高纯气体减压阀设计选型分析

高纯气体减压阀设计选型分析

高纯气体是指纯度在5N(99.999%)以上的气体，高纯气体系统则是指高纯气体的控制、输送、分配、管理的整个过程。高纯气体根据气体性质不同一般分为：惰性气体、易燃易爆气体、有毒气体和腐蚀性气体;根据供应包装的不同分为：特种气体和大宗特种气体。

高纯气体系统及输送流程：

高纯气体输送系统是指：将特种气体从气源端、根据工艺设备的工艺需求、通过对流量和压力等参数的控制，通过管道、无二次污染、稳定的输送到工艺设备的用气点。

其基本流程是：气源→控制柜→管道传输→VMB→用气点

1. 高纯气体减压阀设计选型分析的类型

2. 减压阀的材质

• 铜镀铬或黄铜：
  常用于纯度要求不高的工业气体和高流速氧气，具有价格优势。

• SS316L不锈钢：
  适用于高纯气体、超高纯气体、反应活性气体、腐蚀性气体、毒性气体。

在选择减压阀材质时，必须确认材质与气体的兼容性，包括减压阀密封材料。

3. 减压阀进出口气体压力要求

• 进口气体压力，需根据最大气源压力考虑减压阀的压力等级。

• 出口气体压力，选择合适范围，避免过大或过小。建议使用范围应选用全量程的 1/3 ～ 2/3 为宜。

4. 减压阀出口气体压力稳定性要求

由于减压阀自身的结构特点，在气体使用过程中，随着气源压力由高压变为低压，减压阀的出口气体压力会升高1-2bar左右。若气体使用点要求稳定的气体压力，建议安装二级减压阀，保持稳定的气体压力输出。

5. 减压阀的流量选择要求

如下图举例说明，当气体流量较低时，减压阀出口压力较稳定。一旦流量增加，出口压力便会降低。所以，我们可根据用气点对气体压力稳定性的不同要求，选择不同范围的流量。通过比较流量曲线来选择合适的减压阀。

6. 一级减压阀、二级减压阀

一级减压阀，为双表头，用于气瓶出口的高压气体调节。

二级减压阀（使用点调压阀），为单表头。

通过两级调压，可以使用气点压力更稳定。

7. 双级减压阀

两个调压阀阀体集成在一起，一级调压预设为中等压力，然后经二级减压后，出口压力非常稳定。常用于把减压阀直接连到钢瓶出口且需要很稳定的供气压力的场合。

高纯气体减压阀设计选型分析气体储运要求

保证气体在存储、运输、使用过程中不会被二次污染，对气瓶内部、内壁表面的处理涉及多项工艺，均依赖于长期的行业探索和研发;此外，对于某些具有高毒性或危险性的气体，需要使用负压气瓶储运，以减少危险气体泄露风险。

高纯气体减压阀设计选型分析高纯气体系统种类：

1. 简单供气系统

简供气系统主要针对4英寸及以下半导体芯片厂、半导体材料的科研机构以及一些单台的工艺设备等。它们的制程简单，通常不需要连续性供气，对气体供应系统的投资预算低。

2. 常规供气系统

常规供气系统主要应用于4-6英寸 大规模集成电路厂，50MW以下的太阳能电池生产线，发光二极管的芯片工序线以及其它用气量中等规模的电子行业。对气体纯度控制的要求不苛刻，系统配备在满足安全的前提下尽量简单，节省投资。

3.大宗特气供气系统

大规模供气系统主要针对大规模量产的8-12英寸(1英寸=25.4毫米)超大规模集成电路厂(气体种类包括SiH4、N2O、2、 C2F6、 NH3等)，100MW以上的太阳能电池生产线(气体种类包括NH3)，发光二极管的磊晶工序线(气体种类包括NH3)、5代以上液晶显示器工厂(气体种类包括SIH4、CL2、NH3、NF3)等、光纤(气体种类包括SiCl4)、硅材料外延生产线(气体种类包括HCL)等行业。它们的投资规模巨大，采用的工艺制程设备，用气需求量大，对稳定和不间断供应、纯度控制和安全生产提出的要求。可实现自动切换，自动氮气吹扫，自动真空辅助放空;多重安全防护措施，泄漏侦测，远程紧急切断;专用氮气吹扫起源等等。

