高純氨裝卸管路問題的探討

沈欽賜(聯(lián)氨精密氣體(廈門)有限公司，福建 廈門 361101)

0 引言

隨著國內經(jīng)濟的發(fā)展，電子行業(yè)和半導體行業(yè)逐漸興起，對于各種高純度的氣體特別是電子特氣的需求越來越大。高純氨在近十年中蓬勃發(fā)展，逐漸從最初的國外進口走向了大規(guī)模本土化生產(chǎn)。價格也是大幅度下降，從最初的進口價格120 元/kg左右，到現(xiàn)在的10 元/kg 左右。高純氨的主要用戶是半導體、太陽能、LED 等信息和電子技術制造產(chǎn)業(yè)領域。高純氨等電子特氣本土化的成功也從另外一個角度印證了，只要中國人做的行業(yè)都會做成“白菜價”，一方面對來自于國外的同類技術和產(chǎn)品產(chǎn)生顯著的擠出效應，避免中國在該領域被別人卡住脖子。同時大大緩解了下游廠家的生產(chǎn)成本壓力，有利于助力“中國智造”。

可是高純氨企業(yè)在蓬勃發(fā)展的同時也遇到了相應的困擾。由于涉氨企業(yè)近年來經(jīng)常發(fā)生安全事故(多是早期設計，安全方面沒引起重視)。近些年來新建的高純氨企業(yè)也屬于涉氨企業(yè)，可是大都實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，產(chǎn)線的各種安全連鎖為安全穩(wěn)定運行保駕護航以保證產(chǎn)品品質和穩(wěn)定供應產(chǎn)品。國家對于高純氨企業(yè)的管控還是按照普通的涉氨企業(yè)來要求。高純氨企業(yè)歷經(jīng)各種生產(chǎn)過程提純到的高純度產(chǎn)品很可能因為政府相關法規(guī)而被污染降級甚至導致下游的安全事故和質量事故。

1 國家相關法律法規(guī)滯后于裝卸高純氨的生產(chǎn)管理需要

《TSG 07—2019 特種設備及氣瓶充裝許可規(guī)則》C3.4.2 章節(jié)“移動式壓力容器專用的充裝臺(線)，以及充裝裝置的配置的第5 點規(guī)定[1]：充裝冷凍液化氣體的裝卸用管以及緊固件的材料，應當能夠滿足低溫性能要求，禁止使用軟管充裝液氯、液氨、液化石油氣、液化天然氣等液化危險化學品?！?/p>

2020 年5 月8 號發(fā)布的中華人民共和國應急管理部辦公廳文件—應急管理部辦公廳關于印發(fā)《重大危險源企業(yè)專項檢查督導工作方案》的通知(應急廳〔2020〕23 號)。該文件的附件《專項檢查督導的重點內容》第九項[2]如下描述：”九、液化烴、液氨、液氯等易燃易爆、有毒有害液化氣體的充裝是否使用萬向管道充裝系統(tǒng)。”

目前政府對于高純氨(純度大于等于99.9995%)生產(chǎn)企業(yè)管控等同于普通氨(≤99.9%)，要求所有的氨裝卸用管都必須使用萬向臂(鶴管)。目前萬向臂(鶴管)都是適用于普通氨的裝卸。高純氨產(chǎn)品經(jīng)過提純后再使用萬向臂(鶴管)裝卸，將面臨被污染降低品質的風險。

在液氨行業(yè)使用萬向臂(鶴管)基本是對于純度要求≤99.9%的液氨產(chǎn)品，其對于純度的要求不高。

國內大部分高純氨生產(chǎn)企業(yè)的氨純度為7N(99.99999%)，雜質含量為ppb 級別(10-9)，如英德賽、液化空氣、科立德、久策、金宏等。為了保障安全和品質，大都會使用進口不銹鋼316 軟管充裝高純氨罐箱。高純氨企業(yè)大都會每年更換新的軟管并每半年做一次耐壓測試以保證生產(chǎn)安全。

2 裝卸高純氨存在問題和隱患

2.1 使用硬管裝卸高純液氨的安全風險

使用硬管裝卸，因其不具備適當?shù)娜彳浶?高純氨罐箱停放位置要求非常精確，稍有偏離即導致連接點泄漏。同時因在充裝中，罐箱的高度隨充裝量增加而慢慢變低(輪胎承壓變大)，本應連接好的接點部分也會因硬管缺乏柔性慢慢變形，最終導致泄漏和產(chǎn)品污染。

2.2 使用萬向臂(鶴管)裝卸高純液氨的風險

(1)萬向臂(鶴管)的連接采用的是普通O 型橡膠密封圈；而進口的不銹鋼316 軟管使用的是高純氣體專用的VCR 接頭(Vacuum Coupling Radius Seal 真空連接徑向密封)采用無鍍層的墊片。以世偉洛克的VCR 墊片為例，其VCR 墊片的最大氦檢漏率是4×10-11std cm3/s[3]。萬向臂(鶴管)使用的O 型橡膠密封圈很難到達這個級別的密封性能，目前也沒有相應的廠家能夠提供O 型密封圈和萬向節(jié)的氦檢漏率測試數(shù)據(jù)。同時O 型橡膠密封圈實際使用過程中特別是在斷開吹掃的時候容易遇冷收縮(液氨吹掃時壓力下降，液氨吸熱汽化)，導致泄漏。一旦泄漏就容易造成充裝站的氨氣探測器報警，造成產(chǎn)線停機等安全連鎖。更為致命的是充裝過程中，液氨會吸熱，裝卸管路表面會有冷凝水。如果管路有微漏漏點(如O 型圈和萬向節(jié))，氨濃度不足以觸發(fā)充裝站氨氣探討警報時；因氨和水很容易結合，導致經(jīng)過提純處理的高純度產(chǎn)品在裝卸過程中受到了冷凝水等的污染。此外，斷開吹掃過程時泄漏，空氣中的水份和空氣等雜質可以進入充裝站管路；進而污染充裝管路。高純氨企業(yè)又要花費很多成本來吹掃清洗管路。

