电子工业纯水系统设计规范 GB50685-2011
电子工业纯水系统设计规范 GB50685-2011
前言
中华人民共和国国家标准
电子工业纯水系统设计规范
Code for design of pure water system of electronic industry
GB 50685-2011
主编部门:中华人民共和国工业和信息化部
批准部门:中华人民共和国住房和城乡建设部
施行日期:2 0 1 2 年 5 月 1 日
中华人民共和国住房和城乡建设部公告
第1028号
关于发布国家标准《电子工业纯水系统设计规范》的公告
现批准《电子工业纯水系统设计规范》为国家标准,编号为GB 50685-2011,自2012年5月1日起实施。其中,第6. 1. 8、6. 1. 9、6. 1. 10、6. 3. 3、6. 3. 4、6. 4. 7条为强制性条文,必须严格执行。
本规范由我部标准定额研究所组织中国计划出版社出版发行。
中华人民共和国住房和城乡建设部
二〇一一年五月十二日
前 言
本规范是根据原建设部《关于印发<2005年工程建设标准规范制订、修订计划(第二批)>的通知》(建标函[2005]124号)的要求,由信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司会同中国电子工程设计研究院、上海电子工程设计研究院有限公司和北京北方佳云净水设备有限公司共同编制完成。
本规范在编制过程中,编制组认真贯彻国家基本建设方针和有关环保、节水要求,在认真、全面调查我国电子工业纯水系统的设计和使用现状的基础上,广泛征求国内各设计院,工程公司、生产厂商和使用单位的意见,参考相关国际标准,最后经审查定稿。
本规范共分8章和2个附录。主要内容包括:总则,术语,纯水制备工艺,纯水输送和分配,纯水回收和节水,纯水站房,药品贮存,计量和输送,控制及仪表等。
本规范中以黑体字标志的条文为强制性条文,必须严格执行。
本规范由住房和城乡建设部负责管理和对强制性条文的解释,由工业和信息化部负责日常管理,由信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司负责具体技术内容的解释。在执行本规范过程中,请各单位结合技术进步和具体的工程实践,认真总结积累经验,如发现需要修改或补充之处,请将意见和建议寄送信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司(地址:四川省成都市新华大道双林路251号;邮政编码:610021;传真:028-84333172),以便今后修订时参考。
本规范主编单位、参编单位、主要起草人和主要审查人:
主编单位:信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司
参编单位:中国电子工程设计院
上海电子工程设计研究院有限公司
北京北方佳云净水设备有限公司
主要起草人:肖劲戈 路振福 樊勖昌 王凌旭 薛长立 杜宝强 路 健 崔淑洁 龙明全 马礼飞 黄汉新 周小莉 裴志华 李希云
主要审查人:周可可 林耀泽 毛煜林 罗昌贵 杨 琦 萧百宏 李春鞠 唐世权 王 春
制定说明
《电子工业纯水系统设计规范》GB 50685-2011,经住房和城乡建设部2011年5月12日以第1028号公告批准发布。
本规范按照实用性、先进性、合理性、科学性、防范措施层次化、协调性、规范化原则制定。
本规范制定过程分为准备阶段,征求意见阶段、送审阶段和报批阶段,编制组在各阶段开展的主要编制工作如下:
1 准备阶段。规范编写组于2005年7月在成都举行了第一次工作会议。编写组结合我国各类纯水系统的设计、建造和运行的实际情况,根据编写单位在我国大多数集成电路芯片生产线和TFT-LCD、PDP等新型显示器件生产线的工程设计情况,收集、整理有关单位提供的运行经验与数据和对20多个相关企业进行充分调研的基础上形成了规范的初稿。
2 征求意见阶段。规范编制组于2007年12月在成都召开了第二次编制工作会议,就规范初稿进行了逐条、逐句的讨论与斟酌,形成了征求意见稿的基础。
之后,根据修改意见在初稿的基础上编制了征求意见稿并于2009年2月正式上网征求意见。同时,寄出函件30份向有关设计单位、工程公司、生产运行企业和业界专家等广泛征求意见。此外,编写组在送审稿编制过程中还经过多次反复修改和不断完善后形成了送审稿。