高纯气体减压阀设计选型分析高纯供气系统设计

1.材料的选择

特气管路系统普遍采用316L不锈钢电解抛光(EP)管道，阀门一般采用高纯调压阀、隔膜阀、高精密过滤器、(<0.003微米)、VCR接头等。接触气体的管路部件表面粗糙度可控制在5uin。对于某些高腐蚀性的气体如CL2等，采用经过特殊处理的耐腐蚀强的EP管 。

2.主管路系统的设计

在确定好气体房和用气点以后,主管路系统一般遵循管道线路最短,拐弯最少,布置紧凑合理,给人简单美观的感觉。输送系统的数量和管径的大小一般根据机台用气点的多少和流量大小确定，基本都采用小管径输送(1/4-3/4)而且多设计了备用系统。由于气体本身的危险性，许多地方采用把管道铺设在电缆桥架里，对于穿墙或穿过夹道的地方，周围有危险源和经常有危险作业的地方，露天的地方管道一般布置在全封闭的桥架里。

对于低蒸汽压气体(WF6，DCS，BCl3，C5F8，ClF3等)，需要考虑钢瓶加热，气体面板加热，管道伴热等。为了精确控制流量，在气源端一般会考虑配置高精度的压力变送器、电子秤、温控器等。在机台用气点也都配置了质量流量计，压力调节阀。对于剧毒、高反应性和自燃气体，应使用双套管输送。同时管道的设计要采用零死区设计，即整个管道系统从气柜到到用气点，要点对点，中间不允许有在气体置换时有残留空气的死角。因此，整个管路系统中由完成气体的分配，中间没有三通。最后管道还要有良好的接地。

3、辅助系统的设计

气体柜或控制面板在安装和运输的过程中由于搬运和震动，阀门、接头、过滤器等的更换、或其他原因、需要对其重新进行高压气密性试验和氦检，气体的置换也需要用到高压氮气或氦气，所以特气柜需设计接入高压惰性气体氦气或氮气。一般选择在特气房设置一台或多台惰性气体柜。

高纯气体减压阀设计选型分析高纯供气系统施工

高纯气体管道的施工采用全自动轨道焊接，同时制定和实施严格的超高纯施工和QA/QC保证程序，对施工的质量和程序进行严格的监控和管理。最后整个系统还要进行氦检漏、水分、氧分和颗粒度检测、以及其他要求做的气相杂质的测试。

单级式不锈钢膜片减压结构，输出压力稳定，适用于纯净气体、标准气体、腐蚀性气体等。

高纯气体不锈钢减压阀设计特点：

• 单级式减压结构

• 母体与膜片采用硬密封形式 （可抽真空）

• 母体螺纹：1/4" NPT（F）

• 内部结构易吹扫

• 内设过滤网

• 可采用面板式或墙式安装

高纯气体不锈钢减压阀适用范围：

• 实验室

• 气相色谱仪

• 气体激光器、照明

• 气体汇流排、太阳能光伏产品

• 石油化学工业

• 测试设备

• 压力表刻度单位：PSI/BAR或MPA可选

• 进、出接头根据客户要求配置

高纯气体不锈钢减压阀材质:

• 母体:316L , Brass （铜镀镍）

• 上盖:316L , Brass （铜镀镍）

• 膜片:316L

• 过滤网:316L(10μm)

• 阀座:PCTFE,PTFE,

• 弹簧:316L

• 阀芯顶杆:316L 

接口：CGA330、CGA350、CGA580、CGA590、CGA660等

高纯气体不锈钢减压阀特性参数:

