超纯水系统原理及设计

纯水系统基本原理陈勇输送模型纯水系统各单元UPW概念优劣之分：各种系统比较控制系统地球上的水资源，从广义来说是指水圈内水量的总体。包括经人类控制并直接可供灌溉、发电、给水、航运、养殖等用途的地表水和地下水，以及江河、湖泊、井、泉、潮汐、港湾和养殖水域等。水的含量及其分布水资源及其储量储存于地球的总储水量约13860亿立方米大自然中的水循环水的监测指标由以下几部分组成：①一般指标:T、Con、DS、DO、FI、DD等。②水质的污染度指标：BOD、COD、TOC、TOD等。③水质的污染成分：金属离子、氰化物、酚、农药等。④水质的生物指标：大肠杆菌、细菌总数等。伴随能量流动与物质循环，不同地方指标含量本底值不同市政自来水厂给水天然水的特性(1)地表水(LAKERIVER)：较少含DISSOLVEDMINERAL，但含大量S.S.，有机物（树叶，生活污水等）andD.G.（来自大气和有机物的分解）。(2)地下水(井水)：较少含S.S.和D.G.但含较高的DISSOLVEDMINERAL.（例如CadndSiO2）(3)自来水：无菌.无色.无臭.（若添加过量氯“Cl2”则会导致刺激性臭味。）送达我司的自来水UPW定义DI=Deionized，DIWater=DeionizedWater，为去离子(阴阳离子）之意，亦即通称之纯水(Purewater)。UPWUltrapurewater:近来由于半导体制程对designrule之需求朝更精密更细小的趋势发展，因而对纯水水质的要求也越趋严格，在此一严格水质要求下所制造出来的纯水称之为超纯水(Ultrapurewater),除了除去水中离子之外，亦将水中之SiO2,Particles,Bacteries,OrganicMatters,Microbiology。一并予以有限度的去除，使水达到完全纯净的程度，。(1)Resistively(MΩ-CM).(2)Particles(PCS/cc).(3)Bacteria(COLONIES/100cc).(4)T.D.S(PPM).(5)T.O.C(PPB).(6)SiO2(PPB).集积度与超纯水水质的关系64Kbit256Kbit1Mbit4Mbit16Mbit64Mbit15-1717-13181818180.2µm1500.1µm50200.05µm1050.03µm1010020510.50.11000200502010550010010050105301010510.5-10.50.10.050.00510531水质　项目微量离子NaK.Zn.Fe.Cu.Al.Cl(µg/1)全蒸发残余物(µg/1)微粒子(个/ml)比电阻MΩ-cmat25°C生菌(群/100ml)TOC(µgC/1)DO(µgO/1)SiO2(µgC/1)纯水纯净度判定要项：超纯水水质对半导体制程的影响：*PARTICLE：当大颗粒之PARTICLE附着在Die与Die之线槽间会造成产品之电性不良使YIELD降低。*DO：1.溶氧过高易使管路内之纯水滋长细菌。2.溶氧过高易导致离子交换树脂性能劣化。3.溶氧过高影响芯片负氧化薄膜之厚度据Dr.Ohmi之实验芯片在40-60PPB溶氧之纯水清洗后，导致约3A°(埃)厚度之负氧化膜形成，这使得要求半导体氧化层越来越薄膜化之组件性能劣化。*TOC：1.有机不纯物附着在芯片表面会导致氧化和结晶之缺陷及组件性能之劣化。2.当纯水中之有机物质在湿蚀刻制程之清洗过程因吸附而附着在芯片表面，会导致蚀刻不均匀及芯片表面之清洗效率不佳。*SiO2：溶解在纯水中之硅离子易在蚀刻制程时与溶氧(DO)反应成SiO2附着在芯片表面或在OXIDEFILM之形成过程中造成THICKNESS之不均匀。原水RAWWATER纯水WATER纯水系统市政自来水补水自来水水质表：纯水系统处理产生出符合要求的纯水茂迪纯水系统用于供应茂迪(苏州)新能源有限公司全厂制程用纯水。