工業(yè)酸堿排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝常見問題及解決措施

文_李兵 北京久芯科技有限公司

1 工業(yè)酸堿排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

某芯片廠房為了滿足生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的酸堿氣體的排放需求，設(shè)置了多臺(tái)處理設(shè)備，并且打造了具有系統(tǒng)性的氣體處理方案。其中酸排氣單臺(tái)風(fēng)量120000CMH,11用2備；堿排氣單臺(tái)風(fēng)量90000CMH，2用2備；從具體的應(yīng)用流程角度來看，工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的酸堿廢氣，通過潔凈室內(nèi)的排氣支管排至屋面的環(huán)管，廢氣處理設(shè)備并聯(lián)在環(huán)管上，廢氣先通過洗滌塔水洗及酸堿中和，然后進(jìn)入排風(fēng)機(jī)，最后通過煙囪排放。

2 工業(yè)酸堿排氣系統(tǒng)管路及設(shè)備常見安裝問題

2.1 腐蝕性問題

腐蝕性問題是酸堿排氣系統(tǒng)面臨的主要問題。工業(yè)生產(chǎn)排放的酸堿氣體具有一定的腐蝕性，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的過程中，要確保整體的管道系統(tǒng)具有密封性，避免酸堿氣體泄漏對(duì)員工的身體健康造成影響；其次還需要注意確保管路本身有著較強(qiáng)的耐腐蝕性，一旦管路本身被氣體腐蝕，便有可能導(dǎo)致泄漏發(fā)生。

在綜合考量消防及耐腐蝕等需求的條件下，現(xiàn)階段業(yè)內(nèi)通常將SUS304內(nèi)襯耐腐蝕涂層的管道用來設(shè)計(jì)作為酸堿廢氣的排放管路，此項(xiàng)目采用的涂層為ECTFE，這種涂層具有優(yōu)秀的耐腐蝕性和抗?jié)B透性，可以有效地阻斷廢氣中的酸堿物質(zhì)對(duì)不銹鋼風(fēng)管的腐蝕；風(fēng)管均為專業(yè)廠商在工廠內(nèi)加工完成的成品管道，風(fēng)管兩端配有法蘭，到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)后通過螺栓進(jìn)行拼裝，為了防止廢氣和管道內(nèi)產(chǎn)生的冷凝水從拼裝的法蘭處滲漏，法蘭本體也需要有涂層包覆，兩片法蘭中間要采用耐腐蝕的PTFE(聚四氟乙烯)墊片進(jìn)行密封。

2.2 防震問題

工業(yè)廢氣的排放量較大，風(fēng)機(jī)和管路的體量也會(huì)比較大，本工程中酸排處理系統(tǒng)最大的管徑為2000mm，且設(shè)置在屋面上，這就導(dǎo)致在常規(guī)使用的過程中不僅要考慮風(fēng)機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的震動(dòng)，也要考慮外界環(huán)境(如季節(jié)性大風(fēng))的影響，因此設(shè)備和管道的固定及減震便成為了需要考慮的重要問題。半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，對(duì)震動(dòng)的精度要求非常高，所以屋面排氣系統(tǒng)的設(shè)備及管路在安裝前，均需要經(jīng)過專業(yè)的防微震設(shè)計(jì)，提前規(guī)劃好安裝位置，選用合適的減震基座和管道減震彈簧，這樣才能在確保系統(tǒng)本身穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上同時(shí)滿足廠房?jī)?nèi)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的需求。

2.3 監(jiān)測(cè)問題

酸堿氣體排放本身需要進(jìn)行無害處理，在這個(gè)過程中涉及到了大量的化學(xué)處理環(huán)節(jié)。在處理的過程中需要結(jié)合洗滌塔實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行補(bǔ)水排水作業(yè)，同時(shí)也要結(jié)合具體的pH值進(jìn)行藥劑的補(bǔ)充。這就要求設(shè)備的監(jiān)測(cè)儀表安裝位置必須要滿足實(shí)際的測(cè)量需求，這樣才可以有效檢測(cè)各種參數(shù)，為酸堿廢氣的處理以及排放提供有效依據(jù)，最終確保洗滌塔能夠高效運(yùn)行以達(dá)到合規(guī)排放的目的。

