特殊气体安全

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气体输送系统安全

第一页，编辑于星期六：十四点十分。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第二页，编辑于星期六：十四点十分。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）第三页，编辑于星期六：十四点十分。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干燥压缩空气第四页，编辑于星期六：十四点十分。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第五页，编辑于星期六：十四点十分。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第六页，编辑于星期六：十四点十分。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第七页，编辑于星期六：十四点十分。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第八页，编辑于星期六：十四点十分。9气体分类一—大宗气体低温引起的破裂第九页，编辑于星期六：十四点十分。10膨胀率第十页，编辑于星期六：十四点十分。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第十一页，编辑于星期六：十四点十分。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第十二页，编辑于星期六：十四点十分。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）

第十三页，编辑于星期六：十四点十分。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）第十四页，编辑于星期六：十四点十分。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

腐蚀性等级第十五页，编辑于星期六：十四点十分。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

生的能量第十六页，编辑于星期六：十四点十分。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，直至死亡第十七页，编辑于星期六：十四点十分。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第十八页，编辑于星期六：十四点十分。19气体分类二—可燃气体第十九页，编辑于星期六：十四点十分。20

气体分类二—可燃气体燃烧过后的不锈钢气瓶第二十页，编辑于星期六：十四点十分。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第二十一页，编辑于星期六：十四点十分。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?第二十二页，编辑于星期六：十四点十分。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第二十三页，编辑于星期六：十四点十分。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，且燃烧速度极快第二十四页，编辑于星期六：十四点十分。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第二十五页，编辑于星期六：十四点十分。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第二十六页，编辑于星期六：十四点十分。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。第二十七页，编辑于星期六：十四点十分。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)第二十八页，编辑于星期六：十四点十分。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第二十九页，编辑于星期六：十四点十分。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第三十页，编辑于星期六：十四点十分。31气体分类二—腐蚀性气体被腐蚀的瓶口阀第三十一页，编辑于星期六：十四点十分。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第三十二页，编辑于星期六：十四点十分。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可选第三十三页，编辑于星期六：十四点十分。34气瓶操作第三十四页，编辑于星期六：十四点十分。35气瓶操作单瓶运输车第三十五页，编辑于星期六：十四点十分。36气瓶操作双瓶运输车第三十六页，编辑于星期六：十四点十分。37气瓶操作多瓶运输车第三十七页，编辑于星期六：十四点十分。38气瓶操作不要通过旋转来移动气瓶第三十八页，编辑于星期六：十四点十分。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第三十九页，编辑于星期六：十四点十分。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第四十页，编辑于星期六：十四点十分。41

谢谢您的支持！

上海至纯洁净系统有限公司第四十一页，编辑于星期六：十四点十分。42

半导体厂房的气体供应方式Pipeline Cylinders YCylinders/ISOModules TubeTrailers CryogenicTanks第四十二页，编辑于星期六：十四点十分。43气体供应方式Bulk大宗气体

Largequantity

3methodsmaybesuppliedtothefab

1. Nitrogenplants andpipelinesN2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

Smallquantity Mostlaborintensive 1. Cryogenicliquid cylinders(dewars)

杜瓦供应

2. Gascylinder

气体钢瓶

第四十三页，编辑于星期六：十四点十分。44Onsiteplants室外空分站

>厂务氮气

>Fabsize>30,000sqft

(2787m2) >Reliable(oilfree compressors)Pipeline >CommonlyNitrogen >Reliable >MultipleCustomers气体供应方式－N2空分站及管网

第四十四页，编辑于星期六：十四点十分。452/17/976大宗深冷液态气体Whydowecoolgastoacryogenicstate?NitrogenOxygenArgonHydrogenHeliumLiquidtemperature: -183°C(O2)to-423°(H2)第四十五页，编辑于星期六：十四点十分。46大宗深冷液态气体Cryogenicliquid+heat=gas Liquid-to-gasexpansionratiofrom 694(N2)to857(O2)液态到气体的膨胀率694(N2)-857(O2)第四十六页，编辑于星期六：十四点十分。47Storage&SupplySystem第四十七页，编辑于星期六：十四点十分。48Vaporizers蒸发器

providetheheatthatconvertstheliquidbacktoagas.

