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                              精密仪器系统洁净工程解决方案

                              一、工程概况

                              该微电子工厂主要?#37038;?#33455;片的设计、开发、制造、销售和技术服务。新主厂房建成投产后,集成电路生产技术水平从现在的1.2微米提升到0.8微米。厂区包括主厂房、化学品库、动力厂房、行政办公楼?#21462;?#20027;厂房为三层建筑,从下至上依次为动力下技术夹层、洁净下技术夹层、洁净室,其中洁净室面积约为5000m ,洁净等级分为ISO 6级(1000级)和ISO 7级(10000级)。

                              二、空调系统设计

                              2.1 空调负荷

                              实际设计中洁净室内冷负荷的计算一般采用估算的方法,根据其生产工艺情况、围护结构、操作人员数量等?#33539;?#20272;算指标。该洁净室的主生产区冷负荷估算指标为450W/m ,光刻区为400W/m ,其它区域根据功能为250W/m 一350W/m 。设计总冷负荷(包含新风冷负荷)为13400kW,单位冷负荷指标为2500W/m ,远远大于一般建筑的冷负荷指标。这是由于:

                              1.微电子工业洁净室的生产设备发热量大,消耗冷量大;

                              2.为补充大量工艺排风(排除酸性、碱性、有机溶剂等气体),及为维持洁净室正压而造成新风量大,处理新风所需冷量大。以上两项负荷之和一般占到总冷负荷的80% 以上。

                              由于洁净室处于内区,围护结构的冷热负荷影响可以忽略不计。设?#21697;?#28909;量大,冬季仍为制冷工况,其室内冷负荷与夏?#20928;?#26412;相同。洁净室内散湿量较少,故洁净室室内负荷以显热负荷(设备负荷、?#24432;?#36127;荷)为主。

                              2.2 气流组织方式

                              洁净室内的气流流型为垂直单向流,即空气由吊顶?#31995;?#39118;机过滤单元机组(FFU)所带的高效过滤器进行过滤处理达到洁净要求后送入室内,再经过地面带孔高架地板和华夫楼板,通过两侧回风竖井与新风机组处理过的新风混合后,经安装在竖井与吊顶静压箱之间的干式冷盘管冷却回到吊顶静压箱,虽?#29615;?#26426;过滤单元机组(FFU)的送风模式未必对每个洁净厂房和生产工艺都最为适合,但近年来它以其本身的优越特性正被越来越多的广泛采用。

                              首先,洁净室内压力高于静压箱内的压力,不存在尘粒由静压箱渗透到室内的可能性,即所谓?#26696;?#21387;密封?#20445;?#32780;其它送风模式例如分散式循环风机封等较为复杂的方法来保证洁净室顶棚的密封性;

                              其次,由于微电子工业洁净室工艺的频繁更新和调整,可以通过增减局部区域的风机过滤单元机组(FFU)的数量来改变洁净度以适应生产工艺流程的需要。如今生产线上大量采用微环境装置,高效过滤器满布?#24335;?#20302;到30% 以下,风机过滤单元机组(FFU)因其布置的灵活性具有更强的竞争力。

                              另外,由于对层高和空间需求较少,降低了建筑成本和施工周期,也很适合用于改建项目。但大量风机过滤单元机组安装在吊顶上所带来的缺点也是显而易见的,噪声和振动对洁净室的影响不容忽视,设备和自控成本的增加也必须要考虑。

                              2.3 空气处理

                              洁净室新风系统共配有四台新风机组,三用一备,?#21051;?#26032;风处理机组新风量为130,0001"1"1 /h。新风全部在屋面?#31995;?#26032;风小屋采集,接入新风机组处理后,再通过风管直接送到洁净?#19994;?#39030;?#31995;?#38745;压箱与洁净?#19968;?#39118;混合后再送入室内。

                              新风量?#33539;?#20027;要依据以下几个因素:

                              1)补充工艺过程上所需的排风量,包括一般排风、酸性排风、碱性排风、有机溶剂排风、特种气体排风等;

                              2)保证洁净室内相对于外界为正压,以确保室外空气不会渗入污染洁净室;

                              3)满足室内人员卫生要求所需的新风量,?#21496;?#26032;风量不小于40m /h。

                              设计新风量取补充室内排风及保?#36136;?#20869;正压所需新风量之和与人员新风量两项中的最大值。新风机组包含的组段有初效过滤段、中效过滤段、预热段、预冷段、?#37038;?#27573;、再冷段、再热段、风机段、预留段、高效过滤段和送风段等(见图3)。其中预冷盘管的供回水温度为l3 oC/19oC,再冷和盘管的供回水温度为5℃/10.6~C,预热盘管的供回水温度90~C/6ocC,再热盘管的供回水温度为9OoC/70oC。洁净室新风系统承担所有的室内湿负荷 而室内湿热负荷则由于式冷盘管承担。室外新风须处理到机器露点后送入回风夹道与回风混合。

