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隨著半導(dǎo)體、集成電路的發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路發(fā)展到超大規(guī)模集成電路階段，電路線寬已小于1um以下，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中所使用的純水水質(zhì)更加嚴(yán)格（表1），水質(zhì)主要指標(biāo)是電阻率、微粒、細(xì)菌和總有機(jī)碳（TOC）的要求。




  面對(duì)如此嚴(yán)格的水質(zhì)要求，人們首先把注意力放在采用先進(jìn)的純水制造工藝和設(shè)備并輔以嚴(yán)格的管理上面，這是非常自然的，但往往忽視了另一重要因素，那就是純水管道設(shè)計(jì)和管材選擇問(wèn)題。
  眾所周知，大部分工廠的純水系統(tǒng)都包括中央純水制取系統(tǒng)和純水輸送和分配系統(tǒng)（圖1），也就是說(shuō)中央純水制造系統(tǒng)（即純水站）制出的合格的純水必須經(jīng)過(guò)純水輸送和分配系統(tǒng)才能送到純水用戶的使用點(diǎn)，而這些純水管道系統(tǒng)的管道長(zhǎng)度，常常是上百米，甚至上千米，由于使用點(diǎn)的分散分配管路也是錯(cuò)綜復(fù)雜的，作為純水工作者的任務(wù)絕不僅關(guān)心在中央純水站制出合格的純水來(lái)，而且要關(guān)心純水輸送和分配系統(tǒng)，最終保證幾十個(gè)、幾百個(gè)使用點(diǎn)的水質(zhì)要求。



  本文僅就純水管道的分配方式、管道選擇等問(wèn)題談一些粗淺看法，以期引起對(duì)此問(wèn)題的重視。
 
純水管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)
  純水輸送和分配管道系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分，管道系統(tǒng)擔(dān)負(fù)將中央純水站制出的高質(zhì)量的純水以盡量小的水質(zhì)降低輸入給每一個(gè)使用地點(diǎn)，如果管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)，就會(huì)使純水水質(zhì)大大下降，甚至把處理系統(tǒng)話費(fèi)的功夫全部付諸東流。由于水的純度很高極易受到污染，使用點(diǎn)分散而無(wú)規(guī)律，變化幅度大，使得解決這一問(wèn)題帶來(lái)相當(dāng)大的難度。
  首先，應(yīng)保證純水管道內(nèi)的流速，即在管道系統(tǒng)壓力損失允許情況下管內(nèi)流速盡量大，以防管內(nèi)細(xì)菌繁殖、微粒沉積，盡量減小管道溶出物對(duì)純水水質(zhì)的污染，管道流速一般按下列數(shù)據(jù)選擇：
干管流速  1.5～3m/s
支管流速  1～2m/s
接設(shè)備支管流速  0.5～1m/s
  其次，在設(shè)計(jì)純水管道系統(tǒng)時(shí)要解決好防止產(chǎn)生滯水段（俗稱“死水”）和“短路”這兩大難題。
  解決好著兩大難題的關(guān)鍵是正確的設(shè)計(jì)純水循環(huán)管道系統(tǒng)，純水循環(huán)管道不同于一般樹(shù)枝式管道系統(tǒng)，它不但應(yīng)有純水給水管而且還有純水回水管，在運(yùn)行上，無(wú)論純水使用水多少，都能保證管道內(nèi)純水處于流動(dòng)狀態(tài)，真正做到“流水不腐”。
  為了即保證純水管內(nèi)流速又使純水回水管中有一定流速純水系統(tǒng)的供水量應(yīng)該由兩部分組成，即：
  純水系統(tǒng)供水量=設(shè)計(jì)用水量+循環(huán)水量
  其中循環(huán)水量應(yīng)為設(shè)計(jì)用水量的30～50%
 
