W oparciu o faktyczną konstrukcję instalacji wytwarzającej wodę ultraczystą o oporności przekraczającej 18,2 MΩ·cm, w artykule przedstawiono podstawowe procesy wytwarzania wody ultraczystej. Kładzie szczególny nacisk na materiały rurowe stosowane na różnych etapach uzdatniania wody i zawiera szczegółowy opis instalacji rur do wody ultraczystej w oparciu o praktyczne doświadczenia.
I. Przegląd systemu wody ultraczystej
Wraz z rozwojem przemysłu elektronicznego wymagania dotyczące jakości wody podczas produkcji i przetwarzania chipów stają się coraz bardziej rygorystyczne. Aby zapewnić produkcję ultra{1}}wielkich-obwodów scalonych, kluczowym czynnikiem jest-woda o wysokiej-oraz wysokiej-czystości surowców, gazów i chemikaliów. Systemy wody ultraczystej przekształcają standardową wodę miejską w wodę ultraczystą, która spełnia rygorystyczne normy dotyczące zawartości jonów i wielkości cząstek.
Ogólnie rzecz biorąc, system wody ultraczystej składa się z trzech głównych sekcji:
Obszar produkcji wody ultraczystej (sekcja CUB),
Strefa doczyszczania i cyrkulacji wody ultraczystej (sekcja FAB),
Sieć rurociągów dystrybucyjnych wody ultraczystej (różne obszary użytkowania w obrębie FAB).
Obszar produkcji wody ultraczystej jest najbardziej złożony i można go dalej podzielić na trzy części:
obróbka wstępna-,
Oczyszczanie pierwotne,
Uzdatnianie wody ultraczystej.
Sekcja-obróbki wstępnej obejmuje przede wszystkim filtrację piaskową i wieże z węglem aktywnym (niektórzy producenci dodają także zbiorniki reakcyjne i zbiorniki flotacyjne rozpuszczonego powietrza przed filtracją piaskową).
Sekcja oczyszczania pierwotnego obejmuje przede wszystkim wieże anionowymienne/kationowymienne, wieże odgazowujące (DG), filtry bezpieczeństwa, sterylizatory UV i wielostopniowe-jednostki odwróconej osmozy;
Sekcja wody ultraczystej obejmuje przede wszystkim MDG (membranowe moduły odtleniające), sterylizatory UV-TOC, wymienniki jonowe-ze złożem mieszanym (MB) i filtry-w miejscu-użytkowania.
Ponieważ jednak rurociągi mogą ponownie-zanieczyścić wodę podczas transportu do urządzeń procesowych, w FAB zazwyczaj instalowany jest system czyszczenia i cyrkulacji. System ten skupia się na jednostkach-z mieszanym złożem (MB) uzupełnionych sprzętem do ultrafiltracji (UF) w celu usunięcia zanieczyszczeń przedostających się do wody z sieci rurociągów podczas dystrybucji do linii produkcyjnych.
II. Materiały rurowe powszechnie stosowane na każdym etapie systemu wody ultraczystej
Wybór odpowiednich materiałów rurowych ma kluczowe znaczenie w przypadku systemów wody ultraczystej; wybór musi zapewniać jakość wody, pozostając jednocześnie uzasadnionym ekonomicznie. Powszechnie stosowane materiały rurowe w systemach wody ultraczystej obejmują PVC, SGP, SGP (RL), SUS304, CPVC, SUS316 i PVDF. Rury z PVC lub SUS304 są zwykle używane na etapie obróbki wstępnej podczas produkcji ultraczystej wody. Rury stalowe-z wykładziną gumową (SGP-RL) są zwykle używane do połączeń bocznych sprzętu-, natomiast rury SUS304 są stosowane wokół maszyn wibracyjnych, takich jak pompy wodne; Rury CPVC lub SUS304 są stosowane w głównych liniach przepływowych podczas pierwszego etapu oczyszczania. Ze względu na wysokie ciśnienie odcinek pomiędzy pompą-wysokociśnieniową a jednostką odwróconej osmozy (RO) wymaga rur i kołnierzy SCH80 SUS304 o ciśnieniu znamionowym 2,0 MPa. Ponieważ procesy RO mają specyficzne wymagania dotyczące temperatury wody, wymienniki ciepła są zwykle instalowane przed jednostką RO, a w ich pobliżu należy stosować rurociągi SUS304. Rury SUS316 i CPVC są zwykle stosowane w głównych liniach przepływu na etapie produkcji ultraczystej wody. Główne linie przepływu w strefie cyrkulacji polerowania zazwyczaj wykorzystują rury SUS316 (połączenia spawane wymagające pełnej penetracji/{22}}tworzenia dwustronnego ściegu spoiny) i rury PVDF, natomiast rury CPVC są używane w liniach odzyskiwania wody ultraczystej. Do przewodów odprowadzających ścieki na wszystkich wyżej wymienionych etapach uzdatniania wody stosowane są standardowe rury PCV. W przypadku linii dozowania chemikaliów (takich jak kwasy i zasady) w procesie produkcji czystej wody wymagane są odporne na uderzenia rury z PCV. Rury SUS304 są stosowane w systemie azotu obsługującym system czystej wody, natomiast rurociągi SUS316 są stosowane w przewodach azotu w systemie doczyszczania ultraczystej wody. Rury SUS304 lub SGP są powszechnie stosowane w systemach sprężonego powietrza zasilających zawory pneumatyczne; jeśli używana jest rura SGP, przed wejściem linii do jakiegokolwiek elektrycznego panelu sterowania należy zainstalować filtr.
