安全生产_气体输送系统安全培训教材

1 气体输送系统安全 2 气体输送系统安全 Afterthistraining youwillbeableto 了解半导体 电子行业气体种类及特性了解低温气体的危害及防护了解如何确保气体输送系统安全了解如何正确操作钢瓶了解gas handling设备及其功能了解系统输送系统的部件及其功能了解gascabinet和VMB P 3 设计准则 气体输送系统的三大设计准则SafetyProcessControl工艺控制 流量 压力等 PurityControl纯度控制 纯度 颗粒度 4 气体分类一 根据气体储存形式不同 分为 BulkGas大宗气体 特指Ar N2 O2 He H2 SpecialtyGas特种气体 SiH4 NH3 CF4 etc CompressedDryAir干燥压缩空气 5 气体分类一 大宗气体 BulkGas大宗气体 N2 Ar O2通常半导体工厂 厂务N2 Ar O2以液态储存在槽罐内 6 气体分类一 大宗气体 低温液体在常压下沸点低于 240oF 115oC 例如O2液化温度 297oF 183oC Ar液化温度 302oF 186oC N2液化温度 320oF 196oC oC oF 32 5 9 7 气体分类一 大宗气体 低温液体危险性低温蒸气扩散低温液体可能引起冻伤 8 气体分类一 大宗气体 低温气体的其它危险低温可能会引起周围物品的损伤危险危险包括过冷过大的体积膨胀雾 9 气体分类一 大宗气体 低温引起的破裂 10 膨胀率 11 气体分类一 大宗气体 低温危险防护提供排风系统正确操作气瓶正确的系统设计适当的个人防护设备 12 气体分类一 大宗气体 BulkGas大宗气体 H2 He由于H2和He的液化温度极低 加之自然界游离态气体极少 故H2和He一般以高压气态形式储存在钢瓶内 国外使用液态储存 并且以钢瓶组供应H2常用电解水得到 He从矿石中提炼得到 绝大部分产自美国 H2液化温度 423oF 253oC He液化温度 452oF 269oC 绝对零度为 273oC 13 气体分类一 特种气体 什么是SpecialtyGas特种气体大宗气体 CDA以外的气体空气中极稀有气体 如Xe氙气 不存在空气中 人工合成之气体 如AsH3砷烷 特殊用途之超高纯气体 又称电子级气体 14 气体分类二 根据气体危险性 气体分为 不可燃气体 N2 SF6 NF3等 可燃性气体 H2 SiH4 CH4等 氧化性气体 O2 N2O等 毒性气体 AsH3 PH3等 腐蚀性气体 Cl2 DCS等 15 气体分类二 常见危险符号 不可燃性等级 可燃性等级 氧化性等级 毒性等级 腐蚀性等级 16 气体分类二 不可燃气体 常见不可燃气体种类 通常指类似的惰性气体 不可燃气体之危险性窒息性 取代肺中的氧气压强 单位面积所承受的压力能量 气体在状态转变过程中产生的能量 17 气体分类二 不可燃气体 氧气被其他气提所取代之危害 19 5 人类正常生活所需要的最低氧气浓度极限15 19 5 工作能力下降 冠状动脉 肺部和循环系统出现先期症状 12 14 呼吸 脉搏加快 渐渐失去知觉10 12 呼吸 脉搏进一步加快 丧失判断能力 嘴唇发紫8 10 无意识 呕吐6 8 8分钟死亡率100 6分钟死亡率50 4 5分钟尚可恢复4 40秒钟内昏迷 抽搐 停止呼吸 直至死亡 18 气体分类二 可燃气体 常见可燃气体种类H2 SiH4等可燃气体之危险性窒息性压力可燃性爆炸可能性 19 气体分类二 可燃气体 20 气体分类二 可燃气体 燃烧过后的不锈钢气瓶 21 气体分类二 可燃气体 可燃性气体的危险防护保证空气的流动 配备排风正确的钢瓶操作流程使用防爆设备避免任何火化产生的可能 22 气体分类二 氧化性气体 用途 O2 无法呼吸时 医生会用来维持呼吸N2O 笑气 牙医会用来做麻醉剂这种气体怎么会有危险性 23 气体分类二 氧化性气体 引燃物 燃料氧化 燃烧三角形 三者缺一不可 普通燃料木头碳燃气燃油 氧化物燃料铝不锈钢碳钢 引燃物压缩且隔热 如柴油机 冲击高速度摩擦其他引燃物 24 气体分类二 氧化性气体 用于氧化性气体输送系统的材料必须 材料兼容 与活泼的氧化性气体不反应 对材料系统作特殊清洁处理 Oxygenclean 过高含氧量的危害当含氧量 23 5 时 燃烧特性发生改变可燃范围增大自燃温度下降通常不会燃烧的物质在高氧环境会燃烧通常会燃烧的物质在高氧环境会极易燃烧 且燃烧速度极快 25 气体分类二 氧化性气体 氧化性危险防护提供排风系统正确操作气瓶使用相容的原料避免引燃点确认系统经过适当的清洗 26 气体分类二 毒性气体 例如AsH3PH3B2H6毒性气体之危险性对身体毒害中毒途径吸入通过皮肤吸收吞食注射 27 气体分类二 毒性气体 专业术语TWA TimeWeightedAverage 工人每天8小时 每周40小时 无任何防护措施的情况下允许的最高接触浓度 并且不会对人体产生伤害 TLV ThresholdLimitValue ACGIH允许的最高接触浓度 等同于TWAPEL PermissibleExposureLimit OSHA 美国职业安全与卫生管理局 建议的最高接触浓度 Ceiling 工作中绝对不可以达到的最高浓度 IDLH ImmediatelyDangeroustoLifeandHealth NIOSH 国立职业安全与健康研究所 允许的30分钟最高接触浓度 LC50 LethalConcentration50 CGA 美国压缩气体协会 提出的1小时内有50 可能性死亡的浓度 28 气体分类二 毒性气体 到底有多毒 CO一氧化碳的毒性 容许浓度 体积浓度 ppm partpermillion百万分之一 29 气体分类二 毒性气体 