上海申弘閥門(mén)有限公司
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化工半導(dǎo)體超純水氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例
氮封水箱應(yīng)用在超純水系統(tǒng)中，一般用在混床或EDI電去離子設(shè)備后的需要設(shè)置緩沖水箱時(shí)，此時(shí)往往會(huì)優(yōu)先考慮采用氮封水箱來(lái)作為緩沖罐，氮?dú)庖蠹兌葹?9%。超純水在空氣中如何被污染：空氣中含有二氧化碳、細(xì)菌、塵埃等雜質(zhì)，而超純水為純的溶劑，對(duì)這些雜質(zhì)的溶解能力很強(qiáng)，故一旦超純水與空氣接觸，就會(huì)使其電阻率迅速下降，實(shí)踐證明15MΩ.cm以上的超純水暴露在空氣中1分鐘后水質(zhì)就會(huì)下降至3-4MΩ.cm，3分鐘以后就會(huì)下降到2MΩ.cm左右。因此必須要減少超純水與空氣接觸的機(jī)會(huì)。超純水是導(dǎo)電離子、膠體、有機(jī)物等全部被去除的水，其產(chǎn)水電阻率大18M\Omega·cm(25°C)。超純水系統(tǒng)一般采用預(yù)處理技術(shù)、反滲透技術(shù)、電除鹽技術(shù)和后級(jí)處理等，同時(shí)，配有紫外燈、TOC裝置等輔助處理。超純水通常指的是電阻率能夠達(dá)到18MΩ·cm的水，是既將水中的導(dǎo)電介質(zhì)幾乎去除，又將水中不離解的膠體物質(zhì)、氣體及有機(jī)物均去除至很低程度的水。
半導(dǎo)體行業(yè)中的超純水，又名UP水，主要是半導(dǎo)體原材料生產(chǎn)加工、檢測(cè)和半導(dǎo)體器件的制備用水。電子元器件對(duì)超純水使用水質(zhì)要求高。市場(chǎng)環(huán)境變化使得元器件尺寸縮小與精細(xì)度上升，使得超純水水質(zhì)與水量的技術(shù)指標(biāo)不斷提升。
超純水制備主要包括以下三個(gè)階段，即初步吸附過(guò)濾階段、反滲透凈化階段和樹(shù)脂離子交換階段。其中，離子交換是將水中的正離子與離子交換樹(shù)脂中的H+離子交換，水中的負(fù)離子與離子交換樹(shù)脂中的OH-離子交換，從而達(dá)到純化水的目的。
化工半導(dǎo)體超純水氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例 具體說(shuō)來(lái)主要有以下步驟：
1.原水：可用自來(lái)水或普通蒸餾水或普通去離子水作為原水。
2.預(yù)處理系統(tǒng)：原水箱、原水泵、殺菌劑、石英砂過(guò)濾器、活性炭過(guò)濾器、換熱器、阻垢劑系統(tǒng)。
3.雙級(jí)反滲透系統(tǒng)：保安過(guò)濾器、高壓泵、反滲透系統(tǒng)。反滲透膜可濾除95%以上的電解質(zhì)和大分子化合物，包括膠體微粒和病毒等。由于絕大多數(shù)離子的去除，使離子交換柱的使用壽命大大延長(zhǎng)。
4.EDI系統(tǒng)：EDI的作用就是通過(guò)除去電解質(zhì)(包括弱電解質(zhì))的過(guò)程，將水的電阻率從0.05～1.0MΩ·cm提高到5～16MΩ·cm。
5.拋光樹(shù)脂：無(wú)化學(xué)析出的核子級(jí)樹(shù)脂，去除純水中殘余的微量帶電離子及弱電解質(zhì)，使水質(zhì)達(dá)到18MΩ·cm以上。
6.終端超濾：能有效地去除水中的微粒、膠體、細(xì)菌、熱源和有機(jī)物。是整套系統(tǒng)最后的防火墻，確保產(chǎn)出的高純水不受二次污染。
超純水設(shè)備采用靶向離子交換系統(tǒng)針對(duì)超純水中難處理的硼及其他離子定向去除同時(shí)還能連續(xù)、穩(wěn)定地生產(chǎn)高純度的超純水。超純水設(shè)備主要應(yīng)用領(lǐng)域：晶圓、電子芯片、集成電路、精密儀器、電鍍涂裝、試劑稀釋、氟化工等領(lǐng)域多有應(yīng)用。
超純水（Ultrapure water）又稱UP水，是指電阻率達(dá)到18 MΩ*cm（25℃）的水
| 序號(hào) | 品 名 | 型 號(hào) 及 規(guī) 格 | 單位 | 數(shù)量 | 單 價(jià) （元） | 金 額 （元） | 閥體材質(zhì)及其它 |
