装完毕后,应用99.99%的高纯氮气进行吹扫,吹扫时边敲打管壁,让管内壁粉尘颗粒脱落,以保证系统内部清洁。
所有系统部件安装完毕后,应用高纯氮气进行三遍以上的吹扫。

二、材质说明
1. 半自动切换装置
半自动切换功能(当一侧的气瓶组气体用完后,会自动关闭输送阀同时另
外一侧的气瓶组会自动供入气体);
紧急排空功能(当气体超压时,排空阀会自动将超出的压力释放);
气体通过时,能满足纯度99.9999%的输出;
满足进气压力:最大230bar,出气压力17bar,流量:20Nm3/h.;
外泄漏率:10-8mbar l/sec  (氦检),工作温度:-30℃-+40℃;
材质: 专业材质

2. 二级减压阀
a)气体通过时,能满足纯度99.999%的输出;
b)满足进气压力:进气压力:最大40bar,出气压力: 0-6bar ,流量:10Nm3/h.;
c)外泄漏率:10-8mbar l/sec  (氦检),工作温度:-30℃-+40℃ ;
d)材质:专业材质;

3.管路: 统一采用进口BA级 316L气体管路,光亮退火成型不锈钢管,整体管路采用自动焊接而成。管道的内表面处理值要小于0.37u;管道的标准:1/4”-1/2”壁厚0.89mm ,管壁的厚度不得减小。

5.球阀:本次投标的阀门应满足实验室内的纯度要求,端口与管子的内径尺寸相匹配,具有很好的密封性,在许多应用领域具有超凡的性能,工作压力达到2500PSI

6.阻火器
a) 当管道中的介质压力降低时,可能会因为介质的倒流而导致明火介质源头而引起着火或爆炸。
b) 材质:专用材质。
c) 最大允许工作压力为:150psi(37℃)
d) 进出口尺寸:1/4”NPT

7.焊接接头
a) 材质:316L BA级
b) 进出口连接方式:焊接
c) 用途:用于管路连接
d) 工作压力:3000psi

8.钢瓶接头
a) 材质:316L BA级
b) 采用不锈钢316L BA级材质,耐压3000psi,一端符合标准钢瓶的连接型号,另一端为全自动焊接而成。
c) 用途:用于连接钢瓶接口
d) 工作压力:3000psi

9.泄露报警探测器:
a) 检测气体:可燃气体/有毒气体
b) 供电电源:24VDC (正常工作电压范围:10~30VDC)
c) 输出信号: 显示+两线制4~20mA或 显示+三线制4~20mA+继电器输出
或 显示+三线制4~20mA+继电器+声光报警
d) 继电器容量: 一组开关量输出 声音强度: 85dB@1米处
e)主体材料:ADC12铝合金/316不锈钢
连接螺纹:G3/4内螺纹
重 量:1.2kg (铝合金壳体)

低报:当系统监控现场中的被测气体浓度达到或超过设定的低报值且低于高报值,控制器处于低报状态:数码管显示气体浓度值,同时低报指示灯亮,并发出声音报警信号。低报警继电器与总报警继电器闭合,控制外设工作。
高报:当系统监控现场中的被测气体浓度达到或超过设定的高报值且低于超高报值,控制器处于高报状态:数码管显示气体浓度值,同时低报指示灯亮,并发出声音报警信号。低报警继电器与总报警继电器闭合,控制外设工作。

10.低压报警系统:
产品参数:输入电压220VAC,50HZ,5VA
信号发送:模拟信号输入;
安装方式:功能箱壁挂式;
工作方式:信号源来自压力传感器,欠压状态发出蜂鸣声,伴有数字显示,4-20mA输出信号,工作直流24V,实现声光一体报警,提醒工作人员及时地更换钢瓶;
内存模块:128M flash存储,报警记录断电保存,超过1000条;最大支持64DI/64DO,16AI/16AO,模拟量分辨率14位;
工作内容:要求容纳20组输入信号,要求预留扩充模块接口,显示屏7″,800*480分辨率要求,可设置多个工作账号,以免不相干人员进行误操作。同时要求带有一键服务功能。

11.排空系统:钢瓶间气体汇流排排空系统上的管道阀件采用316L不锈钢材质,易燃和助燃气体要独立排空,管道采用内外光亮退火管(BA),系统尽量减少弯头和死角以便减小排空气体的阻力和摩擦,排空系统与吹扫和进气系统不能互串气体,每个系统相通的地方使用单向阀来控制。排空管道要高于该层建筑高度2米以上,加一个防雨防尘装置。易燃易爆气体的排空系统要有良好的接地防止雷电和静电产生。

