洁净室施工验收规范讲课

欢迎各位同仁参加《洁净室施工及验收规范GB50591-2010》的学习与交流！自报家门：张洪雁中国航天建筑设计研究（集团）中华人民共和国国家标准GB/T50591—2010洁净室施工及验收规范中华人民共和国建设部国家质量监督检验检疫总局联合发布一般规定管材及附件管道系统的安装管道系统的强度试验管道系统的吹除气体供给装置中间验收6、气系统洁净室“气系统”当前的态势小环境与大环境今天讲洁净室小环境之前，先来看一下我们周边大环境的洁净状况。在我们生活的周边环境中，存在各种人们看得见与看不见的各种污染物，比如油（煤）烟、二氧化硫（一个1000MW燃煤热电厂，每日可以排放二氧化硫—硫酸，约为5025公斤）、一氧化碳（每年约有2亿2千吨，几乎全部来自汽车和森林大火）、氮氧化物及碳氢化合物的污染物粒子。另外，低熔点金属，像铅、砷、铍、钙和锌等，其生产过程中产生的烟气都是剧毒品，对于类似硫酸或磷酸制造厂散发出来的酸雾，还有噬菌体等微生物，同时，空气中也含有一定量的水蒸气，这些都是我们小环境--洁净室污染物粒子的来源。我们的洁净室就是依托这样的环境而存在。•粉尘：一般指1μm--76μm的微尘粒子，可以通过200目的筛孔尺寸。•烟气：小于1μm的固体微尘粒子。•薄雾：一般小于10μm的液体微尘粒子。•雾：当薄雾较浓只能朦胧可见。有时人们也将薄雾称之为雾。•烟：通常指燃烧产生的废气，或者油飞灰以及不完全燃烧产生的废物，或者两者都有，其粒子是固体的，也可能为液体的。•烟雾：含义十分广泛，比如指烟和雾的结合体；泛指任何一种令人厌恶的大气污染物。历史上科学家曾经把地球烟雾分为两种类型，即众所周知的“洛杉矶型”与“伦敦型”。“洛杉矶型”为光化学烟雾，主要来自汽车的尾气。而“伦敦型”主要来自煤的不完全燃烧，主要含有较高浓度的二氧化硫及其粒子。我国北京等大城市为两种类型地结合。煤烟：燃煤未能充分燃烧而产生的一些未燃煤粉粒子。气溶胶：最初，仅为对及其微小、相对稳定的空气悬浮物的称呼，近年来，这种称谓普遍用于所有的空气中的悬浮物。现将这些污染物及其近似的粒径尺寸汇集在表中，以便提供一种感性的认识；大气微尘粒径对照表名称粒径μm名称粒径μm名称粒径μm病毒0.003-0.06气溶胶0.001-100雾化微滴1-12核燃料0.01-0.1漆料0.1-6飞灰1-200碳黑0.01-0.3奶粉0.1-10杀虫剂5-10树脂0.01-1细菌0.3-30水泥尘5-100香烟烟雾0.01-1矽尘0.5-5花粉10-15硅胶0.02-0.1杀虫剂0.5-10人发50-120结晶盐0.03-0.5浓硫尘1-11海沙100-1200虽然近年来通过人为的强行控制，大气环境中的天然尘源已在减少，但是根据不同地区和环境的状况，在每立方米的大气中仍旧含有大约1750万颗、粒径为1－0.01μm的污染物粒子。这样的大气进入我们气系统的源头：“深冷空分制气”、“碳分子筛制气”或“纤维膜分离制气”等系统的空气压缩机，同时，往复活塞式空气压缩机本身的活塞环，在运动磨擦过程中会产生粉尘，对压缩的气体造成二次污染，因此，通过往复活塞空气压缩机后的压缩体气中的污染物含量，大约可增加50ppm（w/w）。同时，通过纯化或干燥器，清除气体中水分、CO2、C2H2等的过程中，由于气流冲刷、操作不当或吸附剂热稳定性不良等因素的影响，都会产生大量吸附剂的粉尘。虽然在净化、干燥器进出口系统中都装设过滤器，由于动态气体的连续流动性能不佳，微米、亚微米级的污染粒子，仍旧会造成系统内的交叉污染或反扩散污染。所以，在所获得的气体产品中，不论其纯度如何，都会不同程度的含有污染物粒子。制造一个人工的洁净环境，去除这些污染物粒子，就是我们洁净室的基本功能与任务。气体生产过程中产生的污染物（1）压缩系统中的污染物在压缩空气中的污染物主要为两种，一种是被吸入空气压缩机的大气污染物粒子，其中80%直径在2μm以下，另外一种便是压缩机加压过程中压缩机本身产生的污染物质。