3 工業(yè)酸堿排氣系統(tǒng)安裝解決措施

3.1 風(fēng)機(jī)技術(shù)要求

風(fēng)機(jī)設(shè)備是酸堿排氣系統(tǒng)中的核心設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)將直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，而風(fēng)機(jī)的選擇也需要結(jié)合實(shí)際需求進(jìn)行分析。比如本工程選用防腐風(fēng)機(jī)，其材質(zhì)為SS41+RubberLining，風(fēng)機(jī)靜壓效率要求不得低于80%，出廠性能測(cè)試需符合標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO5801或AMCA的第三方認(rèn)證。

廢氣系統(tǒng)運(yùn)行的持續(xù)性對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)至關(guān)重要，但系統(tǒng)運(yùn)行本身的震動(dòng)會(huì)降低設(shè)備的部分性能，因此風(fēng)機(jī)整體振動(dòng)須經(jīng)動(dòng)平衡測(cè)試(二次：出廠前及工地現(xiàn)場(chǎng)),即提供原廠性能測(cè)試報(bào)告，并在安裝調(diào)試完畢后帶載狀態(tài)下的進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試，動(dòng)平衡品質(zhì)需在G2.5級(jí)以下。

另外為確保風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，軸承應(yīng)選用高負(fù)載的、能自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)調(diào)節(jié)的軸承。風(fēng)機(jī)軸接觸腐蝕性氣體部分需要軸套，徑向密封應(yīng)采用填充式密封與骨架油封組合，材質(zhì)為PTFE。所有風(fēng)機(jī)緊固件必須耐酸堿腐蝕，材質(zhì)為SUS316L。

為了確保運(yùn)行過程中不會(huì)出現(xiàn)有害氣體的滲漏，影響環(huán)境的安全質(zhì)量，風(fēng)機(jī)的檢查口以及排水管路之間的連接位置，必須要符合環(huán)保要求，不僅耐腐蝕也要防滲漏。所有風(fēng)機(jī)吸入段風(fēng)管需安裝排液管道(排液管接至相應(yīng)的生產(chǎn)廢水管道)及存水彎,并設(shè)置取樣口。

3.2 洗滌塔技術(shù)要求

為了進(jìn)一步提升本套系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值，本工程中的洗滌塔為兩段式處理洗滌塔；其中酸性排氣洗滌塔中添加NaOH進(jìn)行中和，堿性洗滌塔中添加H2SO4進(jìn)行中和。

洗滌塔設(shè)置FRP圍堰，圍堰排水連接至相應(yīng)的排水系統(tǒng)。每臺(tái)洗滌塔循環(huán)泵，需要至少一臺(tái)備用，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)泵故障時(shí)，備用循環(huán)泵能自動(dòng)啟動(dòng)，并具有交換起動(dòng)功能。洗滌塔循環(huán)泵采用液下泵，防水等級(jí)大于等于IP55，水泵吸入口設(shè)置耐腐蝕格柵濾網(wǎng)，循環(huán)管路上設(shè)置過濾器；全防腐、防異物設(shè)計(jì)，循環(huán)水泵額定工況下的流量需要比設(shè)計(jì)值高10%。

3.3 煙囪技術(shù)要求

最終通過煙囪排放的酸堿廢氣經(jīng)過了洗滌塔的處理，危害性大大降低，達(dá)到了環(huán)保規(guī)定的排放需求，但還是會(huì)具有一定的腐蝕性，因此本項(xiàng)目的煙囪材質(zhì)與對(duì)應(yīng)管道系統(tǒng)材質(zhì)相同，為不銹鋼內(nèi)襯ECTFE。同時(shí)煙囪安裝了在線風(fēng)量測(cè)定儀表，儀表傳感器安裝位置滿足國(guó)家規(guī)范風(fēng)管風(fēng)量測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.4 管道及閥門

管道以及閥門的選擇必須要滿足標(biāo)準(zhǔn)需求，不僅要具備防腐性能，也要結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用需求，合理地進(jìn)行參數(shù)調(diào)控。本工程的設(shè)計(jì)方案以每根支管按照需求使用量的120%進(jìn)行設(shè)計(jì)；每條主管、支管安裝手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，閥門尺寸與管徑相同。所有預(yù)留接口均安裝與所屬管道母材相同材質(zhì)的閥門和盲板。

