上海不锈钢盘管厂家,技术分析：电子洁净厂房工艺冷却水和纯水系统的管材

电子洁净车间的工艺用水主要包括工艺冷却水和纯水。

工艺冷却水主要用于各种工艺设备的冷却。 由于工艺设备中的冷却管中有很多直径很细的毛细管，为了避免毛细管结垢，对工艺冷却水的水质提出了相应的要求。

纯净水主要用于各种电子产品的清洗。 使用纯净水可以避免水中杂质对电子产品的污染。 电子车间使用纯水的主要特点不仅是水的电阻率高，而且对粒径、总有机碳（TOC）、总硅、溶解氧（DO）、各种离子的含量都有不同的要求.

1工艺冷却水管路的选择

半导体、TFT-LCD等行业的工艺冷却水系统对工艺冷却水的水质提出了要求，以避免工艺设备冷却盘管结垢堵塞。

以某半导体厂工艺冷却水设计水质为例：电阻率>30kΩ·cm硬度<0.5德度。 因此，工艺冷却水管路的选择主要考虑两方面的要求，一是对水质的要求； 另一个是对管道腐蚀的要求。

工艺冷却水管主要有不锈钢管和塑料管。

(1) 不锈钢管

根据工艺冷却水的水质要求，SS304不锈钢管可以满足要求，但半导体和TFT行业通常使用纯水制备过程中产生的反渗透（RO）废水作为工艺冷却的补充水源水，而RO出水是以纯水为基础的，根据制备工艺的不同，PH值也不同。 当水的pH值为中性或弱碱性时，可以使用SS304不锈钢。 当水的PH值为酸性时（RO出水通常呈酸性，不加碱），应选用耐酸性能好的不锈钢。

根据对不同项目的调查，发现不锈钢管的腐蚀主要发生在接口处和管道底部。 分析主要原因，界面腐蚀主要是由于在焊接过程中没有采用氩弧焊，造成氧化层被破坏，使氧化层下的不锈钢金属铬化合物发生腐蚀。 管道底部腐蚀主要是由于冲洗管道时使用自来水，而自来水中含有大量的余氯。 如果时间系统不投入运行，很容易造成不锈钢的氯腐蚀。 不锈钢中的氯离子腐蚀是应力腐蚀。 在“奥氏体不锈钢-CL”中，溶液中氧的存在是为了促进金属的钝化，而氯化物会破坏金属的钝化，同时进入裂纹尖端形成盐酸酸，会加剧腐蚀。

因此，选择不锈钢管时应考虑一定的腐蚀余量。 至少应选用壁厚为Sch-10S的产品，并采用正确的焊接方法。 管道冲洗后，应将管道中的水排空并擦干。

(2) 塑料管

根据工艺冷却水的水质要求，PVC管可以满足要求。 常用的PVC有两种，硬质聚氯乙烯（PVC-U）是由聚乙烯单体聚合而成的热塑性高分子化合物； 氯化聚氯乙烯（PVC-C）是由氯化聚氯乙烯树脂制得的一种独特的聚合物。 由于PVC管具有很强的耐腐蚀性，即使水质呈弱酸性或弱碱性，也不会引起管道腐蚀。

但塑料管需要注意工作压力的问题。 由于工艺设备中冷却管径小，造成水头损失大。 因此，工艺冷却循环水系统的工作压力较高。 计算确定管道的压力等级。 需要特别注意的一点是管道的压力等级不等于设计管道的允许工作压力。 管道应力公式：

式中：P为管道的允许工作压力（MPa）；

d为管材外径（mm）；

e为管壁厚度（mm）；

C为设计系数；

σ 是管道应力 (MPa)。

以PN16 PVC-U管为例，管径为110mm×8.1mm，管内应力为15.5MPa，设计系数为2.5，液体温度为40℃。

可见，虽然管道的压力等级为PN16，但管道的允许工作压力为9.86MPa。

因此，工艺冷却水系统通常选用Sch80-PVC管材。 Sch-80是ASME（美国机械工程师协会）的壁厚标准，Sch是“”，管道的壁厚等级。 Sch是设计压力与材料在设计温度下的许用应力之比乘以1000并四舍五入。 现在：

