檢驗檢測實驗室氣體供應的幾個關鍵問題探討

1 引言

檢驗檢測實驗室的許多儀器， 比如氣相色譜、 氣質聯用儀、液相色譜、液質聯用儀、ICP-MS、原子吸收等，都會用到各種動力氣體，包括甲類、乙類和惰性氣體。 比如：氣相色譜需要N2、H2、He、壓縮空氣；原子吸收需要壓縮空氣、C2H2、Ar；ICPMS 需要Ar、He；等。

2 氣瓶間的位置選擇

目前， 新建檢驗檢測實驗室所需的各類氣體基本上均采用集中供應方式[1]，但對集中供氣必不可少的氣瓶間，其位置應如何選擇，缺乏相關的系統性研究。

2.1 規范要求

1）GB 50016—2014《建筑設計防火規范》[2]：工業建筑，氣瓶間應參照中間倉庫的相關要求。

民用建筑，現行規范并沒有考慮氣瓶間事宜，唯一可做適度參考的只有“附屬庫房”概念。 規范第5.4.2 條：除為滿足民用建筑使用功能所設置的附屬庫房外， 民用建筑內不應設置生產車間和其他庫房。

2）JGJ 91—2019 《科研建筑設計標準》[3]要求如下。 第10.1.3 條：各種氣源宜采用集中供應方式，氣源站宜為獨立建筑。 第10.1.15 條：當采用瓶裝氣體供氣時，宜集中設置氣瓶間，采用管道供應。 氣瓶間宜單獨設置或設在無危險性的輔助用房內。 第10.4.1 條：氣瓶應放在主體建筑物之外的氣瓶存放間。 對日用氣量不超過一瓶的氣體，室內可放置一個該種氣體的氣瓶，但氣瓶應有安全防護設施。

3）GB/T 32146.1—2015《檢驗檢測實驗室設計與建設技術要求 第1 部分：通用要求》[4]要求如下。 第8.3.8 條：實驗室不同種類和等級的氣體裝在鋼瓶中放置在專用區域。 設備氣體匯流排的區域最好是單獨的房間。

4）GB/T 32146.3—2015《檢驗檢測實驗室設計與建設技術要求 第3 部分：食品實驗室》[5]要求如下。 第7.2-d）條：氣瓶間宜設在少人走動的陰涼角落位置， 可燃氣體和不可燃氣體分開放置。 第8.3.11 條：當實驗室需求的氣體種類大于3 種，或需儲存3 瓶以上的氣體時， 宜設立氣瓶室， 采用集中供氣系統。 ……宜把氣瓶室建在實驗樓旁側，氣瓶室應配備防爆燈、防爆開關和防氣體滲漏報警裝置，墻壁需專門設計、施工，具有一定防爆級別。 附錄E：氣瓶間單獨建設，遠離辦公場區，應該在地上一層合理位置，不設在地下室。

2.2 業界做法

關于氣瓶間的位置，目前相關高校、科研單位的實際做法如下所述。 （1） 集中供氣系統需要規劃設計一個獨立的氣瓶室， 根據實驗室的布局和用氣情況在實驗室每層或幾層設置一個氣瓶室，也可在實驗室外部設計一個為整個實驗室供氣的氣瓶室[6]。 （2）氣體站有條件的要建在室外，……；如建在室內，應為防爆墻體設計，其中一側可以泄爆，且應限制氣瓶數量，并增加可燃和有毒腐蝕氣體的報警器[7]。 （3）氣瓶間應采取防爆設計，遠離實驗室主出入口[8]。（4）一般氣體的氣源間設計在實驗樓的次入口側[9]。 （5）實驗室用氣由位于主體建筑內的氣瓶間， ……通過主管道和分支管道引入大樓， 供給終端用氣點”[10]。 （6）對于有條件的實驗室，可以采用集中供氣的方式，將易燃、易爆、毒性等氣體鋼瓶移出實驗區域，在合適地點建立規范的供氣室，降低實驗室內的安全風險[11]。 （7）氣瓶間的位置如果可能盡量位于與實驗室相對獨立的房間， 如果與實驗室在同一大樓內， 則氣瓶間的位置要盡量位于人流較少并且獨立的房間[12]。 （8）應該將氣瓶間設置在相對偏僻的角落；氣瓶間的位置盡可能靠近電梯和過道， 以便于氣瓶搬運和更換操作[13]。

