A partir de la construcció real d'una instal·lació que produeix aigua ultrapura amb una resistivitat superior a 18,2 MΩ·cm, aquest article presenta els processos fonamentals de producció d'aigua ultrapura. Posa especial èmfasi en els materials de canonades utilitzats en les diferents etapes del tractament de l'aigua i proporciona una descripció detallada de la instal·lació de canonades d'aigua ultrapura basada en l'experiència pràctica.
I. Visió general del sistema d'aigua ultrapura
Amb el desenvolupament de la indústria electrònica, els requisits de qualitat de l'aigua durant la fabricació i processament de xips s'han tornat cada cop més estrictes. Per garantir la producció de circuits integrats a ultra--escala, l'aigua d'alta-puresa-junta amb matèries primeres, gasos i productes químics-de gran-puresa-és un factor crític. Els sistemes d'aigua ultrapura transformen l'aigua municipal estàndard en aigua ultrapura que compleix estàndards rigorosos pel que fa al contingut d'ions i la mida de les partícules.
En general, un sistema d'aigua ultrapura consta de tres seccions principals:
Zona de producció d'aigua ultrapura (secció CUB),
Zona de polit i circulació d'aigua ultrapura (secció FAB),
Xarxa de canonades de distribució d'aigua ultrapura (diverses zones d'ús dins la FAB).
L'àrea de producció d'aigua ultrapura és la més complexa i es pot subdividir en tres parts:
pre{0}}tractament,
purificació primària,
Tractament d'aigües ultrapures.
La secció de pre-tractament inclou principalment la filtració de sorra i les torres de carbó actiu (alguns fabricants també afegeixen tancs de reacció i tancs de flotació d'aire dissolt abans de la filtració de sorra);
La secció de purificació principal inclou principalment torres d'intercanvi d'anions/cations, torres de desgasificació (DG), filtres de seguretat, esterilitzadors UV i unitats d'osmosi inversa multi-;
La secció d'aigua ultrapura inclou principalment MDG (mòduls de desoxigenació de membrana), esterilitzadors de TOC-UV, intercanviadors d'ions-de llit mixt (MB) i filtres de punt-d'-ús.
Tanmateix, com que les canonades poden tornar a-contaminar l'aigua durant el transport a l'equip de procés, normalment s'instal·la un sistema de poliment i circulació dins del FAB. Aquest sistema es centra en unitats de-llit mixt (MB) complementades amb equips d'ultrafiltració (UF) per eliminar les impureses lixiviades a l'aigua de la xarxa de canonades durant la distribució a les línies de producció.
II. Materials de canonades que s'utilitzen habitualment en cada etapa del sistema d'aigua ultrapura
La selecció dels materials de canonades adequats és crucial per als sistemes d'aigua ultrapura; l'elecció ha de garantir la qualitat de l'aigua sense deixar de ser econòmicament raonable. Els materials de canonades utilitzats habitualment en sistemes d'aigua ultrapura inclouen PVC, SGP, SGP (RL), SUS304, CPVC, SUS316 i PVDF. Les canonades de PVC o SUS304 s'utilitzen normalment durant l'etapa de pretractament de la producció d'aigua ultrapura. Les canonades d'acer revestides de goma-(SGP-RL) s'utilitzen generalment per a connexions-laterals d'equips, mentre que les canonades SUS304 s'utilitzen al voltant de maquinària vibratòria com ara bombes d'aigua; Les canonades de CPVC o SUS304 s'utilitzen per a les línies de flux principals durant l'etapa de purificació primària. A causa de l'alta pressió, la secció entre la-bomba d'alta pressió i la unitat d'osmosi inversa (RO) requereix canonades i brides SCH80 SUS304 amb una capacitat de 2,0 MPa. Atès que els processos de RO tenen requisits específics de temperatura de l'aigua, els intercanviadors de calor solen instal·lar-se aigües amunt de la unitat de RO i s'han d'utilitzar canonades SUS304 a les seves proximitats. Les canonades SUS316 i CPVC s'utilitzen generalment per a les línies de flux principals durant l'etapa de producció d'aigua ultrapura. Les línies de flux principals a la zona de circulació de poliment solen utilitzar canonades SUS316 (connexions soldades que requereixen una penetració total/formació de cordons de soldadura de doble cara) i canonades de PVDF, mentre que les canonades de CPVC s'utilitzen per a línies de recuperació d'aigua ultrapura. Les canonades de PVC estàndard s'utilitzen per a les línies de descàrrega d'aigües residuals a totes les etapes de tractament d'aigua esmentades anteriorment. Les canonades de PVC-resistents als impactes són necessàries per a les línies de dosificació de productes químics (com les d'àcids i àlcalis) dins del procés de producció d'aigua pura. La canonada SUS304 s'utilitza per al sistema de nitrogen que serveix al sistema d'aigua pura, mentre que la canonada SUS316 s'utilitza per a les línies de nitrogen al sistema de poliment d'aigua ultrapura. Les canonades SUS304 o SGP s'utilitzen generalment per a sistemes d'aire comprimit que alimenten vàlvules pneumàtiques; si s'utilitzen canonades SGP, s'ha d'instal·lar un filtre abans que la línia entri en qualsevol quadre de control elèctric.