Sch.＝P/〔〕t×1000

式中：P为设计压力（MPa）； 〔ó〕

t为材料在设计温度下的许用应力（Mpa）。

管号（Sch）不是壁厚，而是一系列的壁厚。

管径相同，管表号不同，其壁厚不同。 Sch越大，管壁越厚。

PVC管的缺点是大口径管材采购困难，施工困难。 因此，PVC管通常可应用于小于DN100的支管。 总管仍采用不锈钢管，两管采用法兰连接。 由于小口径的Sch80-PVC管价格低于不锈钢管，可以节省投资。

随着新型管道的大规模推广应用，在使用过程中应特别注意管道和管接头的腐蚀。 由于工艺冷却水通常采用RO出水或软化水作为补充水源，具有一定的腐蚀性，管道内壁必须具有足够的耐腐蚀性能。 很多管道本身的耐腐蚀性是没有问题的，但是管道接头处理不当，很容易造成接头处腐蚀。 例如，对于钢衬不锈钢管道，接口不能保证水不会与非不锈钢部件完全隔离； 钢衬塑管、钢涂塑管，无论是螺纹连接、卡环连接、沟槽连接还是法兰连接，都不能保证外金属与水完全隔绝。

2 纯水管道的选择

电子超纯水通常是电阻率>15 MΩ·cm（25°C）的纯水。 此时，电阻率不是重要因素，需要根据其他指标的要求进行具体分析。

(1) 管道性能比较

选择管道材料的依据主要是管道的浸出物（见表1）和内表面的光滑度。 主要应用管材有Clean-PVC管材、Clean PP管材和PVDF管材。 Clean-PVC 管道由耐冲击的硬质聚氯乙烯制成上海不锈钢盘管厂家，其添加剂比普通 PVC 管道少。 这减少了管道内壁的粗糙度（Clean-PVC管道的表面粗糙度小于0.37 μm，而普通PVC管道的表面粗糙度为1.0 μm）和污染物的析出。 生产厂家主要有“佛山市新泽昌不锈钢有限公司（）”和“日本朝日有机材料株式会社（ASAHI AV）”。 洁净PP管是由(β)-PP-H均聚聚丙烯制成，具有非常均匀、致密的结构和突出的冲击强度。 其高结晶度确保了出色的耐化学性，二氧化钛颜料的使用进一步增强了这一点。 内壁粗糙度和污染物析出性能与Clean-PVC接近。 主要制造商是乔治。 佛山市新泽昌不锈钢有限公司（+GF+）。 PVDF管的材料是聚偏二氟乙烯，是一种高结晶度、高性能的热塑性塑料，可在很宽的温度/压力范围内使用。 其主要特点是机械强度高、韧性好、耐磨性、热稳定性和介电性能优良，纯度高，可熔融成型，对大多数化学品和溶剂具有良好的耐腐蚀性。 良好的抗紫外线和核辐射性能，良好的耐候性，抗生物真菌的作用，良好的气体和液体阻隔性能，阻燃性好，发烟少。 PVDF是一种不含任何添加剂的纯材料，表面光滑，粗糙度小于0.2μm。 主要生产厂家有佛山市新泽昌乔治不锈钢有限公司（+GF+）和奥地利AGRU公司。

