半導(dǎo)體行業(yè)超純水氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例
ZZYVP-16B-超純水儲灌氮封閥是不需要任何外加能源的，利用被調(diào)介質(zhì)自身能量既能實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)的執(zhí)行器產(chǎn)品。是將一定量的氮氣充入密封的水箱內(nèi)，水箱內(nèi)氮氣壓力不大于1Kpa，氮氣是惰性氣體能防止CO2等其它物質(zhì)溶入水中影響水質(zhì)，保證水箱內(nèi)的水不受二次污染而導(dǎo)致水質(zhì)下降。
無需外加能源，利用被控介質(zhì)自身能量作為動力源，引入調(diào)壓閥的指揮器以控制閥芯位置來改變截流面積，從而達到改變調(diào)壓閥介質(zhì)流量，使閥后壓力穩(wěn)定。
超純水設(shè)備在半導(dǎo)體行業(yè)中具有極其重要的作用，因為半導(dǎo)體芯片的制造過程需要使用非常純凈的水。超純水設(shè)備可以去除水中的離子、微生物、有機物、顆粒等雜質(zhì)，從而獲得純度的水，滿足半導(dǎo)體芯片制造的要求。
具體來說，超純水設(shè)備在半導(dǎo)體行業(yè)的用途和重要性如下：
清洗半導(dǎo)體芯片：半導(dǎo)體芯片制造過程中需要使用大量的水來清洗芯片表面，如果水中含有雜質(zhì)，就會對芯片產(chǎn)生影響。超純水設(shè)備可以獲得高純度的水，有效地清洗芯片表面，保證芯片質(zhì)量。
制造半導(dǎo)體材料：半導(dǎo)體材料制造過程中需要使用大量的水，如果水中含有有機物、微生物等雜質(zhì)，就會影響材料的質(zhì)量。超純水設(shè)備可以去除水中的雜質(zhì)，保證制造出的半導(dǎo)體材料質(zhì)量。
制造半導(dǎo)體器件：半導(dǎo)體器件制造過程中需要使用非常純凈的水，因為水中的雜質(zhì)會影響器件的性能。超純水設(shè)備可以獲得高純度的水，保證器件的性能和質(zhì)量。
超純水設(shè)備在半導(dǎo)體行業(yè)中的用途和重要性非常顯著，是半導(dǎo)體芯片制造過程中的設(shè)備之一。超純水設(shè)備可以去除水中的雜質(zhì)，保證半導(dǎo)體芯片、材料和器件的質(zhì)量和性能。
產(chǎn)品公稱壓力等級有PN1.6、4.0（MPa）；口徑范圍DN20～100；流量特性為快開。
壓力設(shè)定在指揮器上通過調(diào)節(jié)彈簧實現(xiàn)，因而方便、快捷、省力省時，可運行狀態(tài)下連續(xù)設(shè)定，且結(jié)構(gòu)簡單，維護工作量小。
減壓比≤4000：1，控制精度高；
動作靈敏，密封性好；
是一種無需外加能源，以被調(diào)介質(zhì)自身能量為動力源，自動控制閥門介質(zhì)流量，使閥后壓力保持恒定的壓力穩(wěn)定裝置?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于連續(xù)送氣的天然氣采輸，城市煤氣輸送管道以及冶金、石油、化工等工業(yè)生產(chǎn)部門。廣泛應(yīng)用各種工業(yè)設(shè)備中用于氣體減壓穩(wěn)壓的自動控制，特別適用于儲罐的氮封系統(tǒng)。截止閥作為附件，閥門在工作前關(guān)閉此截止閥，以防止超設(shè)定壓力和雜質(zhì)進入執(zhí)行機構(gòu)，以保護執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)的膜片和密封件，及超設(shè)定壓力而產(chǎn)生閥門整體打壞現(xiàn)象。超純水（Ultrapure water）又稱UP水，是指電阻率達到18 MΩ*cm（25℃）的水
生成條件