| 1 | 氮封閥 | 氮封閥ZZYVP-II DN32 PN16 進(jìn)口壓力 0.1-0.3 MPA, 出口壓力0.5 KPA 法蘭連接 | 臺(tái) | 3 | SUS304不銹鋼 詳細(xì)要求見(jiàn)附件 | ||
| 2 | 泄氮閥 | 泄氮閥ZXD-16 DN32 PN16 起跳壓力1.5 KPA法蘭連接 | 臺(tái) | 3 | SUS304不銹鋼 詳細(xì)要求見(jiàn)附件 |
生成條件
超純水是將電阻率為2M\Omega·cm(25°C)的純凈水在一定壓力下，進(jìn)入l\mum蜂房過(guò)濾器和超濾器等，先去除1\mum的顆粒，然后進(jìn)入兩只串聯(lián)起來(lái)的陰、陽(yáng)樹(shù)脂混合床，深度去除水中的雜質(zhì)離子。最后，經(jīng)過(guò)微孔膜過(guò)濾器精濾，將水的電阻率提高到12M\Omega·cm(25℃)以上，成為成品水供用戶使用。
質(zhì)量指標(biāo)
超純水的電阻率≥12M\Omega·cm(25°C)，其水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。
灌裝和運(yùn)輸
超純水幾乎不含無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)質(zhì)，也就是說(shuō)幾乎不含陰離子和陽(yáng)離子。超純水極易污染，難以貯存，不宜長(zhǎng)距離輸送。目前用戶根據(jù)生產(chǎn)和科研需要，自購(gòu)超純水終端裝置設(shè)備，將純凈水輸入裝置，現(xiàn)用現(xiàn)制，滿足需要。
溶液中總的離子濃度的影響
pH值反映的是H＋的活度(H＋)，而不是H的濃度[H＋]，其關(guān)系為(H＋)=f×[H＋]。f為H 的活度系數(shù)。
pH表計(jì)和電極的質(zhì)量的影響
目前實(shí)驗(yàn)室主要用臺(tái)式pH計(jì)測(cè)量，有些pH計(jì)的性能和質(zhì)量并不理想。
制備工序流程
超純水制備的幾種流程
(1)離子交換樹(shù)脂制備超純水的傳統(tǒng)水處理方式
原水一沙、碳過(guò)濾器一精密過(guò)濾器+原水箱一床一陰床一混床一純水箱一純水泵一后置精密過(guò)濾器一用水點(diǎn)。
(2)反滲透水處理設(shè)備與離子交換設(shè)備進(jìn)行組合的方式
水一沙、碳過(guò)濾器一精密過(guò)濾器一反滲透設(shè)備一原水箱+純水泵一混床一后置精密過(guò)濾器一純水箱一用水點(diǎn)。
(3)反滲透十混合床方式
原水一原水加壓泵—砂、碳過(guò)濾器—保安過(guò)濾器反滲透一中間水箱一中間水泵一混合床一微孔過(guò)濾器一用水點(diǎn)。
以上幾種工藝流程中，混床離子交換設(shè)施的凈水過(guò)程是間斷式的，在剛剛被再生后，其產(chǎn)品水水質(zhì)較高，而在下次再生之前，其產(chǎn)品水水質(zhì)較差，存在水質(zhì)不穩(wěn)定、不便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等缺陷。反滲透水處理+電去離子(EDI)設(shè)備的超純水處理工藝設(shè)備包括：清水箱、原水輸送泵、板式換熱器、多介質(zhì)過(guò)濾器、盤(pán)式過(guò)濾器、10微米精密過(guò)濾器、全自動(dòng)超濾、精密過(guò)濾器、保安過(guò)濾器、一級(jí)高壓泵、一級(jí)反滲透裝置、PH調(diào)節(jié)、中間水箱、二級(jí)高壓泵、二級(jí)反滲透裝置、中間水箱、增壓泵、紫外線殺菌、保安過(guò)濾器紫外線、EDI、氮封水箱、增壓泵、紫外殺菌、拋光混床、保安過(guò)濾器、紫外殺菌、氮封水箱，核心設(shè)備如下：
(1)反滲透
反滲透是預(yù)脫鹽系統(tǒng)的核心部分之一，經(jīng)反滲透處理的水，能去除絕大部分無(wú)機(jī)鹽類和幾乎全部的有機(jī)物、微生物。系統(tǒng)RO裝置設(shè)計(jì)為：水溫在25℃時(shí)的單套設(shè)備產(chǎn)水量達(dá)到50m/H，在溫度過(guò)低時(shí)，可通過(guò)換熱設(shè)備來(lái)加熱進(jìn)水水溫，保證RO膜的產(chǎn)水量。
(2)EDI模塊