2.3 結果分析及實際矛盾

從現行規范可看出，氣瓶間首選應設在科研建筑物之外，這樣安全性可得到充分保障。 在條件具備時，必須遵守。 但在實際建設過程中，由于不存在完全符合規范要求的位置，或是不能滿足工藝使用要求等原因，許多情況下，不得不將氣瓶間設置在科研建筑物內。 研究案例中眾多高校和科研院所，也將氣瓶間設在了科研建筑物內的偏僻角落。 “在科研建筑物內設置氣瓶間”這是一個切實存在、出現概率極高的基礎性需求問題，現行規范和相關文獻，對此并沒有完備的解釋。

2.4 解決思路

首先，必須正視“在科研建筑物內設置氣瓶間”這一問題，不推薦從嚴按照規范機械地采取“不允許建設”的“一刀切”做法，這對檢驗檢測實驗室的運行帶來極大不便，也不符合建設過程的客觀實際。

其次，結合“檢驗檢測實驗室不是大批量的生產性企業，各種用氣量均不太大” 的實際情況， 采用多種安全措施和嚴苛、 完善的技術手段， 確保在科研建筑物內設置氣瓶間的安全。 即：按照“滿足使用要求、加大安全保障措施”的理念，不回避，更不隱瞞，積極、客觀地應對“在科研建筑物內設置氣瓶間”這一基礎性問題。

2.5 合規性分析及經驗做法

2.5.1 工業建筑

工業建筑中，氣瓶間可套用“中間倉庫”概念，設置在實驗樓內。 詳見GB 50016—2014《建筑設計防火規范》第3.3.6 條及其條文解釋。 其中，“甲、乙類中間倉庫應靠外墻布置，其儲量不宜超過1 晝夜的需要量。 甲、乙、丙類中間倉庫應采用防火墻和耐火極限不低于1.50 h 的不燃性樓板與其他部位分隔”。

中間倉庫的耐火等級和面積應符合GB 50016—2014《建筑設計防火規范》第3.3.2 條和第3.3.3 條的規定。

PJM的備用服務市場價格幾乎為0，因為PJM規定容量市場的中標者必須提供備用服務。所以PJM對于備用的補償主要集中在容量市場。

2.5.2 民用建筑

1）惰性氣瓶間。 本文認為，惰性氣瓶間可理解為“直接為民用建筑使用功能服務”的“附屬庫房”，設置在主體實驗樓內。 建議將惰性氣瓶間設置在實驗樓首層、靠外墻、人員出現較少的位置， 方便氣瓶運輸和防爆措施的設置。 總量可按照JGJ 91—2019《科研建筑設計標準》條文解釋第5.2.3 條對于危險化學品“不超過10 d 的實驗用量”進行控制。

2）甲乙類氣瓶間。 GB 50016—2014《建筑設計防火規范》第5.4.2 條指出“經營、存放和使用甲、乙類火災危險性物品的商店、作坊和儲藏間，嚴禁附設在民用建筑內。 ”但在實際使用過程中，甲乙類氣體是無法避免的，缺少了這些甲乙類氣體的供應，正常的科學實驗將無法開展。

JGJ 91—2019《科研建筑設計標準》第5 章“安全與防護”中的5.2.2 條“科研建筑內使用和儲存的危險化學品，其種類和 位置嚴禁擅自更改”、5.2.3 條、5.2.4 條、5.2.5 條、5.2.6 條、5.3.4 條，其出發點均是“科研建筑內使用或存儲危險物品”，暗含了“在采取嚴格的安全措施后，甲乙類氣瓶間可以進入科研建筑物內”。