如下纯水水质是本纯水系统的设计基础。ItemRODIW产水POLISHERUPW供水Resistivity(25℃)5us/cm＞10MΩ-CM＞16.5MΩ-CM(0.2um)＞16.5MΩ-CM(0.2um)SiO2＜10ppb＜10ppb＜10ppbTOC＜50ppb＜50ppbBacteria＜10CFU/L＜10CFU/LPressurePOU2.5±0.5㎏/㎝2稳压可调变频控制Temperature(℃)25±2℃位置1F1F1F3F纯水系统平面图特点：管路多、设备多、空间走向较复杂输送模型动力设备处理设备存储设备水泵管道包含：直管、管子联接件和阀门输送载体限定流向通行/载止处理容器水桶动力源因素：功率流量扬程过滤器，板换，RO,离子交换塔……包含：物理，化学存储产水，缓冲使用点波动，稳定系统波动原因：使用点/系统异常前处理水桶DI水桶UPW水桶举例：纯水系统原水池MMFACF水泵前处理水桶前处理水桶板换CE水泵脱气塔水槽板换DG脱气塔水槽AECP水泵DI水桶DeionizedDI水桶GFRO水泵UPW水桶Ultrapurewater水泵UPW水桶TOC-UVFF水泵UPW水桶UltrapurewaterMPPOU•设计说明本超纯水系统可分为四个部分：前处理系统、一次去离子系统、反渗透系统、终端处理系统。1.前处理系统原水经过多介质过滤器和活性炭过滤器可去除悬浮物、部分有机物和水中余氯，使处理后的水质达到后续的离子交换系统的要求。1.一次去离子系统2.前处理后的水，经过阳离子树脂塔、脱气塔、阴离子树脂塔和精炼阳离子树脂塔，可去除原水中的大部分离子。水质可高达10MΩ-CM以上。3.反渗透系统原水经过前处理的过滤和离子的去除后，以RO设备再将细微的颗粒、细菌、有机物等去除。RO设计为不停地运转，以维持最佳的水质状态。1.终端处理系统DI水由循环泵加压，经过有机物紫外线杀菌器（UV-TOC）以185NM波长之紫外线降低水中TOC含量并杀菌，再经过混床不再生树脂塔，将DI中残余极微量的离子交换后，使水质达到18MΩ-CM。然后再经过0.2μm绝对过滤器，将水中细微粒子滤除，使水质达到纯净无菌之要求。泵其中关系：P2=Q*H*C(常数）影响水泵参数：流量Q，扬程H，转速N，效率。离心泵的特性曲线气蚀余量NASH汽蚀余量指泵入口处液体所具有的总水头与液体汽化时的压力头之差，单位用米（水柱）标注，用（NPSH）表示。离心泵运转时，液体压力沿着泵入口到叶轮入口而下降，在叶片入口附近的K点上，液体压力pK最低。此后由于叶轮对液体作功，液体压力很快上升。当叶轮叶片入口附近的压力pK小于液体输送温度下的饱和蒸汽压力pv时，液体就汽化。同时，使溶解在液体内的气体逸出。它们形成许多汽泡。当汽泡随液体流到叶道内压力较高处时，外面的液体压力高于汽泡内的汽化压力，则汽泡又重新凝结溃灭形成空穴，瞬间内周围的液体以极高的速度向空穴冲来，造成液体互相撞击，使局部的压力骤然增加(有的可达数百个大气压)。这样，不仅阻碍液体正常流动，尤为严重的是，如果这些汽泡在叶轮壁面附近溃灭，则液体就像无数个小弹头一样，连续地打击金属表面。其撞击频率很高(有的可达2000～3000Hz)，于是金属表面因冲击疲劳而剥裂。如若汽泡内夹杂某种活性气体(如氧气等)，它们借助汽泡凝结时放出的热量(局部温度可达200～300℃)，还会形成热电偶，产生电解，形成电化学腐蚀作用，更加速了金属剥蚀的破坏速度。上述这种液体汽化、凝结、冲击、形成高压、高温、高频冲击负荷，造成金属材料的机械剥裂与电化学腐蚀破坏的综合现象称为汽蚀。水泵的安装高度水泵故障：望闻听切管道管件材质现行给排水管材分类主要有以下三种，：1.塑料管：塑料管是个庞大的家族，种类繁多、性质各异，不同的塑料管材，各由不相同的原料构成，也相应有各种不相同的性能特点、连接方式和适用范围。2.复合管：复合管一般由金属和非金属复合而成，它兼有金属管材强度大、刚性好和非金属管材耐腐蚀的优点，同时也摒弃了两类管材的缺点。