III. Budowa systemu wody ultraczystej
Budowa stacji wody ultraczystej stanowi największe wyzwanie i obejmuje trzy główne elementy: dostawę i instalację sprzętu, produkcję i montaż wspólnych stojaków na rury oraz instalację rurociągów. Podczas przenoszenia sprzętu należy przygotować szczegółowy plan podnoszenia,-szczególnie w przypadku sprzętu, który jest zbyt ciężki, ponadgabarytowy lub delikatny,-aby ściśle unikać lekkomyślnych lub niebezpiecznych praktyk instalacyjnych. Podczas budowy wspólnych regałów nośnych należy zwrócić uwagę na dwa kluczowe aspekty: po pierwsze, połączenie między regałem a konstrukcją cywilną musi być solidne, najlepiej wykorzystując osadzone płyty stalowe. Jeżeli z jakiegoś powodu-osadzenie wstępne nie jest możliwe, do przymocowania podpór do belek należy zastosować chemiczne śruby kotwiące; standardowe, proste śruby rozporowe nie są dozwolone. W żadnym wypadku nie należy stosować płyt żelaznych ani prostych kołków rozporowych do kotwienia podpór do płyty podłogowej. Po drugie, cała sekcja stojaka na rury musi być utrzymywana w poziomie, aby zapobiec zginaniu się rury lub uszkodzeniom spowodowanym nierównomiernym naprężeniem w punktach styku rury z stojakiem. Jeśli chodzi o instalację rurociągów na stacji wodnej, chociaż CDA, azot i przewody pary wymiennika ciepła lub ciepłej/zimnej wody można instalować systemowo-po-systemie, instalacja pozostałych rurociągów stacji jest podzielona na dwie główne części: orurowanie stojaka i wyposażenie-przylegające rurociągi. Te dwie części mogą przebiegać jednocześnie w początkowej fazie budowy. Po ukończeniu prostych odcinków stojaka i rur bezpośrednio otaczających sprzęt należy wykonać połączenie pomiędzy-sąsiednimi rurami sprzętu a rurami stojaka, tworząc zamknięty system rurociągów. Instalacja rurociągów systemu wody ultraczystej różni się znacznie od instalacji rurociągów ogólnego użytku; Oprócz zapewnienia szczelności systemu, krytycznym wymaganiem jest utrzymanie czystości rur przez cały proces instalacji. Poniżej omówię konkretne techniki instalacji rur CPVC (chlorowany polichlorek winylu) i PVDF (polifluorek winylidenu) w systemach wody ultraczystej.