純水循環(huán)管道的布置方法有以下幾種：
1、單管式（圖2）
  這是一種最簡(jiǎn)單的純水循環(huán)管道系統(tǒng)，純水給水管以同一管徑或縮小一號(hào)管徑返回至精處理系統(tǒng)的循環(huán)水箱，為保證管道系統(tǒng)工作壓力，在接入循環(huán)水箱前需加設(shè)壓力調(diào)節(jié)閥，接至生產(chǎn)設(shè)備的純水支管應(yīng)盡量短，有人認(rèn)為其長(zhǎng)度小于4倍支管直徑，當(dāng)然這一點(diǎn)往往難有實(shí)現(xiàn)。

在運(yùn)行中，不管有無(wú)用戶使用純水，循環(huán)管道都處于流動(dòng)狀態(tài)，很明顯在這種管道系統(tǒng)中干管是不會(huì)有“死水”和“短路”問(wèn)題的。

這種布置的缺點(diǎn)是：

（1）如果供水區(qū)域較大，用水點(diǎn)較多時(shí)，會(huì)造成循環(huán)管道過(guò)長(zhǎng)，當(dāng)必須保證較高管內(nèi)流速時(shí)，管道水頭損失較大，致使動(dòng)力消耗大，管道初端與末端供水壓差較大。

（2）當(dāng)出現(xiàn)某一管段滲漏或受到污染時(shí)，無(wú)法把有問(wèn)題的管段切開(kāi)，而必須停止整個(gè)系統(tǒng)工作才能檢修。

因此，此布置方法僅限于較小的供水區(qū)域，大約15～20個(gè)用水點(diǎn)，循環(huán)管道管徑不宜超過(guò)DN50。

 

2、有單獨(dú)給水喝回水管的純水循環(huán)管道系統(tǒng)

這種布置方法設(shè)有單獨(dú)的純水給水干管和單獨(dú)的回水干管，從純水給水干管中接出的支管，以類似于上述單管式通過(guò)若干個(gè)用水設(shè)備，回至純水回水干管?；厮晒茏詈蠼又辆幚硐到y(tǒng)的循環(huán)水箱。由于這種布置方式可以有若干個(gè)循環(huán)支管，整個(gè)系統(tǒng)則可以供給幾十甚至上百個(gè)用水點(diǎn)用水，每個(gè)循環(huán)支管在接入回水干管前也應(yīng)裝設(shè)壓力調(diào)節(jié)閥。

圖3是一種給水干管與回水干管為反向流的布置方式，其特點(diǎn)是給水干管商的第一個(gè)支管是回水干管中的最后一個(gè)接入點(diǎn)。很明顯，由于給水干管上第一個(gè)支管水壓比其他支管高，回流路程又短，因此非常容易造成“短路”，相反其它支管就會(huì)造成“死水”，顯然這不是一個(gè)理想的布置。

解決的辦法應(yīng)該按圖4方式布置，即純水給水干管與回水干管同向流的布置，其特點(diǎn)是由給水干管接出的第一個(gè)支管也是回水干管上的第一個(gè)接入管，依次給水支管接入順序與回水干管的接出次序是一致的。因此每一條流水路線都經(jīng)歷大致一樣的長(zhǎng)度，使“短路”和“死水”的可能性大大減少了，因此這是一種比較理想的布置方式。



  當(dāng)進(jìn)行多層工業(yè)廠房設(shè)計(jì)時(shí)，由于頂層與底層高差較大，會(huì)產(chǎn)生底層水水壓過(guò)高，回流快而形成底層“短路”、頂層“死水”現(xiàn)象。這時(shí)應(yīng)在每層的支管商加設(shè)“流量控制閥”（如圖5所示）。流量控制閥的特點(diǎn)是當(dāng)壓力在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，通過(guò)閥的流量基本不變。例如：PLAST-O-MATIC公司生產(chǎn)的FC系列流量控制閥，當(dāng)水壓從0.1MPa到0.85MPa之間變化時(shí)其流量的變化小于15%。

