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8 工业管道

8 工业管道

8.1 一般规定
8.2 管道材料和阀门
8.3 管道连接
8.4 安全技术

8.1 一般规定

8.1.1 洁净室(区)工业管道的敷设应符合下列规定:
    1 洁净室(区)内工业管道不应穿越无关的房间。
    2 干管应敷设在上、下技术夹层或技术夹道内。
    3 易燃、易爆、有毒物质管道应明敷。
    4 当易燃、易爆、有毒物质管道敷设在技术夹层或技术夹道内时,必须采取可靠的浓度检测报警、通风措施。
8.1.2 洁净室(区)工业管道的设计应符合现行国家标准《工业金属管道设计规范》GB 50316的有关规定。
8.1.3 工业管道设计应符合下列规定:
    1 应按输送介质的物化性质,合理确定管内物料流速和管径。
    2 在满足生产工艺的条件下,管道系统应尽量短。
    3 应避免出现不易吹除的盲管、死角和不易清扫的部位。
    4 管道系统应设必需的吹除口、放净口和取样口。
8.1.4 工业管道穿过洁净室墙壁或楼板处的管段不应有焊缝。管道与墙壁或楼板之间应采取可靠的密封措施。
8.1.5 可燃气体管道、氧气管道的末端或最高点均应设置放散管。放散管引至室外应高出屋脊1m,并应有防雨、防杂物侵入的措施。
8.1.6 气体净化装置的选择和配置应符合气源和生产工艺对气体纯度的要求。气体终端净化装置宜设在邻近用气点处。
8.1.7 气体过滤器的选择和配置应符合生产工艺对气体洁净度的要求。高纯气体终端过滤器应设在靠近用气点处。
8.1.8 洁净厂房内、生产类别为现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016规定的甲、乙类气体、液体入口室或分配室的设置应符合下列规定:
    1 当毗连布置时,应设在单层厂房靠外墙或多层厂房的最上一层靠外墙处,并应与相邻房间采用耐火极限大于3.0h的隔墙分隔。
    2 应有良好的通风。
    3 泄压设施和电气防爆应按现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016、《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB 50058的有关规定执行。

 

