洁净厂房超高纯管道施工技术探讨

于一

上海市安装工程集团有限公司

摘要：

超高纯气体在许多领域中得到广泛应用，而洁净厂房作为重要的生产场所，其超高纯管道施工技术对于保证气体的高纯度和洁净度有着至关重要的作用，但目前缺乏此类案例的文献资料导致施工操作缺乏参考和经验借鉴。本文主要介绍了洁净厂房超高纯管道施工技术的要点、难点以及解决方案，旨在提高施工技术的水平，确保管道系统的性能和质量。

关键词：洁净厂房；超高纯管道；施工技术；气体纯度；洁净度

0、引言

随着工业技术的发展，超高纯气体在科研及生产等领域的应用越来越广泛。在超高纯气体的应用中，洁净厂房是一个关键的环境，为生产提供了满足生产工艺的环境条件。洁净厂房中的管道系统是维持气体纯度和洁净度的关键设施，因此，其施工技术对于整个生产流程的稳定性和可靠性具有决定性的影响，目前国内缺乏此特殊工程的施工案例参考。

在已有的参考文献中，陈平和周志刚的论文针对超大规模集成电路厂房高纯管道的应用展开了研究，解决了高纯气体管道系统设计中气体管道材料对的选用及设计对管道施工安装，试压及验收等方面的问题[1]。本文将重点探讨洁净厂房中超高纯管道的施工技术，以期提高施工技术的水平，确保管道系统的性能和质量。

1.工程概况

本文的背景工程为XX地某半导体洁净厂房，主要以该项目超高纯管道系统进行探讨，本工程超高纯管道施工范围为洁净区管道的敷设及焊接工作，超高纯管道系统主要气体包含：压缩空气（CDA），氩气（Ar），高纯氮（PN2）等各类气体共计8种。其中管道材质为SUS304 BA级，SUS316L EP级不锈钢管，管道连接采用全自动焊焊接,管道口径1/4”-3”mm，管道设计压力<1.6MPa。

2.超高纯管道系统技术要求

本洁净厂房超高纯管道旨在通过控制气体的流量和压力将无污染气体稳定输送至工艺设备，以满足工艺设备的需求。超高纯管道焊接工艺有别于一般气体管道焊接，采用不加焊丝的零间隙的自动轨道氩弧焊。焊接使用的都是高纯氩气，每天开机及关机前后必须进行焊件试样检验。

超高纯管道一般管径较小、管束密集、管线深化设计应排布合理，同时兼具简洁美观的效果，但洁净管道施工与其他专业施工容易发生时间和空间的交错，应加强相互协调和产品保护。

3.超高纯管道施工程序

超高纯管道施工一般遵循以下程序进行施工：

查看现场确认图纸→图纸深化→管道材料准备→管道支架制作安装→配管施工→检查测试

3.1洁净设施准备要点

在本项目施工中，在现场选择搭建百级的洁净预制区域，总面积约为40m2，预制洁净室采用防静电塑料膜进行围护。在整个高纯管道施工期间，预制洁净室需每日进行监控记录。

图1 管道预制洁净间

3.2高纯管道材料要点

管道材料运抵施工现场立即通知建设方，在建设方与施工方工程师对货物的基本情况进行预检验后方可卸货。超高纯管道材料应用双层薄膜包裹。材料检查符合要求后，应在30分钟内搬入洁净预制加工洁净房内。

3.3管道支架制作与安装要点

3.3.1管道支架安装要点

洁净室管道支架的材质为不锈钢制品，支架的放置位置依据现场实际测量后制作安装，管线之间的间距至少为20mm。

图2 管道支架示意图

3.3.2阀门支架安装要点

阀门支架的材质为不锈钢制品，位置根据现场实际情况测定并安装固定。阀件之间的间距要充分考虑阀门平行安装时的预留位置。

图3 阀门支架示意图

3.4超高纯管道施工要点

3.4.1 管道预制要求

管道预制加工必须全部安排在洁净预制间内进行。管道预制过程中以加工单线图为基础、按材料表进行配料，下料时单线图所标注的尺寸与实测的数据须进行校验，不得任意放线，并在管段上用标贴注明管线号便于后续安装作业。

洁净管道一般由于加工精度较高，表面和管口较为平整，对口条件较好，但预制时也要认真的使用水平平尺，角尺，线锤和专用夹具，确保预制件的纵，横向、水平、垂直、角度的精确性。洁净管道应分段预制，完成的预制件，管子的两端用塑料管盖封堵，对法兰、阀门用双层专用保护袋包扎，绕上粘胶带以防脱落。

