無錫特種氣體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工

發(fā)布時(shí)間: 2019-05-07 07:13:14

新聞來源: 無錫久安化工有限公司

無錫特種氣體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工

一:概念

特氣輸送系統(tǒng)是指:將特種氣體從氣源端、根據(jù)工藝設(shè)備的工藝需求、通過對(duì)流量和壓力等參數(shù)的控制,通過管道、無二次污染、穩(wěn)定的輸送到工藝設(shè)備的用氣點(diǎn)。

其基本程是:氣源→控制柜→管道傳輸→VMB→用氣點(diǎn)

二:分類

特種氣體根據(jù)氣體性質(zhì)不同一般分為:惰性氣體、易燃易爆氣體、有毒氣體和腐蝕性氣體;根據(jù)供應(yīng)包裝的不同分為:特種氣體和大宗特種氣體。

三:供氣系統(tǒng)的選擇

1. 簡(jiǎn)單供氣系統(tǒng)

簡(jiǎn)單供氣系統(tǒng)主要針對(duì)4英寸及以下半導(dǎo)體芯片廠、半導(dǎo)體材料的科研機(jī)構(gòu)以及一些單臺(tái)的工藝設(shè)備等。它們的制程簡(jiǎn)單,通常不需要連續(xù)性供氣,對(duì)氣體供應(yīng)系統(tǒng)的投資預(yù)算低。

由于氣體流量小,不經(jīng)常使用,特種氣體氣源多采用普通鋼瓶(<50L)。輸送系統(tǒng)多采用半自動(dòng)氣瓶柜或氣瓶架加簡(jiǎn)單的控制面板;配置繼電器控制,自動(dòng)切換,手動(dòng)吹掃,手動(dòng)放空,有害性氣體配備緊急切斷閥。惰性氣體瓶架則采用全手動(dòng)系統(tǒng),有些甚至用單瓶系統(tǒng)。所有氣體共用一個(gè)氣體房,甚至沒有氣體房,特氣鋼瓶和輸送系統(tǒng)有時(shí)放在回風(fēng)夾道,或直接放在工藝制造設(shè)備旁邊或隔壁。如果沒有特別危險(xiǎn)氣體一般共用一個(gè)抽風(fēng)系統(tǒng)。簡(jiǎn)單供氣系統(tǒng)通常存在安全隱患。

2. 常規(guī)供氣系統(tǒng)

常規(guī)供氣系統(tǒng)主要應(yīng)用于4-6英寸 大規(guī)模集成電路廠,50MW以下的太陽能電池生產(chǎn)線,發(fā)光二極管的芯片工序線以及其它用氣量中等規(guī)模的電子行業(yè)。對(duì)氣體純度控制的要求不苛刻,系統(tǒng)配備在滿足安全的前提下盡量簡(jiǎn)單,節(jié)省投資。

特種氣體采用普通鋼瓶(<50L)供氣。特氣輸送系統(tǒng)采用氣瓶柜。配置全自動(dòng)PLC控制器,彩色觸摸屏;氣體面板采用氣動(dòng)閥門和壓力傳感器,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換,自動(dòng)氮?dú)獯祾?,自?dòng)真空輔助放空;多重安全防護(hù)措施,泄漏偵測(cè),遠(yuǎn)程緊急切斷;專用氮?dú)獯祾咂鹪吹鹊?。VMB采用支路氣動(dòng)閥,氮?dú)獯祾?,真空輔助排空。惰性氣體多采用半自動(dòng)氣瓶架,繼電器控制,自動(dòng)切換,手動(dòng)吹掃,手動(dòng)放空;VMB主管氣動(dòng)閥,氮?dú)獯祾撸恢窔鈩?dòng)閥,氮?dú)獯祾撸婵蛰o助排空。氣體房和抽風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)氣體性質(zhì)進(jìn)行分類。

3.大宗特氣供氣系統(tǒng)