条文说明

8.1 一般规定

8.1.1、8.1.2 本次修订的理由是:
    (1) 由于现有洁净厂房内,除给排水管道外的工业管道还包括各类气体输送、液体输送和真空管道等,所以将本章扩大更名为“工业管道”。据了解,目前洁净厂房内的工业管道干管、支干管均基本敷设在上、下技术夹层、技术夹道或特殊的管廊内,这种方式既可满足洁净室(区)生产工艺的需要,符合洁净室(区)布置和洁净、美观的要求,又有利于各类管道的安装、维护。
    (2) 据调查了解,目前在洁净室(区)内的易燃、易爆、有毒物质的输送管道大多采取明敷的方式,即包括这类物质输送管道的干管、支干管和接至产品生产设备的支管均采取明敷的方式,以便容易发现这类物质在输送过程中可能发生的泄漏,有利于即时采取抢救措施。但是由于各种原因,并不是所有的洁净室都采用明敷,也有的工程在采取必要的安全保护措施后,将这类物质的输送干管、支干管敷设在技术夹层或技术夹道内,此时在技术夹层、技术夹道内应设置可靠的气体泄漏报警和机械排风措施,一旦此类管道发生易燃、易爆、有毒物质泄漏至技术夹层、技术夹道后,当超过规定的浓度限值时,气体报警装置发出声光信号,并自动连锁开启事故排风机,避免事故的发生,为此作了第3、4款的规定,第4款为强制性条文。
    (3) 原规范规定的“管道及管架宜设装饰面板”,由于“装饰面板”式样不明确,在实施中形式多样,且不统一,有的采用装饰不锈钢套管,易于清洁、整齐光滑,有的仅为“象征性”措施,不能达到洁净、美观的目的,甚至不易清洁、维护,为此本次修订取消了此规定。
8.1.3 工业管道的管径通常应按输送物质的物化性质和具体工程中所输送物质的流量、温度、压力和流速确定。其中流量、压力、温度是依据产品生产工艺确定,但管内物料流速应按其物化性质、状态合理确定。
    各种物料在输送过程中应尽量减少污染,使停止使用时的物料残留尽量少,并使管道系统易于吹除,因此各类工业管道系统应尽量短,避免“盲管”等不易吹除的死角。
    由于各类工业管道在投入使用前或检修前、后均应进行吹除、排放达到预期洁净度或纯度要求,为此各工业管道系统应设必需的吹除口、放净口,以确保各系统的安全、稳定运行。为进行物料的化验、分析或吹除效果的取样,相应的管道系统还应设置取样口。
    鉴于各类工业管道输送的物料品种较多、纯度不同,不能做统一的强制性规定,为此将本条改为推荐性条文。
8.1.4 本条规定工业管道穿过洁净室墙壁或楼板处的管段不应有焊缝,是便于检查焊缝的焊接质量。为保持洁净室的空气洁净度和室内正压规定,管道与墙壁或楼板之间应采取可靠的密封措施,密封材料常用硅橡胶等填堵。
8.1.5 可燃气体(包括城镇燃气、天然气、氢气等)和氧气管道系统发生事故或气体纯度不符合要求时,需吹除置换,这些气体吹除置换时不能排入室内,所以在管道末端或最高点应设放散管,以便将气体排入大气。放散管的排放口应高出屋脊1m,以防止由于风向的影响使排放的气体倒灌回室内。本条涉及可燃气体等管道系统的运行安全,为此作为强制性条文规定。
8.1.6 对气体纯度要求严格的生产工艺,如电子工业中电真空器件、半导体器件、特种半导体器件、集成电路等生产工艺,从材料制备到器件制造、封装、性能测试等工艺过程中各种高纯气中的杂质含量将直接影响产品的合格率,如氢气用于硅外延时,在高温下氢中的微量氧和水汽易与硅作用生成二氧化硅而影响完整结晶生长,致使外延片的堆垛层错密度高,甚至变成多晶。
    氮气在扩散过程中作为运载气时,如果含有氧和水汽易使硅片表面氧化。故对净化装置的设置应根据气源和生产工艺对气体纯度的要求,选择相应的气体净化装置。
    为保证使用点气体纯度符合要求,规定气体终端净化装置宜设在邻近用气点处以缩短高纯气体管道的长度,避免污染,气体终端净化装置应该是距离用气点越近越好,但往往受各种条件限制,难以实现,为此条文规定采用“宜”。
8.1.7 在各种生产工艺过程中不仅对各种气体纯度要求十分严格,而且对气体中含尘量也有相应严格的要求,有关专家指出,高纯气体中含尘量比其纯度在一定意义上显得更为重要,因此规定了根据不同的生产工艺要求设置相应精度的气体终端过滤器,并规定应设在靠近用气点。
    在洁净厂房内一般设置预过滤器和高精度终端气体过滤器。预过滤器是设在洁净厂房气体入口室的干管上,作为预过滤,以减轻终端过滤器的负担,并延长其使用寿命。
    预过滤器的滤材通常采用多孔陶瓷管、多孔钢玉管、微孔玻璃制品、微孔泡沫塑料、粉末冶金管、聚丙腈纤维等。
    高精度终端气体过滤器是设在靠近用气设备的支管上。其滤材采用超细玻璃棉高效滤纸、醋酸纤维素滤膜、粉末金属材料等。
8.1.8 进入洁净厂房的气体、液体管道种类根据生产工艺的不同确定,一般各种管道上均设有总控制阀门,压力表、流量计、过滤器、调压装置、在线分析仪等,为安全可靠运行和方便管理,应将这些控制装置、附件集中设置在气体、液体入口室或分配室内。
    对于甲、乙类火灾危险生产用气体、液体入口室或分配室内,可能有可燃气体、液体管道如氢气、燃气等时,在与洁净厂房毗连布置时,应按本条第1款的规定实施,据调查,现有的这类洁净厂房大多均按此类要求进行布置,设在洁净厂房边跨靠外墙的房间内,并应以耐火极限大于3.0h的隔墙与相邻房间分隔;还应设置良好的通风措施,及时排除可能泄漏的可燃气体等,并应按现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016的规定,设置必要的泄压面积;电气防爆应按现行国家标准《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB 50058的规定进行爆炸危险环境的设防。本条规定均涉及洁净厂房的安全稳定运行,所以规定为强制性条文。