有毒气体危险防护提供排风系统正确操作气瓶毒气监测系统适当的个人装备培训 30 气体分类二 腐蚀性气体 低腐蚀性HFBCl3SiCl4高腐蚀性HClBF3DCS腐蚀性气体之危险性摧毁人体生理组织腐蚀设备以下几种气体的危险性来自腐蚀性HF BCl3 SiCl4 31 气体分类二 腐蚀性气体 被腐蚀的瓶口阀 32 气体分类二 腐蚀性气体 腐蚀性危险的防护提供排风系统正确操作气瓶采用相容的原材料降低含水量适当的个人防护设备 33 气体分类二 腐蚀性气体 操作腐蚀性气体所应配备的个人防护设备橡胶防护服橡胶手套面具SCBA可选 34 气瓶操作 35 气瓶操作 单瓶运输车 36 气瓶操作 双瓶运输车 37 气瓶操作 多瓶运输车 38 气瓶操作 不要通过旋转来移动气瓶 39 气瓶操作 气瓶操作原则不要机械撞击气瓶不要用气瓶作为滚轮不要通过气瓶盖吊升气瓶不要用磁铁或吊索吊升气瓶不要通过旋转来移动气瓶固定住气瓶 40 气瓶操作 高温会引起瓶内压力上升低温会引起瓶体易碎和瓶口阀实效 41 半导体厂房的气体供应方式 PipelineCylindersYCylinders ISOModulesTubeTrailersCryogenicTanks 42 气体供应方式 Bulk大宗气体Largequantity3methodsmaybesuppliedtothefab1 NitrogenplantsandpipelinesN2空分站及管网2 Cryogenicliquid深冷液体供应3 Tubetrailer鱼雷管 针对H2 He Cylinder气体钢瓶SmallquantityMostlaborintensive1 Cryogenicliquidcylinders dewars 杜瓦供应2 Gascylinder气体钢瓶 43 Onsiteplants室外空分站 厂务氮气 Fabsize 30 000sqft 2787m2 Reliable oilfreecompressors Pipeline CommonlyNitrogen Reliable MultipleCustomers 气体供应方式 N2空分站及管网 44 2 17 97 6 大宗深冷液态气体 Whydowecoolgastoacryogenicstate NitrogenOxygenArgonHydrogenHeliumLiquidtemperature 183 C O2 to 423 H2 45 大宗深冷液态气体 Cryogenicliquid heat gasLiquid to gasexpansionratiofrom694 N2 to857 O2 液态到气体的膨胀率694 N2 857 O2 46 Storage SupplySystem 47 Vaporizers蒸发器providetheheatthatconvertstheliquidbacktoagas Advantages highreliabilityandlowpower energy cost 高稳定性和低能耗Disadvantage thegascanbeheatedonlytoambienttemperature 气体只能升温至环境温度Sizedbybothpeakandcontinuousflow 根据持续的最大流量来选择蒸发器规格 Requireusagepatterns peakflowsandtheirduration andmonthlyvolumesforcorrectsizing 根据实际使用模式 最大流量及其持续时间和月消耗量来更正蒸发器规格 Storage SupplySystem 48 Storage SupplySystem Purification纯化Manyfabgassupplysystemsuseonsiteequipmenttofurtherpurifythegases 半导体工厂通常使用纯化装置来纯化气体 49 Storage SupplySystem PressureRegulation Filtering气体经过 m以下级的过滤装置和减压阀组 50 TubeTrailerSupply 51 Eachtypeofcylindergaswillexhibitdifferentcharacteristics TypesofCylinderGases 52 Compressed LiquidGases CompressedGas压缩性气体Easilytransportedthroughpipingtothepointofuse POU 通过管网容易输送至各使用点Pressuredepletioninthecylinderallowsthecylindercontenttobemonitored 可以通过瓶内压力的降低 监测钢瓶剩余气体量Thepressuredropwillbeseenonthehighpressuresideofthegasdeliverysystem 压力降可以在气体输送系统的高压侧看到 Asthepressureinthegascylinderisdepleted thedeliverypressurewillincrease equalize 53 CompressedversusLiquidGases Liquefiedcompressedgas液化性压缩气体 agasthat whencompressedinacylinder becomesliquidatordinarytempeatures 常温下 气体在钢瓶内被压缩成液态 Boilingpointsrange沸点范围from 130oF 90oC to30oF 1oC At70oFthecylindercontainsbothliquidandgas 在室温20oC时 钢瓶内为液气共存 