3.金属管：应用最广泛的管材，除了黑色金属管材以外现在许多有色金属管材为环保节能带来了更多新选择。另外还有排水陶管以及混凝土输水管由于其使用范围小。管材选用标准：⊙耐压等级⊙耐温等级⊙洁净等级⊙经济安全⊙易于施工⊙与输送介质匹配代号名称代号名称M金属管MH金属软管C碳钢管ABS丙稀腈－丁二烯－聚乙烯树脂W焊接钢管AP耐酸酚醛塑料管G镀锌钢管EP工程塑料管S无缝钢管AN防腐涂料层管SS不锈钢管FG玻璃钢管LA低合金管FR玻璃钢－塑料复合管SA特种合金钢管TL衬四氟管CI铸铁管GL衬玻璃管NC球墨铸铁管LM衬里金属管N有色金属管PL衬塑料管RE紫铜管PPL衬聚丙烯CP黄铜管R橡胶管CA铜合金管SR合成橡胶管AA铝合金管RL衬橡胶管LE铅合金管SH合成树脂压力软管PVC聚氯乙稀管AC石棉水泥管PVC-U硬聚氯乙稀管CE陶瓷管PE聚乙烯管CS铸石管PP聚丙烯管CSL衬铸石管TE聚四氟乙烯管EA陶土管EN搪陶管RC钢筋混凝土管管道材料代码塑料管材不锈钢管材塑料管氯乙稀PVC硬聚氯乙稀(PVC-U)软聚氯乙稀(PVC-P)氯化聚氯乙稀(PVC-C)聚乙烯PE低密度（高压）聚乙烯(PE-LD)中密度（中压）聚乙烯(PE-MD)高密度（低压）聚乙烯(PE-HD)线形低密度聚乙烯(PE-LLD)交联聚乙烯(PE-X)聚丙烯(PP)均聚聚丙烯(PP-H)(I型)共聚（氯化）聚丙烯嵌段共聚聚丙烯（PP-B）（II型）无规共聚聚丙烯（PP-R）（III型）聚丁烯（PB）工程塑料聚碳酸脂氯化聚醚聚砜(PBU)聚铣胺丙稀睛-丁二烯－苯乙烯共聚物（ABS）玻璃钢酚醛（PE）环氧（EP）呋喃（FF）不饱和聚酯树脂氟塑料聚四氟乙烯(PTFE)聚三氟氯乙烯(PCTFE)氟－40有机玻璃塑料管材因纯水系统使用的管材主要为塑料管材，所在在此主要讲解塑料管材的特性。材质简称一般化学性能最高工作温度长时间短暂聚氯乙烯PVC可耐大部分的“酸”、“碱”、“盐”由低到高浓度的腐蚀，但不耐“芳香烃”、“酮”、“醚”、“氯化碳烃类”腐蚀。55℃60℃氯化聚氯乙烯CORZANCPVC耐化学腐蚀性与PVC相似，仅耐温性比PVC好。95℃110℃聚丙烯PP耐化学性非常好，对一般的酸的抵抗性也好，唯较不耐两种不同酸的混合液，如：硝酸＋硫酸或硫酸＋氢氟酸。对一般有机溶剂。90℃110℃聚二氟乙烯PVDF耐化性非常好，只会被“发烟硫酸、三氧化硫、强碱胺类、酮类“等腐蚀。140℃150℃聚四氟乙烯（铁氟龙）PTFE几乎不被任何化学药品腐蚀，只有在高温下才会被少数化学药品腐蚀。250℃300℃氟橡胶（氟化乙烯与六氟化丙烯的共聚物）VITONFPM耐侯性、耐臭氧、耐油、耐热性、耐化学药品性均好。是自熄性橡胶，但耐寒性不好（-45℃脆化点）。200℃200℃乙烯丙烯橡胶EPDM耐侯性、耐臭氧、耐化学药品性优，耐油性好，是自熄性橡胶，耐低温性差，不耐芳香烃类。90℃120℃丁二烯腈橡胶（BUNNA-N)NBR主要效能是“耐油性好”，耐热性佳，在120℃可长期使用，耐寒性差，耐水性差。120℃120℃塑胶管材一般使用性能管材优点缺点UPVC抗腐蚀力强，易于粘合，价廉，质地坚硬。有UPVC单体和添加剂渗出，不适用于热水输送，接头粘合技术要求高，固化时间较长。HDPE韧性好，较好的疲劳强度，耐温度性能较好，质轻，可挠性和抗冲性能好。熔接需要电力，机械连接，连接件大。PEX耐温性能好，抗蠕变性能好。只能用金属件连接，不能回收重复利用。PB耐温性能好，良好的抗拉、抗压强度，耐冲击，低蠕变，高柔韧性。国内还没有PB树脂原料，依赖进口，价高。PP-R耐温性好。在同等压力和介质温度的条件下，管壁最厚。CPVC耐温性最好，抗老化性能好。价高，仅适用于热水系统。PEX-Al-PEX易弯曲成形，完全消除氧渗透，线膨胀系数小。管壁厚薄不均匀。ABS强度大，耐冲击。耐紫外线差，粘接固化时间较长。各种塑料管材的优缺点比