(2)萬向節(jié)的潤滑油脂的滲透率對于高純氨的影響有多大，特別是高純氨管路在抽真空的情況下，目前沒有相應的行業(yè)經(jīng)驗數(shù)據(jù)；也沒有相應的廠家能夠提供這類的測試數(shù)據(jù)。一般企業(yè)也沒有相應的高精度油脂檢測儀器(因為產(chǎn)品雜質為ppb 級別，不能用測試粗氨的油份的方法來測試高純氨的油份)，對于這塊的管控是通過定期取樣送到第三方實驗室分析。如果貿然使用萬向臂(鶴管)進行充裝高純氨，很可能萬向節(jié)滲透的油脂對于產(chǎn)品已污染，因企業(yè)不能及時發(fā)現(xiàn)而流向客戶，最終在客戶產(chǎn)品造成污染，甚至安全事故。那對于高純氨企業(yè)和客戶都是致命的。如果真出來這種問題，這種損失是巨大的。

(3)萬向臂(鶴管)在實際使用時，經(jīng)常會出現(xiàn)閥門、O 型密封圈或其他連接點泄漏。比如連接萬向臂時，有時需要用力拽一下連接管才能讓O 型密封圈卡住，起到密封作用；不然就會漏。幾乎沒有廠家能提供萬向臂(鶴管)的氦檢漏率測試數(shù)據(jù)；而世偉洛克FJ 序列的不銹鋼316L 軟管最大氦檢漏率是1×10-5std cm3/s 且實際使用過程中沒有發(fā)現(xiàn)泄漏，密封性和安全性較高[4]。

(4)如果使用萬向臂(鶴管)進行裝卸高純氨，由于鶴管各節(jié)點之間采用萬向節(jié)和普通O 型橡膠密封圈連接和密封，充裝過程中高純氨產(chǎn)品可能會受到油污、金屬碎屑、空氣、水份的污染，從而達不到電子行業(yè)的純度要求，甚至會導致安全事故。拋開萬向節(jié)和O 型密封圈的滲透率和漏率不說，O 型密封圈在實際使用過程中會使用黃油等油脂進行潤滑以便連接和拆卸萬向臂(鶴管)；不然O 型密封圈生澀，接頭不好對接到位。若沒有使用黃油在對接密封接頭的過程中可能導致密封圈磨損進而導致泄漏。而油脂對高純氨來說是千方百計要拿掉的雜質。使用O 型密封圈能帶進油脂污染高純氨產(chǎn)品，何況還有前文提到的萬向節(jié)的潤滑油脂也有可能污染產(chǎn)品的風險。

3 國內高純氨產(chǎn)業(yè)亟需開發(fā)符合使用要求的裝卸用管

現(xiàn)在市場上并沒有成熟的即符合法規(guī)又能夠符合高純氨產(chǎn)品要求的裝卸用管，也沒有廠家去開發(fā)相應的產(chǎn)品。可能因為這塊的市場用量小，沒有廠家愿意把資源和精力投放到這一塊上。因為高純氨企業(yè)也就那么幾家，投入了開發(fā)的成本和回收效益可能不成正比。另外，高純氨行業(yè)也沒有相應的行業(yè)協(xié)會去推動組織專家進行論證以進一步推動政府法技術修改。目前政府對高純企業(yè)氨都是按照普通的涉氨企業(yè)來管控。高純氨企業(yè)也是各自為戰(zhàn)，基本很少進行相應的技術交流。面對《TSG 07—2019 特種設備及氣瓶充裝許可規(guī)則》和(應急廳〔2020〕23 號)附件《專項檢查督導的重點內容》實施；高純氨企業(yè)的充裝許可證和安全生產(chǎn)許可證在辦證和換證時甚至政府部門的日常檢查時將受很大挑戰(zhàn)。

4 亟需討論制訂高純氨裝卸裝備條件和操作技術標準

國內的高純氨生產(chǎn)、充裝企業(yè)，在保障安全和品質的前提下，現(xiàn)行《TSG 07—2019 特種設備及氣瓶充裝許可規(guī)則》中“液氨禁止使用軟管充裝”和(應急廳〔2020〕23 號)附件《專項檢查督導的重點內容》的第九項“液化烴、液氨、液氯等易燃易爆、有毒有害液化氣體的充裝是否使用萬向管道充裝系統(tǒng)?！钡囊?guī)定與高純氨的生產(chǎn)實際脫節(jié)，不能發(fā)揮指導產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)和引領相關技術進步的作用。行業(yè)及政府有關部門應該引起高度的重視，盡快組織討論制訂我國高純氨裝卸裝備條件和操作技術標準。

5 結語

綜上所述，在沒有成熟的技術條件下，法規(guī)將可能導致高純氨生產(chǎn)企業(yè)提高相應的行政成本(面臨處罰和勒令整改)和運行成本(合格的產(chǎn)品經(jīng)過萬向臂可能被污染，用硬管可能泄漏或產(chǎn)品污染等)，甚至導致相應企業(yè)因不能使用現(xiàn)有的管路而產(chǎn)生的品質問題或造成下游客戶的安全問題被客訴而破產(chǎn)或被迫停產(chǎn)。筆者迫切希望引發(fā)同業(yè)技術人員深入探討，提供資源或技術，解決行業(yè)發(fā)展的這一難題。