多晶硅生产设备故障诊断与维护策略

赵占峰

内蒙古包头市 014100

摘要：多晶硅是半导体行业和太阳能电池产业的主要生产原料，在进行生产工作的过程中，通常采用改良西门子法，整体生产工艺还在不断研究完善中，随着我国多晶硅的生产需求越发增加，传统工作模式下所使用的多晶硅制作方式，也较难以解决当前阶段的生产需求。工厂生产技术及工艺水平迅猛发展。多晶硅生产属于高能耗产业，尤其在生产各个环节需要用到多种大型、结构复杂的电气设备装置。基于此，以下对多晶硅工厂电气设备的管理与维护策略进行了探讨，以供参考。

关键词：多晶硅；生产；质量控制

多晶硅材料的生产，主要以三氯氢硅为主要的中间产品，且多晶硅与精致三氯氢硅之间在质量上有很大关联。制作精致三氯氢硅的整个过程，基本上同于精馏工序，利用精馏塔分离、归类原料，整个过程需要大量的蒸汽和循环水，生产质量直接影响着多晶硅的生产质量，需要从精馏工艺方面着手，不断优化。

一、传统多晶硅生产精馏工艺的类别

1.1合成工艺

三氯氢硅是生产多晶硅材料的主要构成部分。多晶硅精馏的生产过程是制造出精致三氯氢硅的过程。为了合成三氯氢硅，需要将主要原料氯硅烷在经过粗馏系统、合成精馏系统的处理后，大大提纯的目的。合成工艺流程具体表现为：第一步，添加氯硅烷入粗馏系统，两个反应塔组成的粗馏系统，填充原料、添加催化剂，在反应装置中完成了氯硅烷的分解。第二步，在粗馏系统中去除原料杂质，并从混合物中析出三氯氢硅，提高三氯氢硅的纯度。第三步，对粗提纯三氯氢硅进行处理，在合成精馏系统中重复性的除轻、除重后，确定每一次精馏处理后三氯氢硅的实际纯，直到在精制上满足客观需求。度

1.2还原工艺

纯度较高的三氯氢硅仍需要经过精馏塔再次提纯，以析出三氯氢硅、四氯氢硅两种物质，使多晶硅的生产原料纯度达到标准要求。具体的工艺流程为：首先是在精馏塔在加入精致三氯氢硅后，利用三氯氢硅、四氯氢硅的稳定性，达到分离效果，同时去除了三氯氢硅混合物中含有的杂质成分，提升纯度。上述操作完成后，要使三氯氢硅进入第二个精馏塔，用于彻底分离三氯氢硅、四氯氢硅中含有的杂质成分，确保三氯氢硅能够有一个较高的纯度。经过反复提纯之后，必须有技术人员进行提纯检测，在四氯氢硅中的杂质彻底去除后，开展下一个原料工艺流程。

1.3氢化工艺

硅是非金属物质，是14号元素，呈中性。这也就意味着，硅在不同情况下，会在化合价上，有金属、非金属两种变化。硅元素在三氯氢硅中的化合价为+4。氢化工艺的应用，首先要将一定量的氢气注入反应装置，利用催化剂，使四氯化硅中的氯元素替换成氢元素，三氯氢硅也就生成了。氢化工艺的应用过程，也实现了回收氯硅烷的效果，代替了烷烃中含有的碳元素，三氯氢硅也能生成，原料产量也在工艺流程的改进中明显提升。

1.4循环工艺

四氯氢硅经过分离、反应装置除重之后，纯度明显提升。经过前几道工艺流程的处理，分离出了四氯氢硅，但其中的杂质含量较大，直接进入循环反应流程，只会降低原料纯度，不符合多晶硅生产质量规范的具体要求。受四氯氢硅的特性决定，精馏塔是主要的除重设备，在提升纯度后，再一次经过氢化装置处理，使原材料经过一系列的加工处理后明显提升了有效利用率。

二、优化精馏工艺的措施

2.1合成工艺的优化

（1）粗馏系统。粗馏系统生产出的粗三氯氢硅中B含量常超出标准，必须在生产工艺流程方面进行调整。具体来说，首先要以保持精馏塔的功能性为前提，以更好地满足四氯化硅、三氯氢硅等物质的分立需求；其次需要变更精馏塔本身的部分功能，逐渐转变除重塔为除轻塔，提取出其中的粗三氯氢硅。相较于传统的工艺流程，明显提升了粗三氯氢硅中的微量金属杂质含量、微量非金属杂质B逐渐从中去除，更好地使粗三氯氢硅质量与精馏系统合成过程中的要求相适宜。总之，在系统硬性条件不发生变化的基础上，通过调整工艺流程的方式，也能够更好地改善产品质量。

