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特殊气体供应系统规划与设计  

2011-05-17 13:42:51|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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Gas Cabinet/Gas Rack Type:
气瓶柜一般常见选用配备如下:UV/IR火焰侦测器、温度侦测器、烟雾侦测器、过流量计、紧急遮断阀(AV1、ESV)、磅秤、洒水头、高压侧漏等。
Type 1:使用于液态气体有高压侧漏(PT使用3000psia)如HCL、ASH3
PH3等,以电子磅秤计算钢瓶剩余量。
Type 2:使用于高压气体有高压侧漏(PT使用3000psia)如:SIH4,CH4,
H2,5%PH3等,所以使用压力侦测的方式计算钢瓶的剩量。
Type 3:使用于液态气体没有高压侧漏(PT使用1000psia或250psia如:
WF6、SIH2CL2、N2O等,以电子磅秤计算钢瓶剩余量。
Type 4:使用于气态气体没有高压侧漏(PT使用3000psia或1000)psia
如:CO、CF4、NF3等,所以使用压力侦测的方式计算钢瓶
的剩量。
Type 5:使用于液态气体有高压侧漏没有AV1(PT使用3000psia)如
HCL、ASH3、PH3等,以电子磅秤计算钢瓶剩余量。
Type 6:使用于高压气体有高压侧漏没有AV1 (PT使用3000psia)如:
SIH4,CH4,H2,5%PH3等,所以使用压力侦测的方式计算
钢瓶的剩量。
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Type 7:使用于两个PROCESS系统有磅秤有,如:ASH3,PH3、CL2,BCL3
等,以电子磅秤计算钢瓶剩余量(此系统为特殊规格适用于实
验室场所)。
Type 8:使用于两个PROCESS系统,如:SIH4,CH4、1%PH3,5%ASH3
等,压力侦测的方式计算钢瓶的剩量 (此系统为特殊规格适
用于实验室场所)。
Type 9:使用于两个PROCESS系统一个有磅秤,如:ASH3,SIH4、
CF4,CO2等,以电子磅秤计算及压力侦测的方式计算钢瓶剩
余量(此系统为特殊规格适用于实验室场所)。
Type 10:使用于一个PROCESS一个PURGE钢瓶系统有磅秤,如:
ASH3、PH3、CL2、BCL3等,以电子磅秤计算钢瓶剩余量(此
系统为特殊规格适用于实验室场所)。
Type 11:使用于一个PROCESS一个PURGE钢瓶系统,如SIH4、CF4
等,以电子磅秤计算钢瓶剩余量(此系统为特殊规格适用于实
验室场所)。
简易型Gas Rack Type:
Type 1:完全手动Type。
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Type 2:半自动Type有自动切换功能(需控制器)。
因气体特性不同,危险性气体建议客户加装紧急遮断阀,当紧急状况发生时可以将钢瓶阀关闭停止供气,除非钢瓶破裂,否则只要紧急遮断阀功能正常,将可保证供应的安全性,此外过流量侦测器也建议安装,避免异常的流量供应。
功能设计:
气瓶柜内的钢瓶数设计可分为三种:分别为单钢、双钢、三钢。单钢的设计通常使用于研究机构或实验室等。制程尚未有量产,气体
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使用量小,现场可随时协调停机进行钢瓶之更换,其优点节省空间、成本低、但需透过日常之管理与协调以免中断制程造成损失。双钢与三钢常用于量产工厂,制程不允许停机情况,当一支钢瓶使用完后,另一支钢瓶stand by会自动转为供气,此两种形式最大的差别是在purge管路的纯化氮气是以钢瓶或厂务端供应,当purge用的PN2统一由厂务端来供应时,所有特殊气体供应系统不管是否兼容,全部连接到同一个供应源,会有较高的风险值;万一中央供应系统的PN2中断,警报系统又损坏,恰巧两种不兼容的气体同时使用purge,此时极有可能发生爆炸的事件发生,相同性质可使用同一瓶钢瓶来purge增加的成本及空间非常有限,是一种非常好的应变方式。三钢气柜成本不会差很多安全性会是最好的,只要空间允许应最优先选择。
操作性设计:
一般气瓶柜都设计有两个特殊气体钢瓶,需自动切换的功能以达到连续供应不断气的目的,气态气体通常以压力感应器来计算钢瓶的剩余量,若是液态蒸气压气体则以电子磅秤来侦测剩余量,当一瓶用
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完时会切换到另一瓶。操作上一般可分为全自动、半自动、手动三种方式通常换钢瓶时会执行下列几种Purge:
1.
Pre-purge(换钢瓶前)
首先将钢瓶阀关闭,测试是否有关紧,用真空产生器将特殊气体抽出,再用PN2来稀释管壁内的特殊气体,重复执行充吹的动作将管壁内的特殊气体稀释干净,此时即可更换钢瓶。
2.
Post-purge(换钢瓶后)
通常以PN2来进行保压测试,测试钢瓶接头是否衔接良好,再利用PN2重复执行充吹的动作来将钢瓶接头清洁干净。
3.
Process purge(用特殊气体)
直接用特殊气体来Purge管壁,主要的目的是要将PN2完全的清除让供气的质量更好,不会因更换钢瓶而供应质量受到影响。
4.
