您好, 歡迎來到化工儀器網(wǎng)
祿米特種氣體管道設(shè)計與施工
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,。
其基本流程是：氣源→控制柜→管道傳輸→VMB→用氣點
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. 簡單供氣系統(tǒng)
簡單供氣系統(tǒng)主要針對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)以及一些單臺的工藝設(shè)備等,。它們的制程簡單，通常不需要連續(xù)性供氣,，對氣體供應(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)多采用半自動氣瓶柜或氣瓶架加簡單的控制面板；配置繼電器控制,，自動切換,，手動吹掃，手動放空,，有害性氣體配備緊急切斷閥,。惰性氣體瓶架則采用全手動系統(tǒng)，有些甚至用單瓶系統(tǒng),。所有氣體共用一個氣體房,，甚至沒有氣體房，特氣鋼瓶和輸送系統(tǒng)有時放在回風(fēng)夾道,，或直接放在工藝制造設(shè)備旁邊或隔壁,。如果沒有特別危險氣體一般共用一個抽風(fēng)系統(tǒng)。簡單供氣系統(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PLC控制器,，彩色觸摸屏,；氣體面板采用氣動閥門和壓力傳感器，可實現(xiàn)自動切換,，自動氮氣吹掃,，自動真空輔助放空；多重安全防護(hù)措施,，泄漏偵測,，遠(yuǎn)程緊急切斷；氮氣吹掃起源等等,。VMB采用支路氣動閥,，氮氣吹掃，真空輔助排空,。惰性氣體多采用半自動氣瓶架,，繼電器控制,，自動切換，手動吹掃,，手動放空,；VMB主管氣動閥，氮氣吹掃,；支路氣動閥,，氮氣吹掃，真空輔助排空,。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*的工藝制程設(shè)備,，用氣需求量大，對穩(wěn)定和不間斷供應(yīng),、純度控制和安全生產(chǎn)提出嚴(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）,，（13,400L）等,。
大宗特氣供應(yīng)系統(tǒng)（BSGS）采用全自動PLC控制器，彩色觸摸屏,；氣體面板采用氣動閥門和壓力傳感器,，可實現(xiàn)自動切換,，自動氮氣吹掃，自動真空輔助放空,；多重安全防護(hù)措施,，泄漏偵測，遠(yuǎn)程緊急切斷,；氮氣吹掃起源等等,。特種氣體采用獨立氣源，多用點采用VMB或VMP分路供應(yīng),，VMB或VMP采用支路氣動閥，氮氣吹掃,，真空輔助排空等,。由于BSGS氣源總量大，多采用獨立的氣體房,，獨立的抽風(fēng)系統(tǒng)
四：氣體房的選擇和設(shè)計
除了簡單的供氣系統(tǒng)以外,，特氣房一般都獨立于主場房而單獨建設(shè)，其規(guī)劃時需考慮建筑物的防火,、泄爆,、防火防爆間距、危險物的總量控制等,。常規(guī)供氣系統(tǒng)一般也采用多種氣瓶柜共設(shè)在一個氣體室,；而對于大宗特氣，會根據(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)計一般由設(shè)計院完成,。
五：管道系統(tǒng)的設(shè)計
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的EP管 ,。
2.主管路系統(tǒng)的設(shè)計
在確定好氣體房和用氣點以后,主管路系統(tǒng)一般遵循管道線路短,拐彎少,布置緊湊合理,給人簡單美觀的感覺,。輸送系統(tǒng)的數(shù)量和管徑的大小一般根據(jù)機(jī)臺用氣點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)計了備用系統(tǒng)。由于氣體本身的危險性,，許多地方采用把管道鋪設(shè)在電纜橋架里,，對于穿墻或穿過夾道的地方，周圍有危險源和經(jīng)常有危險作業(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,，在氣源端一般會考慮配置高精度的壓力變送器、電子秤,、溫控器等,。在機(jī)臺用氣點也都配置了質(zhì)量流量計，壓力調(diào)節(jié)閥,。對于劇毒,、高反應(yīng)性和自燃?xì)怏w，應(yīng)使用雙套管輸送,。同時管道的設(shè)計要采用零死區(qū)設(shè)計,，即整個管道系統(tǒng)從氣柜到VMB、從VMB到用氣點,，要點對點,，中間不允許有在氣體置換時有殘留空氣的死角。因此,，整個管路系統(tǒng)中由VMB完成氣體的分配,，中間沒有三通。管道還要有良好的接地,。
3輔助系統(tǒng)的設(shè)計
氣體柜或控制面板在安裝和運輸?shù)倪^程中由于搬運和震動,，閥門、接頭,、過濾器等的更換,、或其他原因、需要對其重新進(jìn)行高壓氣密性試驗和氦檢，氣體的置換也需要用到高壓氮氣或氦氣,，所以特氣柜需設(shè)計接入高壓惰性氣體氦氣或氮氣,。一般選擇在特氣房設(shè)置一臺或多臺惰性氣體柜。其連接形式為：
