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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，此時往往會優(yōu)先考慮采用氮封水箱來作為緩沖罐，氮氣要求純度為99%。超純水在空氣中如何被污染：空氣中含有二氧化碳、細菌、塵埃等雜質(zhì)，而超純水為純的溶劑，對這些雜質(zhì)的溶解能力很強，故一旦超純水與空氣接觸，就會使其電阻率迅速下降，實踐證明15MΩ.cm以上的超純水暴露在空氣中1分鐘后水質(zhì)就會下降至3-4MΩ.cm，3分鐘以后就會下降到2MΩ.cm左右。因此必須要減少超純水與空氣接觸的機會。超純水是導(dǎo)電離子、膠體、有機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)和后級處理等，同時，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、檢測和半導(dǎo)體器件的制備用水。電子元器件對超純水使用水質(zhì)要求高。市場環(huán)境變化使得元器件尺寸縮小與精細度上升，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階段，即初步吸附過濾階段、反滲透凈化階段和樹脂離子交換階段。其中，離子交換是將水中的正離子與離子交換樹脂中的H+離子交換，水中的負離子與離子交換樹脂中的OH-離子交換，從而達到純化水的目的。
化工半導(dǎo)體超純水氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例 具體說來主要有以下步驟：
1.原水：可用自來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、石英砂過濾器、活性炭過濾器、換熱器、阻垢劑系統(tǒng)。
3.雙級反滲透系統(tǒng)：保安過濾器、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。
4.EDI系統(tǒng)：EDI的作用就是通過除去電解質(zhì)(包括弱電解質(zhì))的過程，將水的電阻率從0.05～1.0MΩ·cm提高到5～16MΩ·cm。
5.拋光樹脂：無化學(xué)析出的核子級樹脂，去除純水中殘余的微量帶電離子及弱電解質(zhì)，使水質(zhì)達到18MΩ·cm以上。
6.終端超濾：能有效地去除水中的微粒、膠體、細菌、熱源和有機物。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)針對超純水中難處理的硼及其他離子定向去除同時還能連續(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，是指電阻率達到18 MΩ*cm（25℃）的水
| 序號 | 品 名 | 型 號 及 規(guī) 格 | 單位 | 數(shù)量 | 單 價 （元） | 金 額 （元） | 閥體材質(zhì)及其它 |
| 1 | 氮封閥 | 氮封閥ZZYVP-II DN32 PN16 進口壓力 0.1-0.3 MPA, 出口壓力0.5 KPA 法蘭連接 | 臺 | 3 | SUS304不銹鋼 詳細要求見附件 | ||
| 2 | 泄氮閥 | 泄氮閥ZXD-16 DN32 PN16 起跳壓力1.5 KPA法蘭連接 | 臺 | 3 | SUS304不銹鋼 詳細要求見附件 |
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，進入l\mum蜂房過濾器和超濾器等，先去除1\mum的顆粒，然后進入兩只串聯(lián)起來的陰、陽樹脂混合床，深度去除水中的雜質(zhì)離子。最后，經(jīng)過微孔膜過濾器精濾，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)見表1。
灌裝和運輸
超純水幾乎不含無機鹽和有機質(zhì)，也就是說幾乎不含陰離子和陽離子。超純水極易污染，難以貯存，不宜長距離輸送。目前用戶根據(jù)生產(chǎn)和科研需要，自購超純水終端裝置設(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表計和電極的質(zhì)量的影響
目前實驗室主要用臺式pH計測量，有些pH計的性能和質(zhì)量并不理想。
制備工序流程
超純水制備的幾種流程
(1)離子交換樹脂制備超純水的傳統(tǒng)水處理方式
原水一沙、碳過濾器一精密過濾器+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濾器一用水點。
(2)反滲透水處理設(shè)備與離子交換設(shè)備進行組合的方式
水一沙、碳過濾器一精密過濾器一反滲透設(shè)備一原水箱+純水泵一混床一后置精密過濾器一純水箱一用水點。
(3)反滲透十混合床方式
原水一原水加壓泵—砂、碳過濾器—保安過濾器反滲透一中間水箱一中間水泵一混合床一微孔過濾器一用水點。