Hi pressure leak test(高压测漏)
通常高压燃烧性气体会建议使用高压测漏,因为经过高压测漏更能确保钢瓶接头衔接没问题。
一般钢瓶更换时机大约是剩余10%的残留量,但实际上应以制程的需求来决定,这样才会得到最佳的更换时间。再者,钢瓶都有使用期限,操过使用期限因为部分特殊气体会对钢瓶造成为腐蚀,污染气源。
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为到达上述1-4项的功能,其管件的设计就会比较复杂,建议顾客尽量使用自动的供应系统,若使用手动的方式进行,人员操作需要非常的小心谨慎,只要任何一项步骤有疏失极可能影响供应的质量,严重时有可能造成人员伤亡。即使是气瓶架也应该采用自动的供应系统,虽然没危险性,人员操作不当极有可能造成污染,毕竟要人员重复动作可能几十次,不但需要耗很多的时间,人员也要集中很多精神来执行,风险等级也相对提高。
气瓶柜管路设计:
认识气瓶柜盘面上的一些设计,以下逐一介绍盘面上重要主件:
1.
气动阀气源:一般以GN2来进行控制,不建议使用CDA,因GN2的供应系统比较稳定,不会因停电或运转设备故障而中断,此气源是用于自动或半自动的气动阀件开关。
2.
手动控制阀:主要用于第二到防护作为第二次确认用,一般于供应
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气体的出口端。
3.
逆止阀:防止特气倒灌到清洁用的PN2系统和抽气用的GN2系统。
4.
调压阀:用于调整供应系统的供应压力。
5.
压力传送器:是防护系统中非常重要的零件,透过它我们可以判断管路是否泄漏,相关阀件是否正常开关,同时亦可检知钢瓶的剩余量。
6.
真空产生器:利用GN2快速流动产生吸力,将管路中的气体抽出,以到达抽气的目的。
7.
气体过滤器:一般在钢瓶出口端会装比较粗的过滤器,在出端会装比较细的过滤器,有效过滤气体中的粒子,过滤器较不易purge所以一般不建议装在常purge的管路中。
8.
过流量侦测器:对管路异常流量进行侦测,若是操过设定值,即判断管路上可能大量泄漏,进而关闭供应系统停止供气。
9.
限流孔:是一种简易又有效的过流量控制装置,用以限制大量气体流过,一般使用于vent处,其主要功用大量的特殊气体排出,区域性的废气处理机无法处理的情况发生。
气瓶柜在管路设计上应该特别注意的事项如下:
1.
不相容的气体purge管路不可相连在一起。
2.
不兼容的气体不能装在同一个气瓶柜内,即使各自独立的供应系统
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也严重禁止。
3.
管路大小应依实际制程所需的压力流量来设计。
4.
钢瓶接头型号应事先由业主告知我们以免有接头无法接上的问题。
5.
小钢瓶会使用可调整的支撑架。
6.
阀件材质应依气体特性来选择。
7.
如有考虑扩充性可在出口端加装一个预留扩充阀。
安全防护设施:
气瓶柜防护设计,包括外箱的防火与防爆设计、抽风孔、火焰侦测器、消防洒水头、毒气侦测器、紧急遮断开关、过流量侦测器、温度侦测器、烟雾侦测器、vent限流孔、远程遮断等。其中消防洒水头在气瓶柜内的温度操过65℃时,玻璃会自动破裂洒水,但要注意有些腐蚀性气体会与水产生强烈反映,建议不安装消防洒水头。
在气体房内也需装烟雾侦测器及洒水头,以防止气瓶柜以外的地方有火灾,所有系统应该与中央监控系统联机,并与广播系统联机,
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一有警报立即疏散相关人员,由厂区紧急应变小组来进行处理,以免发生危险。
这些相关防护设备在规划时应特别考虑其摆放位置及其实用,如紧急遮断按钮除气柜上需要外,在气体房外或中央监控系统亦需架设,避免气体外泄人员无法进入关闭源头的钢瓶;此外警报警示灯与警报声响亦需在气体房外面明显的位置架设,以利人员紧急处理时的识别,并规划相关防护器具,如更换钢瓶时所使用的空气面罩。
为防止地震会在气瓶柜的底部打上膨胀螺丝固定,使其在地震时不至于位移,地震仪的安装通常有三个感应器,分别装于厂区的三个角落,可避免当有外力的干扰时(如施工)即造成误动作,一般执行地震切断系统功能,通常会设定两个地震仪动作才会执行此功能,且设定地震等级为五级。
另一项比较特殊的就是紧急的废气处理设备适用于燃烧性气体,一般时抽风量只有一半,当特殊气体外泄时,抽风量会全数运转,需与侦测器配合使用,但受空间限制一般以吸附一瓶特殊气的量作为设计,因为其体积非常大。但因价格昂贵目前尚未普及。
控制系统设计:
控制系统目前采用每台气柜皆由独立单机PLC控制,而非采中
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央集中控制系统,且使用触控式屏幕进行操作,系统的稳定性与便利性都没有问题,并且可透过通信接口上中央监控系统与周边系统进行整合,建立一个安全性极高的气体供应系统设计。
VMB设计:
VMB设计:
VMB内气体种类配置的设计基本上有两种方式:一种以供应机台为主,另一种以气体种类进行分类,前者较少用也比较不好,虽然它有空间上的优点,但不兼容气体装于同一个箱子内万一泄漏或人员误动作极有可能激烈反应严重甚至爆炸,相对侦测器的点数会增加,造成成本的负担,未来扩充性也较差,后者的设计是目前最普遍采用的方式,虽然无法集中,操作可能比较不方便,但气体侦测点少,安全性高,VMB设计及操作容易,扩充性佳。
基本上VMB与气瓶柜的设计是大同小异的,只要气瓶柜有的功
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能在VMB亦可以做,但由于经费的问题一般功能不会做那么好,以手动为主加一个气动阀可做紧急遮断用。一般VMB不常会去操作或动到所以发生泄漏的机率比较低,设计一般以节省成本为主。
VMB一般是以业主实际上的需求来设计2、3、4、5或其它点数的数目,同时供应数台机台,亦可加调压阀做二次调压让压力更加的稳定,设定上下警报讯号做更有效的供应控制。
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