8.2 管道材料和阀门

8.2.1 工业管道材料和阀门应根据所输送物料的物化性质和使用工况选用,并应满足生产工艺的要求和使用特点,经技术经济比较后确定。
8.2.2 高纯气体管道和阀门的选用应符合生产工艺的要求,并应符合下列规定:
    1 当气体纯度大于或等于99.999%,露点低于-76℃时,应采用内壁电抛光的低碳不锈钢管或内壁光亮抛光的不锈钢管。阀门宜采用隔膜阀或波纹管阀。
    2 当气体纯度大于或等于99.99%,露点低于-60℃时,应采用内壁光亮抛光的不锈钢管。除可燃气体管道宜采用波纹管阀外,其他气体管道宜采用球阀。
8.2.3 当干燥压缩空气露点低于-70℃时,应采用内壁光亮抛光的不锈钢管;当露点低于-40℃时,宜采用不锈钢管或热镀锌无缝钢管。阀门宜采用波纹管阀或球阀。
8.2.4 阀门材质宜与相连接的管道材质相适应。

条文说明

8.2 管道材料和阀门

8.2.1 工业管道的材料和阀门的选用,由于所输送的物料品种多样,它们的物化性质不同,具体工程中各种物料的使用工况(压力、温度、浓度等)也是不同的,所以本条规定工业管道的材料和阀门应根据所输送物料的物化性质和使用工况,在满足不同的生产工艺要求的前提下,经技术经济比较选择合适的材质。如集成电路生产中所需的高纯气体、特种气体等都有特殊的和严格的要求,如对气体中的杂质和露点要求极为严格,需要达到10-9、10-12级,尘埃粒径要求控制小于0.1μm,甚至0.05μm的粒子,因此需要相应高质量的输送管道和阀门,但不同材质或同一材质管道内壁处理方法不同,价格相差甚远,如某工程拟引进316L材质的不锈钢管,内壁电抛光处理要比未经处理的价格高出1.6倍~2.1倍。因此管道材料、内壁处理和阀门形式的选用要根据具体的生产工艺区别对待,这样才能做到既满足生产工艺要求,又经济合理。
8.2.2 根据对国内洁净厂房使用情况的调查,大多数工厂高纯气体管道是采用不锈钢管,因为它具有化学稳定性好,渗透性小,吸附性差等特性,输送的气体质量能满足生产工艺的要求。
    阀门的严密性好坏是影响气体纯度的重要因素之一。国内多数洁净厂房和某些引进或合资项目的高纯气体管道阀门基本上都是采用不锈钢材质,阀门类型有隔膜阀、波纹管阀和球阀。波纹管阀比球阀严密性好,隔膜阀除严密性好外,还具有阀体死体积小、易吹除的特点,因此适用于气体纯度要求极高,生产工艺严格或危险性大的气体。
    如上海某集成电路厂前工序(0.35μm)技术,芯片直径8",要求高纯气体中杂质含量均要小于10×10-9,氮、氢、氧、氩气体管道采用进口SS316L内壁电抛光处理(通称EP管)。316L是低碳不锈钢管,其使用原因是防止钢材中碳组分的析出及吸附或释放杂质气体,影响气体纯度并导致产品成品率下降。阀门是隔膜阀Cajon VCR密封连接形式。又如深圳某公司集成电路后工序,气体纯度要求99.999%、露点-70℃,氮气、氮氢混合气、氧气管道均采用SS304不锈钢管,国内合资企业进行内壁光亮抛光处理,阀门为进口球阀,双卡套连接。
    为此,本条规定按生产工艺和对气体纯度的要求选用合适的不锈钢管材和阀门。
8.2.3 本条规定干燥压缩空气露点低于-70℃时,应采用不锈钢管内壁经抛光处理,并非规定要进行电抛光。而是可以采用机械抛光。化学抛光俗称光亮抛光,因为表面光亮水分不易被吸附、滞留在管道表面,而且极易被吹除干燥,对输送低露点的气体是十分必要的。SS304钢相当于国内钢牌号为0Cr18Ni9。如上海某工程集成电路厂干燥压缩空气露点要求-73℃,采用管材为SS304钢,内壁光亮抛光(通称BA管),阀门采用波纹管阀双卡套连接;深圳某公司集成电路后工序干燥压缩空气露点要求-70℃,采用国内合资企业进行电抛光处理,阀门为进口球阀,双卡套连接。
    对于干燥压缩空气露点低于-40℃,可以采用0Cr18Ni9不锈钢管(304)或热镀锌无缝钢管,这在国内已有多年运行经验,证明是可以满足此类压缩空气的输送要求的。