以上幾種工藝流程中，混床離子交換設(shè)施的凈水過程是間斷式的，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、不便于實現(xiàn)自動化控制等缺陷。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)過濾器、盤式過濾器、10微米精密過濾器、全自動超濾、精密過濾器、保安過濾器、一級高壓泵、一級反滲透裝置、PH調(diào)節(jié)、中間水箱、二級高壓泵、二級反滲透裝置、中間水箱、增壓泵、紫外線殺菌、保安過濾器紫外線、EDI、氮封水箱、增壓泵、紫外殺菌、拋光混床、保安過濾器、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，能去除絕大部分無機鹽類和幾乎全部的有機物、微生物。系統(tǒng)RO裝置設(shè)計為：水溫在25℃時的單套設(shè)備產(chǎn)水量達到50m/H，在溫度過低時，可通過換熱設(shè)備來加熱進水水溫，保證RO膜的產(chǎn)水量。
(2)EDI模塊
EDI利用傳統(tǒng)的離子交換樹脂將水中的污染離子去除，其最大的優(yōu)點在于：EDI技術(shù)采用直流電迫使污染離子持續(xù)的從進水中遷移出來，并穿過離子床和離子交換膜進入濃水室。同時直流電能夠?qū)⑺肿与婋x成氫離子和氫氧根離子，持續(xù)的對樹脂進行再生。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FRP水箱。根據(jù)經(jīng)驗，若水箱不用惰性氣體封裝，水體的電阻率很快下降，會影響水質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量。氮氣為惰性氣體，基本不參與水體里面的離子反應(yīng)，因此用來隔離空氣對水質(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 | ||||||||||||
調(diào)節(jié)精度（%） | ≤±5 | ||||||||||||
執(zhí)行機構(gòu)有效面積（cm2） | 100 | 200 | 280 | 400 | |||||||||
信號接口 | 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)范圍見表二 表二
壓力調(diào)節(jié)范圍（KPa） | 指揮器膜室 | 執(zhí)行機構(gòu)膜室 | 使用閥門口徑（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表三
零 件 名 稱 | 材 料 |
氣動活塞式執(zhí)行機構(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方法：
☆充氮法：即在水箱水面上充入氮氣使箱內(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會。
在上述三種方法中又以氮封水箱最常見。
三、氮封水箱的組成：
氮封水箱是由三部分組成：
☆氮氣源：通常可以選用潔凈高壓氮氣瓶、制氮機、工廠現(xiàn)有潔凈壓縮氮氣……
☆密閉水箱：超純水水箱一定要全密封，一方面防止氮氣外泄，另外防止空氣進入水箱污染超純水。
☆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在安裝前應(yīng)對管線進行清掃，因為管線中的異物可能會損壞閥門的密封面，甚至阻礙閥芯和執(zhí)行機構(gòu)的運動而造成閥門不能正常的開啟和關(guān)閉，損壞執(zhí)行元器件，請確認已清除管道污垢，金屬碎屑、焊渣和其他異物后方能對閥門進行安裝，否則由于管道內(nèi)異物造成閥門損壞的由安裝公司承擔(dān)責(zé)任。
2 安裝要求
2.1 閥門安裝時，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 閥門的安裝方位應(yīng)布置在水平流向的管道上，并使閥門處于垂直向上的位置，否則應(yīng)采取措施消除由此帶來的不利影響
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：
（1）清洗閥門：對清洗一般介質(zhì)，只要用水洗凈就可以。但對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）閥門的拆卸：將外露表面生銹的零件先除銹，但在除銹前，要保護好閥座、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，可用機械加工的方法進行修理，如損壞嚴重必須換新。但不管修理或更換后的硬密封面，都必須進行研磨。
（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，全部換新。膜片必須檢查是否有預(yù)示將來可能發(fā)生裂紋、老化與腐蝕等痕跡，根據(jù)檢驗結(jié)果，決定是否更換，但膜片使用期一般多2～3年。
（7）閥門組裝要注意對中，螺栓要在對角線上擰緊，滑動部分要加潤滑油。組裝后應(yīng)按產(chǎn)品出廠測試項目與方法調(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對指揮器頂部的調(diào)節(jié)螺母的操作而得到調(diào)整，打開頂部的防塵蓋，用扳手調(diào)整調(diào)節(jié)螺母。順時針方向旋轉(zhuǎn)使壓力增大，逆時針旋轉(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。