也就是说，压缩机吸入的空气中，就已经含有一定量的固体的、液体的、乃至固液两种混合的污染物，另一种是压缩机自身带出的油份呈烟雾状态，消散开来便成为0.01-0.8μm的气溶胶。而对于无润滑压缩机，金属活塞环或塑料活塞环与气缸壁的磨擦，产生的金属与非金属粒子等。油润滑压缩机空气中的残油量通常为：活塞式压缩机：5-15ppm(0.7Mpa、20oC)，液滴的尺寸约为1-15µm。螺杆式压缩机：3-6ppm(0.7Mpa、20oC),气态油雾的尺寸通常小于1µm。某种程度上，残油量多少，在压缩机维护较差或者是劣质机器，进入压缩空气中的残油量，基本上取决于压缩机的功率或自由空气流量。压缩机产生金属或塑料粉尘，会与管道中的赃物混合，形成锈斑、固体微粒以及乳胶状乳油。如果这种不洁净的压缩空气，不采用任何有效的去除手段，直接应用在对气质要求较高的场合或地点，如洁净室，就会污染洁净的生产环境，甚至玷污贵重的产品并导致不合格。洁净室及洁净区空气洁净等级【ISO14644-1】ISO分级序数（N）大于或等于表中粒径的最大浓度限值（颗/m3空气）0.1μm0.2μm0.3μm0.5μm1μm5μmISOClass1102ISOClass210024104ISOClass31000237102358ISOClass4100002370102035283ISOClass51000002370010200352083229ISOClass61000000237000102000352008320293ISOClass7352000832002930ISOClass8352000083200029300ISOClass9352000008320000293000可见，大气环境与洁净室洁净状况相差太大。在一些工艺系统，如大规模集成电路的生产工艺用气，气浮陀螺、气浮轴承的充气，火箭和航天器的生产、加工控制、检验、试验用气、医药、食品生产过程等，对用气的质量都提出了十分严格的要求，另外如各种射流技术、气动装置、精密仪表等各种用气，也提出了相应的洁净要求。还有一些特殊的场合，如飞机、坦克、战舰之类使用的液体燃料、油和润滑材料，要求不含5-10μm固体残留物；在核技术中的液体金属纳、锂的过滤、中子发射装置；医药卫生行业用来过滤病毒、细菌，生产无菌空气和从母液中分离青霉素、链霉素等抗菌晶体等，对生产环境污染物粒子的含量控制十分严格。（2）气体吸附干燥过程产生污染物比如在使用方面，由于吸附干燥/纯化装置切换程序方面的故障、不适时动作的电动阀门、管道的渗漏，甚至吸附剂粉末反扩散造成的交叉污染等，都会使洁净的气体再次遭受污染，当然，这类情况大多是由于安装、使用不当造成的。严重的是干燥/纯化装置本身，特别是采用的吸附剂机械强度低，性能不稳定，热稳定性差，压力冲击下易粉碎，从而产生细小粉尘，往往会造成干燥、纯化气体的二次污染。我们用干燥/纯化器前后气体测定的结果加以说明：压力气体经过干燥器纯、化器前、后气体含尘量对比气体名称气体进入分子筛干燥器/纯化器前≥0.3μm微尘粒子数，粒/升气体经过分子筛干燥器/纯化器后≥0.3μm微尘粒子数，粒/升压力空气520760压力氧气360804压力氮气204810可见，通过干燥器、纯化器之后粒子数量为进入干燥器前的1.5-4倍。实践表明，在流速大、压力高的情况下，这种现象就更加明显，对于铝胶、硅胶干燥剂也不排除这种情况,因此，在干燥、纯化器前、后，一般分别配置有效的前置过滤器和后过滤器，即防止吸附剂的“中毒”，同时防止吸附剂对洁净气体产生二次污染。（3）过滤器的污染（4）气体输送过程中管道系统的材质不佳，导致产生污染物a.管材透气性强b.管材内表面对气体吸附及解吸c.管材内表面粗糙与磨损d.管材的抗腐蚀性能低e.管材的性能不稳定,在焊接处理中，管材组织发生变化污染因素可谓来自方方面面。作为科技前沿技术代表的亚微米级大规模集成电路，工业气体是生产工艺的重要组成部分。