(2)管道材料的选择与几种典型电子洁净车间使用的纯水进行比较(见表2)。

与6寸半导体前处理类似，TFT-LCD水质可选择Clean-PVC管或Clean PP管。

Clean-PVC管自1980年代开始用于半导体行业，现在广泛用于纯水。 它的优点是由于应用广泛，供应商都有一定的库存，所以交货周期短，安装工艺也比较简单。 通常半天的课堂和现场培训就足够了。 它的缺点是管道的粘合和安装质量。 这也是很多半导体厂出现大量PVC管路系统故障和漏水问题的原因。 PVC管道系统出现故障主要是由于粘接质量差造成的。 PVC的连接方式主要是胶水粘合，需要胶水软化粘合部分的表面，然后对软化的部分进行压缩。 其粘接质量与操作者的技术相关性很大，不同人、不同部位粘接质量的一致性很差。 粘接要求涂胶量足，均匀性好，管件与管件的粘接部分必须非常干净光滑，管件必须完全插入管件。 然而，由于插入键合的性质，实际键合位点是不可见的，可能存在缺陷，这将对整个系统造成很大的风险。

由于PP是热熔焊接的，所以没有像PVC那样的污染，如粘合溶剂和其他有机溶剂，这些物质通常用于PVC管材中作为稳定剂。 这些粘合剂和有机溶剂会产生有机污染物（TOC）。 此外，PP管材的红外线热熔焊接采用电脑控制，避免了人工操作的质量参差不齐，可对焊点进行100%检测。 这使得PP管在安装质量上比Clean-PVC更有保证。 但是，PP 管的价格和安装成本高于 Clean-PVC。

据英特尔全球封测厂报道，每年都会出现大量的PVC管路系统故障和漏水问题。 造成故障的原因有多种，包括粘接不当、缺少支撑、安装过程中出现故障等。 cause shock等。因此，Intel的新封测厂开始广泛使用clean PP管代替Clean-PVC作为首选管材。

类似8寸半导体前处理或更高的水质要求，以PVDF管为主。

如表2所示，8寸半导体对纯水水质指标要求非常严格，Clean-PVC和clean PP已经不能满足要求，而溶解物和PVDF管内壁的光滑度远强于Clean-PVC和clean PP，所以只能选用PVDF管材。 国内半导体生产中也有使用8英寸Clean-PVC管材的成功案例，但经过实测分析发现，此类工厂的产品都是从6英寸升级到8英寸，即在6英寸纯水管系统运行几年后升级为8英寸，Clean-PVC管路系统经过长时间运行后，溶解离子有逐渐减少的趋势。 以某电子厂为例，该厂一期纯水系统没有设置去除TOC的专用紫外灯上海不锈钢盘管厂家，仅靠制备过程中去除TOC。 经过几年的运行，回水管道的TOC可达15ppm，而新建的纯水系统配备了专用的紫外灯，用于去除TOC。 当系统开始运行时，站出口的 TOC 仅为 50 ppm。 正是由于这一特点，纯水系统在投产前需要经过长时间的冲洗。 因此，在6英寸到8英寸的生产升级中，已经冲洗了几年的Clean-PVC管材有可能满足使用要求。 而PVDF管可以在短时间内冲洗到较低的指标，如表3所示。为节省初期投资，纯水回水管可采用清洁PVC或清洁PP管代替PVDF。 由于纯水回流需要经过抛光系统重新处理，即使回水中溶解物质较多，也不会影响供水。 水质的好坏只会影响抛光系统的维护费用，但经过长时间的运行后，维护费用的差异会逐渐减小。

3 结论

综上所述，笔者认为Sch-10S不锈钢管和Sch80-PVC管应该是对水质要求较高的电子洁净厂房工艺冷却水的首选。

6寸半导体前制程及TFT-LCD厂水质类似，可采用Clean-PVC及clean PP管道，但clean PP在连接方式及施工质量上有明显优势，可替代clean PP管道Clean-PVC广泛应用于纯水系统管道。

类似8寸和12寸半导体厂的水质，应该首选PVDF管。 6寸到8寸半导体水质升级的管路系统，可采用已运行多年的Clean-PVC管路系统，无需更换为PVDF管路系统。