超純水是將電阻率為2M\Omega·cm(25°C)的純凈水在一定壓力下，進入l\mum蜂房過濾器和超濾器等，先去除1\mum的顆粒，然后進入兩只串聯(lián)起來的陰、陽樹脂混合床，深度去除水中的雜質(zhì)離子。最后，經(jīng)過微孔膜過濾器精濾，將水的電阻率提高到12M\Omega·cm(25℃)以上，成為成品水供用戶使用。
質(zhì)量指標
超純水的電阻率≥12M\Omega·cm(25°C)，其水質(zhì)指標見表1。
灌裝和運輸
超純水幾乎不含無機鹽和有機質(zhì)，也就是說幾乎不含陰離子和陽離子。超純水極易污染，難以貯存，不宜長距離輸送。目前用戶根據(jù)生產(chǎn)和科研需要，自購超純水終端裝置設(shè)備，將純凈水輸入裝置，現(xiàn)用現(xiàn)制，滿足需要。
水溫對pH值的影響
所有的實驗室pH表都標明了有自動溫度補償功能，但是根據(jù)實驗室pH表的測量原理和結(jié)構(gòu)，該表只是補償了溫度對表計測量中的影響，并未補償溫度對水樣本身的影響，這將引起水樣pH測值較大的偏差。例如用pH表測定某一給水水樣，在25.2℃時測值為8.96，在33.2℃時測值為9.12，8℃的溫差竟使pH值相差達0.16。。
空氣中CO2的影響
超純水很容易受到污染，在燒杯中敞開測量，很容易受到CO吸收的影響，在給水、凝結(jié)水等超純水水樣pH測量時，總是出現(xiàn)這樣一個或輕或重的現(xiàn)象：測量開始時，pH示值漸漸升高，然后又開始下降，未出現(xiàn)一個穩(wěn)定值或穩(wěn)定時間極短。pH示值升高是測量系統(tǒng)達到平衡穩(wěn)定的過程，而pH示值下降主要是受空氣中CO的影響，這影響可能發(fā)生在測量系統(tǒng)達到平衡穩(wěn)定前，也可能發(fā)生在后。
溶液中總的離子濃度的影響
pH值反映的是H＋的活度(H＋)，而不是H的濃度[H＋]，其關(guān)系為(H＋)=f×[H＋]。f為H 的活度系數(shù)。pH表計和電極的質(zhì)量的影響目前實驗室主要用臺式pH計測量，有些pH計的性能和質(zhì)量并不理想。
序號 | 品 名 | 型 號 及 規(guī) 格 | 單位 | 數(shù)量 | 單 價 （元） | 金 額 （元） | 閥體材質(zhì)及其它 |
1 | 氮封閥 | 氮封閥ZZYVP-II DN32 PN16 進口壓力 0.1-0.3 MPA, 出口壓力0.5 KPA 法蘭連接 | 臺 | 3 | SUS304不銹鋼 詳細要求見附件 | ||
2 | 泄氮閥 | 泄氮閥ZXD-16 DN32 PN16起跳壓力1.5 KPA 法蘭連接 | 臺 | 3 | SUS304不銹鋼 詳細要求見附件 |
制備工序流程
超純水制備的幾種流程
(1)離子交換樹脂制備超純水的傳統(tǒng)水處理方式
原水一沙、碳過濾器一精密過濾器+原水箱一床一陰床一混床一純水箱一純水泵一后置精密過濾器一用水點。
(2)反滲透水處理設(shè)備與離子交換設(shè)備進行組合的方式
原水一沙、碳過濾器一精密過濾器一反滲透設(shè)備一原水箱+純水泵一混床一后置精密過濾器一純水箱一用水點。
(3)反滲透十混合床方式
原水一原水加壓泵—砂、碳過濾器—保安過濾器反滲透一中間水箱一中間水泵一混合床一微孔過濾器一用水點。
以上幾種工藝流程中，混床離子交換設(shè)施的凈水過程是間斷式的，在剛剛被再生后，其產(chǎn)品水水質(zhì)較高，而在下次再生之前，其產(chǎn)品水水質(zhì)較差，存在水質(zhì)不穩(wěn)定、不便于實現(xiàn)自動化控制等缺陷。
反滲透水處理+電去離子(EDI)設(shè)備的超純水處理工藝設(shè)備包括：清水箱、原水輸送泵、板式換熱器、多介質(zhì)過濾器、盤式過濾器、10微米精密過濾器、全自動超濾、精密過濾器、保安過濾器、一級高壓泵、一級反滲透裝置、PH調(diào)節(jié)、中間水箱、二級高壓泵、二級反滲透裝置、中間水箱、增壓泵、紫外線殺菌、保安過濾器紫外線、EDI、氮封水箱、增壓泵、紫外殺菌、拋光混床、保安過濾器、紫外殺菌、氮封水箱，核心設(shè)備如下：
(1)反滲透