風(fēng)機(jī)進(jìn)出口管道風(fēng)速≤10m/s，屋面主管的全管等直徑風(fēng)速≤12m/s，支管≤8m/s。所有管道、閥門的緊固件（包括螺栓、螺帽、卡箍、管卡等）必須為標(biāo)準(zhǔn)品。風(fēng)管應(yīng)參照國(guó)家規(guī)范進(jìn)行漏風(fēng)量測(cè)試。

3.5 加藥系統(tǒng)技術(shù)要求

3.5.1 酸性排氣加藥系統(tǒng)

洗滌塔區(qū)域設(shè)置日用罐，材質(zhì)為FRP，一用一備，滿足6h用量需求。日用罐加裝溢流管，提供液位控制信號(hào)(LL/L/H/HH)。日用罐設(shè)置液位計(jì)并提供就地信號(hào)（現(xiàn)場(chǎng)顯示數(shù)值）及液位曲線（遠(yuǎn)傳會(huì)監(jiān)控室顯示）。

NaOH溶液供給泵材質(zhì)采用全氟泵，加藥系統(tǒng)管路使用PFA+ClearPVC雙套管，管路連接的接口位置設(shè)置漏液檢知帶，檢測(cè)信號(hào)遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)。

3.5.2 堿性排氣加藥系統(tǒng)

堿性排氣系統(tǒng)與酸性排氣系統(tǒng)有著相同基礎(chǔ)設(shè)置，因半導(dǎo)體生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生廢硫酸，為有效提高廢棄物利用率，堿性排氣的藥劑為50%廢H2SO4和50%新H2SO4，兩種儲(chǔ)罐均接駁加藥罐且設(shè)置自動(dòng)切換閥。

3.6 自動(dòng)控制系統(tǒng)

本案例中的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，結(jié)合不同的管道以及設(shè)備使用性能進(jìn)行了針對(duì)性分析，綜合風(fēng)機(jī)、洗滌塔以及加藥系統(tǒng)打造了不同的自動(dòng)化控制方案。

3.6.1 風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)

每臺(tái)排氣風(fēng)機(jī)分別設(shè)置控制顯示及流量測(cè)量裝置。當(dāng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)10s后仍為低流量時(shí)，風(fēng)機(jī)關(guān)閉，啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)并傳回故障信號(hào)。排氣風(fēng)機(jī)入口氣動(dòng)風(fēng)閥與風(fēng)機(jī)連鎖啟閉。支管管路末端及主管上均設(shè)置壓力傳感器，根據(jù)各主管上各處的壓力傳感器數(shù)據(jù)平均值風(fēng)機(jī)自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行頻率；根據(jù)支管末端負(fù)壓數(shù)據(jù)人為調(diào)整主管負(fù)壓設(shè)定值。

3.6.2 洗滌塔內(nèi)噴淋水自動(dòng)控制系統(tǒng)

洗滌塔水槽內(nèi)設(shè)置液位顯示報(bào)警裝置，當(dāng)液位達(dá)到正常運(yùn)行所需設(shè)定低液位時(shí)，自動(dòng)補(bǔ)水；當(dāng)塔內(nèi)液位出現(xiàn)低于低液位或高于高液位的情況，需要人為檢查；同時(shí)液位達(dá)到低低水位時(shí)噴淋泵停止運(yùn)行，達(dá)到高高水位時(shí)，洗滌塔開始強(qiáng)制排水，高高水位上預(yù)留溢流口。

3.6.3 加藥自動(dòng)控制系統(tǒng)

每臺(tái)洗滌塔設(shè)置加藥泵2臺(tái)，1用1備。洗滌塔安裝的pH計(jì)檢測(cè)塔內(nèi)中和液的pH值，當(dāng)pH值達(dá)到設(shè)定值下限時(shí)，開啟加藥泵進(jìn)行藥品投入；當(dāng)pH值達(dá)到設(shè)定值上限時(shí)，關(guān)閉加藥泵，停止藥劑投入；當(dāng)出現(xiàn)pH值低于最低限值或高于最高限值時(shí)，觸發(fā)報(bào)警，需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查。

4 結(jié)語

合理利用信息技術(shù)進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)，加大管道運(yùn)行穩(wěn)定性，同時(shí)也可以提升工業(yè)精細(xì)化發(fā)展程度，這對(duì)于我國(guó)工業(yè)體系的未來發(fā)展有一定促進(jìn)作用，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)質(zhì)量?jī)?yōu)化。