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化工半导体超纯水氮封阀系统应用案例　

　　氮封水箱应用在超纯水系统中，一般用在混床或EDI电去离子设备后的需要设置缓冲水箱时，此时往往会优先考虑采用氮封水箱来作为缓冲罐，氮气要求纯度为99%。超纯水在空气中如何被污染：空气中含有二氧化碳、细菌、尘埃等杂质，而超纯水为纯的溶剂，对这些杂质的溶解能力很强，故一旦超纯水与空气接触，就会使其电阻率迅速下降，实践证明15MΩ.cm以上的超纯水暴露在空气中1分钟后水质就会下降至3-4MΩ.cm，3分钟以后就会下降到2MΩ.cm左右。因此必须要减少超纯水与空气接触的机会。超纯水是导电离子、胶体、有机物等全部被去除的水，其产水电阻率大18M\Omega·cm(25°C)。超纯水系统一般采用预处理技术、反渗透技术、电除盐技术和后级处理等，同时，配有紫外灯、TOC装置等辅助处理。超纯水通常指的是电阻率能够达到18MΩ·cm的水，是既将水中的导电介质几乎去除，又将水中不离解的胶体物质、气体及有机物均去除至很低程度的水。

　　半导体行业中的超纯水，又名UP水，主要是半导体原材料生产加工、检测和半导体器件的制备用水。电子元器件对超纯水使用水质要求高。市场环境变化使得元器件尺寸缩小与精细度上升，使得超纯水水质与水量的技术指标不断提升。

　　超纯水制备主要包括以下三个阶段，即初步吸附过滤阶段、反渗透净化阶段和树脂离子交换阶段。其中，离子交换是将水中的正离子与离子交换树脂中的H+离子交换，水中的负离子与离子交换树脂中的OH-离子交换，从而达到纯化水的目的。

化工半导体超纯水氮封阀系统应用案例　具体说来主要有以下步骤：

　　1.原水：可用自来水或普通蒸馏水或普通去离子水作为原水。

　　2.预处理系统：原水箱、原水泵、杀菌剂、石英砂过滤器、活性炭过滤器、换热器、阻垢剂系统。

　　3.双级反渗透系统：保安过滤器、高压泵、反渗透系统。反渗透膜可滤除95%以上的电解质和大分子化合物，包括胶体微粒和病毒等。由于绝大多数离子的去除，使离子交换柱的使用寿命大大延长。

　　4.EDI系统：EDI的作用就是通过除去电解质(包括弱电解质)的过程，将水的电阻率从0.05～1.0MΩ·cm提高到5～16MΩ·cm。

　　5.抛光树脂：无化学析出的核子级树脂，去除纯水中残余的微量带电离子及弱电解质，使水质达到18MΩ·cm以上。

　　6.终端超滤：能有效地去除水中的微粒、胶体、细菌、热源和有机物。是整套系统最后的防火墙，确保产出的高纯水不受二次污染。

　　超纯水设备采用靶向离子交换系统针对超纯水中难处理的硼及其他离子定向去除同时还能连续、稳定地生产高纯度的超纯水。超纯水设备主要应用领域：晶圆、电子芯片、集成电路、精密仪器、电镀涂装、试剂稀释、氟化工等领域多有应用。

超纯水（Ultrapure water）又称UP水，是指电阻率达到18 MΩ*cm（25℃）的水

生成条件

超纯水是将电阻率为2M\Omega·cm(25°C)的纯净水在一定压力下，进入l\mum蜂房过滤器和超滤器等，先去除1\mum的颗粒，然后进入两只串联起来的阴、阳树脂混合床，深度去除水中的杂质离子。最后，经过微孔膜过滤器精滤，将水的电阻率提高到12M\Omega·cm(25℃)以上，成为成品水供用户使用。

质量指标

超纯水的电阻率≥12M\Omega·cm(25°C)，其水质指标见表1。

灌装和运输

超纯水几乎不含无机盐和有机质，也就是说几乎不含阴离子和阳离子。超纯水极易污染，难以贮存，不宜长距离输送。目前用户根据生产和科研需要，自购超纯水终端装置设备，将纯净水输入装置，现用现制，满足需要。

溶液中总的离子浓度的影响

pH值反映的是H＋的活度(H＋)，而不是H的浓度[H＋]，其关系为(H＋)=f×[H＋]。f为H 的活度系数。

pH表计和电极的质量的影响

目前实验室主要用台式pH计测量，有些pH计的性能和质量并不理想。

制备工序流程

超纯水制备的几种流程

(1)离子交换树脂制备超纯水的传统水处理方式

原水一沙、碳过滤器一精密过滤器+原水箱一床一阴床一混床一纯水箱一纯水泵一后置精密过滤器一用水点。

(2)反渗透水处理设备与离子交换设备进行组合的方式

水一沙、碳过滤器一精密过滤器一反渗透设备一原水箱+纯水泵一混床一后置精密过滤器一纯水箱一用水点。

(3)反渗透十混合床方式

原水一原水加压泵—砂、碳过滤器—保安过滤器反渗透一中间水箱一中间水泵一混合床一微孔过滤器一用水点。

以上几种工艺流程中，混床离子交换设施的净水过程是间断式的，在刚刚被再生后，其产品水水质较高，而在下次再生之前，其产品水水质较差，存在水质不稳定、不便于实现自动化控制等缺陷。反渗透水处理+电去离子(EDI)设备的超纯水处理工艺设备包括：清水箱、原水输送泵、板式换热器、多介质过滤器、盘式过滤器、10微米精密过滤器、全自动超滤、精密过滤器、保安过滤器、一级高压泵、一级反渗透装置、PH调节、中间水箱、二级高压泵、二级反渗透装置、中间水箱、增压泵、紫外线杀菌、保安过滤器紫外线、EDI、氮封水箱、增压泵、紫外杀菌、抛光混床、保安过滤器、紫外杀菌、氮封水箱，核心设备如下：

