基本知识

超纯水系统工艺介绍及管道施工要求

前言　　

随着电子工业的发展，在芯片的生产加工过程中，对于水质的要求也越来越高。为了保证生产出超大规模的集成电路，除高纯原材料、高纯气体、高纯化学药品外，高纯水也是其中最关键的因素之一。高纯水系统是将一般的市政用水处理成对不同离子的含量和颗粒度都有很高要求的超纯水。

超纯水系统总体来说一般可分为三个部分：超纯水制造区(CUB部分)、超纯水抛光循环区(FAB部分)、超纯水输送管网(FAB各使用区)。其中超纯水制造区最为复杂，其又可分为:预处理、一次纯水处理、超纯水处理三个部分。

①预处理部分主要包括：沙滤、活性碳塔（有的厂商在沙滤前还增设反应槽、气浮池）、超微滤；

②一次纯水处理部分主要包括：阴阳离子交换塔、脱气塔(DG)、保安过滤器、紫外线杀菌器及多级反渗透；

③超纯水处理部分主要包括:MDG（脱氧膜组）、TOC-UV杀菌器、抛光混床(SMB)及终端过滤器。

考虑到在向工艺设备输送高纯水过程中，输水管道会对水质再次造成污染，因而在FAB内一般都设立抛光循环系统。抛光循环系统主要以SMB为核心，再加上终端超滤设备(UF),以除去在向工艺生产线输送纯水的过程中管网溶入水中的杂质。

一、超纯水制造的部分工艺流程简介　　

（一）预处理部分　　

预处理主要是指对原水进行有效的加工处理，提取符合RO 部分的要求进行给水，预处理主要是用来将原水中的胶体和悬浮物进行去除，从而使得SDI≤5；同时，将游离氯等氧化性物质、部分有机物等去除，从而降低LSI，防止出现各种碳酸盐结垢。

在超纯水制造工艺中，常用的传统方式主要是利用多介质过滤器+活性炭过滤器来作为超纯水系统的预处理部分。而半导体厂主要采用粗过滤器+超滤装置来作为超纯水系统的预处理部分，具体原因如下：

①由于传统的处理方式 SDI 值不能有效的进行控制，一般情况下SDI>5，不利于后期的系统运行，而采用超滤装置的SDI 就比较稳定，则可以有效的保证后期系统的运行；

②与传统的预处理相比，超滤装置的占地面积比较少，可以有效的节约建筑费用与成本；

③与传统的处理方式相比，超滤装置的更换更为方便；

④伴随着超滤技术的不断深入与发展，超滤技术得到了进一步的完善，均能稳定安全的进行运行，且超滤膜的价格明显降低，在一次性投资与维护费用上与传统的预处理相差不多。

（二）反渗透部分　　

在反渗透部分主要使用双级反渗透工艺，可以有效的确保后续工艺的稳定性与安全性。双级反渗透不仅可以将原水中的99%的悬浮物和胶体进行去除，还可以去除98%以上的溶解盐、微生物、部分CO2以及TOC。

其中双级反渗透工艺主要是将双级反渗透进行拆分，这样就可以有效的确保系统运行的连续性，即使再进行更换反渗透膜或者清洗中，就不会导致整个工厂进行停水，可保证关键部分进行持续用水，在一级反渗透前增加SBS（还原剂）和MDC（阻垢剂）等装置，可以有效的确保一级反渗透系统安全的运行；而对一级与二级反渗透之间添加加碱装置可以有效的提高对原水的CO2 去除。　

（三）电去离子部分　　

在对反渗透出水中进行深度脱盐时，电阻率能一般要大于15MΩ*cm，近年来，最常用的两种电去离子深度除盐装置有EDI、CEDI等这两个模块。

（四）抛光混床部分　　

由于超纯水对水质的要求比较高，所以在纯水箱后的输送管道上添加抛光混床，这样就可以有效的确保超纯水系统在产水的过程中比较稳定，而在实际应用中，一般都采用双级抛光混床。　

（五）UV杀菌器、TOC 脱除器　　

在电去离子部分前一般会布置UV杀菌器，紫外线波长为254nm，可有效的将水中的微生物与细菌杀死，避免细菌污染。而TOC脱除器主要布置在抛光混床前，紫外线的波长为185nm催化，通过对水中的有机物进行有效的氧化降解，从而确保产水的TOC<100ppb。

二、超纯水系统中各阶段常用管材

在超纯水系统中管材的选用也非常重要，既要能做到保证水质、又应该做到经济合理。超纯水系统中常用管材主要包括:PVC、SUS304、CPVC、SUS316及PVDF等管材。