8.3 管道连接

8.3.1 工业管道的连接应符合下列规定:
    1 管道连接应采用焊接,热镀锌钢管应采用螺纹连接。
    2 不锈钢管应采用氩弧焊,以对接焊或承接焊连接;高纯气体管道宜采用内壁无斑痕的对接焊。
8.3.2 管道与设备的连接应符合设备的连接要求。当采用软管连接时宜采用金属软管。
8.3.3 管道与管道、管道与阀门连接的密封材料应符合下列规定:
    1 螺纹或法兰连接处的密封材料应根据输送物料性质、设计工况选择,宜采用聚四氟乙烯等。
    2 高纯气体管道与阀门连接的密封材料应按生产工艺和气体特性的要求确定,宜采用金属垫或双卡套。
8.3.4 洁净室(区)内的工业管道应根据管子表面温度和环境温度、湿度确定保温形式和构造。冷管道保温后的外表面温度不应低于环境的露点温度。保温层外表面应采用不产生尘粒、微生物的材料,并应平整、光洁,宜采用金属外壳保护。

条文说明

8.3 管道连接

8.3.1 工业管道的连接目前基本均采用焊接,主要是能确保管道连接的严密性。镀锌钢管一般是螺纹连接,由于施工较麻烦且严密性比焊接要难以保证,有少数单位采用焊接,它带来的问题是破坏了管道原有的镀锌层,容易生锈,焊接时出现有刺激性的异味对人体有害,而且管道内壁有脱落的镀层给吹扫带来困难并污染气体,为此本条规定镀锌钢管采用螺纹连接。
    不锈钢管承插焊连接的好处是便于管道对中,方便焊接,缺点是由于管道与承插件之间有间隙,产生死角,吹扫时不易吹除干净。对高纯气体要求高和严格的生产工艺会影响其产品质量,为此规定采用对接焊并要求内壁无焊缝,它是氩弧焊接时不施加不锈钢焊丝,利用焊件本身溶化填满焊缝。
8.3.2 以往有些单位采用非金属软管两端加卡箍固定,优点是软管连接管道柔软,长度随意,连接方便,但由于非金属管道对气体和水的渗透性和吸附性都比金属管道差,而且易老化变形,极易造成气体渗漏影响气体质量。现在金属软管品种多、规格全、连接方式多样、使用寿命长,尤其对高纯气体不造成污染,虽价格较贵,但综合比较是合适的,为此本次修订时推荐宜采用金属软管。
    不同材料的管道对气体和水的渗透、吸附能力见表10。

10 不同管道材料渗透性、吸附性比较

8.3.3 本条规定高纯气体管道与阀门连接的密封材料采用金属垫或双卡套,具体选择要随产品生产工艺对高纯气体质量的要求和本身特性决定。金属垫这种密封形式(国外称Cajon VCR形式)严密性好、气体不渗漏和污染,通常用于高纯氢气或氦氢混合气系统以及要求气体杂质十分严格的生产工艺,如集成电路亚微米技术的前工序的各种气体管道,而干燥压缩空气管道则是采用双卡套形式。
    工业管道与阀门的法兰或螺纹连接处的密封材料,一般应根据管内流过的物料性质、设计工况(压力、温度等)进行选用,由于四氟乙烯材质具有较广泛的适应性,密封性能较好,为避免在洁净室(区)内因物料泄漏影响洁净生产环境,所以推荐使用。
8.3.4 由于洁净厂房中的工业管道可能有热管道或冷管道,为避免散热和结露应对此类管道进行绝热保温,故增加本条对保温材料及外表面进行规定。