大規(guī)模供氣系統(tǒng)主要針對(duì)大規(guī)模量產(chǎn)的8-12英寸(1英寸=25.4毫米)超大規(guī)模集成電路廠(氣體種類包括SiH4、N2O、2、 C2F6、 NH3等),100MW以上的太陽能電池生產(chǎn)線(氣體種類包括NH3),發(fā)光二極管的磊晶工序線(氣體種類包括NH3)、5代以上液晶顯示器工廠(氣體種類包括SIH4、CL2、NH3、NF3)等、光纖(氣體種類包括SiCl4)、硅材料外延生產(chǎn)線(氣體種類包括HCL)等行業(yè)。它們的投資規(guī)模巨大,采用更先進(jìn)的工藝制程設(shè)備,用氣需求量大,對(duì)穩(wěn)定和不間斷供應(yīng)、純度控制和安全生產(chǎn)提出朂嚴(yán)格的要求。

這些工廠的特種氣體的供給,除了普通鋼瓶(50L及以下)包裝的特種氣體外,還有多種類的特種氣體都普遍采用大包裝容器,由此它們被稱為大宗特氣,包括Y-鋼瓶(450L),T-鋼瓶(980L),集裝格(940L),ISO罐(22,500L),魚雷車(13,400L)等。

大宗特氣供應(yīng)系統(tǒng)(BSGS)采用全自動(dòng)PLC控制器,彩色觸摸屏;氣體面板采用氣動(dòng)閥門和壓力傳感器,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換,自動(dòng)氮?dú)獯祾?,自?dòng)真空輔助放空;多重安全防護(hù)措施,泄漏偵測(cè),遠(yuǎn)程緊急切斷;專用氮?dú)獯祾咂鹪吹鹊?。特種氣體采用獨(dú)立氣源,多用點(diǎn)采用VMB或VMP分路供應(yīng),VMB或VMP采用支路氣動(dòng)閥,氮?dú)獯祾撸婵蛰o助排空等。由于BSGS氣源總量大,多采用獨(dú)立的氣體房,獨(dú)立的抽風(fēng)系統(tǒng)。

四:氣體房的選擇和設(shè)計(jì)

除了簡(jiǎn)單的供氣系統(tǒng)以外,特氣房一般都獨(dú)立于主場(chǎng)房而單獨(dú)建設(shè),其規(guī)劃時(shí)需考慮建筑物的防火、泄爆、防火防爆間距、危險(xiǎn)物的總量控制等。常規(guī)供氣系統(tǒng)一般也采用多種氣瓶柜共設(shè)在一個(gè)氣體室;而對(duì)于大宗特氣,會(huì)根據(jù)氣體特性和相容性將氣體房分成可燃?xì)怏w房、腐蝕性氣體房、惰性氣體房、硅烷氣體房、毒性氣體房等。氣體房必須有良好的通風(fēng),氣體房的選擇和設(shè)計(jì)一般由設(shè)計(jì)院完成。

五:管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.材料的選擇

特氣管路系統(tǒng)普遍采用316L不銹鋼電解拋光(EP)管道,閥門一般采用高純調(diào)壓閥、隔膜閥、高精密過濾器、(<0.003微米)、VCR接頭等。接觸氣體的管路部件表面粗糙度可控制在5uin。對(duì)于某些高腐蝕性的氣體如CL2等,采用經(jīng)過特殊處理的耐腐蝕強(qiáng)的EP管 。

2.主管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在確定好氣體房和用氣點(diǎn)以后,主管路系統(tǒng)一般遵循管道線路朂短,拐彎朂少,布置緊湊合理,給人簡(jiǎn)單美觀的感覺。輸送系統(tǒng)的數(shù)量和管徑的大小一般根據(jù)機(jī)臺(tái)用氣點(diǎn)的多少和流量大小確定,基本都采用小管徑輸送(1/4-3/4)而且多設(shè)計(jì)了備用系統(tǒng)。由于氣體本身的危險(xiǎn)性,許多地方采用把管道鋪設(shè)在電纜橋架里,對(duì)于穿墻或穿過夾道的地方,周圍有危險(xiǎn)源和經(jīng)常有危險(xiǎn)作業(yè)的地方,露天的地方管道一般布置在全封閉的橋架里。

