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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，對生產(chǎn)過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、細菌和總有機碳（TOC）的要求。




  面對如此嚴(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)計和管材選擇問題。
  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)過純水輸送和分配系統(tǒng)才能送到純水用戶的使用點，而這些純水管道系統(tǒng)的管道長度，常常是上百米，甚至上千米，由于使用點的分散分配管路也是錯綜復(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，而且要關(guān)心純水輸送和分配系統(tǒng)，最終保證幾十個、幾百個使用點的水質(zhì)要求。



  本文僅就純水管道的分配方式、管道選擇等問題談一些粗淺看法，以期引起對此問題的重視。
 
純水管道系統(tǒng)設(shè)計
  純水輸送和分配管道系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的重要組成部分，管道系統(tǒng)擔(dān)負將中央純水站制出的高質(zhì)量的純水以盡量小的水質(zhì)降低輸入給每一個使用地點，如果管道系統(tǒng)設(shè)計不當(dāng)，就會使純水水質(zhì)大大下降，甚至把處理系統(tǒng)話費的功夫全部付諸東流。由于水的純度很高極易受到污染，使用點分散而無規(guī)律，變化幅度大，使得解決這一問題帶來相當(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)細菌繁殖、微粒沉積，盡量減小管道溶出物對純水水質(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)計純水管道系統(tǒng)時要解決好防止產(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)計純水循環(huán)管道系統(tǒng)，純水循環(huán)管道不同于一般樹枝式管道系統(tǒng)，它不但應(yīng)有純水給水管而且還有純水回水管，在運行上，無論純水使用水多少，都能保證管道內(nèi)純水處于流動狀態(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)計用水量+循環(huán)水量
  其中循環(huán)水量應(yīng)為設(shè)計用水量的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，有人認為其長度小于4倍支管直徑，當(dāng)然這一點往往難有實現(xiàn)。

在運行中，不管有無用戶使用純水，循環(huán)管道都處于流動狀態(tài)，很明顯在這種管道系統(tǒng)中干管是不會有“死水”和“短路”問題的。

這種布置的缺點是：

（1）如果供水區(qū)域較大，用水點較多時，會造成循環(huán)管道過長，當(dāng)必須保證較高管內(nèi)流速時，管道水頭損失較大，致使動力消耗大，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，無法把有問題的管段切開，而必須停止整個系統(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個用水點，循環(huán)管道管徑不宜超過DN50。

 

2、有單獨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)有單獨的純水給水干管和單獨的回水干管，從純水給水干管中接出的支管，以類似于上述單管式通過若干個用水設(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循環(huán)支管，整個系統(tǒng)則可以供給幾十甚至上百個用水點用水，每個循環(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，其特點是給水干管商的第一個支管是回水干管中的最后一個接入點。很明顯，由于給水干管上第一個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”，相反其它支管就會造成“死水”，顯然這不是一個理想的布置。

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，其特點是由給水干管接出的第一個支管也是回水干管上的第一個接入管，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)進行多層工業(yè)廠房設(shè)計時，由于頂層與底層高差較大，會產(chǎn)生底層水水壓過高，回流快而形成底層“短路”、頂層“死水”現(xiàn)象。這時應(yīng)在每層的支管商加設(shè)“流量控制閥”（如圖5所示）。流量控制閥的特點是當(dāng)壓力在一定范圍內(nèi)變化時，通過閥的流量基本不變。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之間變化時其流量的變化小于15%。

純水管道選擇
1、管道對純水水質(zhì)的污染
  管材選擇對于超純水系統(tǒng)是至關(guān)重要的，因管道原因造成純水水質(zhì)下降主要來源于以下幾個方面：
  （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、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、閥門等原因造成細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)然在某種場合也有采用不銹鋼管道的。

目前尚無完整的對于這些純水管道材料對超純水水質(zhì)影響的比較材料及可靠的測試數(shù)據(jù)報道。各國有各自的選用習(xí)慣。例如美國多采用PVC管，英國多采用ABS管，而歐洲一些國家則常用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。國際上普遍采用美國SPEARS公司的SCH80PVC管道（SCH80位SCHEDULE NUMBER 80的簡寫，為美國標(biāo)準(zhǔn)管子號，表示管壁厚度系列（耐壓力）的號碼），PVC管采用承插粘結(jié)，故對管外徑公差要求較嚴(yán)格。 

 

PP管

國內(nèi)尚無可用于純水的PP管，許多引進項目中采用了國外的PP管。

 

ABS管

ABS管在純水系統(tǒng)亦有一定范圍的使用。但對它的評價各說不一，尚未定論。國內(nèi)目前在純水系統(tǒng)較為廣泛的使用ABS管。由英國ALGA公司引進的純水系統(tǒng)采用ABS管，國內(nèi)亦有廠家生產(chǎn)DN15～DN150的ABS管道、閥門及配件因而得到廣泛使用。

 

PVDF管

目前普遍認為PVDF管是性能穩(wěn)定，對純水水質(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)報道目前還沒有能對超純水管道材料的污染性能做出比較的可靠方法，這是因為管道材料溶解到純水中的雜質(zhì)濃度太低了，使得許多儀器無法分辨出來。有兩種方法尚能相對的對管道材料做一些比較。

（1）浸泡試驗

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)格清洗的一定長度的管道中，經(jīng)一定時間的浸泡，測定浸泡前后各種離子和TOC的變化，經(jīng)計算可得到單位時間內(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比較。

（2）用電子顯微鏡觀測管道內(nèi)壁

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