III. Construcció de sistemes d'aigua ultrapura
La construcció de l'estació d'aigua ultrapura presenta el repte més gran i consta de tres components principals: lliurament i instal·lació d'equips, fabricació i instal·lació de bastidors de canonades compartides i instal·lació de canonades. En traslladar equips, s'ha de preparar un pla d'aixecament detallat-especialment per a equips amb sobrepès, sobredimensionats o fràgils-per evitar estrictament pràctiques d'instal·lació imprudents o perilloses. Dos aspectes clau requereixen atenció durant la construcció de bastidors de suport compartits: primer, la connexió entre el bastidor i l'estructura civil ha de ser robusta, idealment utilitzant plaques d'acer incrustades. Si la pre-incrustació no és possible per qualsevol motiu, s'han d'utilitzar cargols d'ancoratge químic per fixar els suports a les bigues; No es permeten cargols d'expansió simples estàndard. En cap cas s'han d'utilitzar plaques de ferro i cargols d'expansió simples per ancorar els suports a la llosa del terra. En segon lloc, tota la secció del bastidor de canonades s'ha de mantenir a nivell per evitar la flexió de la canonada o els danys causats per una tensió desigual als punts de contacte entre la canonada i el bastidor. Pel que fa a la instal·lació de canonades a l'estació d'aigua, mentre que les línies de vapor o d'aigua freda/calenta CDA, nitrogen i intercanviador de calor es poden instal·lar sistema-per-sistema, la instal·lació de canonades d'altres estacions es divideix en dues parts principals: canonades de bastidor i canonades-equips adjacents. Aquestes dues parts poden continuar simultàniament durant la fase inicial de construcció. Un cop s'hagin completat les seccions rectes del bastidor i les canonades que envolten immediatament l'equip, s'ha d'executar la connexió entre la canonada-adjacent de l'equip i la canonada del bastidor per formar un sistema de canonades tancat. La instal·lació de canonades del sistema d'aigua ultrapura difereix significativament de la de canonades generals; més enllà de garantir l'estanquitat del sistema, un requisit crític és mantenir la neteja de les canonades durant tot el procés d'instal·lació. A continuació, parlaré de les tècniques d'instal·lació específiques per a canonades de CPVC (clorur de polivinil clorat) i PVDF (fluorur de polivinilide) en sistemes d'aigua ultrapura.