二.气路安装验收

施工焊接要求
1.1 焊接前自动焊接机的状况由制作焊接试样进行检查确认,每日开始工作和结束工作均需制作焊接试样,开始试样和结束试样需保存作为项目质量检验记录。自动焊接要符合以下条件:
焊接认证:自动轨道焊接的技工拥有一定的焊接知识基础,持有焊机公司认证证书和国内相应证书。
项目正式焊接施工前,业主和施工方一起进行自动轨道焊接技工认证(以项目采购材料规格、在现场洁净小屋内),焊接作业流程和焊接试样合格后方颁发项目焊接证书,才能许可在项目中操作焊接设备进行焊接。
1.2 自动焊接的管理:每天正式实施焊接工作前,焊工须对每台焊机的焊机所焊尺寸配管进行配管样本制作,交现场工程师进行评估和检查(评估检查的标准参见《焊接评定》),样本通过后才能进行焊接操作。如果遇到如下的情况必须再重新制作焊样:
焊机主机关机后,再重新使用时应重做样品并检查。
更换另外的焊头后,再重新使用时应重做样品并检查。
更换新的钨极,再重新使用时应重做样品并检查。
焊接另外尺寸的管道,再重新使用时应重做样品并检查。
改变焊接参数后,再重新使用时应重做样品并检查。
更换吹扫保护气体后。
1.3 用于评估的焊接工作的样本须按照样本制作条件与判定结果单制作及评估焊接样本必须对其 进行永久性的标记,标记内容需要至少包含以下内容:试样编号、焊接日期、焊工编号、管道材质、焊机序列号、焊头序列号、记录人等。
1.4 管道在施工结束前,管内需始终充有高纯氩,以防治空气中的水份和氧的进入。
1.5焊接检验员确定该焊缝为合格焊缝后,焊工应当在焊接检验记录表记录所有成品焊缝的焊接参数。此记录表至少应包括:焊缝号、早晨开始焊接时的焊接样品号、焊机型号、焊机序列号、焊接机头型号、焊接机头序列号、焊接母材类型、焊材尺寸、焊机操作工标识号、检验人员的签名。
1.6 焊接外表面按要求使用镜子和光照进行100%的全方位目视检查,以确保表面无缺陷,每一个焊接的检验结果将记录在焊接记录中。焊道的外表面宽度均匀,焊缝边缘整齐,有清晰的鱼鳞纹路,且外表面的突起与凹陷,小于壁厚的10% 。外表面呈黑色时该焊道为不合格焊缝。焊缝外表面宽度要大于管道壁厚3倍以上。焊道的内表面宽度均匀,焊缝边缘整齐,要求无内凹和氧化变色。内表面宽度要小于管道壁厚2倍。

合格焊缝断面 不合格焊缝断面(内凸)

合格焊缝外表面 不合格焊缝断面(未焊透)

焊接吹扫气体要求
2.1 焊接时使用气体为高纯氩气,对焊接及保护用氩气其出口处应达以下指标:
氩气纯度不低于 99.999%
氧含量不大于 10.0ppm
水分含量不大于 10.0ppm
总的碳氢化合物不大于 10.0ppm

2.2 吹净气体分流筒使用高洁净度阀件,调压阀及0.5um过滤器,过滤器置于最末端气体出口位置。

验收测试要求
按照实际工作压力,依据国家工业管道安装及验收标准GB5023
5、GB50236的有关规定,对本项目气体管道压力试验及净化制定具体方案,程序如下:
3.1强度实验:试验时应逐步缓慢增加压力,当压力升至试验压力的50%时,如未发现异常或泄漏,继续按试验压力的10%逐级升压,每级稳压3mins,直至试验压力,稳压15mins,再将试验压力降至设计值,停压时间应根据查漏需要而定,以发泡剂检验不泄漏为合格。
3.2气密性实验:用氮气对管道系统进行整体保压24小时,标压下压降≤0.02MPa为合格。
3.3洁净实验:管路中充入高纯氮气,关闭所有阀门,打开末端用干净白布遮住管口五分钟,如白布上无杂质和水份即为合格。

安装培训:
安装调试期间,乙方安排维修工程师在甲方现场进行技术指导和培训,培训内容包括:工作原理、操作使用,日常的维护保养等方面的内容。
乙方根据甲方要求,对维修人员进行专业仪器维修培训,并对常见故障的诊断及处理提出建议。