3 送审阶段。2009年11月,部电子工程标准定额站在上海组织召开了规范部级审查会。评审会专家一致认为该规范填补了我国在纯水系统设计方面的空白,对设计、施工安装、验收和生产运行将起到较好的指导作用;对规范电子工业纯水系统设计、建造领域的生产秩序和保障工程质量将发挥积极的推动作用。审查专家组一致通过了对规范的审查。
4 报批阶段。审查会后,编制组以审查会收集到的30多条专家意见为基础,并结合国际惯例和中国工程的实践经验,经过认真归纳并据此对规范的送审稿进行了修改,形成了《电子工业纯水系统设计规范》专家审查意见汇总处理表,并于2010年10月完成了规范报批稿的第一稿,通过电子文档的形式上报电子工程标准定额站。在其后的一段时间里,编制组参考部电子工程标准定额站和有关专家的意见对规范做了进一步的完善和补充,并于2010年12月15日形成了最终的《电子工业纯水系统设计规范》报批稿。
本规范制订过程中,编写组对已经建成的电子工业代表工程进行了调查研究,完成的20份调查报告总结了我国电子工程建设领域纯水系统工程设计、施工、运行的实践经验,同时借鉴了国外纯水系统技术发展趋势,广泛征求了国内有关设计单位、工程公司、生产运行企业和业界专家的意见,在此对提供支持和帮助的有关单位和个人表示诚挚的感谢!为便于广大设计、施工、科研、学校等单位有关人员在使用本规范时能正确理解和执行条文规定,《电子工业纯水系统设计规范》编制组按章、节、条、款顺序编制了本规范的条文说明,对条文规定的目的、依据以及执行中需要注意的有关事项进行了说明。但是,本条文说明不具备与标准正文同等的法律效力,仅供使用者作为理解和把握标准规定的参考。
1 总则
1.0.1 为确保电子工业纯水系统出水满足电子产品生产工艺要求,确保电子工业纯水系统的设计做到技术先进、安全适用、经济合理、操作方便,制定本规范。
1.0.2 本规范适用于新建、扩建和改建的电子工业纯水系统的工程设计。
1.0.3 电子工业纯水系统设计应贯彻执行国家的技术经济政策,合理选择水源,节约能源,节约用水,节约用地,保护环境,安全卫生,提高经济效益。
1.0.4 电子工业纯水系统设计应根据主体工程建设规划、生产特点等综合确定,并应经技术经济比较,择优确定设计方案。当主体工程为分期建设时,纯水系统应按最终容量(规模)统一规划、合理布局、分期实施。
1.0.5 电子工业纯水系统的设计应为施工安装、维护管理、检修、检(监)测和安全运行创造必要的条件。
1.0.6 电子工业纯水系统的改建、扩建设计,应合理利用、改造原有设施。
1.0.7 纯水回收和节水设施宜与纯水制备系统统筹规划,并宜同时设计、同时施工、同时投运。
1.0.8 纯水系统排放的废水,应达到国家和地方排放标准后再排放。
1.0.9 电子工业纯水系统的工程设计,除应符合本规范外,尚应符合国家现行有关标准的规定。
1.0.1 本条阐述了编制本规范的目的和进行工程建设应遵守的基本原则。
纯水的制备始于20世纪40年代,伴随着离子交换树脂的商业化生产而发展起来。传统的纯水以电导率为表征,主要关注于去除水中的电解质。随着集成电路工业、液晶显示器、太阳能产业和LED的迅猛发展,带动了纯水等支持系统的飞速发展。与传统的纯水相比,当代电子工业纯水不仅关注去除水中的溶解电解质,还关注于去除水中的有机物、溶解氧、细菌以及微小颗粒等杂质。特别是随着集成电路的集成度的不断提升,生产的工艺步骤越来越多,元件被重复清洗,对作为清洗介质的纯水的要求越来越高。如果纯水品质达不到要求,其本身对器件就是一种污染,更谈不上清洗。本规范的制定,旨在为电子工业纯水系统的设计工作提供较为系统的技术依据,推动电子工业纯水系统设计工作的发展。
1.0.2 电子工业纯水系统的设计必须遵守工程建设的基本原则。技术先进,是要求纯水系统设计科学,采用的制水工艺和设备先进、高效、成熟。安全适用,是要求纯水系统稳定可靠,满足生产需求。经济合理,则是要在保证安全可靠、技术先进的前提下,节省工程投资费用和日常运行维护成本。操作方便,是要满足日常操作运行、检修维护的便利和快捷的需求。
1.0.3 电子工业的集成电路工厂和TFT-LCD工厂等都是用水大户,同时这类工厂在生产过程中使用大量的化学品。其在为社会创造价值的同时,也必然耗费大量的水资源,并且带来废物排放的问题。随着人们对工业的发展所带来污染影响的越发重视,纯水系统的设计如何节水和如何减少污染物排放是当今电子工业纯水系统设计和建设所必须要面对的问题。如何减少化学品的使用和如何提高水的利用率是系统设计必须要解决的问题。未来的电子工业纯水系统肯定是化学品使用尽可能少,系统回收率尽可能高的系统。减少资源占用、环境友好的“绿色”的纯水系统是必然的发展趋势。