（2）合成的精馏系统。为了达到合成精馏系统应用过程中有更高纯度、二级三氯氢硅减少排放的目的，以及厂商本身谋求更大的社会经济效益，需要以合称精馏一级塔、二级塔保持不变为前提，进一步优化合成精馏的三级塔、四级塔。同时，以填料塔替换板式塔，在完成工艺流程优化后，积极吸收精馏技术理论（如图1），从而提升合成精馏三级塔、四级塔本身的塔板数一倍左右，精致三氯氢硅最终的合成质量也会明显提升。填料塔的工艺优化，使其在操作上具备了更好的弹性，节能降耗成为必要措施。在现有生产设备不变为前提，可以适当加入换热器，合成精馏的二级塔、四级塔都得到了有效改造，而改造后的填料塔再次进入生产工艺流程。一般情况下，合成精馏系统的蒸汽消耗过程，会使消耗量明显降低，改造前后有三成左右的变化。

图1 精馏技术原理

2.2还原工艺的优化

还原精致三氯氢硅生产工艺的优化，主要基于管道设备的改良，经过实时跟踪生产过程中氯硅烷来源和各项物料的使用情况，进一步提升产品质量。同时，立足于企业生产的已有经验，保持精馏塔工艺参数不变化，适当的更换计量设备和管道，以降低回流比例，提升设备运行过程中的处理效果。

2.3氢化工艺的优化

氢化工艺的应用，是利用转化四氯氢硅的方式，提升三氯氢硅的生产量，以此增大生产过程中获取的多晶硅总量。而氢化工艺的优化，直接提升了材料的有效利用率，企业在多晶硅生产中的成本支出也会明显减少。例如，企业生产中改进氢化精馏一级塔、二级塔的内部结构，导致一级塔操作压力提升，成为反应过程进行的主要装置，且二级塔压力降低的结果。以此为基础，塔内结构在理论塔板数方面也会提升到一倍以上，蒸汽消耗量也能以半数递减。所以，在氢化系统的节能降耗方面，氢化工艺的优化措施，具有较为显著的积极效果。

三、多晶硅生产过程中的定期安全检查与维护措施

定期安全检查与维护是多晶硅生产过程中确保安全的重要环节。通过定期的安全检查和维护措施，可以及时发现潜在的安全隐患，保障生产过程的稳定运行。

3.1定期安全检查是预防事故的重要手段。安全检查应涵盖生产现场的各个方面，包括危险品储存区域、设备设施、电气线路、消防设备等。检查人员应具备相应的安全知识和经验，对潜在的安全隐患进行细致全面的检查。发现问题后，应及时记录并采取相应的整改措施，确保问题得到及时解决。

3.2维护措施的落实对于保障设备安全运行至关重要。多晶硅生产过程中使用的设备设施应定期进行维护和保养，包括设备的清洁、润滑、紧固等。定期维护可以发现和解决设备存在的隐患和故障，防止设备因磨损、老化等原因导致事故的发生。同时，还应建立设备维护记录，记录维护的时间、内容和责任人，为后续的追溯和评估提供依据。

3.3定期安全检查与维护还包括对安全设备和防护装备的检测和维修。如消防设备、安全疏散通道、个人防护装备等应定期进行检测和维修，确保其完好可用。同时，还应开展应急演练，检验应急措施和设备的有效性，提高生产人员应对突发情况的能力。

定期安全检查与维护是多晶硅生产过程中不可或缺的环节。通过定期检查和维护，可以及时发现和解决潜在的安全隐患，保障生产过程的安全运行。相关企业应建立完善的检查与维护制度，明确责任人，确保检查与维护工作的规范性和持续性。只有通过定期的检查和维护，才能有效预防事故的发生，保障生产人员和环境的安全。

结语：

由此可见，质量控制在多晶硅生产当中占据着非常重要的作用，相关企业要根据实际的生产情况来采取相应的措施进行质量控制，不断提高工作人员质量控制意识，从而整体的控制效果也会得到相应的提高，对于企业整体发展来说起到良好的促进作用。我国多晶硅生产企业在快速发展过程中，同样也面临着越来越大的市场竞争压力。为保证多晶硅生产质量和生产效率，降低生产成本，实现工厂生产效益最大化，就需要重视加强对多晶硅生产电气设备的维护与管理。

参考文献

[1]庞志华.电气设备故障诊断及维护管理探讨[J].中国金属通报,2022(08):141-143.