Advantages:highreliabilityandlowpower (energy)cost.高稳定性和低能耗

Disadvantage:thegascanbeheatedonlyto ambienttemperature.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第四十八页，编辑于星期六：十四点十分。49Storage&SupplySystemPurification

纯化

Manyfabgassupplysystemsuseonsiteequipmenttofurtherpurifythegases.半导体工厂通常使用纯化装置来纯化气体

第四十九页，编辑于星期六：十四点十分。50Storage&SupplySystemPressureRegulation&Filtering

气体经过μm以下级的过滤装置和减压阀组

第五十页，编辑于星期六：十四点十分。51TubeTrailerSupply第五十一页，编辑于星期六：十四点十分。52Eachtypeofcylindergaswillexhibitdifferentcharacteristics.TypesofCylinderGases第五十二页，编辑于星期六：十四点十分。53Compressed&LiquidGasesCompressedGas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).

第五十三页，编辑于星期六：十四点十分。54CompressedversusLiquidGasesLiquefiedcompressedgas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第五十四页，编辑于星期六：十四点十分。55Joules-Thompson(JT)Effect第五十五页，编辑于星期六：十四点十分。56Cylinders: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第五十六页，编辑于星期六：十四点十分。57CylinderLiquidDewarFunction: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第五十七页，编辑于星期六：十四点十分。58CylinderMaterialsWhatmaterialsofconstructionarecylindersmadefrom?钢瓶材质Thematerialscanbesteel,钢（使用最普遍）aluminum,铝nickel,镍stainless,不锈钢Monel，镍合金Steelconstructionisthemostinexpensiveandmonelisthemostcostlytoproduce.第五十八页，编辑于星期六：十四点十分。59FabGasHandlingEquipmentCylindergascabinet气柜Valvemanifoldbox/PVMB/P阀组箱/盘ValvestandGasisolationboxGasjungle混气盒第五十九页，编辑于星期六：十四点十分。60GasFlow第六十页，编辑于星期六：十四点十分。61DistributionPiping 1. BulkGasPipingThebulkgasdeliverylinesaresuppliedfromacryogenictank,tubetrailerorbundlesThemainheaderwillbranchoffintovariousprocessareas.Theselinesmayfeedthroughapurifier. 2. CylinderGasPipingCylindergasdeliverylineissuppliedfromthegascylindertothecustomer’sproductiontool.Thelayoutofagasdistributionsystemisdeterminedbythecustomer’sneedsandcleanroomdesign.第六十一页，编辑于星期六：十四点十分。62BulkGasDistributionSystemUltraHighPurity(process)systemBulkgasdistributionpipingsystemsarecharacterizedbylargepipesizeswithmultiplebranchesandtoolhook-ups.Alldeliverylinesshouldbelabeledwiththelinecontentandflowdirection.Allvalvesmustbelabeled.第六十二页，编辑于星期六：十四点十分。63

CylinderGasDistributionPipingSystemSmallertubingsizesandfewertoolhookups.Valvemanifoldboxes(VMBs)Twodesignphilosophies: 1.1cylinder/1tool 2.SwitchoverSystemsorVMBs

第六十三页，编辑于星期六：十四点十分。64MaterialsofConstructionTypicalMaterialsofpipeortubeconstructionforthegasindustry第六十四页，编辑于星期六：十四点十分。65CylinderGasCabinet第六十五页，编辑于星期六：十四点十分。66AVarietyofGasDeliverySystemsExamples:APCIGG250,450,500NorcimbusSemigasATTOCVDKC-TechThetechnicianmustknowandunderstandthesystemsinuseatthefacility.第六十六页，编辑于星期六：十四点十分。67ValveManifoldBox(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。第六十七页，编辑于星期六：十四点十分。68ValveManifoldBox(VMB)阀组箱第六十八页，编辑于星期六：十四点十分。69ValveManifoldBox(VMB)阀组箱第六十九页，编辑于星期六：十四点十分。70GasJungle混气盒第七十页，编辑于星期六：十四点十分。71GasSystemComponents 1. Piping/tube 2. Valves 3. Regulators 4. Pressureindicators 5. Excessflowdevices 6. Filters 7. Purifiers 8. Massflowcontrollers第七十一页，编辑于星期六：十四点十分。72Piping/TubePolymer-nylon,plastics,etc.MetalsCopper,304SS,316LSS,316LSSVAR,Hastelloy第七十二页，编辑于星期六：十四点十分。73Piping/TubeMetalTreatments 2types: 1.Polish抛光:Chempolish(acid)