EDI利用傳統(tǒng)的離子交換樹(shù)脂將水中的污染離子去除，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于：EDI技術(shù)采用直流電迫使污染離子持續(xù)的從進(jìn)水中遷移出來(lái)，并穿過(guò)離子床和離子交換膜進(jìn)入濃水室。同時(shí)直流電能夠?qū)⑺肿与婋x成氫離子和氫氧根離子，持續(xù)的對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行再生。因此EDI可以連續(xù)、可預(yù)知的生產(chǎn)高純水。
(3)氮封水箱
EDI系統(tǒng)出水壓力較低，再加之拋光混床出水需要回流到中間水箱，因此設(shè)置一臺(tái)FRP水箱。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，若水箱不用惰性氣體封裝，水體的電阻率很快下降，會(huì)影響水質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量。氮?dú)鉃槎栊詺怏w，基本不參與水體里面的離子反應(yīng)，因此用來(lái)隔離空氣對(duì)水質(zhì)的影響。選用中間水箱容積50m，為FRP材質(zhì)，內(nèi)襯聚酯等惰性材料。包含氮封閥、減壓閥及水封。
三、化工半導(dǎo)體超純水氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例 主要參數(shù)、性能指標(biāo)與材料
ZZDQ玻璃鋼水箱氮封閥主要參數(shù)
1、主要參數(shù)及主要性能指標(biāo)見(jiàn)表一 表一
公稱通徑DN（mm） | 20 | 25 | 40 | 50 | 80 | 100 | 150 | ||||||
閥座直徑（mm） | 6 | 15 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | 125 | 150 | |
額定流量系數(shù)Kv | 0.32 | 5 | 8 | 11 | 20 | 30 | 48 | 75 | 120 | 190 | 300 | 480 | |
壓力調(diào)節(jié)范圍KPa | 0.1～0.5、0.4～5.0、4.0～12.0、 | ||||||||||||
公稱壓力PN（MPa） | 1.6 | ||||||||||||
被調(diào)介質(zhì)溫度（℃） | -5～+100 | ||||||||||||
流量特性 | 快開(kāi) | ||||||||||||
調(diào)節(jié)精度（%） | ≤±5 | ||||||||||||
執(zhí)行機(jī)構(gòu)有效面積（cm2） | 100 | 200 | 280 | 400 | |||||||||
信號(hào)接口 | 內(nèi)螺紋M10×1 | M16X1 | |||||||||||
2、化工半導(dǎo)體超純水氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例 壓力調(diào)節(jié)范圍見(jiàn)表二 表二
壓力調(diào)節(jié)范圍（KPa） | 指揮器膜室 | 執(zhí)行機(jī)構(gòu)膜室 | 使用閥門(mén)口徑（mm） |
0.1～0.5 | 1200 | 100 | 20～32 |
0.4～5.0 | 600 | ||
4.0～12.0 | 400 | ||
0.1～0.5 | 1200 | 200 | 40～50 |
0.4～5.0 | 600 | ||
4.0～12.0 | 400 | ||
0.1～0.5 | 1200 | 400 | 65～100 |
0.4～5.0 | 600 | ||
4.0～12.0 | 400 | ||
0.1～0.5 | 1200 | 600 | 125～150 |
0.4～5.0 | 600 | ||
4.0～12.0 | 400 |
3、超純水氮封水箱ZZYVP-16B自力式氮封閥主要零件材料見(jiàn)表三
零 件 名 稱 | 材 料 |
氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，指揮器 | 組合件 |
閥體，閥蓋 | ZG230-450，ZG0Cr18Ni9Ti，ZG0Cr18Ni12Mo2Ti |
推桿，閥桿 | 2Cr13，1Cr18Ni9 |
閥座 | 1Cr18Ni9Ti |
閥芯（軟密封）/填料 | 聚四氟乙烯 |
波紋膜片 | 橡膠夾增強(qiáng)滌綸織物 |
彈簧 | 1Cr18Ni9Ti、60Si2Mn |
二、化工半導(dǎo)體超純水氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例 防止超純水容器被空氣污染的常見(jiàn)方法：