亚微米级的生产设备和全部超净的生产环境，无疑改善了生产工艺条件，增加了产品的可靠性。在实际应用中，在终端获得的气体，其水分的含量仅为1PPb甚至更低，而杂质气氛的含量低于0.1PPb,仅用三天的时间，管道内气体达到粒子的含量为0.00的水平。气溶胶：最初，仅为对及其微小、相对稳定的空气悬浮物的称谓，近年来，这种称谓普遍用于所有的空气中的悬浮物，它的粒子尺寸范围非常宽大，一般为0.001µm-100µm，随着尘源的变化，其物化性质也有很大的不同与变化。有时，也将其中直径在10µm以上，肉眼可见的微尘粒子，称之为可见粒子；微粒的直径在0.25µm-10µm之间，在普通显微镜下可以观察到的粒子，称之为显微粒子；而必须在超级显微镜或电子显微镜下才能够观察到、直径在0.25µm以下的微粒，称之为超显微粒子。对粒子的概念有了准确地理解与定位，可见，我们要使气系统中粒子含量达到零的水平，工作之艰巨可想而知。另外，随着微型高洁净环境的出现，也使得工艺设备的几何尺寸变得越来越小，从而，使得气体通路的孔径也相应变小，通路的长度与孔径之比不断增大，通过的气量不可避免的随着气体阻力的增大而减少。气量的减少、气体渗透的影响、管材内表面吸附的含湿气体的解析等，结果都将增大用气点不纯物的浓度。在亚微米级大规模集成电路的生产中，H2、N2、O2、Ar等永久气体，通常作为反应气、保护气或携带气。要求这些气体的纯度达到很高标准，即通常讲的五个“9”、六个“9”，把杂质气氛、含湿量控制在最低的水平。气体N2压缩空气H2O2H2O0.11.00.50.2O20.10.1H20.10.10.1CO0.10.10.50.1CO20.10.10.50.1CxHy0.10.50.1微尘粒径0.2m700/Nm3亚微米级集成电路常用高纯气体的污染控制水平（PPmV）这就要求所提供的高纯度、高洁净度、高干燥度的“三高”气体，在通过管路输配气系统后，在终端不增加任何污染。气体管路输配系统如何确保在输送过程中不增加任何污染，本规范就是我们施工中所要遵循的法规，指导我们如何才能在终端不增加污染，建成高水平的供气系统。《洁净室施工验收规范》国家标准GB50591-2010就是在这样的背景下出台的，这是行业中可喜的事情。它将会在洁净室的施工领域，规范施工人员的行为，发挥正确的导向，使得洁净室施工有法可依，市场能够按着有序的方式进行等诸多方面，发挥较大的作用。今天，大家共聚一堂，目的就是学习规范、贯彻规范，在市场实施准入制度的条件下，为洁净技术打造更多、素质更高、技术更强的专业施工队伍，在建设项目中出精品、创品牌，为我国的洁净技术做出更大的贡献。大家都为航天“嫦娥”、“神五、神六载人航天”感到振奋，其中诸多环节，都有大家在洁净技术方面的贡献与力量。对于洁净室内的超纯、超净气体管道系统，大家要注意一点，尤其通向系统终端用气点的分支管路，系统尽管较小，但技术要求更高，这样，才能够保证和满足洁净室内的用气点及有关设备对气体参数的苛求。无论主管路还是分支管路，每一组输送系统的组配，要堵塞一切污染产生的可能性，即粒子的渗透、气体滞区、气体泄漏以及含湿、氧化腐蚀等。此外，凡是与应用气体接触的部分，均不得含有塑料制品，充分体现出以微电子为条件。为满足这一要求，系统内表面加以处理，可减少可能的污染源，目前，研磨与电抛光是系统内表面处理最佳方式，如果在机械加工后经电抛光，则系统内表面的粗糙度可以得到较大地改善，请看下面实测数据：机械加工方式电抛光前Ra（m）电抛光后Ra（m）钻0.34-7.200.30-5.99钻和绞0.29-2.290.22-1.82钻、绞、轧制、研磨0.20-1.160.10-0.42钻、绞、精密加工0.56-1.500.30-0.96钻、绞、轧制、研磨、精密加工0.12-0.860.24-0.34车削0.24-1.600.14-0.72车削、精密加工0.20-2.000.10-0.43所以在一些要求较高的工艺用气地点或场