2 术语
2.0.1 电子工业纯水 pure water for electronic industry
电子工业生产所需的纯化水的通称,根据生产需要的水质去除生产所不希望保留的各种离子以及其他杂质的水。
2.0.2 电子工业纯水系统 pure water system for electronic industry
制取和配送用于电子工业生产纯水的系统,通常包括纯水制备、纯水的输送和分配、纯水的回收和处理的系统。
2.0.3 软化水 soft water
除掉部分或全部钙、镁离子等后的水。
2.0.4 淤塞指数(SDI) silt density index
保证反渗透正常运行的进水水质重要指标,它通过被测水样对0. 45μm滤膜的淤塞程度间接表征造成反渗透膜面堵塞的水中微量悬浮物、胶体的含量,又称污染指数FI。
2.0.5 电阻率 resistivity
度量水溶液阻止电流通过的能力,等于在一定温度下,一对截面积为1cm2的电极在1cm距离间的电阻值,其单位为Ω·cm或MΩ·cm。
2.0.6 电导率 conductivity
度量水溶液导电的能力,等于电阻率的倒数,其单位为μs/cm或s/cm。
2.0.7 总有机碳(TOC) total organic carbon
水中溶解性和悬浮性有机物中碳的总量,反映水中有机物含量的指标。
2.0.8 微滤(MF) microfiltration
通常指在外压作用下,利用筛网状过滤介质膜的“筛分”作用进行分离的膜分离技术。
2.0.9 超滤(UF) ultrafiltration
通常指在外压作用下,利用非对称性膜去除水中亚微米悬浮物的膜分离技术。超滤能截留分子量范围为几百至几百万的溶质和微粒,多为大分子有机物和胶体。
2.0.10 反渗透(RO) reverse osmosis
在外加压力作用下,利用一种半透性薄膜使水分子和其他一些物质选择性透过,从而将绝大部分悬浮物和绝大部分溶解固形物(盐)截留去除的膜分离技术。
2.0.11 电脱盐(EDI) electrodeionization
一种利用装填阳、阴混合离子交换树脂或离子交换无纺布,在直流电场作用下连续去除水中离子而不需要专门再生的除盐装置的统称。
2.0.12 紫外线杀菌 UV sterilization
通过波长254nm的紫外线照射杀灭水中的活菌为紫外线杀菌装置。
2.0.13 紫外线除有机碳 UV-TOC Removal
通过波长185nm的紫外线照射分解纯水中的微量TOC为紫外线除TOC装置。
2.0.14 膜脱气装置(MDG) membrane degasifier
利用膜分离技术降低水中挥发性溶解物质的装置,在电子工业纯水系统中主要是脱除纯水中的溶解氧。
2.0.15 供水环路 distribution loop
为保证电子工业最终使用点的纯水水质和水压而采用的有附加循环水量的不间断供水方式,最终使用点用水取自从终端过滤器到纯水水箱之间的闭合供水环路。供水环路一般由纯水精处理系统和供、回水管路共同组成。
2.0.16 背压调节阀组 back pressure regulation unit
设于纯水回水管路末端,通过调节阀通径大小的变化来维持、调节纯水供回水管路压力的调节阀组。
3 纯水制备工艺
3.1 一般规定
3.1.1 电子工业纯水系统应根据电子产品生产工艺要求,合理解定纯水制备系统的规模和供水水质。
3.1.2 电子工业纯水系统制水流程和设备的选择应根据对纯水水质的要求、原水水质以及运行管理水平,并结合处理效果、原水的利用率、节能、环保等因素,经技术经济比较确定。
3.1.3 电子工业纯水系统应根据最终产品水水质要求选择简捷、有效的处理流程和可靠的处理设备。
3.1.4 纯水站的产水量应根据各类产品水量加系统自用水量确定。
3.1.5 电子工业纯水系统设计前应取得全部可利用水源的水质全分析资料,并应选择有代表性的水质分析资料作为设计依据。水质全分析报告格式应符合本规范附录A的要求。水质资料的获取应符合下列要求:
1 水源为地表水时宜取得全年逐月水质资料。
2 水源为地下水时宜取得全年每季的水质资料。
3 当无法得到逐月或逐季资料时,应掌握水质随季节的变化规律。
3.1.6 对可能受到海水倒灌或其他因素影响的水源,应掌握由此而引起的水质变化情况。对于来自生产过程中的回用水,应掌握其来源与组成。
3.1.7 电子工业纯水制备系统应由预处理、脱盐及深度处理和精处理组成,各阶段达到的目标应符合下列要求:
1 预处理阶段水质应满足脱盐装置进水水质的要求。
2 脱盐及深度处理阶段产水水质应接近最终产水水质要求。
3 精处理阶段应保证不间断地满足最终产水水质、水量和水压等要求。
3.1.8 系统设计中每个水处理装置的出水水质应满足后续处理装置的进水水质要求,水处理装置的进水水质应根据制水设备的要求确定。水质要求较高或有多项水质指标时尚应符合最终水质的要求。
3.1.1 纯水制备系统的规模和供水水质直接影响纯水系统的投资大小,应根据生产需要合理确定。
关于电子工业纯水水质指标,不同电子产品、不同生产工艺和不同厂家都会提出不同的要求,目前国际比较通用的标准是美国材料试验学会(ASTM)的标准ASTM D5127-07(见表1),该标准主要是针对不同线宽的集成电路生产,有较大参考价值。
国内的标准只有《电子级水》GB/T 11446. 1-1997,水质要求较低,并不直接针对电子产品,只适用于水质要求较低的电子产品。
3.1.2 确定纯水制备流程和选择处理设备是设计的关键,影响因素也是多方面的,不应该只强调某一方面,而应该各种因素综合考虑,选择最佳的方案。
3.1.3 条文中强调简捷和有效非常重要,因为每个处理单元对于水质处理来说除了正面作用外,会有或多或少的负面作用,例如离子交换树脂具有良好的除盐作用的同时会有溶解有机物和碎颗粒产生。
3.1.5 本条强调全部可利用水源,包括自来水以外的再生水、甚至废水处理站处理后的水,体现面对水资源匮乏,设计中不能只盯着自来水,而忽略其他水源。
掌握可靠的水源水质资料是做好纯水处理系统设计的先决条件,附录B列出了水质分析项目,当系统中采用反渗透时应检测水中的锶、钡等项目,当采用再生水时应根据水质特点增加一些针对性的理化检测项目。
3.1.6 海水倒灌是沿海地区(例如上海地区)在咸潮期的普遍现象,由于水质的变化对纯水处理特别是前级的预处理和初级处理冲击很大,因此应切实掌握因海水倒灌引起的水质变化,采取有效的对策。见表2。
3.1.7 电子工业纯水制备系统的三个阶段的划分是多年经验的科学总结,电子工业在电子管的阶段对水质要求低,基本的手段为离子交换,基本没有预处理和抛光处理。随着纯水水质的提高,在脱盐系统后出现了精处理(抛光)阶段;随着反渗透在系统中的出现,其运行关键是保证进入反渗透的水质,形成了预处理系统。条文中明确了各个处理阶段的基本要求。见图1。
3.1.8 纯水制备系统中保证每个处理单元进水的水质非常重要,是长期稳定运行的关键。特别是电子工业纯水系统中常用的反渗透和电除盐,其运转的成败大都在于是否能保证其进水水质要求。无数事例证明,反渗透的关键是进水的污染指数,电脱盐的关键是进水的硬度。当然表3. 2. 1中所列的进水水质指标都是重要的。电渗析在电子工业纯水系统中已很少使用,其进水指标仅供参考。
3.2 预处理
3.2.1 预处理系统需要达到的水质指标应根据所选脱盐装置的进水水质要求确定,缺乏资料时可按表3. 2. 1选择。脱盐处理单元采用反渗透工艺时,预处理系统应根据水质特点采取有效防止结垢等化学污染,以及防止生物、有机物及铁锰金属离子等污染的措施。
3.2.2 原水浊度较高时宜采用凝聚澄清过滤工艺,设计参数可按现行国家标准《室外给水设计规范》GB 50013的有关规定执行;原水采用含低密度、疏水性悬浮物较高的地面水水源时,宜加设气浮分离工艺;原水采用城市自来水时,宜采用微絮凝过滤、微滤或超滤等处理工艺。纯水系统预处理设计应符合下列要求:
1 过滤器的设计产水量应包括后续处理装置要求的供水量及过滤器的自耗水量。过滤器台数不宜少于2台。
2 过滤器的过滤周期应根据进出口水质、滤料截污能力等因素确定。每台设备每昼夜反洗次数宜为1次~2次。
3 絮凝剂的选用和加药量的确定应根据进水浊度、水温、pH值及碱度等因素的影响,以及相似水质的工程运行经验或试验资料,经技术经济比较后确定。
4 絮凝剂投加点宜设置于原水加压泵吸入段或在进入过滤器前设置静态混合器。
5 微絮凝聚过滤的过滤器的设计参数可根据表3. 2. 2-1的要求选用,过滤器采用气水反洗时设计参数可根据表3. 2. 2-2的要求选用。
6 采用微滤、超滤除浊时,应采取完善的自动反洗和化学清洗措施。微滤、超滤前宜设置预过滤器,其过滤精度可根据所选用的微滤和超滤产品的进水水质要求确定。
7 微滤、超滤和活性炭过滤并用时,活性炭过滤应置于微滤、超滤之后。
3.2.3 原水中铁锰含量不能满足后续装置进水要求时,应采取除铁锰措施,设计参数可按现行国家标准《室外给水设计规范》GB 50013的有关规定执行。