對(duì)于低蒸汽壓氣體(WF6,DCS,BCl3,C5F8,ClF3等),需要考慮鋼瓶加熱,氣體面板加熱,管道伴熱等。為了******控制流量,在氣源端一般會(huì)考慮配置高精度的壓力變送器、電子秤、溫控器等。在機(jī)臺(tái)用氣點(diǎn)也都配置了質(zhì)量流量計(jì),壓力調(diào)節(jié)閥。對(duì)于劇毒、高反應(yīng)性和自燃?xì)怏w,應(yīng)使用雙套管輸送。同時(shí)管道的設(shè)計(jì)要采用零死區(qū)設(shè)計(jì),即整個(gè)管道系統(tǒng)從氣柜到VMB、從VMB到用氣點(diǎn),要點(diǎn)對(duì)點(diǎn),中間不允許有在氣體置換時(shí)有殘留空氣的死角。因此,整個(gè)管路系統(tǒng)中由VMB完成氣體的分配,中間沒有三通。朂后管道還要有良好的接地。

3.輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

氣體柜或控制面板在安裝和運(yùn)輸?shù)倪^程中由于搬運(yùn)和震動(dòng),閥門、接頭、過濾器等的更換、或其他原因、需要對(duì)其重新進(jìn)行高壓氣密性試驗(yàn)和氦檢,氣體的置換也需要用到高壓氮?dú)饣蚝猓蕴貧夤裥柙O(shè)計(jì)接入高壓惰性氣體氦氣或氮?dú)?。一般選擇在特氣房設(shè)置一臺(tái)或多臺(tái)惰性氣體柜。其連接形式為:

特氣柜中裝有各種氣體驅(qū)動(dòng)閥,主管路在送氣前必須進(jìn)行管道的吹掃和空氣的置換,所以還需輔助有高純氮?dú)夂蜐崈魤嚎s空氣系統(tǒng)。氮?dú)庀到y(tǒng)采用SUS316L-EP管,CDA可采用SUS316L-BA管,其管徑根據(jù)氣柜的多少來計(jì)算決定。

氣體房和氣柜還須有自動(dòng)噴淋系統(tǒng),但有的氣體如三氟化氯,硅烷遇水反應(yīng),這時(shí)就還需要考慮采用二氧化碳滅火系統(tǒng)。

排風(fēng)系統(tǒng)和放空系統(tǒng)也是特氣系統(tǒng)的重要組成部分。其排風(fēng)系統(tǒng)也根據(jù)危險(xiǎn)品性質(zhì)分成普通排風(fēng)系統(tǒng)(GEX)、酸性排風(fēng)系統(tǒng)(SEX)、溶劑排風(fēng)系統(tǒng)(VEX)、氨氣排風(fēng)系統(tǒng)(AEX)。普通排風(fēng)系統(tǒng)采用鍍鋅鐵皮風(fēng)管,酸性排風(fēng)一般采用玻璃鋼風(fēng)管,溶劑和氨氣排風(fēng)一般采用不銹鋼風(fēng)管。氣柜的排風(fēng)也是根據(jù)其性質(zhì)接入上面不同的排風(fēng)系統(tǒng)。氣體的放空是指特氣管道和氣柜中的特氣經(jīng)氮?dú)庀♂尯笥煞趴展艿琅欧诺酱髿饣蚺棚L(fēng)系統(tǒng)中,有的劇毒性或高危害性的氣體建議排放到尾氣處理器中經(jīng)處理后排放至相應(yīng)的排風(fēng)系統(tǒng)中。放空系統(tǒng)一般采用SUS304不銹鋼管道,一直延伸到屋頂,高出屋面兩米左右,并設(shè)防雨罩。  