☆充氮法：即在水箱水面上充入氮?dú)馐瓜鋬?nèi)維持適當(dāng)?shù)恼龎毫Γ柚勾髿馀c箱內(nèi)水面接觸。
☆薄膜袋法：即在水箱內(nèi)設(shè)置袋狀薄膜覆蓋于水面上，薄膜袋隨水位升降，減少水面與空氣接觸面積。
☆浮頂法：即以密度比水輕的輕質(zhì)材料在水箱內(nèi)制成整塊板狀浮頂浮于水面，并用輕質(zhì)彈性材料(如海綿、發(fā)泡塑料等)遮蓋浮頂與箱間的間隙，浮頂隨水面升降。從而減少空氣與水面的接觸機(jī)會(huì)。
在上述三種方法中又以氮封水箱最常見(jiàn)。
三、氮封水箱的組成：
氮封水箱是由三部分組成：
☆氮?dú)庠矗和ǔ？梢赃x用潔凈高壓氮?dú)馄俊⒅频獧C(jī)、工廠現(xiàn)有潔凈壓縮氮?dú)?#8230;…
☆密閉水箱：超純水水箱一定要全密封，一方面防止氮?dú)馔庑梗硗夥乐箍諝膺M(jìn)入水箱污染超純水。
☆控制系統(tǒng)：氮封閥裝置（包括：供氮閥、泄氮閥及呼吸閥）
1 化工半導(dǎo)體超純水氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例 安裝前的檢查：
ZZDQ玻璃鋼水箱氮封閥閥門(mén)在安裝前應(yīng)對(duì)管線進(jìn)行清掃，因?yàn)楣芫€中的異物可能會(huì)損壞閥門(mén)的密封面，甚至阻礙閥芯和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)而造成閥門(mén)不能正常的開(kāi)啟和關(guān)閉，損壞執(zhí)行元器件，請(qǐng)確認(rèn)已清除管道污垢，金屬碎屑、焊渣和其他異物后方能對(duì)閥門(mén)進(jìn)行安裝，否則由于管道內(nèi)異物造成閥門(mén)損壞的由安裝公司承擔(dān)責(zé)任。
2 安裝要求
2.1 閥門(mén)安裝時(shí)，閥體上的介質(zhì)流向指示應(yīng)與管路中的介質(zhì)流向指示*，閥門(mén)的流道中心應(yīng)與管線的中心保持在同一軸線上。
2.2 閥門(mén)的安裝方位應(yīng)布置在水平流向的管道上，并使閥門(mén)處于垂直向上的位置，否則應(yīng)采取措施消除由此帶來(lái)的不利影響
3、化工半導(dǎo)體超純水氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例 的日常使用維護(hù)：
（1）清洗閥門(mén)：對(duì)清洗一般介質(zhì)，只要用水洗凈就可以。但對(duì)清洗有害健康的介質(zhì)，首先要了解其性質(zhì)，在選用相應(yīng)的清洗辦法。
（2）閥門(mén)的拆卸：將外露表面生銹的零件先除銹，但在除銹前，要保護(hù)好閥座、閥芯、閥桿與推桿等精密零件的加工表面。拆裝閥座時(shí)應(yīng)使用工具。
（3）閥芯、閥座：二密封面有較小的銹斑與磨損，可用機(jī)械加工的方法進(jìn)行修理，如損壞嚴(yán)重必須換新。但不管修理或更換后的硬密封面，都必須進(jìn)行研磨。
（4）閥桿：表面損壞，必須換新。
（5）壓縮彈簧：如有裂紋等影響強(qiáng)度的缺陷，必須換新。
（6）易損零件：填料、密封墊片與O型圈，每次檢修時(shí)，全部換新。膜片必須檢查是否有預(yù)示將來(lái)可能發(fā)生裂紋、老化與腐蝕等痕跡，根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果，決定是否更換，但膜片使用期一般多2～3年。
（7）閥門(mén)組裝要注意對(duì)中，螺栓要在對(duì)角線上擰緊，滑動(dòng)部分要加潤(rùn)滑油。組裝后應(yīng)按產(chǎn)品出廠測(cè)試項(xiàng)目與方法調(diào)試，并在這期間，可更準(zhǔn)確地調(diào)整填料壓緊力與閥芯關(guān)閉位置。
（8）調(diào)試所需要壓力值是通過(guò)對(duì)指揮器頂部的調(diào)節(jié)螺母的操作而得到調(diào)整，打開(kāi)頂部的防塵蓋，用扳手調(diào)整調(diào)節(jié)螺母。順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)使壓力增大，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)則壓力減小。安裝在壓力調(diào)節(jié)閥后的壓力表，可使工作人員借以觀察調(diào)整后的壓力給定值。