人员进入无尘室要换干净的无尘服在无尘室状态，预制人员务必着装无尘服一套，设备务必用工业酒精擦拭干净。

3.4.2 管道切割要点

管道预制及切割应在洁净小间内进行。管道切割时应采用不锈钢专用切割工具进行切割。切割过程中采用专用吸尘器消除切割及处理过程中产生的颗粒。切面完成质量符合要求后，用高纯氮气清除管道外表，确认管道内外无杂质后，两端加盖封密。

3.4.3 管道焊接要点

该管道系统焊接主要采用全自动焊机进行焊接，焊机选择采用专用焊机，焊接时应采用高纯氩气作为保护气体，氩气纯度不低于99.999%。

通过计算机编程和精密的机械系统来控制焊接过程，确保焊缝的形成和质量达到预定的标准。这种控制水平远超过手工焊接，能够提供一致性和可重复性。现场焊接工程师通过精确设定焊接参数，如电流、电压、焊接速度和气体流量等，经过各项参数的优化提高焊接质量和生产效率。由于可以连续不断地进行焊接作业，减少人为干预，降低因操作不当导致的缺陷风险。

表1：全自动焊接技术参数优化指标

焊接参数	影响因素	优化目标	预期结果
电流 (A)	焊缝深度和热量输入	控制熔深，防止过热	均匀的焊缝形成
电压 (V)	电弧稳定性和能量密度	确保稳定的电弧和能量传输	清晰的焊缝外观
焊接速度 (mm/s)	热输入和冷却速率	防止焊缝过热或不足	一致的焊缝宽度
气体流量 (L/min)	保护气氛和焊缝氧化	保护焊缝免受氧化	无氧化的焊缝表面
焊接角度 (°)	焊缝形状和气体保护效果	优化气体保护，减少气孔	光滑的焊缝表面
焊接方法	适用材料和结构类型	选择最适合材料的焊接方法	最优的焊接质量

3.5超高纯管道测试关键要点

通过对高纯管道测试，可以全面掌握超高纯管道系统的质量，同时能及时发现潜在的问题，确保管道系统最终的可靠性及稳定性。同时，测试结果也可以为后续的工艺优化和改进提供参考和依据。

序号	测试内容	测试标准
1	保压测试	1.2倍使用压力，保压24小时，无压降产生
2	氦气测试	泄漏率<1.0×10-9cc.atmcc/sec
3	微粒子测试	<1pcs/ft3@0.1μm
4	水份测试	<10ppb
5	含氧量测试	<10ppb

表2 超高纯管道测试标准

3.5.1 保压测试要点

背景工程采用惰性气体（氦气）进行测试，因为它不会与管道材料发生化学反应，且易于检测。根据管道设计和使用要求设定测试压力。测试过程：管道充入测试气体后，应保持一段时间（如10分钟或更久）以确保压力稳定，然后开始记录数据。数据记录与分析：记录压力变化，分析是否存在泄漏。任何压力下降都应被调查，以确定泄漏位置和原因。

图4 保压测试记录（保压盘）

3.5.2 氦检测试要点

将管道系统与测漏仪连接，开启测漏仪将管中气体抽离直至测试标准。管道检测时应遵循由近而远、由上而下的原则，系统地对每个潜在的泄漏点进行检查。在喷完氦气后，应等待氦检测仪器的充分反应时间，确认无泄漏后方可继续下一个测试点。

通过氦检测试可以有效地发现和修复洁净管道系统中的微小泄漏，确保管道的完整性和安全性。

图5 氦检测试记录

3.5.3 颗粒度测试要点

在测试之前，先采用高纯氮气对管道系统进行12小时以上的吹扫。测试设备使用高灵敏度的尘埃粒子计数器，能够检测到极小的颗粒物。在管道系统的入口、出口以及关键节点处进行采样。测试结果根据ISO或SEMI标准评估颗粒物浓度，确保达到半导体生产所需的洁净度等级。

图6 颗粒度测试记录

3.5.4 水份及氧气测试要点

在测试之前，先采用高纯氮气对管道系统进行12小时以上的吹扫。水分测试主要采用露点仪测量管道内的水分含量，确保气体干燥，防止设备腐蚀和产品污染。氧份测试主要采用氧分析仪检测管道内的氧含量。测试到达标准，则填写测试完成报告。如果未达到标准，则需要持续吹扫管道，直到测试通过为止。

图7 水份测试记录          图8 含氧量测试记录

4.结束语

洁净厂房超高纯管道施工技术是确保超高纯气体纯度和洁净度的关键技术之一。本文从施工前准备（洁净设施+管道材料+管道支架）、管道施工、清洁与吹扫、验收与检测等方面进行了详细探讨，并针对技术难点提出了相应的解决方案。通过这些未来的研究工作，可以期待在超高纯管道施工技术领域取得更大的进步，从而支持半导体和微电子工业的持续发展。

文献：

[1] 陈平，周志刚.909工程超大规模集成电路厂房高纯气体管道的应用[J] ，洁净与空调技术，2004年第1期