Cylinderpressure vaporpressure VP isdirectlyaffectedbyambienttemperature 钢瓶内压力 蒸发压 直接受环境温度影响 DemandfortheproductcancausethevaporpressuretodropoffandcreateaJTeffect 气体的需求量会产生蒸发压的降低并产生一焦耳能量 54 Joules Thompson JT Effect 55 Cylinders 35 Gases 常用钢瓶规格 40L大钢瓶和8L铝瓶以N2为例 一个40L钢瓶内 可以容纳6标准立方米的N2 56 CylinderLiquidDewar Function Thedewarcylinderisusedforsignificantspotrequirementswherethereisnobulkhousegassupply 杜瓦适用于无液槽罐供应 但消耗量有较大的情况下 单个杜瓦的最大供气量150slpm 应用于N2 O2 Ar 等同于10 12个钢瓶气量 通过盘管式蒸发器 压力和温度波动 57 CylinderMaterials Whatmaterialsofconstructionarecylindersmadefrom 钢瓶材质Thematerialscanbesteel 钢 使用最普遍 aluminum 铝nickel 镍stainless 不锈钢Monel 镍合金Steelconstructionisthemostinexpensiveandmonelisthemostcostlytoproduce 58 FabGasHandlingEquipment Cylindergascabinet气柜Valvemanifoldbox PVMB P阀组箱 盘ValvestandGasisolationboxGasjungle混气盒 59 GasFlow 60 DistributionPiping 1 BulkGasPipingThebulkgasdeliverylinesaresuppliedfromacryogenictank tubetrailerorbundlesThemainheaderwillbranchoffintovariousprocessareas Theselinesmayfeedthroughapurifier 2 CylinderGasPipingCylindergasdeliverylineissuppliedfromthegascylindertothecustomer sproductiontool Thelayoutofagasdistributionsystemisdeterminedbythecustomer sneedsandcleanroomdesign 61 BulkGasDistributionSystem UltraHighPurity process systemBulkgasdistributionpipingsystemsarecharacterizedbylargepipesizeswithmultiplebranchesandtoolhook ups Alldeliverylinesshouldbelabeledwiththelinecontentandflowdirection Allvalvesmustbelabeled 62 CylinderGasDistributionPipingSystem Smallertubingsizesandfewertoolhookups Valvemanifoldboxes VMBs Twodesignphilosophies 1 1cylinder 1tool2 SwitchoverSystemsorVMBs 63 MaterialsofConstruction TypicalMaterialsofpipeortubeconstructionforthegasindustry 64 CylinderGasCabinet 65 AVarietyofGasDeliverySystems Examples APCIGG250 450 500NorcimbusSemigasATTOCVDKC TechThetechnicianmustknowandunderstandthesystemsinuseatthefacility 66 ValveManifoldBox VMB 阀组箱 Acabinetforsplittingasinglegassupplylineintomultiplesupplybranchesforprocessequipment一个气瓶通过VMB同时供应多台设备 Eachbranchoperatesindependently各个分支独立控制ManualorautomaticoperationReplacesasmanyas8cylindergascabinets最大可至8个sticks 即1进8出 67 ValveManifoldBox VMB 阀组箱 68 ValveManifoldBox VMB 阀组箱 69 GasJungle混气盒 70 GasSystemComponents 1 Piping tube2 Valves3 Regulators4 Pressureindicators5 Excessflowdevices6 Filters7 Purifiers8 Massflowcontrollers 71 Piping Tube Polymer nylon plastics etc MetalsCopper 304SS 316LSS 316LSSVAR Hastelloy 72 Piping Tube