                              在夏季高温高湿的地区,由于室外?#25163;到?#22823;,新风机组需进行大焓差处理。如只设一级冷盘管,那大量的冷量都将被冷凝水带走。故为了充分利用冷水能量,新风机组设置两级冷盘管。在夏季,室外空气被供l3℃ 中温水的第一级预冷盘管处理到接近饱和状态点A,再由供5~C低温冷水的第二级冷盘管处理到露点B,最后通过再热盘管将其加热到送风状态点c。而在冬季,室外空气先通过预热盘管加热到D点后,再由水喷淋?#37038;?#21040;露点B后加热到送风状态点C。

                              水喷淋?#37038;?#27573;位于两级冷盘管之间,除了?#37038;?#22806;还可起到清洁空气的作用。在夏季工况下空气经过一级冷盘管处理到A点后已达饱和状态,很?#35328;?#34987;?#37038;?#25925;水喷淋对夏季新风处理不会产生影响。

                              安装在回风夹道和吊顶静压箱之间的干式冷盘管的作用是去除室内显热负荷,供回水温度为13~C和19℃。千式冷盘管包括钢制槽形镀锌框架、铜质管道及带传热涂层的铝质散热片。每个尺寸为2400mnl×2165mm,处理风量约为33000m /h,面风速控制在2m/s以下,冷量约为22.2kW。干式冷盘管前设?#26377;?#36719;管及球阀与供回水管道连接。采用干式冷盘管的?#35834;?#22312;于系统运行在干工况条件下,杜绝了水患。

                              2.4 自动控制

                              2.4.1 压差控制

                              洁净室与周围的空间必须维持一定的静压差,其目的是为了保证洁净室在正常工作或空气平衡暂时受到破坏时,洁净室的洁净度免受邻室污?#20928;?#27745;染邻室。压差风量的?#33539;?#19968;般采用房问换气?#38382;?#20272;算,并与洁净室围护结构的气密?#32422;?#32500;持的压差值有关。

                              本工程洁净室的维持正压的换气?#38382;?#21462;1.5h~。在洁净室装有压差传感器,洁净室的压力根据压差传感器的数值来控制,它将测量洁净室和外界大气的压差。PLC使用压差传感器的值作为PID的过程值,它的输出将控制新风管道?#31995;?#21464;风量控制(VAVBox)开度(见图5)。PLC同时计算在主新风管道?#31995;?#21387;差传感器平均值,并用平均值作为PID的过程值,它的输出将控制新风机组的风机速度,以达到洁净室内的正压要求。

                              2.4.2 温湿度控制

                              洁净?#20381;?#30340;温度是由吊顶?#31995;?#24178;冷盘管进行调节控制的,吊顶内共分为10个温度控制区域,每个温度控制区域都设有一个温?#21364;?#24863;器,?#20204;?#22495;的干冷盘管回水主管上装有一组电动调节阀,通过温?#21364;?#24863;器所测的温度与直?#37038;?#23383;温控器的设定?#24403;?#36739;,用比例积分微分控制器输出电信号,控制回水管?#31995;?#21160;调节阀的开?#21462;?#25913;变水流量,使洁净室的温度保持在所需的范围。

                              洁净室内安装有温湿?#21364;?#24863;器,从洁净室温湿?#21364;?#24863;器传来的温度信号将被PLC用来监视和报警。新风机组送风温度信号作为温度PID控制的过程值(PV),PID输出将用来控制再?#30830;В?#32500;?#20013;?#39118;机组恒定的出风温?#21462;?#26032;风机组的?#37038;?#21943;淋段水泵都有一液位开关,当低液位报警时,PLC将停止相关的泵。

                              三、排风系统

                              微电子洁净室中常常在产品生产过程中使用或产生各种酸性?#22270;?#24615;物质、有机溶剂和一般气体、特种气体。且根据GB50073—2001《洁净厂房设计规范》中的规定,排风系统应单独设置。故洁净室的工艺排风分别设有酸性排风系统、碱性排风系统和溶剂排风系统, 酸碱排风气体必须分别经过玻璃?#33267;?#27927;塔处理后才能排至室外。淋洗塔以化学吸收为工作原理,其中有填?#26174;?#21152;其有效吸?#24432;?#31215;。淋洗液由喷嘴自上而下喷洒,并可循环使用。

                              洁净室内酸碱排风的风管材料为不锈钢,内涂特氟隆,以达到防腐蚀的目的。风机采用玻璃钢离心变频风机。洁净室为无外窗的房间,房间密?#25307;?#36739;好,故设置机械排烟系统是保证人员安全疏散的必要方法。GB50073—2001(洁净厂房设计规范》规定:洁净厂房疏散走廊,应设置机械防排烟设施。而国家?#20013;?#38450;火规范中对工业厂房的排烟设置未作出明文规定,故参考民用建筑的防排烟规范在洁净室内设置机械排烟系统。因主生产区面积达3000m ,故用挡烟垂壁(吊顶以下500ram高)将主生产区分隔为数个防烟分区,每个防烟分区最大面积不大于500m 。防烟分区的排烟量设计值以每个分区60m /h?m 计算。排烟风机可同时负担两个防烟分区,风量选型按最大防烟分区面积?#31185;?#26041;米120m。/h计算。防烟分区的排烟由支管?#31995;?80℃排烟阀控制。

                              责任编辑:佳冷环境
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