3.2.4 活性炭过滤器应根据进水水质、处理要求和活性炭的种类进行设计。活性炭过滤器的设计参数可按表3. 2. 4的要求确定。活性炭过滤器用于去除游离余氯时,可取较高滤速;去除有机物时,可取较低滤速。
3.2.5 防止反渗透膜结垢的设计应符合下列要求:
1 采用投加阻垢剂防止反渗透设备结垢时,应根据原水水质和药剂的技术说明选择药剂品种和投加量。
2 采用钠离子交换软化或复床式离子交换降低原水的硬度和碱度时,离子交换器的设计参数可按本规范附录B的要求选用。
3 采用调节PH值降低碳酸盐硬度时,宜采用盐酸。
3.2.6 采用药剂氧化法降低有机物和抑制微生物时,其加氯量应根据原水中的有机物含量计算。对经过混凝沉淀及过滤处理后的原水或清净的地下水,加氯量可采用0. 5mg/L~1. 0mg/L。
3.2.7 原水经氧化处理或原水余氯含量超过后续处理装置的进水要求时,应采用活性炭吸附或投加还原剂等方法进行脱氯处理。
3.2.8 当冬季原水水温较低时进入反渗透装置前是否提高水温,应根据制水量、产品水的水温要求、热源供应及加热成本等因素综合比较确定。当选择换热设备时,宜采用板式换热器。其设置位置应根据预处理各单元装置对水温的要求确定。
3.2.2 随着电子工业纯水水质的不断提高和反渗透的普遍使用,除浊成为电子工业纯水系统预处理的首要任务。对于原水采用低浊度的自来水的系统来说,主要是采用微絮凝过滤去除水中胶体达到反渗透进水所需的污染指数,本条推荐了微絮凝过滤器的设计参数。
日本设计的系统较多地采用澄清过滤和气浮分离等除浊工艺,取得了较好的长期稳定运行的效果,但其占地面积大的缺点比较突出,在设计中应根据原水浊度和水质特点慎重选择。
近年来超滤用于预处理除浊有很大的发展,经过超滤后出水的SDI基本稳定在小于1,目前超滤的造价也不断降低,其占地小、操作简单的优点逐渐呈现,故推荐使用。但其初期投资约为多介质过滤+活性炭的2倍~3倍。
3.2.5 采取投加阻垢剂、离子交换和调节pH值等方法是防止反渗透膜结垢的3种基本方法,设计时应根据原水水质、技术经济等因素选定。投加阻垢剂简单易行,目前阻垢剂的性能不断提高、价格降低,是中小系统普遍采用的方法,应根据反渗透浓水的计算暂时硬度来确定加药的品种和加药量,应注意铁、铝、磷酸盐金属氧化物的存在可能导致阻垢剂失效。
3.2.7 对于目前常用的反渗透复合膜来说,对进水余氯的要求很严格(趋于零),因此在预处理中需要采取脱氯处理。
3.2.8 反渗透膜的透水量随着水温的降低而减少,大约每降低1℃透水量降低2. 7%,故为了减少反渗透膜件的数量,一般采取冬季将原水加热至20℃~25℃。
3.3 脱盐及深度处理
3.3.1 脱盐系统的选择应根据处理水量、进出水质的要求,经技术经济比较确定。当产品水对微粒、TOC等水质指标有要求时,宜选反渗透处理工艺。
3.3.2 反渗透装置的设置应符合下列要求:
1 反渗透装置不宜少于2套,每套反渗透装置的保安过滤器、反渗透给水泵宜独立设置。
2 反渗透装置前应设置过滤精度不小于5μm的保安过滤器,并应设置清洗设施。
3 反渗透装置应有流量、压力、温度等控制措施。反渗透高压泵进口应设置低压保护开关,出口应设置止回阀和高压保护开关。反渗透装置宜采用高压泵变频启动或在高压水泵出口设置电动慢开阀门等稳压装置。当几台反渗透装置出水并联连接时,每台装置出水管上应设置止回阀。反渗透装置出口背压应符合所选用膜件的设计要求。
4 反渗透装置宜按连续运行设计,停运时应采取冲洗保护措施。
5 反渗透装置在线化学清洗应能逐段单独进行。在线清洗装置宜设加热装置。
6 保安过滤器、反渗透高压泵宜选用不锈钢材质。
7 采用两级反渗透时,进入第二级反渗透之前宜作pH调节。
3.3.3 离子交换装置的设置应符合下列要求:
1 当水质较稳定、出水量不大时,初级处理系统中阳、阴离子交换器应采用单元制串联系统,且阴离子交换器的树脂装填量应为计算值加10%~15%的裕量。
2 当进水水质变化较大、出水量大时,初级处理系统中阳、阴离子交换器宜采用母管并联制系统,每台离子交换器进出口应设置手动隔离阀。
3 离子交换除盐系统中顺流再生固定床、逆流再生固定床、浮动床、双层床和满室床的选用,应根据处理水量、进水水质条件和出水水质要求进行技术经济比较后确定。浮动床宜用于制水量大、连续运行的系统。
