Wenn Gase in großen Mengen verwendet werden, ist ein zentrales Gasversorgungssystem eine praktische Notwendigkeit. Ein gut durchdachtes Versorgungssystem senkt die Betriebskosten, erhöht die Produktivität und verbessert die Sicherheit. Ein zentrales System ermöglicht die Konsolidierung aller Gasflaschen an einem einzigen Lagerort. Da sich alle Gasflaschen an einem Ort befinden, wird die Bestandskontrolle rationalisiert und die Handhabung der Flaschen vereinfacht und verbessert. Die Gase können nach Typ getrennt werden, um die Sicherheit zu erhöhen.

Die Häufigkeit des Flaschenwechsels wird in einem zentralisierten System reduziert. Erreicht wird dies durch den Anschluss mehrerer Flaschen an Verteiler in Bänken, so dass eine Bank sicher entlüftet, aufgefüllt und gespült werden kann, während eine zweite Bank einen kontinuierlichen Gasbetrieb ermöglicht. Diese Art von Verteilersystem kann mehrere Anwendungen und sogar ganze Einrichtungen mit Gas versorgen, so dass keine separaten Gasflaschen und Regler für jeden Verwendungsort erforderlich sind.

Da die Flaschenumschaltung automatisch durch den Verteiler erfolgen kann, werden die Flaschen in einer Bank gleichmäßig entleert, was zu einer besseren Gasausnutzung und niedrigeren Kosten führt. Die Integrität des Versorgungssystems wird besser geschützt, da der Flaschenwechsel in einer isolierten, kontrollierten Umgebung erfolgt. Die in diesen Systemen verwendeten Gasverteiler sollten mit Rückschlagventilen ausgestattet sein, um einen Gasrückfluss zu verhindern, und mit Spülvorrichtungen, um zu verhindern, dass Verunreinigungen während des Wechsels in das System gelangen. Außerdem können die meisten Gasversorgungssysteme mit Alarmen konfiguriert werden, die anzeigen, wenn eine Flasche oder eine Reihe von Flaschen ausgetauscht werden muss.

Reinheit

Der Grad der Gasreinheit, der an jedem Verwendungsort erforderlich ist, ist bei der Konstruktion eines Gasversorgungssystems äußerst wichtig. Die Aufrechterhaltung der Gasreinheit wird durch ein zentrales System wie oben beschrieben vereinfacht. Die Auswahl der Werkstoffe für die Konstruktion sollte durchgängig einheitlich sein. Wird beispielsweise ein Gas für Forschungszwecke verwendet, sollten ausschließlich Edelstahlkonstruktionen und membranlose Absperrventile verwendet werden, um eine Verunreinigung des Gasstroms auszuschließen.

Im Allgemeinen sind drei Reinheitsgrade ausreichend, um nahezu jede Anwendung zu beschreiben.

Die erste Stufe, die gewöhnlich als MULTI-PURPOSE-Anwendung bezeichnet wird, stellt die geringsten Anforderungen an die Reinheit. Typische Anwendungen sind z. B. Schweißen, Schneiden, Laserunterstützung, Atomabsorption oder ICP-Massenspektrometrie. Verteiler für Mehrzweckanwendungen sind wirtschaftlich ausgelegt und bieten Sicherheit und Komfort. Zu den zulässigen Werkstoffen für die Konstruktion gehören Messing, Kupfer, Teflon®, Tefzel® und Viton®. Abgedichtete Ventile wie Nadel- und Kugelventile werden häufig zum Absperren des Durchflusses verwendet. Gasverteilungssysteme, die nach dieser Stufe hergestellt wurden, sollten nicht mit hochreinen oder ultrahochreinen Gasen verwendet werden.

Die zweite Stufe, HIGH-PURITY-Anwendung genannt, erfordert einen höheren Schutz vor Verunreinigungen. Zu den Anwendungen gehören Laserresonatorgase oder Chromatographie, wo Kapillarsäulen verwendet werden und die Systemintegrität wichtig ist. Die Konstruktionsmaterialien ähneln denen von Mehrzweckverteilern, mit der Ausnahme, dass die Durchflussabsperrventile membranlos sind, um die Diffusion von Verunreinigungen in den Gasstrom zu verhindern.

Die dritte Stufe wird als ULTRA-HIGH PURITY-Anwendung bezeichnet. Diese Stufe erfordert den höchsten Reinheitsgrad der Komponenten in einem Gasversorgungssystem. Die Spurenmessung in der Gaschromatographie ist ein Beispiel für eine ultrahochreine Anwendung. Die medienberührten Materialien für Verteiler dieser Stufe müssen so ausgewählt werden, dass die Adsorption von Spurenkomponenten minimiert wird. Zu diesen Materialien gehören Edelstahl 316, Teflon®, Tefzel® und Viton®. Alle Schläuche sollten aus 316SS bestehen und gereinigt und passiviert sein. Die Durchflussabsperrventile müssen membranlos sein. 