IV. Instal·lació de canonades de CPVC i PVDF en sistemes d'aigua ultrapura
Els materials de canonades de CPVC i PVDF compleixen els estrictes requisits dels sistemes d'aigua ultrapura pel que fa a la lixiviació d'ions metàl·lics i carboni orgànic, l'absència de partícules fines i la prevenció del creixement bacterià viable. Com que els materials de canonades i els accessoris es processen i s'envasen en entorns ultra-nets, la seva instal·lació implica procediments específics. Per a canonades de CPVC, s'ha d'utilitzar un adhesiu de plàstic per a canonades de plàstic -de fabricació japonesa "No. 85". El tall de canonades s'ha de realitzar amb una serra de cinta elèctrica o un tallador rotatiu de canonades; S'ha d'evitar l'ús de serres manuals sempre que sigui possible (ja que deixen difícil--eliminar les rebaves dels extrems tallats). Les rebaves dels extrems tallats s'han d'eliminar a fons i s'ha d'aplicar un xamfrà de 2-3 mm a l'extrem de la canonada. D'aquesta manera, s'evita que l'adhesiu es rasqui a l'endoll durant l'enllaç-un error que podria reduir la superfície d'unió i provocar fuites a la junta. L'adhesiu s'ha d'aplicar uniformement a les superfícies d'unió dels accessoris i canonades. Abans de l'aplicació, traieu la pols superficial de la superfície interior dels accessoris i de la superfície exterior de les canonades amb un drap blanc, després desgreixeu-les i netegeu-les amb un drap-que no deixa pelusa humitejat amb acetona. Més enllà d'això, és crucial mantenir la neteja durant la instal·lació-aquesta és la diferència principal entre la instal·lació de canonades de CPVC i la de les canonades de PVC estàndard. En sentit estricte, la unió de canonades de CPVC s'ha de realitzar en un entorn de sala blanca, amb les connexions finals fetes al lloc- mitjançant brides. Tanmateix, a causa de les condicions específiques del lloc, el tall, l'enllaç i la instal·lació sovint es fan al lloc-. En aquests casos, l'àrea de treball s'ha de mantenir relativament neta (lliure de pols pesada). Les operacions d'unió no s'han de fer directament a terra; en canvi, s'hauria d'utilitzar una plataforma de fabricació dedicada. Els treballadors han de portar guants especialitzats d'un sol ús per a sala blanca; està prohibit tocar les parets interiors del tub amb les mans nues (ja que els olis de la pell transferits a la paret interior són difícils de rentar). Utilitzeu un extractor de cables o una eina similar quan introduïu canonades i marqueu la canonada per comprovar la profunditat d'inserció suficient. S'ha d'utilitzar PTFE (politetrafluoroetilè) com a material de segellat entre brides. Les canonades s'han de protegir durant l'emmagatzematge col·locant-les sobre lones o làmines de plàstic.
Els sistemes de canonades de PVDF es basen completament en connexions soldades. La neteja durant el funcionament i el control estricte de l'entorn d'instal·lació són primordials. La soldadura de canonades de PVDF s'ha de realitzar dins d'un recinte net dedicat; els ambients generals de les habitacions no són adequats. El personal que entra a la zona de fabricació neta s'ha de canviar per un calçat especialitzat, i els extrems de les canonades i els accessoris han de romandre segellats fins que estiguin dins de la zona neta. Els materials d'embalatge dels accessoris només s'han de retirar immediatament abans de la instal·lació. Durant la soldadura s'han de portar guants de PVC nets d'un sol ús i els extrems de les canonades s'han de desgreixar i netejar amb alcohol isopropílic, etanol o acetona abans de començar la soldadura. Per netejar només s'han d'utilitzar draps-per a sala neta sense pelusa, i els draps bruts s'han de substituir ràpidament. El personal que col·labori amb el procés de soldadura també ha de portar guants de cotó nets. S'ha de realitzar una inspecció visual immediatament després de completar cada soldadura; el cordó de soldadura al voltant de la junta ha de ser uniforme en alçada i sobresortir per sobre de la superfície exterior de la canonada. Un cop soldades les canonades de PVDF, els extrems de les canonades s'han de segellar ràpidament abans de transportar-los al lloc d'instal·lació, on s'utilitzen connexions de brida-que utilitzen juntes de PTFE-. Durant la instal·lació, es prenen mesures precises-in situ per produir dibuixos detallats de fabricació i instal·lació, després dels quals personal especialitzat duu a terme la soldadura i la fabricació. Els equips de soldadura i instal·lació operen amb responsabilitats clarament definides per maximitzar l'eficiència operativa.
V. Conclusió
En resum, la construcció de sistemes d'aigua ultrapura requereix no només el compliment dels estrictes estàndards d'estanquitat del sistema-, sinó, el que és més important, un enfocament a fomentar la "consciència de la neteja" entre el personal de construcció. Els treballadors han de seguir a consciència els protocols d'instal·lació de canonades netes i executar les tasques d'acord amb els requisits específics de cada etapa de tractament d'aigua. Aquest enfocament evita la contaminació causada per pràctiques de construcció inadequades-que, d'altra manera, podrien comprometre la qualitat de l'aigua, no complir les especificacions del client i provocar incidents relacionats amb la-qualitat.