一般在超纯水制造区预处理阶段多采用PVC管或SUS304管。设备面管一般采用内衬胶钢管(SGPRL),对于水泵等产生震动的动力设备周边采用SUS304管；

在一次纯水阶段主流程采用PVC管或SUS304管。高压泵与反渗透(RO)之间，由于压力高所以必须采用SCH80的SUS304管及耐压2.0MPa级的法兰。由于RO对水温有一定的要求，因而一般在RO之前有热交换器，其周边也应该采用SUS304管；

在超纯水制造阶段，主流程一般应采用SUS316管和CPVC管；抛光循环区主流程一般采用SUS316管(焊接连接，并要求双面成型）和PVDF管，超纯水回收管道采用CPVC管。

在以上水处理各阶段废水排放管道均采用普通PVC管；在纯水制造过程中酸碱等加药管线，应采用耐冲击PVC管；纯水系统中使用的氮气系统采用SUS304管，超纯水抛光系统所用氮气管道采用SUS316管；压缩空气系统在纯水系统中作为气动阀开关动力，一般采用SUS304管或SGP管，当采用SGP管时进入电气盘前需加过滤器。

三、超纯水系统管道施工的特殊工艺

CPVC和PVDF管材在金属离子及有机碳的析出、无微细粒子、无活菌繁殖等方面，都能满足超纯水系统的要求。管材及附件的加工封装都是在超洁净环境中进行的，因而这两种管道的施工也有一定的特殊性。

CPVC管道粘接应采用日本产85号（最新型号应该是90号）塑料管用胶水。管道切割应采用电动带锯式管道切割锯或旋转式割管器，尽量避免用手锯（因为手锯切管管端毛刺多难处理）。切口的毛刺一定要清除干净，且要对管端进行2～3mm的倒角，以免粘接时胶水被刮入承口内，造成因人为施工不当减小粘接面使管道粘接部位泄漏。管件和管道粘接面涂胶一定要均匀，涂胶前对管件的内面及管道的外面先用白布去除外表灰尘，再用无尘布蘸丙酮进行脱脂清洗。

CPVC管道粘接施工严格地说应该在洁净间内进行，而后再采用法兰在现场连接。但由于施工现场的种种特殊情况，管道往往要在现场进行下料粘接安装。但需注意在现场施工时,施工区域要相对干净（不得有很大的灰尘）。粘接施工时禁止在地面上进行，应在加工平台上进行粘接操作。施工时一定要戴上专用洁净一次性手套，施工过程中禁止徒手接触管道的内壁（因为手上的油脂粘在管内壁很难冲洗干净）。管道在插入时使用紧线器，并划线以确认插入的深度是否足够。法兰间密封材料应用PTFE（聚四氟乙烯）。堆放场所需要垫上彩条布或塑料薄膜对管道进行保护。

Clean-PVC

备注：此段落内容涉及的CPVC应该特指Clean-PVC（也叫HP PVC/高洁净PVC，原料为PVC的改性，也叫脱油聚氯乙烯，颜色为深黑色，多为日本积水/旭有品牌）。原文中有注释CPVC为氯化聚氯乙烯，或为作者理解错误（概率极低），或为类似我这样的转发者画蛇添足之举（有较大概率），特此说明。

PVDF管道全部采用焊接连接。在施工过程中，更要注意洁净，同时对于施工环境的要求更加严格。PVDF管道焊接必须在洁净小室内进行，不得在一般的房间内进行施工。进入洁净加工间必须换上专用鞋,管口及附件在洁净间外必须封口不得外露。对于管件的包装材料必须在施工前才能开封，在焊接操作时必须带好一次性洁净PVC手套，焊接前必须用异丙醇、酒精或丙酮对管端进行脱脂、清洗。清洗用布要采用无尘洁净布，不干净的无尘布要及时更换。辅助焊接的人员也须带上洁净棉手套。

对于每一个焊口，焊完之后必须及时进行外观检查，要求焊口四周的焊露高低均匀并高于管道外壁。在PVDF管道焊完之后必须及时对管口进行封扎，再运到现场采用法兰连接，法兰间的密封材料采用PTFE。管道安装时先在现场量取尺寸绘制详细的安装加工图，再由专人进行管道焊接加工。焊接、安装人员各负其责以提高工作效益。

四、结束语　　

总之，在超纯水系统施工过程中,除了要满足管道系统的密闭要求外,更重要的就是要注意提高施工人员的洁净意识，使他们能自觉的按照洁净管道施工要求去做,根据水处理不同阶段的不同要求进行施工，以避免因施工不当对管道造成污染，使得处理水质达不到业主要求，引起质量事故的发生。