Es ist besonders wichtig zu erkennen, dass Komponenten, die für Mehrzweckanwendungen geeignet sind, die Ergebnisse in Hoch- oder Höchstreinheitsanwendungen beeinträchtigen können. So kann beispielsweise die Ausgasung von Neoprenmembranen in Reglern zu einer übermäßigen Basisliniendrift und unaufgelösten Spitzenwerten führen

Arten von Gaszufuhrsystemen

EINZELSTATIONSSYSTEME - Bei einigen Anwendungen wird ein Gas nur zur Kalibrierung von Messgeräten verwendet. Bei einem kontinuierlichen Emissionsüberwachungssystem (CEMS) beispielsweise müssen die Kalibrierungsgase nur für einige Minuten pro Tag fließen. Für eine solche Anwendung ist ein großer automatischer Umschaltverteiler eindeutig nicht erforderlich. Das Zufuhrsystem sollte jedoch so ausgelegt sein, dass es vor einer Verunreinigung des Kalibriergases schützt und die mit dem Flaschenwechsel verbundenen Kosten minimiert.

Ein Einzelplatzverteiler mit Halterung ist eine ideale Lösung für diese Art von Anwendung. Sie bietet ein sicheres und kostengünstiges Mittel zum Anschließen und Auswechseln von Gasflaschen, da die Notwendigkeit entfällt, mit dem Regler zu hantieren. Wenn das Gas korrosive Komponenten wie HCl oder NO enthält, sollte eine Spülvorrichtung in den Verteiler eingebaut werden, damit der Regler mit einem Inertgas (normalerweise Stickstoff) gespült werden kann, um ihn vor Korrosion zu schützen. Der Einzel-/Stationsverteiler kann auch mit einem zweiten Pigtail ausgestattet werden. Diese Anordnung ermöglicht den Anschluss einer zusätzlichen Flasche, die als Reserve bereitgehalten wird. Die Umschaltung erfolgt manuell über die Zylinderabsperrventile. Diese Konfiguration ist in der Regel bei Kalibriergasen wünschenswert, da die genaue Mischung der Komponenten im Allgemeinen von Flasche zu Flasche etwas variiert. Ein Flaschenwechsel kann eine Neueinstellung des Geräts erfordern.

SEMI-AUTOMATISCHE UMSCHALTSYSTEME - Viele Anwendungen erfordern eine kontinuierliche Verwendung und/oder größere Gasmengen, die über das hinausgehen, was für einen einzelnen Stationsverteiler praktisch ist. Jede Unterbrechung der Gasversorgung führt zu verlorenen oder zerstörten Experimenten, zu Produktivitätsverlusten und sogar zu Ausfallzeiten für die gesamte Einrichtung. Halbautomatische Umschaltsysteme bieten die Möglichkeit, ohne Unterbrechung der Gasversorgung von einer Primär- auf eine Reserveflasche oder -bank umzuschalten und so kostspielige Ausfallzeiten zu minimieren. Sobald die Primärflasche oder -bank erschöpft ist, schaltet das System automatisch auf die Reserveflasche oder -bank um, um einen kontinuierlichen Gasfluss zu gewährleisten. Der Benutzer tauscht dann die leeren Flaschen gegen neue Flaschen aus, während das Gas noch von der Reserveseite strömt. Ein bidirektionales Ventil zeigt während des Flaschenwechsels die Primär- oder Reserveseite an.

VOLL AUTOMATISCHE PROGRAMMIERBARE UMSCHALTSYSTEME - In einigen kritischen Fertigungs- und Laborprozessen ist eine ununterbrochene Gasversorgung eine absolute Notwendigkeit. Ein Ausfall der Gasversorgung in diesen Einrichtungen kann zum Verlust der Experimente eines ganzen Labors oder sogar zum Stillstand einer Produktionslinie oder eines Prozesses führen. Die potenziellen Kosten eines dieser Ereignisse sind so hoch, dass die Installation eines Gasversorgungssystems, das für eine ununterbrochene Gasversorgung ausgelegt ist, eindeutig gerechtfertigt ist. Für diese Anwendungen wird in der Regel ein vollautomatisches, programmierbares Umschaltsystem gewählt.

Die vollautomatischen Systeme von Harris funktionieren ähnlich wie die halbautomatischen Systeme, verfügen jedoch über zusätzliche Funktionen. Zu diesen Merkmalen gehören ein programmierbarer Umschaltdruck zwischen Primär- und Reservebank, eine automatische Leckageerkennung und Ausgangskontakte für die Fernabfrage und die Gasstandserfassung.