反滲透是預(yù)脫鹽系統(tǒng)的核心部分之一，經(jīng)反滲透處理的水，能去除絕大部分無機鹽類和幾乎全部的有機物、微生物。系統(tǒng)RO裝置設(shè)計為：水溫在25℃時的單套設(shè)備產(chǎn)水量達到50m/H，在溫度過低時，可通過換熱設(shè)備來加熱進水水溫，保證RO膜的產(chǎn)水量。
(2)EDI模塊
EDI利用傳統(tǒng)的離子交換樹脂將水中的污染離子去除，其最大的優(yōu)點在于：EDI技術(shù)采用直流電迫使污染離子持續(xù)的從進水中遷移出來，并穿過離子床和離子交換膜進入濃水室。同時直流電能夠?qū)⑺肿与婋x成氫離子和氫氧根離子，持續(xù)的對樹脂進行再生。因此EDI可以連續(xù)、可預(yù)知的生產(chǎn)高純水。
(3)氮封水箱
EDI系統(tǒng)出水壓力較低，再加之拋光混床出水需要回流到中間水箱，因此設(shè)置一臺FRP水箱。根據(jù)經(jīng)驗，若水箱不用惰性氣體封裝，水體的電阻率很快下降，會影響水質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量。氮氣為惰性氣體，基本不參與水體里面的離子反應(yīng)，因此用來隔離空氣對水質(zhì)的影響。選用中間水箱容積50m，為FRP材質(zhì)，內(nèi)襯聚酯等惰性材料。包含氮封閥、減壓閥及水封。
半導(dǎo)體行業(yè)超純水氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例
閥體：ZG230-450、ZG1Cr18Ni9、ZG0Cr18Ni12Mo2Ti
閥芯、閥座：0Cr18Ni9、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr18Ni9+堆焊司鈦萊合金、0Cr18Ni12Mo2Ti+堆焊司鈦萊合金、0Cr18Ni9+增強聚四氟乙烯
閥桿：0Cr18Ni9、0Cr18Ni12Mo2Ti
膜蓋：Q235A、1Cr18Ni9Ti
膜片：橡膠夾增強滌綸織物、氟橡膠、
半導(dǎo)體行業(yè)超純水氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例產(chǎn)品特點：
1、壓力設(shè)定在指揮器上實現(xiàn)，因而方便、快捷、省力省時可運行狀態(tài)下連續(xù)設(shè)定。
2、控制精確度比ZZY型自力式高1倍左右，故適合在控制精度高的場合使用。
3、對同一臺閥而言，調(diào)節(jié)范圍比ZZY型自力式廣。
4、反應(yīng)特別靈敏，極小的壓力（如50mm水柱的壓力）或極小的壓力變化都可以感測出來。
5、減壓比特別大，例如閥前0.8MPa，閥后50mmH2O，壓差比達1600。
閥體組件：
結(jié)構(gòu)大類：自力式
結(jié)構(gòu)類型：帶指揮器操作型
閥芯型式：單座
流量特性：快開
公稱壓力：1.6、2.5、4.0、.5.0、6.4MPa
閥門口徑：DN15~200
適用溫度：-20~80℃
泄漏標準：V、VI級
連接方式：法蘭、螺紋、焊接
三、半導(dǎo)體行業(yè)超純水氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例主要參數(shù)、性能指標與材料
ZZDQ玻璃鋼水箱氮封閥主要參數(shù)
1、主要參數(shù)及主要性能指標見表一 表一
公稱通徑DN（mm） | 20 | 25 | 40 | 50 | 80 | 100 | 150 | ||||||
閥座直徑（mm） | 6 | 15 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | 125 | 150 | |
額定流量系數(shù)Kv | 0.32 | 5 | 8 | 11 | 20 | 30 | 48 | 75 | 120 | 190 | 300 | 480 | |
壓力調(diào)節(jié)范圍KPa | 0.1～0.5、0.4～5.0、4.0～12.0、 | ||||||||||||