• 最大输入压力： 0-20MPa

• 输出压力： 0～0.17， 0～0.35，0～1,  0～1.7，0～3.5MPa可调（根据客户要求）

• 安全测试压力： 1.5 倍的最大输入压力

• 适用温度: -40°F ~+165°F(-40℃至+74℃)

• 泄漏率:2×10-8 atm cc/sec He

• Cv 值:0.08

• 重量1.2kg

1.高纯气体减压阀设计选型分析施工管理和现场施工的几个注意点

项目管理人员和施工人员都要进行施工安全和施工质量的培训,了解特种管道的施工作业要求和规范,了解高纯气体的基本知识,从而加深对特种管道施工质量重要性的认识。

特气管道一般采用小管道输送，为了降低成本，管道采用直接用弯管器煨弯的方式，弯管器一般采用5-10倍的，但不小于5倍。因此对管道施工人员要进行各种角度下的弯管培训，对焊工也必须进行焊接程序的培训，熟悉各种焊接参数的调整，最后管工和焊工都必须经过考试，由专门的质量管理人员确认合格后，发给作业许可证后方可施工，这也是QA/QC保证程序的组成部分。也是施工程序中人员培训的重点。

现场的质量管理人员要做好材料的质量检查记录和每天的施工质量检查记录，包括管工弯管的质量，尺寸是否准确，管道是否有划伤，弯头是不是压得太扁;拆除包装的管道，预制好的管道，管口是不是封好;(管道封口应套上管帽，再采用EP管完好的内包装袋割下15-20公分长套在管口折回后用洁净胶带缠好;如果没有管帽，则采用套一层内包装袋用胶带封好，然后外面再套一层，也用胶带封好。)焊工的焊缝是否符合质量要求，每个焊缝都必须仔细检查，并作好焊接作业者和焊接数量记录。

焊工每天在焊接前必须先作焊接试样，经检查合格后方可进行焊接施工，每天的施工结束后还必须做一个末试样，以确认今天的焊接作业是否存在焊接隐患。每次电源变更的时候，都必须重新作试样。焊接试样要附上焊接参数。每天的焊接试样要妥善保存。(焊缝质量的检查主要有焊缝的宽笮度、焊缝的内外均匀度、焊缝的凹凸度、是否氧化、其他不允许的缺陷)

架设到管架上的管道，在焊接作业开始后就要采取不间断充气的方式，即从施工开始到施工结束管道内都要处于冲气保护的状态，但在不进行焊接作业时可适当调小管内气压。但对要求不是很高的施工，为了降低成本，每天的焊接结束后，把两端用管帽和洁净胶带封死。在这里要特别提出的是对输送强腐蚀性气体的耐腐蚀性强的VM管进行对接施焊时，其充气时间必须要达到4-5分钟，而且必须不间断充气。

2.高纯气体减压阀设计选型分析系统检测

特气管道施工结束后都需要进行压力检测，氦检漏，颗粒度和水分、氧分测试。压力检测一般采用比较精密的圆盘式压力检测仪或电子检测仪，不用压力表。这样大大提高了检测的精密度。水、氧测试采用水氧分析仪;颗粒度测试目前基本采用激光颗粒测试仪，精度达到0.1微米;而对要求更高的采用核凝结技术(CNC)它可达到0.01微米。其它气相杂质的测试根据具体要求确定。

高纯气体减压阀设计选型分析设计规范及参考：

GB50646-2020 《特种气体系统工程技术标准》

GB/T20801-2006 《压力管道规范-工业管道》

TSG D0001-2009 《压力管道安全技术监察与规程-工业管道》

GB50316-2000 《工业金属管道设计规范》

GB50236-2011 《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》

GB9448-1999 《焊接与切割安全》

GB50235-2010 《工业金属管道工程施工及验收规范》

GB4962-2008 《氢气使用安全技术规范》

GB50493-2009 《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》