8.4 安全技术

8.4.1 下列部位应设可燃气体报警装置和事故排风装置,报警装置应与相应的事故排风机连锁:
    1 生产类别为甲类的气体、液体入口室或分配室。
    2 管廊,上、下技术夹层,技术夹道内有可燃气体的易积聚处。
    3 洁净室内使用可燃气体处。
8.4.2 可燃气体管道应采取下列安全技术措施:
    1 接至用气设备的支管宜设置阻火器。
    2 引至室外的放散管应设置阻火器,并应设置防雷保护设施。
    3 应设导除静电的接地设施。
8.4.3 氧气管道应采取下列安全技术措施:
    1 管道及其阀门、附件应经严格脱脂处理。
    2 应设导除静电的接地设施。
8.4.4 工业管道应按不同介质设明显的标识。
8.4.5 各种气瓶库应集中设置在洁净厂房外。当日用气量不超过1瓶时,气瓶可设置在洁净室内,应采取不积尘和易于清洁的措施。

条文说明

8.4 安全技术

8.4.1 可燃气体和可燃气体蒸气(指甲类液体挥发产生的蒸气)易燃、易爆,危险性大,可能发生燃烧爆炸事故,而且发生事故时波及面广,危害性大,造成的损失严重,为此本条规定,在属于甲类火灾危险生产的气体、液体入口室或分配室和洁净厂房内的管廊,上、下技术夹层或技术夹道内有可燃气体(蒸气)的易积聚处或使用可燃气体的部位应设置气体报警探头。在上述场所一旦出现可燃气体泄漏达到报警浓度时,应及时发出报警信号并自动开启事故排风系统,及时将可燃气体排除,降低其浓度不会达到爆炸极限,防止燃烧爆炸事故的发生,避免国家财产损失和人员伤亡。为此,本条为强制性条文。
8.4.2 为了防止可燃气体管道系统与明火直接接触以及管道系统中压力突然降低,造成倒流形成回火,所以在引至室外的可燃气体放散管上应设置阻火器,只有在接至有明火源的可燃气体用气设备的支管上也设置阻火器,才能阻止火焰蔓延至管道系统,确保安全运行;由于一些使用可燃气体的生产设备的特性要求,在接至用气设备的支管上未设阻火器,为此对本条第1、2款作了修改,并规定第2、3款为强制性条款,第1款改为推荐性条款。
8.4.3 氧气是助燃性气体,在氧气中任何可燃物质的引燃温度均要大大降低,极易发生燃烧事故,为此规定了氧气管道设导除静电接地的措施,以防止由于静电产生的火花而发生燃烧事故。本条规定为强制性条文。
8.4.4 由于工业管道的种类较多,按不同介质设明显的标识的目的,既是从安全角度考虑,又有便于对输送介质进行识别的需要;同时可以避免误操作引发事故,还有利于维护管理,所以本条修订改为推荐性条文。
8.4.5 洁净厂房气密性好.造价高,人员集中,精密设备和仪器多,为了确保安全,气瓶应集中设置在洁净厂房外。但有些洁净室内用气量很少,为便于管理,故规定日用气量不超过一瓶(水容量40L)时,可将气瓶设置在洁净室内,为保持洁净室内的洁净度,设在洁净室内的钢瓶应采取不积尘和易于清洁的措施。本条实施中,一些单位认为量化指标(日用气量不超过一瓶)未明确规定是一种气体还是各种气体,并不宜规定如此严格。据了解,因特殊需要,在现有的一些洁净室如实验室内超过一个钢瓶,且为数量很少的几种气体的小容量钢瓶,已使用多年,只要采取必要的安全措施和做到不积尘、易于清洁,并加强管理,也是可行的,为此本次修订改为推荐性条文。