4 使用强酸、强碱离子交换树脂的初级复床除盐有关床型适用进出水水质,可按表3. 3. 3的要求确定。采用弱型树脂与强型树脂串联工艺或用双层床组成复床时,系统进水水质条件可放宽,具体适用的进水水质条件应通过技术经济比较确定。
5 弱酸、弱碱离子交换树脂的使用应根据进水水质条件合理选择。当碳酸盐硬度较高、碳酸盐硬度与总阳离子之比大于0. 5时,宜采用弱酸阳离子交换树脂;当强酸阴离子含量大于2mmol/L、强酸阴离子与弱酸阴离子之比大于2或有机物含量高时,宜采用弱碱阴离子交换树脂。在强、弱型离子交换树脂层高合适时,可选用双层床或双室离子交换器。
6 离子交换树脂的工艺性能数据应根据设计工况条件,按树脂生产厂家提供的产品性能参数或类似设计工况条件下的实际运行资料确定。必要时也可通过模拟试验确定。
7 离子交换装置的设计参数可按本规范附录B的要求设计。
8 阳、阴离子交换器工作周期宜按每昼夜再生1次~2次设计。
9 采用强酸、强碱离子交换树脂的固定床交换器,交换器的再生方式应经技术经济比较确定。当进水总含盐量大于150mg/L、总阳离子含量大于100mg/L(CaCO3)、强酸阴离子含量大于100mg/L(CaCO3)时,宜采用逆流再生方式。
10 离子交换器的交换树脂层高,应通过计算确定,树脂层高度不宜低于1. 0m。混合离子交换器的阳、阴树脂比例宜为1:2。
11 无石英砂垫层的离子交换器出口应设置树脂捕捉器。
12 采用双室床、浮动床或满室床离子交换器时,应分别设置阳、阴离子交换树脂清洗罐。
3.3.4 二氧化碳器或真空除气器的填料层高度,应根据填料品种和尺寸,进、出水二氧化碳含量,水温以及所选定淋洒密度下的实际解析系数等因素经计算确定。
3.3.5 电脱盐装置的设置应符合下列要求:
1 电脱盐装置的进水水质要求应根据设备要求确定,缺乏资料时,可按本规范表3. 2. 1的要求确定。
2 电脱盐装置不宜少于2套,其浓水宜回收至反渗透系统进水。
3.3.6 深度脱盐的混合床离子交换器,宜采用氮气混合离子交换树脂。
3.3.7 脱氧膜设备和纯水储罐气封氮气的纯度,不应低于99. 999%。
3.3.8 紫外线灭菌器后应安装灭活细菌过滤器,过滤精度不宜低于0. 45μm。TOC UV后应设置混床离子交换器或抛光混床离子交换器。
3.3.1 反渗透用于纯水系统最初只是为了降低离子交换装置的进水含盐量以减少再生剂的耗量,但随着纯水水质对TOC、微粒、细菌、二氧化硅等指标的要求不断提高,反渗透的作用从脱盐扩大为对几乎超纯水各项指标都起到良好的去除效应,成为电子工业纯水系统不可缺少的单元处理装置。
3.3.2 反渗透一般根据水量设计为并联的若干个独立的单元,独立单元包括自保安过滤、高压泵、反渗透组件及相应的管道系统和自控系统。
反渗透需要定期停机清洗或更换膜元件,因此为保证连续供水一般不宜少于2套,当供水量较小且可以间歇运行或反渗透后的水箱足以供应清洗、更换期间的水量时,可以设置一套。
反渗透膜运行初期透水量较大要求的运行压力较小,随着运行时间延长,膜被压实、膜面被污染透水量逐渐减小,运行压力升高,一般高压泵的扬程是按膜运行末期运行压力设计的,因此高压泵宜采用变频控制,以保持流量的恒定。
反渗透出水的背压应根据膜制造商提供的数据确定,一般不超过0. 1MPa。
当反渗透停运时须将浓水区内滞留高含盐量的浓水冲出,防止沉积在膜面,故需设置停运冲洗保护措施。
3.3.3 离子交换脱盐技术历史悠久,尤其是常用的固定床更是比较成熟。电子工业纯水系统初期的以离子交换为主要工艺,随着膜分离技术的发展其在系统中的比重逐渐缩小。近来除了混合床使用频率仍很高以外,为了提高反渗透水的回收率,有的系统在预处理阶段采用离子交换,取得了较好的效果,使反渗透水的回收率提高到90%以上,出水水质也有明显的提高。因此在当前的电子工业纯水系统中仍然不能忽视离子交换的作用,规范中专门列出了离子交换的有关条文。
3.3.5 电脱盐装置长期运行的关键是控制进水的硬度,一般采用两级反渗透或软化+一级反渗透来保证。
3.4 精处理
3.4.1 最终纯水水质要求较高时,精处理系统应与车间供水管道构成循环供水系统。
3.4.2 系统设备的设计流量应按产水量与循环附加流量之和计算。
3.4.3 精处理混合床应符合下列要求:
1 应采用非再生式离子交换树脂。
2 离子交换树脂应根据水质要求选择。
3 离子交换器滤速宜为40m/h~60m/h。
3.4.4 最终用水有不同水温要求时,应在精混床后分别换热供水,热纯水回水应进行降温处理。
3.4.5 精处理系统的最终出水管上应根据水质要求设置相应的在线水质监测仪表。未配置在线水质监测仪表时,应备有采样口。