本文認為，可分以下兩種情況進行處理。

第一種，對“日用氣量不超過一瓶”的甲乙類氣體，按照JGJ 91—2019《科研建筑設計標準》規定“對日用氣量不超過一瓶的氣體，實驗室內可放置一個該種氣體的氣瓶”，通過氣體點供解決， 氣瓶必須放置在帶氣體泄漏報警和通風裝置的防爆氣瓶柜中，同時該實驗室應采取嚴格的安全防護措施。

第二種，對于甲乙類氣體耗量多于1 瓶的科學實驗樓，必須設置甲乙類氣瓶間，集中供應氣體。

由于一般的檢驗檢測實驗室均非大批量生產性企業，氣體用量不多，不能理解為“儲藏間”。 本文認為，可按“滿足使用要求、加大安全保障措施”的理念，通過嚴格的安全防護措施，在科研建筑物內設置甲乙類氣瓶間，滿足工程建設實際需求。

本文建議將甲乙類氣瓶間設置在實驗樓首層、 靠外墻位置，方便氣瓶運輸和防爆、泄爆措施的設置，并對氣瓶間的面積（不超同一防火分區面積的5%）、氣瓶總量（不超10 d 的實驗用量且氣體總量不超2.2 m3）、安全防護等內容進行嚴格限定。

同時積極征詢消防部門，建議由建設單位召集設計單位、業內專家等，就氣瓶間的設置召開專題評審會，進一步補充安全保障措施、消除安全隱患。

3 氣瓶間的安全保障措施

3.1 甲類氣瓶間

根據GB 50016—2014 《建筑設計防火規范》 第3.6.2 條“有爆炸危險的廠房或廠房內有爆炸危險的部位應設置泄壓設施”， 故甲類氣瓶間應根據氣瓶間內存放的介質種類設置泄壓面積。 泄壓設施的設置應避開人員密集場所和主要交通道路。

氣瓶間應采用耐火等級不低于3 h 的無門、窗、洞口的鋼筋混凝土防爆墻與周圍的房間隔開， 地坪應采用不發火花的地面，上部空間應通風良好，表面平整，避免死角。

氣瓶間區域內的電氣設施應采用防爆型， 防爆等級應根據氣瓶間內最危險的物質確定。

氣瓶間應有良好的自然通風，換氣次數不小于3 次/h，并應設置事故通風裝置，換氣次數不小于12 次/h。 事故通風裝置應與氣體泄漏報警系統連鎖，風機應采用防爆型。

3.2 乙類助燃氣體氣瓶間

檢驗檢測實驗室內會用到的乙類氣體一般為氧氣、 一氧化二氮等助燃氣體，非氨氣等可燃氣體，無須設置泄壓設施。但氣瓶間內的氣瓶壓力較高， 為防止超壓爆炸時飛出的碎片影響土建結構，建議采用鋼筋混凝土防護墻與周圍房間隔開。

因房間的火災危險性為乙類， 可參考GB 50030—2013《氧氣站設計規范》第7.0.5 條要求，采用耐火等級不低于2 h的不燃燒體隔墻和甲級防火門窗與周圍房間隔開[14]。

氣瓶間區域內的電氣設施應按火災危險環境設計。

氣瓶間應有良好的自然通風，換氣次數不小于3 次/h，并應設置事故通風裝置，換氣次數不小于12 次/h。 事故通風裝置應與氣體泄漏報警系統連鎖。

3.3 惰性氣瓶間

根據上述乙類氣瓶間的要求， 為防止超壓爆炸時飛出的碎片影響土建結構， 建議采用鋼筋混凝土防護墻與周圍的房間隔開。 為防止窒息，氣瓶間應有良好的自然通風，換氣次數不小于3 次/h，并應設置事故通風裝置，換氣次數不小于12次/h。事故通風裝置應與氣體泄漏報警系統連鎖。

4 結語

在今后檢驗檢測實驗室氣體供應工程設計中， 設計人員應兼顧安全性、實用性和可行性，建議遵循以下基本原則：

1）實驗樓內用氣點位數量很少時，在保障安全的基礎上，可采用氣體點供，其他情況下均應采用集中供氣；

2）外界條件滿足時，氣瓶間應在主體建筑物之外獨立設置；