MetalTreatments2types 1 Polish抛光 Chempolish acid CP化学抛光ElectropolishEP电解抛光2 Passivation钝化 OxygenPassivationFluorinePassivationMechanicalFittingsCompression双卡套接头Threaded螺纹接头Vacuum真空接头Faceseal面密封接头VCR 73 VCRMechanicalFitting 74 MoisturePermeationThroughPlasticTubing 塑料材料很少使用在半导体行业的气体输送系统上 因其有透湿性 75 ValveTypes Thereare4typesofvalvesusedinafabgassystem 1 Shutoff截止阀2 Check单向阀3 Safety安全阀4 Cylinder钢瓶阀 76 ShutoffValves PackedSealValve填塞密封阀 针阀等 BellowsSealValve波纹管密封阀DiaphragmSealValve隔膜阀 77 CheckValves 78 SafetyReliefValves 79 CylinderValves Thetieddiaphragmvalveistheprimaryvalveusedinspecialtygases 隔膜阀是特气输送系统中首选阀门 80 Regulators 81 RegulatorDischargeCharacteristics HighPurity Single stageSSHighPurity Two stageRegulatorRegulator 82 RegulatorTerminology RefertoParticipantGuideAppendix 83 PressureIndicators Threetypesofdevicesthatindicatepressure 1 PressureGauge2 PressureIndicator3 PressureTransducer 84 PressureIndicators PressureGauge压力表 仪表管内颗粒聚集 吹扫困难1 误差本地直接读数三通安装形式压力单位100psi 7bar 0 7MPa表压力为相对压力 绝对压力 相对压力 大气压 85 PressureIndicators PressureTransmitter压力传送器 带继电器信号输出的压力表无需电源 86 PressureIndicators PressureTransducer压力变送器 0 1 fullscaleaccuracyRequireselectricalpowersource Teeinstallationorinlineinstall Excellentpurgability Pressuretransducersaresuperiortogaugesinaccuracy particle andperformance 87 ExcessFlowDevices 在气体输送系统中 判断一个异常大的气体流量Theratingoftheexcessflowdeviceinstallationisdeterminedbytheprocessflowrequirements Therearetwotypesofexcessflowdevices 1 Excessflowvalve2 Excessflowswitch 88 ExcessFlowDevices 89 Filters Purposes 去除气流中的颗粒过滤器的重要性过滤效率 90 GasFilterSelectionCriteria过滤器选型准则 Flowrate气体流量GasCompatibility与气体的兼容性Corrosives腐蚀性Reactants反应物Outgassingperformance透气性能 91 GasFilterSelectionCriteria过滤器选型准则 Temperature气体温度Pressure气体压力ParticleRetentionRating颗粒截获率 92 FilterMaterials Evaluationofafiltershouldincludeallcomponentsofthefilter Theelastomericorteflonfilteristhemosteconomicalandcommonfilter 特氟龙是最常用且经济的过滤材质Filtercomponents Housing滤壳 Media过滤芯 Mediatohousingseal滤壳的密封 Supportstructure elastomeric 滤芯的固定架 93 FilterMaterials Filtermedia过滤材质 Elastomeric塑料材质 Ceramic陶瓷 Metallic金属316LSSHastelloyC 22Nickel 94 Purifiers Therearetwotypesofpurifiers 1 getter metal regenerable2 chemicalresin 95 Purifiers Applications Easymaintenance changeSafetyLifetrackingbycylinderchangesIncreasepanel pipinglife corrosion contamination Purgegaspurifierimprovescylinderpurge 96 Purifiers Applications OtherapplicationsEpi CVDSputtering metalapplic