(1)反渗透

反渗透是预脱盐系统的核心部分之一，经反渗透处理的水，能去除绝大部分无机盐类和几乎全部的有机物、微生物。系统RO装置设计为：水温在25℃时的单套设备产水量达到50m/H，在温度过低时，可通过换热设备来加热进水水温，保证RO膜的产水量。

(2)EDI模块

EDI利用传统的离子交换树脂将水中的污染离子去除，其最大的优点在于：EDI技术采用直流电迫使污染离子持续的从进水中迁移出来，并穿过离子床和离子交换膜进入浓水室。同时直流电能够将水分子电离成氢离子和氢氧根离子，持续的对树脂进行再生。因此EDI可以连续、可预知的生产高纯水。

(3)氮封水箱

EDI系统出水压力较低，再加之抛光混床出水需要回流到中间水箱，因此设置一台FRP水箱。根据经验，若水箱不用惰性气体封装，水体的电阻率很快下降，会影响水质和产品质量。氮气为惰性气体，基本不参与水体里面的离子反应，因此用来隔离空气对水质的影响。选用中间水箱容积50m，为FRP材质，内衬聚酯等惰性材料。包含氮封阀、减压阀及水封。

三、化工半导体超纯水氮封阀系统应用案例　主要参数、性能指标与材料

ZZDQ玻璃钢水箱氮封阀主要参数
1、主要参数及主要性能指标见表一                                        表一

 
2、化工半导体超纯水氮封阀系统应用案例　压力调节范围见表二              表二

 
3、超纯水氮封水箱ZZYVP-16B自力式氮封阀主要零件材料见表三                        

二、化工半导体超纯水氮封阀系统应用案例　防止超纯水容器被空气污染的常见方法：

　　☆充氮法：即在水箱水面上充入氮气使箱内维持适当的正压力，阻止大气与箱内水面接触。

　　☆薄膜袋法：即在水箱内设置袋状薄膜覆盖于水面上，薄膜袋随水位升降，减少水面与空气接触面积。　　

　　☆浮顶法：即以密度比水轻的轻质材料在水箱内制成整块板状浮顶浮于水面，并用轻质弹性材料(如海绵、发泡塑料等)遮盖浮顶与箱间的间隙，浮顶随水面升降。从而减少空气与水面的接触机会。　　

　　在上述三种方法中又以氮封水箱最常见。

　　三、氮封水箱的组成：　　

　　氮封水箱是由三部分组成：　

　　☆氮气源：通常可以选用洁净高压氮气瓶、制氮机、工厂现有洁净压缩氮气……　　

　　☆密闭水箱：超纯水水箱一定要全密封，一方面防止氮气外泄，另外防止空气进入水箱污染超纯水。

　　☆控制系统：氮封阀装置（包括：供氮阀、泄氮阀及呼吸阀）

1 化工半导体超纯水氮封阀系统应用案例　安装前的检查：

    ZZDQ玻璃钢水箱氮封阀阀门在安装前应对管线进行清扫，因为管线中的异物可能会损坏阀门的密封面，甚至阻碍阀芯和执行机构的运动而造成阀门不能正常的开启和关闭，损坏执行元器件，请确认已清除管道污垢，金属碎屑、焊渣和其他异物后方能对阀门进行安装，否则由于管道内异物造成阀门损坏的由安装公司承担责任。

2 安装要求

2.1 阀门安装时，阀体上的介质流向指示应与管路中的介质流向指示*，阀门的流道中心应与管线的中心保持在同一轴线上。

2.2 阀门的安装方位应布置在水平流向的管道上，并使阀门处于垂直向上的位置，否则应采取措施消除由此带来的不利影响

3、化工半导体超纯水氮封阀系统应用案例　的日常使用维护：

（1）清洗阀门：对清洗一般介质，只要用水洗净就可以。但对清洗有害健康的介质，首先要了解其性质，在选用相应的清洗办法。

（2）阀门的拆卸：将外露表面生锈的零件先除锈，但在除锈前，要保护好阀座、阀芯、阀杆与推杆等精密零件的加工表面。拆装阀座时应使用工具。

（3）阀芯、阀座：二密封面有较小的锈斑与磨损，可用机械加工的方法进行修理，如损坏严重必须换新。但不管修理或更换后的硬密封面，都必须进行研磨。

（4）阀杆：表面损坏，必须换新。

（5）压缩弹簧：如有裂纹等影响强度的缺陷，必须换新。

（6）易损零件：填料、密封垫片与O型圈，每次检修时，全部换新。膜片必须检查是否有预示将来可能发生裂纹、老化与腐蚀等痕迹，根据检验结果，决定是否更换，但膜片使用期一般多2～3年。

（7）阀门组装要注意对中，螺栓要在对角线上拧紧，滑动部分要加润滑油。组装后应按产品出厂测试项目与方法调试，并在这期间，可更准确地调整填料压紧力与阀芯关闭位置。

（8）调试所需要压力值是通过对指挥器顶部的调节螺母的操作而得到调整，打开顶部的防尘盖，用扳手调整调节螺母。顺时针方向旋转使压力增大，逆时针旋转则压力减小。安装在压力调节阀后的压力表，可使工作人员借以观察调整后的压力给定值。