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    高纯气体管道配管及附件材料的选择

    2020-07-27

    高纯气体管道配管及附件材料的选择


    高纯度气体管道中所有高纯度、高洁净的气体均需通过管路输送到仪器用点(POU),为了达到仪器对气体的质量要求,在气体出口指标一定的情况下,则更需重视配管系统的材料选用和施工质量。除取决于制气或净化设备的精度外,在很大程度上受到管路系统诸多因素的影响,因此,管材的选取应恪守相关行业原则,并注明管道材质。

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    高纯度气体的管道输送,将高纯气体送至用气点,并保持质量合格的关键是供气系统设计合理、管件及附件选择正确、施工安装正确和试验检测合格。高纯气体管道输送管道,要根据工艺过程对气体纯度、允许的杂质含量、微粒含量等的要求不同,采用相应质量的管材。比如半导体产业因其生产工艺复杂、加工精细,它不仅要求有洁净的生产环境,而且对生产过程中所需的各种高纯气体有特定的、严格的要求,从微米技术进入亚微米、深亚微米(小于O.35g.m)技术,对气体中的杂质含量、水含量要求极为严格,10 (ppm级)已经不能达到要求,需要达到10 (ppb级),甚至10一~2(ppt级),尘埃粒径要求控制到0.05-0。Olla,m。因此输送管道本身的管道材料特性适应高纯、超高纯气体的要求成为必须。

    1.管道材料特性

    对输送高纯气体管道而言,其影响气体质量的管道材料主要特性是气体渗透性、出气速率、吸附性、表面粗糙度和耐磨性、抗腐蚀性。

    2.气体渗透性

    气体从压力(或分压力)高的一侧透过材料向压力(或分压力)低的一侧流入的现象成为气体渗透。因为空气中氧气和氮气分压力大、气体分子相对较小,管道材料对气体的渗透性主要表现氧气和氮气的渗透,一般对氧气的渗透测试比较多。不同材料对氧的渗透性材料大气中氧气的渗透(ppm)不锈钢管 O铜管 O聚丙烯管 1l聚四氟乙烯管 12普通钢管 203 从表看到,对于输送ppm级及更高纯度要求的气体,从气体渗透角度必须选用不锈钢管或者钢管,如果我们不恰当地选用了不符合要求的管道材料,那么,无论我们采取什么净化手段,都将是无济于事的。

    3.出气速率

    材料冶炼过程形成的管道材料晶间或者晶格内部存在着某些杂质,如氮、碳氢化合物等,在高纯气体输送过程中,这些杂质会缓慢地释放出来,污染高纯气体,尤其是杂质要求在ppb以上级的高纯气体。通常低碳不锈钢管的出气速率极低。

    4.吸附性

    由于水分等杂质是极性分子,吸附性很强。橡胶、塑料或一些表面粗糙的材料极易吸附水分等杂质,铜材对水吸附性极强,使用这些材料输送高纯气体易被污染,除了输送ppm级以下的氧气会使用紫铜管外,高纯气体都不采用铜管和塑料管,气体会接触到的垫片、填料也不得采用橡胶、塑料材料(包括聚四氟乙烯)。

    5.表面粗糙度和耐磨性

    为了确保输送的气体纯净度,要求管道材料内表面有一个极高的光洁度,这样可以防止污染粒子及湿气在管壁滞留,可以在吹扫时比较容易吹净。管材比较光洁而且耐磨,可以在气流高速冲刷下,产生的金属粒子就少,不锈钢比铜管产生粒子要少,所以不锈钢管耐磨性优于钢管。

    6.抗腐蚀性

    微电子生产中,经常使用一些腐蚀性很强的气体,这时必须采用耐腐蚀的管材,否则管道会被腐蚀,轻则表面产生锈斑,重则管道大面积剥落、穿孔,不但污染气体,还会发生安全事故。

    7.内表面处理

    为了进一步改善管道材料特性,对管道内表面进行处理,一般有三种方法:酸洗钝化(AP),光亮退火(BA)和电解抛光(EP)处理。试验资料和实践都证明,通过表面处理后。管道材料的粗糙度减小。出气速率降低。表面吸附性减弱。

    8.管道材料及连接

    纯度在99.99%以内的气体管道,采用10#或20#无缝钢管(内表面镀锌或纯化处理)、铜管。镀锌管道采用螺纹连接。总杂质含量≤10—100ppm的气体管道,采用304不锈钢光亮退火管(304BA)、304不锈钢管纯化处理(304AP)、紫铜管。管道采用焊接连接,可以采用对接焊、承插焊或套管焊接。总杂质含量≤1-1oppm的气体管道,采用316L不锈钢光亮退火管(316LBA)、316L不锈钢电抛光管(304EP)。管道连接采用焊接, 内壁无瘢痕的对接焊,高纯氩气保护焊。总杂质含量≤lppm的高纯气体管道,必须采用316L不锈钢电抛光管(3l6LEP)。管道连接采用焊接,内壁无瘢痕的对接焊,高纯氩气保护焊,在专用的洁净室内进行。

    9.管道阀门及连接

    气体管道普遍采用球阀、隔膜阀和波纹管阀,根据气体纯度、有毒性和可燃爆炸性要求选择相适应的阀门。纯度在99.9999%以内的气体管道,采用304不锈钢球阀,可以采用法兰连接,法兰垫片为软金属垫片、聚四氟乙烯垫片.总杂质含量≤10ppm的气体管道,采用隔膜阀和波纹管阀。可燃爆炸性的气体必须采用波纹管阀。阀门采用卡套连接,软金属整片。由于隔膜阀具有波纹管阀相同的密封性能外,还具有阀内死空间小、容易吹除干净、污染小等突出特点,总杂质含量≤lppm纯度要求极为严格的管道以及危险性极大的气体管道,推荐使用隔膜阀。阀门采用VCR卡套连接,软金属垫片。


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