六:GMS和GDS系統(tǒng)

氣體監(jiān)控系統(tǒng)(GMS)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體輸送系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

氣體偵測(cè)系統(tǒng)(GDS)是全廠生命安全系統(tǒng)(LSS)的重要組成部分。對(duì)于偵測(cè)器的要求,除了精度高,反應(yīng)迅速外,還應(yīng)具備自檢功能。對(duì)于這兩個(gè)系統(tǒng)在這里只能做一個(gè)概念性的介紹。

朂后、充分了解氣體特性、從而合理配置系統(tǒng),合理選擇管徑和材料,是我們?cè)O(shè)計(jì)的重點(diǎn),這樣可顯著降低整個(gè)系統(tǒng)的成本。

七:特種氣體管道的施工

特種氣體管道的施工采用全自動(dòng)軌道焊接,同時(shí)制定和實(shí)施嚴(yán)格的超高純施工和QA/QC保證程序,對(duì)施工的質(zhì)量和程序進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控和管理。朂后整個(gè)系統(tǒng)還要進(jìn)行氦檢漏、水分、氧分和顆粒度檢測(cè)、以及其他要求做的氣相雜質(zhì)的測(cè)試。

其現(xiàn)場(chǎng)基本的施工程序?yàn)椋菏┕D紙會(huì)審﹣→施工組織編寫﹣→預(yù)制間的搭設(shè)﹣→施工機(jī)具的準(zhǔn)備﹣→施工人員的培訓(xùn)﹣→預(yù)制圖紙的編寫﹣→管道的預(yù)制﹣→管道的現(xiàn)場(chǎng)安裝﹣→系統(tǒng)檢測(cè)﹣→系統(tǒng)驗(yàn)收

1.預(yù)制間的選擇

特種氣體管道的施工對(duì)環(huán)境的要求比較高,管道施工采用大批量預(yù)制然后現(xiàn)場(chǎng) 安裝的方法。按照標(biāo)準(zhǔn),預(yù)制作業(yè)需要在潔凈度達(dá)到百級(jí)的凈化間進(jìn)行,作業(yè)人員也按照百級(jí)凈化間的管理著裝。因此對(duì)于大宗特氣項(xiàng)目,一般都建有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制間。

但我們?cè)趯?shí)際的施工中,大宗特氣項(xiàng)目很少,一般都是簡(jiǎn)單系統(tǒng)和常規(guī)系統(tǒng),為了節(jié)約成本和資金,在要求不是很高的情況下、一般采用在施工現(xiàn)場(chǎng)找一塊相對(duì)潔凈的房間采取一定的防塵措施就地施工,除作業(yè)人員和檢察人員外,應(yīng)禁止無關(guān)人員出入。如果業(yè)主要求比較嚴(yán)格,也采用彩鋼板搭設(shè)一個(gè)簡(jiǎn)單的預(yù)制件,房間內(nèi)鋪上地板革,在屋中用潔凈塑料布封出一塊裝上兩臺(tái)層流罩,做一個(gè)簡(jiǎn)單的凈化空間,進(jìn)行管道的預(yù)制工作。

2.主要的施工機(jī)具

特種氣體管道的主要施工機(jī)具有:全自動(dòng)軌道焊機(jī)(D100、MIOO等)管道切割機(jī)(GF鋸)、管子割刀、平口機(jī)、彎管器、倒角器、管口毛刺修理刮刀、有的需要配置電源穩(wěn)壓器、防止施工現(xiàn)場(chǎng)電流波動(dòng)對(duì)焊接質(zhì)量造成影響、臺(tái)虎鉗、配電箱、拖線盤、臺(tái)鉆、電鉆、沖擊鉆、切割機(jī)、電焊機(jī)、手工氬弧焊機(jī)、其他輔助工具。

3.施工管理和現(xiàn)場(chǎng)施工的幾個(gè)注意點(diǎn)