特氣柜中裝有各種氣體驅(qū)動閥,，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氣和潔凈壓縮空氣系統(tǒng)。氮氣系統(tǒng)采用SUS316L-EP管,，CDA可采用SUS316L-BA管,，其管徑根據(jù)氣柜的多少來計算決定。
氣體房和氣柜還須有自動噴淋系統(tǒng),，但有的氣體如三氟化氯,硅烷遇水反應(yīng),，這時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)氮氣稀釋后由放空管道排放到大氣或排風(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)通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò),，實現(xiàn)對氣體輸送系統(tǒng)的實時監(jiān)控，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性,。
氣體偵測系統(tǒng)（GDS）是全廠生命安全系統(tǒng)（LSS）的重要組成部分,。對于偵測器的要求，除了精度高,，反應(yīng)迅速外,，還應(yīng)具備自檢功能。對于這兩個系統(tǒng)在這里只能做一個概念性的介紹,。
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,，是我們設(shè)計的重點,，這樣可顯著降低整個系統(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軌道焊接，同時制定和實施嚴(yán)格的超高純施工和QA/QC保證程序,，對施工的質(zhì)量和程序進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控和管理,。整個系統(tǒng)還要進(jìn)行氦檢漏、水分,、氧分和顆粒度檢測,、以及其他要求做的氣相雜質(zhì)的測試。
其現(xiàn)場基本的施工程序為：施工圖紙會審﹣→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)場安裝﹣→系統(tǒng)檢測﹣→系統(tǒng)驗收
1.預(yù)制間的選擇
特種氣體管道的施工對環(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 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)到百級的凈化間進(jìn)行,，作業(yè)人員也按照百級凈化間的管理著裝,。因此對于大宗特氣項目，一般都建有一個標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制間,。
但我們在實際的施工中,大宗特氣項目很少,一般都是簡單系統(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)場找一塊相對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)一個簡單的預(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層流罩,，做一個簡單的凈化空間,，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)場電流波動對焊接質(zhì)量造成影響、臺虎鉗,、配電箱,、拖線盤、臺鉆,、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)場施工的幾個注意點
項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,從而加深對特種管道施工質(zhì)量重要性的認(rèn)識,。
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。因此對管道施工人員要進(jìn)行各種角度下的彎管培訓(xùn),，對焊工也必須進(jìn)行焊接程序的培訓(xùn),，熟悉各種焊接參數(shù)的調(diào)整，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,。
現(xiàn)場的質(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)時可適當(dāng)調(diào)小管內(nèi)氣壓,。但對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輸送強腐蝕性氣體的耐腐蝕性強的VM管進(jìn)行對接施焊時,，其充氣時間必須要達(dá)到4-5分鐘,，而且必須不間斷充氣。
4：系統(tǒng)檢測
特氣管道施工結(jié)束后都需要進(jìn)行壓力檢測,，氦檢漏,，顆粒度和水分、氧分測試,。壓力檢測一般采用比較精密的圓盤式壓力檢測儀或電子檢測儀,，不用壓力表。這樣大大提高了檢測的精密度,。水,、氧測試采用水氧分析儀；顆粒度測試目前基本采用激光顆粒測試儀,，精度達(dá)到0.1微米,；而對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)的測試根據(jù)具體要求確定,。