3.4.3 抛光混床处于精处理阶段最后部位(后面只有微滤或超滤),是达到纯水电阻率和微量电解质指标要求的最后一道关口,要求抛光混床既最终去除微量电解质又不能产生新的微污染物,它又是与循环纯水供水管路保证使用点水质要求的关键一环,因此作了几款规定。
精处理系统普遍称为“抛光”,是电子工业纯水的特色之一,它依据“流水不腐”的理念把精处理(抛光)和纯水供水管网组成不可分割的一体,最终保证工艺使用点的纯水要求。
3.5 特殊水质指标的技术措施
3.5.1 纯水水质对微粒、总有机碳、细菌、溶解氧、二氧化硅及硼等特殊指标有要求时,系统的各个处理单元的设置中除应满足后续设备的进水水质要求外,还应满足对特殊指标的处理要求。
3.5.2 纯水水质对TOC有要求时,应根据水质要求采用下列措施:
1 在初级处理系统中应设置反渗透装置。
2 要求TOC小于20μg/L~50μg/L时,应设置紫外线除有机物装置。
3 应采用低TOC析出的离子交换树脂、管道、阀门及设备材料。
3.5.3 纯水水质含有溶解氧指标时,系统中应设置脱氧装置,其后所设的水箱均应采取氮封措施。脱氧装置宜采用膜脱气,并应根据水质要求经技术经济比较确定采用一处脱气处理或多处脱气处理。
3.5.4 最终微粒粒径要求不小于0. 1μm时,应在精处理阶段设置微孔过滤,要求小于0. 1μm时,宜设置超滤。
3.5.5 产品水水质指标有二氧化硅含量要求时,系统设计应采取凝聚过滤、活性炭吸附、微滤、超滤、反渗透、电脱盐、离子交换等除硅措施。系统中的强碱阴离子交换器和混合床宜按出水硅含量控制交换终点,阴离子交换树脂再生碱液宜加热,加热温度可为35℃~50℃。
3.5.1、3.5.2 纯水水质指标有对微粒、总有机碳、细菌、溶解氧和二氧化硅等非电解质或弱电解质要求是电子工业纯水的独有的突出特点。它不同于只有脱盐要求的纯水系统,是一个严密的系统工程。某个处理单元对于去除某种物质有特殊的效果,但有可能产生新的污染物,降低了另外的水质指标(例如离子交换单元降低了电解质的含量,会增加溶解有机物和微粒、最终的膜过滤单元降低了水中的微粒,但有可能产生新的微量电解质降低水的电阻率等,水箱、水泵和管道阀门的反作用更是显而易见的)。因此要求设计中准确把握处理过程中各项水质参数的变化,避免或减少处理单元的反作用效应。
采用低TOC析出的离子交换树脂主要是在抛光混床内采用特殊加工的树脂(例如DOW的MR-3UPW均粒抛光树脂、R&H的UP6040抛光树脂等)。
3.6 水箱、水泵
3.6.1 纯水制备系统的水箱材质选择应满足所贮存水的水质要求。水箱容积宜按下列要求确定:
1 原水箱、中继水箱容积宜满足连续运行的最大一台水泵2h~3h出力要求,同时应满足单台设备反洗或清洗一次的用水量要求。
2 除盐水箱、软化水箱总容积应满足使用点的用水量要求。水箱总容积宜大于1h的耗水量要求,同时应满足工艺系统需要的最大一次自用水量的要求。
3 除二氧化碳装置的水箱有效容积,单元串联系统宜为本单元设备出力的5min贮水量,且不宜小于2m3;并联系统宜为并联设备总出力的15min~30min贮水量,水量大时可设多台水箱及除碳器。
3.6.2 纯水制造系统过程中水的电阻率较高、防止二氧化碳溶入水中或有溶解氧要求时,水箱宜设置氮封保护。设置氮封保护的水箱溢流口应采取隔绝空气的措施。
3.6.3 氮封装置的供气量应大于或等于对应水泵组的最大输水量。氮封压力值可取0. 0005MPa~0. 001MPa(表压)。
3.6.4 纯水供水泵宜采用变频水泵。纯水使用点压力要求较高或输配管路较长时,宜加设中继泵。
3.6.4 精处理阶段一般由纯水加压泵、板式换热器、抛光混床及最终过滤等组成,并最终保证用水点水压。当用水点水压要求较高时,必须提高纯水加压泵的水压,造成板式换热器、抛光混床等设备承压过高,同时也提高了对管道耐压等级的要求,故建议采取串联中继泵的方法解决。
4 纯水输送和分配
4.1 一般规定4.2 管道设计
4.1 一般规定
4.1.1 电子工业纯水的输配管路形式应根据供水水量、纯水水质、用水设备布置,以及使用点水压稳定性要求,结合技术经济比较选择同程式输配系统、异程式输配系统或单管循环等输配水方式,并宜符合下列要求:
1 对于小型纯水输配系统,当输水主管管径小于DN50且不超过15个用水点,对纯水水质要求不高或用水设备自身无回水要求时,宜采用单管循环输配系统。
2 对于大、中型纯水输配系统,水质要求较高但用水点对供水水压稳定性要求不严格,或用水点数不多且便于手动调节时,宜采用异程式输配系统。