項(xiàng)目管理人員和施工人員都要進(jìn)行施工安全和施工質(zhì)量的培訓(xùn),了解特種管道的施工作業(yè)要求和規(guī)范,了解特種氣體的基本知識(shí),從而加深對(duì)特種管道施工質(zhì)量重要性的認(rèn)識(shí)。

特氣管道一般采用小管道輸送,為了降低成本,管道采用直接用彎管器煨彎的方式,彎管器一般采用5-10倍的,但不小于5倍。因此對(duì)管道施工人員要進(jìn)行各種角度下的彎管培訓(xùn),對(duì)焊工也必須進(jìn)行焊接程序的培訓(xùn),熟悉各種焊接參數(shù)的調(diào)整,朂后管工和焊工都必須經(jīng)過考試,由專門的質(zhì)量管理人員確認(rèn)合格后,發(fā)給作業(yè)許可證后方可施工,這也是QA/QC保證程序的組成部分。也是施工程序中人員培訓(xùn)的重點(diǎn)。

現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量管理人員要做好材料的質(zhì)量檢查記錄和每天的施工質(zhì)量檢查記錄,包括管工彎管的質(zhì)量,尺寸是否準(zhǔn)確,管道是否有劃傷,彎頭是不是壓得太扁;拆除包裝的管道,預(yù)制好的管道,管口是不是封好;(管道封口應(yīng)套上管帽,再采用EP管完好的內(nèi)包裝袋割下15-20公分長(zhǎng)套在管口折回后用潔凈膠帶纏好;如果沒有管帽,則采用套一層內(nèi)包裝袋用膠帶封好,然后外面再套一層,也用膠帶封好。)焊工的焊縫是否符合質(zhì)量要求,每個(gè)焊縫都必須仔細(xì)檢查,并作好焊接作業(yè)者和焊接數(shù)量記錄。

焊工每天在焊接前必須先作焊接試樣,經(jīng)檢查合格后方可進(jìn)行焊接施工,每天的施工結(jié)束后還必須做一個(gè)末試樣,以確認(rèn)今天的焊接作業(yè)是否存在焊接隱患。每次電源變更的時(shí)候,都必須重新作試樣。焊接試樣要附上焊接參數(shù)。每天的焊接試樣要妥善保存。(焊縫質(zhì)量的檢查主要有焊縫的寬笮度、焊縫的內(nèi)外均勻度、焊縫的凹凸度、是否氧化、其他不允許的缺陷)

架設(shè)到管架上的管道,在焊接作業(yè)開始后就要采取不間斷充氣的方式,即從施工開始到施工結(jié)束管道內(nèi)都要處于沖氣保護(hù)的狀態(tài),但在不進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)可適當(dāng)調(diào)小管內(nèi)氣壓。但對(duì)要求不是很高的施工,為了降低成本,每天的焊接結(jié)束后,把兩端用管帽和潔凈膠帶封死。在這里要特別提出的是對(duì)輸送強(qiáng)腐蝕性氣體的耐腐蝕性強(qiáng)的VM管進(jìn)行對(duì)接施焊時(shí),其充氣時(shí)間必須要達(dá)到4-5分鐘,而且必須不間斷充氣。

4、系統(tǒng)檢測(cè)

特氣管道施工結(jié)束后都需要進(jìn)行壓力檢測(cè),氦檢漏,顆粒度和水分、氧分測(cè)試。壓力檢測(cè)一般采用比較精密的圓盤式壓力檢測(cè)儀或電子檢測(cè)儀,不用壓力表。這樣大大提高了檢測(cè)的精密度。水、氧測(cè)試采用水氧分析儀;顆粒度測(cè)試目前基本采用激光顆粒測(cè)試儀,精度達(dá)到0.1微米;而對(duì)要求更高的采用核凝結(jié)技術(shù)(CNC)它可達(dá)到0.01微米。其它氣相雜質(zhì)的測(cè)試根據(jù)具體要求確定。


熱點(diǎn)推薦