CP化学抛光

ElectropolishEP电解抛光

2.Passivation钝化:OxygenPassivation FluorinePassivationMechanicalFittingsCompression双卡套接头Threaded螺纹接头Vacuum真空接头Faceseal面密封接头VCR第七十三页，编辑于星期六：十四点十分。74VCRMechanicalFitting第七十四页，编辑于星期六：十四点十分。75MoisturePermeationThroughPlasticTubing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。第七十五页，编辑于星期六：十四点十分。76ValveTypesThereare4typesofvalvesusedinafabgassystem: 1.Shutoff截止阀

2.Check单向阀

3.Safety安全阀

4.Cylinder钢瓶阀第七十六页，编辑于星期六：十四点十分。77ShutoffValvesPackedSealValve填塞密封阀（针阀等）BellowsSealValve波纹管密封阀DiaphragmSealValve隔膜阀第七十七页，编辑于星期六：十四点十分。78CheckValves第七十八页，编辑于星期六：十四点十分。79SafetyReliefValves第七十九页，编辑于星期六：十四点十分。80CylinderValvesThetieddiaphragmvalveistheprimaryvalveusedinspecialtygases.隔膜阀是特气输送系统中首选阀门。第八十页，编辑于星期六：十四点十分。81Regulators第八十一页，编辑于星期六：十四点十分。82 RegulatorDischargeCharacteristicsHighPurity,Single-stageSS

HighPurity,Two-stageRegulator

Regulator

第八十二页，编辑于星期六：十四点十分。83RegulatorTerminologyRefertoParticipantGuideAppendix第八十三页，编辑于星期六：十四点十分。84PressureIndicatorsThreetypesofdevicesthatindicatepressure. 1. PressureGauge

2. PressureIndicator 3. PressureTransducer第八十四页，编辑于星期六：十四点十分。85

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+大气压第八十五页，编辑于星期六：十四点十分。86PressureIndicators--PressureTransmitter压力传送器带继电器信号输出的压力表无需电源第八十六页，编辑于星期六：十四点十分。87PressureIndicators--PressureTransducer压力变送器0.1%fullscaleaccuracyRequireselectricalpowersource.Teeinstallationorinlineinstall.Excellentpurgability.Pressuretransducersaresuperiortogaugesinaccuracy,particle,andperformance.第八十七页，编辑于星期六：十四点十分。88ExcessFlowDevices在气体输送系统中，判断一个异常大的气体流量Theratingoftheexcessflowdeviceinstallationisdeterminedbytheprocessflowrequirements.Therearetwotypesofexcessflowdevices: 1. Excessflowvalve 2. Excessflowswitch第八十八页，编辑于星期六：十四点十分。89ExcessFlowDevices第八十九页，编辑于星期六：十四点十分。90FiltersPurposes:去除气流中的颗粒过滤器的重要性过滤效率第九十页，编辑于星期六：十四点十分。91GasFilterSelectionCriteria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透气性能第九十一页，编辑于星期六：十四点十分。92GasFilterSelectionCriteria过滤器选型准则Temperature气体温度Pressure气体压力ParticleRetentionRating颗粒截获率第九十二页，编辑于星期六：十四点十分。93FilterMaterialsEvaluationofafiltershouldincludeallcomponentsofthefilter.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)滤芯的固定架第九十三页，编辑于星期六：十四点十分。94FilterMaterialsFiltermedia过滤材质 *Elastomeric塑料材质 *Ceramic陶瓷 *Metallic金属316LSSHastelloyC-22Nickel第九十四页，编辑于星期六：十四点十分。95PurifiersTherearetwotypesofpurifiers: 1.getter(metal) -regenerable 2.chemicalresin第九十五页，编辑于星期六：十四点十分。96Purifiers--ApplicationsEasymaintenance/changeSafetyLifetrackingbycylinderchangesIncreasepanel&pipinglife(corrosion,contamination)Purgegaspurifierimprovescylinderpurge第九十六页，编辑于星期六：十四点十分。97Purifiers--ApplicationsOtherapplicationsEpi/CVDSputtering(metalapplications)TheremaybemultiplepurifierslocatedintheArgondeliverylines.Themetalprocessmustbeparticlefree.Ifparticlesarepresenttheycouldcauseshorts