公稱壓力PN（MPa） | 1.6 | ||||||||||||
被調(diào)介質(zhì)溫度（℃） | -5～+100 | ||||||||||||
流量特性 | 快開 | ||||||||||||
調(diào)節(jié)精度（%） | ≤±5 | ||||||||||||
執(zhí)行機構(gòu)有效面積（cm2） | 100 | 200 | 280 | 400 | |||||||||
信號接口 | 內(nèi)螺紋M10×1 | M16X1 | |||||||||||
2、半導(dǎo)體行業(yè)超純水氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例壓力調(diào)節(jié)范圍見表二 表二
壓力調(diào)節(jié)范圍（KPa） | 指揮器膜室 | 執(zhí)行機構(gòu)膜室 | 使用閥門口徑（mm） |
0.1～0.5 | 1200 | 100 | 20～32 |
0.4～5.0 | 600 | ||
4.0～12.0 | 400 | ||
0.1～0.5 | 1200 | 200 | 40～50 |
0.4～5.0 | 600 | ||
4.0～12.0 | 400 | ||
0.1～0.5 | 1200 | 400 | 65～100 |
0.4～5.0 | 600 | ||
4.0～12.0 | 400 | ||
0.1～0.5 | 1200 | 600 | 125～150 |
0.4～5.0 | 600 | ||
4.0～12.0 | 400 |
3、超純水氮封水箱ZZYVP-16B自力式氮封閥主要零件材料見表三
零 件 名 稱 | 材 料 |
氣動活塞式執(zhí)行機構(gòu)，指揮器 | 組合件 |
閥體，閥蓋 | ZG230-450，ZG0Cr18Ni9Ti，ZG0Cr18Ni12Mo2Ti |
推桿，閥桿 | 2Cr13，1Cr18Ni9 |
閥座 | 1Cr18Ni9Ti |
閥芯（軟密封）/填料 | 聚四氟乙烯 |
波紋膜片 | 橡膠夾增強滌綸織物 |
彈簧 | 1Cr18Ni9Ti、60Si2Mn |
半導(dǎo)體行業(yè)超純水氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例典型的安裝方式說明：
半導(dǎo)體行業(yè)超純水氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例氮封系統(tǒng)中的安裝示意圖及工作原理：
工作原理：
當儲罐出液閥開啟，放料時，液面下降，氣相部分容積增大，罐內(nèi)氮氣壓力降低，ZZYVP-16B、ZZDG-16B自力式供氮閥開啟，向儲罐注入氮氣，罐內(nèi)氮氣壓力上升，當罐內(nèi)壓力上升至供氮閥壓力設(shè)定值時，供氮閥自動關(guān)閉。
當儲罐進液閥開啟，進料時，液面上降，氣相部份容積減小，罐內(nèi)壓力升高，當高于泄氮閥壓力設(shè)定值時，泄氮閥打開，向外界釋放氮氣，罐內(nèi)氮氣壓力下降，降至泄氮閥壓力設(shè)定值時，泄氮閥自動關(guān)閉。
半導(dǎo)體行業(yè)超純水氮封閥系統(tǒng)應(yīng)用案例選用說明：
一般供氮壓力在300~800KPa左右，氮封設(shè)定壓力1KPa，泄氮壓力2KPa，呼吸閥呼氣壓力3KPa，吸氣壓力-300Pa。
罐頂呼吸閥僅起安全作用，是在主閥失靈，導(dǎo)致罐內(nèi)壓力過高或過低時，起到安全作用，在正常情況下不工作。
泄氮閥安裝在罐頂，口徑一般與進液閥口徑相近，但工況參數(shù)不一樣，需進選型計算再定。
一般供氮閥選用ZZYVP-16B型指揮器自力式壓力調(diào)節(jié)閥，泄氮閥選用ZZVP-16K自力式微壓調(diào)節(jié)閥、呼吸閥采用阻火式。
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