某TFT厂房工艺冷却水系统设计的思考

某TFT厂房工艺冷却水系统设计的思考

摘要：本文简要介绍某TFT厂房工艺冷却水系统工程设计概况及系统特点，并探讨此系统诸如水箱平衡，水泵选型，过滤器选型，热交换器选型及自控设计要求等设计相关问题。

关键词：TFT厂房；工艺冷却水；水箱平衡；设计选型；自控；

ABSTRACT：This paper shortly discusses one project design of Process Cooling Water for one TFT Plant and characteristics of this system.At the same time discusses such as tank blance,choice of pupms, choice of strainer, choice of heat exchanger,design of Auto-Control.

KEY WORDS：TFT Plant；Process Cooling Water；Tank Blance;Design and Choose;Auto-Control

随着电子工业的发展，国内TFT-LCD（液晶面板）半导体行业也出现与日俱增的局面。投资大，风险高是建设半导体厂房的一大特点，作为支持生产工艺稳定运行的工艺(制程)冷却水系统，如何做到最优化，最合理可靠的设计，以最小的投资，最好的回报，最大的节能，无疑是半导体工程行业设计者应该注意的问题，本文简要介绍本工程设计实例，并就此系统设计，列出此系统相关设计问题，浅述自己的看法，以期与同行共同提高。

1．0 系统概况及特点

1．1 系统概况

在半导体厂房中工艺冷却水（或称制程冷却水、工艺设备冷却水、简写：PCW）系统主要用于生产工艺设备的冷却，①且管网多采用密闭循环形式。本TFT厂房工艺冷却水系统主要用于TFT生产工艺设备的冷却，该系统设计主要由三个环路组成，一个环路负责冷却水的“制备”，即高温水箱中的水由循环水泵提压，经热交换器冷却后进入低温水箱，此部分管路称为一次侧环路。二次侧环路负责冷却水的输配，既低温水箱中的水经循环水泵提压，过滤，由输水管线送到生产工艺车间与工艺介质热交换，交换后的高温水沿回水管线流回高温水箱。另一环路即为冷媒侧冷冻水供回水环路，经冷机制备的冷冻水经输水管路至交换器冷量交换后回到冷机侧。

该系统设计可简单表述为系统流程简图图1。

①、有水箱的循环水系统均为开式系统，无水箱采用定压罐定压的为闭式循环系统

系统供水水质要求：

冷却水温度Cooling-water supply temperature：20℃

酸碱度Acidity（PH）：6.5~8.0;

最大粒径颗粒Maximum particale size：≤0.03mm2;

硬度Hardness:＜100ppm;

电阻率Resistivity:＞1KΩ•cm;

总溶解固体（浊度）Solids(Turbidity)：＜100ppm;

系统供回水管路布置形式：同程式管路布置设计。

冷媒系统：13~18℃冷冻水系统。

管道材质：冷冻水系统（冷媒）采用普通钢管，工艺冷却水系统采用不锈钢管。

连接方式：焊接连接。

1．2系统特点

工艺冷却水系统，根据生产工艺的不同要求，设计上会有或多或少的差别，本TFT厂房工艺冷却水系统和一般工业厂房循环冷却水系统比较，有类似的地方，但亦存在不少差别，

本工艺冷却水系统特点如下：

（1）系统较一般工业系统循环水水质要求较高，且系统补水一般使用RO水或超纯水，系统在输水管网前端经过5um，99%的过滤器微过滤，在输水管网末端某些设备使用点，对水质要求更高，比如爆光机，CVD等设备，要单独设置精密过滤器，为保证系统可靠性，末端过滤器采用一用一备。

（2）系统设计为闭式循环系统（②你这个属于开式循环系统），管网布置形式采用同程管路布置设计，其优点是：

1）水在管路内密闭循环，不与大气接触，可以有效防止二次污染（水质不会产生二次污染）；

2）水泵安装位置选择简易，可以安装在系统任何位置（③开篇说本系统包括3个环路，这里具体指哪个环路？），运行过程中整个系统充满水，水泵扬程只需克服循环阻力，不需克服水柱的静压力，动力节省，通常情况下，考虑维护检修方便，水泵及系统相关设备均会设置在单独的设备机械室，本系统在主厂房辅房设有单独的设备冷却机械室；

3）采用同程式布置，每一环路管路的长度大致相等，各机组（④机组还是工艺设备？）的水阻力大致相等，因此各机组的流量大致等于设计流量，系统水力平衡性较好。

（3）系统管道材质要求相对较高，这一点同系统对水质要求相关，采用不锈钢材质的管道，即能有效避免在管网输水工程中管道对水质产生的影响，又能满足系统长期运行的需要，若采用一般空调水所使用的碳钢钢管，长时间运行，管道很容易锈蚀，造成水质污染，根据其他类似电子厂房设计经验，采用普通不锈钢管是比较经济的选择。据工艺用超纯水设计经验，在水的电阻率高于1MΩ•cm时，就不宜采用普通不锈钢管，（⑤我记得医药项目5MΩ•cm的纯水系统也有用304不锈钢管的？）此时不锈钢管与纯水之间的过氧化作用会产生锈蚀的针孔腐蚀效应，除污染水质外，也可造成管道的泄露，本冷却水系统水质要求不及工艺用超纯水的严格，故无须考虑此影响。

（4）系统自动化程度高，对控制要求较高，主要包括对供水水温、供水压力以及水泵的运行控制。对水温的控制，要保证系统提供可靠的20℃的冷却水；对供水压力的控制，要保证系统能够提供稳定可靠的动力源；在水泵运行的控制方式上，除要求整个系统的运行稳定，还要力求运行过程中的节能。

2．0 工艺冷却水系统设计相关问题

2．1二次泵系统中水箱（缓冲水槽）平衡问题

二次泵系统中水箱平衡问题即高温水箱和低温水箱之间的水平衡问题，本系统水箱平衡除考虑两水箱的容积和连通管的设置，还要考虑一次侧环路和二次侧环路水泵的选型，两水箱的容积对于循环水泵的吸水段起到系统缓冲作用，两水箱连通管的设置既要能保证两水箱间在用水差异时的平衡，又要能保证高温水箱中的水不会过多流入低温水箱，否则低温水箱冷却水水温将很难得到保证，在水泵选型上，除要考虑一次侧环路和二次侧环路水泵的流量一致性，还要考虑两环路循环水泵的不同控制方式，在运行方式上，一次侧环路可以采用定流量控制，而二次侧环路可采用变流量控制。这样的控制方式既能有助于系统运行的稳定性，又有助于系统的节能。

2．2一次和二次泵选型问题

在水泵的选型上，要做到选泵合理，就要综合考虑水泵机组和运行费用等综合性的技术经济指标，使之符合经济、安全、适用的原则。具体来说，所选水泵机组必须满足使用流量和扬程的要求，即要求泵的运行工况点（装置特性曲