IV. Montaż rurociągów CPVC i PVDF w systemach wody ultraczystej
Materiały rurowe CPVC i PVDF spełniają rygorystyczne wymagania systemów wody ultraczystej w zakresie wymywania jonów metali i węgla organicznego, braku drobnych cząstek oraz zapobiegania rozwojowi realnych bakterii. Ponieważ materiały rurowe i akcesoria są przetwarzane i pakowane w-bardzo czystym środowisku, ich instalacja wiąże się z określonymi procedurami. W przypadku rur CPVC należy zastosować-wyprodukowany w Japonii klej do rur plastikowych „Nie. 85”. Do cięcia rur należy używać elektrycznej piły taśmowej lub rotacyjnego obcinaka do rur; jeśli to możliwe, należy unikać używania pił ręcznych (ponieważ pozostawiają one trudne do--usunięcia zadziory na obciętych końcach). Należy dokładnie usunąć zadziory na obciętych końcach, a koniec rury wykonać fazką o grubości 2–3 mm. Zapobiega to przedostawaniu się kleju do kielicha podczas klejenia,-co mogłoby zmniejszyć powierzchnię klejenia i prowadzić do nieszczelności złącza. Klej należy nałożyć równomiernie na powierzchnie klejenia złączek rurowych i rur. Przed aplikacją należy usunąć kurz powierzchniowy z wewnętrznej powierzchni kształtek i zewnętrznej powierzchni rur za pomocą białej szmatki, następnie odtłuścić i oczyścić niestrzępiącą się szmatką-zwilżoną acetonem. Poza tym kluczowe znaczenie ma utrzymanie czystości podczas instalacji-jest to podstawowa różnica między instalacją rur CPVC a standardową rurą PCV. Ściśle mówiąc, łączenie rur CPVC należy wykonywać w pomieszczeniu czystym, a końcowe połączenia należy wykonywać na miejscu-za pomocą kołnierzy. Jednak ze względu na specyficzne warunki w miejscu cięcia, klejenia i montażu często odbywają się-na miejscu. W takich przypadkach miejsce pracy należy utrzymywać w miarę czyste (wolne od silnego kurzu). Operacji klejenia nie wolno wykonywać bezpośrednio na podłożu; zamiast tego należy zastosować dedykowaną platformę produkcyjną. Pracownicy muszą nosić specjalistyczne jednorazowe rękawiczki do pomieszczeń czystych; niedopuszczalne jest dotykanie wewnętrznych ścianek rur gołymi rękami (trudno zmyć oleje skórne, które dostały się na wewnętrzną ściankę). Podczas wkładania rur użyj ściągacza do kabli lub podobnego narzędzia i zaznacz rurę, aby sprawdzić wystarczającą głębokość wsunięcia. Jako materiał uszczelniający pomiędzy kołnierzami należy zastosować PTFE (politetrafluoroetylen). Rury należy chronić podczas przechowywania poprzez ułożenie ich na plandece lub folii z tworzywa sztucznego.
Systemy rur PVDF opierają się wyłącznie na połączeniach spawanych. Czystość podczas pracy i ścisła kontrola środowiska instalacji są najważniejsze. Spawanie rur PVDF należy wykonywać w dedykowanej, czystej obudowie; ogólne warunki panujące w pomieszczeniu są nieodpowiednie. Personel wchodzący do czystego obszaru produkcyjnego musi założyć specjalistyczne obuwie, a końcówki rur i złączki muszą pozostać uszczelnione do czasu znalezienia się w czystym obszarze. Materiały opakowaniowe armatury należy usunąć bezpośrednio przed montażem. Podczas spawania należy nosić jednorazowe, czyste rękawice z PVC, a końce rur należy odtłuścić i oczyścić alkoholem izopropylowym, etanolem lub acetonem przed rozpoczęciem spawania. Do czyszczenia należy używać wyłącznie-niestrzępiących się ściereczek do pomieszczeń czystych, a zabrudzone ściereczki należy natychmiast wymieniać. Personel pomagający w procesie spawania musi również nosić czyste bawełniane rękawiczki. Bezpośrednio po zakończeniu każdego spawania należy przeprowadzić kontrolę wzrokową; ścieg spoiny wokół złącza musi mieć jednakową wysokość i wystawać ponad zewnętrzną powierzchnię rury. Po zespawaniu rur PVDF końce rur należy uszczelnić bezpośrednio przed transportem na miejsce instalacji, gdzie stosuje się połączenia kołnierzowe-z wykorzystaniem uszczelek PTFE-. Podczas instalacji-na miejscu przeprowadzane są dokładne pomiary w celu sporządzenia szczegółowych rysunków produkcyjnych i montażowych, po czym wyspecjalizowany personel przeprowadza spawanie i produkcję. Zespoły spawalnicze i instalacyjne działają z jasno określonymi obowiązkami, aby zmaksymalizować wydajność operacyjną.
V. Wniosek
Podsumowując, budowa systemów wody ultraczystej wymaga nie tylko przestrzegania rygorystycznych norm-szczelności systemu, ale, co ważniejsze, skupienia się na rozwijaniu „świadomości czystości” wśród personelu budowlanego. Pracownicy muszą sumiennie przestrzegać protokołów instalacji czystych rurociągów i wykonywać zadania zgodnie ze specyficznymi wymaganiami każdego etapu uzdatniania wody. Takie podejście zapobiega zanieczyszczeniom spowodowanym niewłaściwymi praktykami budowlanymi,-które w przeciwnym razie mogłyby pogorszyć jakość wody, nie spełniać specyfikacji klienta i prowadzić do incydentów związanych z jakością-.
