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气体知识

高纯气体管道配管及附件材料的选择要点

 

高纯度气体由管道输送,能否将高纯气体送至用气点仍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。
2.1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。
21.1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最大、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。
2.1.2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。
2.1.3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)。
2.1.4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。
2.1.5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。
2.1.6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。
2.2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)、304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。
2.3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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