純水管道選擇
1、管道對(duì)純水水質(zhì)的污染
  管材選擇對(duì)于超純水系統(tǒng)是至關(guān)重要的，因管道原因造成純水水質(zhì)下降主要來(lái)源于以下幾個(gè)方面：
  （1）因管道材料中的不純物質(zhì)溶解于超純水中致使水中陽(yáng)、陰離子增加，電阻率下降以及TOC的增加。
  （2）因管道內(nèi)壁不光滑及接頭、閥門(mén)等原因造成細(xì)菌滯留繁殖及其他顆粒的聚積，致使水中微粒的增加。
  （3）因管道及閥門(mén)不嚴(yán)密引起控制滲入，造成電阻率下降、溶解氣體及微粒的增加。
  因此在超純水系統(tǒng)應(yīng)選擇可淬性低、內(nèi)壁光滑的管道并盡可能減少接頭及管件的凹凸不平。要求管道連接嚴(yán)密，嚴(yán)格清洗及安裝等工藝，把握住有可能污染超純水水質(zhì)的所有環(huán)節(jié)。


 

2、常用純水管道材料

在超純水系統(tǒng)中罪常用的是工程塑料管道，如PVC、PP、ABS及PVDF等，當(dāng)然在某種場(chǎng)合也有采用不銹鋼管道的。

目前尚無(wú)完整的對(duì)于這些純水管道材料對(duì)超純水水質(zhì)影響的比較材料及可靠的測(cè)試數(shù)據(jù)報(bào)道。各國(guó)有各自的選用習(xí)慣。例如美國(guó)多采用PVC管，英國(guó)多采用ABS管，而歐洲一些國(guó)家則常用PP管，而PVDF管大都用于水質(zhì)要求特別高的純水精處理系統(tǒng)。

 

PVC管

PVC管是超純水中使用最廣泛的管道材料。國(guó)際上普遍采用美國(guó)SPEARS公司的SCH80PVC管道（SCH80位SCHEDULE NUMBER 80的簡(jiǎn)寫(xiě)，為美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)管子號(hào)，表示管壁厚度系列（耐壓力）的號(hào)碼），PVC管采用承插粘結(jié)，故對(duì)管外徑公差要求較嚴(yán)格。 

 

PP管

國(guó)內(nèi)尚無(wú)可用于純水的PP管，許多引進(jìn)項(xiàng)目中采用了國(guó)外的PP管。

 

ABS管

ABS管在純水系統(tǒng)亦有一定范圍的使用。但對(duì)它的評(píng)價(jià)各說(shuō)不一，尚未定論。國(guó)內(nèi)目前在純水系統(tǒng)較為廣泛的使用ABS管。由英國(guó)ALGA公司引進(jìn)的純水系統(tǒng)采用ABS管，國(guó)內(nèi)亦有廠家生產(chǎn)DN15～DN150的ABS管道、閥門(mén)及配件因而得到廣泛使用。

 

PVDF管

目前普遍認(rèn)為PVDF管是性能穩(wěn)定，對(duì)純水水質(zhì)污染更小的材料，主要用于純水精處理系統(tǒng)的管道中。

據(jù)報(bào)道目前還沒(méi)有能對(duì)超純水管道材料的污染性能做出比較的可靠方法，這是因?yàn)楣艿啦牧先芙獾郊兯械碾s質(zhì)濃度太低了，使得許多儀器無(wú)法分辨出來(lái)。有兩種方法尚能相對(duì)的對(duì)管道材料做一些比較。

（1）浸泡試驗(yàn)

這是將一定面積的管道材料嚴(yán)格清洗后浸泡在超純水中，或?qū)⒊兯b入經(jīng)嚴(yán)格清洗的一定長(zhǎng)度的管道中，經(jīng)一定時(shí)間的浸泡，測(cè)定浸泡前后各種離子和TOC的變化，經(jīng)計(jì)算可得到單位時(shí)間內(nèi)單位面積的管道雜質(zhì)的釋放量，可以做各種管材的相對(duì)比較。

（2）用電子顯微鏡觀測(cè)管道內(nèi)壁

將管道切下后，內(nèi)壁濺涂后用電子顯微鏡觀測(cè)，觀察材料表面的微孔。微孔多易于沉積微粒和細(xì)菌，觀測(cè)資料證明，PVC管道內(nèi)壁相當(dāng)光滑，而PP管內(nèi)壁有0.3～1um的微孔。