3 对于大、中型纯水输配系统,水质要求高且用水点对供水水压稳定性要求严格,或用水点数多且不便于手动调节时,宜采用同程式输配系统。
4.1.2 管道、阀门、附件的选用应与纯水水质相匹配,并应满足纯水系统的使用条件,同时应与纯水系统的使用温度、消毒方式等相适应。
4.1.3 纯水输配管路根据不同纯水水质及使用条件要求可选择不锈钢管、聚氯乙烯、聚丙烯、洁净聚氯乙烯或聚偏二氟乙烯等管材。在纯水输配系统的某些部位,聚氯乙烯、聚丙烯、洁净聚氯乙烯或聚偏二氟乙烯等塑性管材不能满足强度和使用温度的要求时,可选择相应的不锈钢管材。
4.1.4 与纯水直接接触的设备内表面应光洁、平整,化学性质应稳定、耐腐蚀、易清洗、易消毒。
4.1.5 纯水输配系统的工作压力不得大于国家现行有关产品标准标称的允许工作压力。
4.1.6 热纯水的使用应根据水量和使用点的分布特点结合技术经济比较确定,可选择集中加热或使用点就地加热的方式供给。
4.1.2、4.1.3 此两条是为了保证生产工艺所要求水质的技术措施。
随着生产技术的进步,工艺设备对纯水水质的要求不断提高,尤其是电子行业中集成电路生产和液晶显示器的制造,不但对水中电解质的含量要求极其严格,而且对细菌、微粒、有机物以及溶解氧等都有极其严格的要求。为了保证生产设备使用点水质的要求,除了要有严格的纯水制造过程外,纯水输送管道的管材选择和管网设计也是关键。
实践证明采用循环供水方式是行之有效的。主要是基于保证输水管道内的流速和尽量减少不循环段的死水区,以减少纯水在管道内的停留时间,减小管道材料微量溶出物(即使目前质量最好的管道也会有微量溶出物)对超纯水水质的影响,同时,基于流水不腐的道理,高的流速还可以防止细菌微生物的滋生。
在纯水管材的选择方面,主要应考虑三方面的因素:
材料的化学稳定性。纯水是一种极好的溶剂,为了保证在输送过程中纯水水质下降最小,必须选择化学稳定性极好的管材,也就是在所要求的纯水中的溶出物最小。溶出物的多少应由材料的溶出试验确定,其中包括金属离子,有机物的溶出等。
管道内壁的光洁度。若管道内壁有微小的凹凸,会造成微粒的沉积和微生物的繁殖,导致微粒和细菌两项指标的不合格。目前PVDF管道内壁粗糙度可达小于1μm,而不锈钢管约为几十μm。
管道及管件的接头处的平整度。对于防止产生流水的涡流区是非常重要的。
4.1.5 此条文是为了确保纯水输配系统长期稳定、安全运行的主要措施。纯水输配系统中采用的管道、管件、阀门、粘接剂等都有各自标定的压力等级,相应的连接方式、匹配的粘接剂,以及各自的试压条件。
4.1.6 此条文是对热纯水加热方式所提出的原则性规定。
随着电子工业的发展,尤其是以超大规模集成电路为代表的半导体产业的发展,生产工艺不仅对纯水的水质提出了更高的要求,同时,某些生产环节还对纯水的温度也提出了要求,而且对纯水温度的要求还不完全相同,这就要求设计人员根据热纯水的用水量和用水点的分布,并结合技术经济比较选择集中加热或使用点就地加热的方式。
4.2 管道设计
4.2.1 纯水供、回水管路应采用架空敷设,并应做到安全可靠、经济合理、整齐美观,同时应满足施工、操作、维修等方面的要求。
4.2.2 管道穿过建筑物楼板或墙面时,应加套管,套管与管道间的空隙应密封。管道上的焊缝不应在套管内,距离套管端部不应小于150mm。套管应高出楼板50mm。
4.2.3 管道不应穿过防火墙或防爆墙;必须穿过防火墙或防爆墙时,应采取确保防火墙或防爆墙的既有功能又不受影响的措施。
4.2.4 纯水管路系统的布置应使管道系统具有必要的柔性。管路系统的热胀冷缩宜利用管道的自然形状达到自然补偿。
4.2.5 纯水管路系统采用独立设置的供、回水管路时,应保证每个用水点有适当的压差。
4.2.6 纯水管路系统的设计应避免死水滞留。死水滞留不可避免时,滞留段长度不宜大于管道公称直径的3倍。
4.2.7 纯水管路系统循环供水应符合下列要求:
1 循环附加水量宜为使用水量的20%~50%。
2 纯水供水管路流速不宜小于1. 5m/s,回水管路流速不宜小于0. 5m/s。
3 回水干管末端应设置背压阀组。
4.2.8 纯水对微粒有要求时,管路系统中经常启闭的阀门宜采用慢开阀。
4.2.9 纯水管路系统供、回水管上设置的流量计,宜采用超声波流量计和涡街流量计。
4.2.10 纯水管路系统中需要清洗、杀菌的部位,应设置清洗接口,清洗、杀菌时不宜通过的设备或装置应设旁通。
4.2.1 此条文是对纯水供、回水管道敷设方式所作的原则性规定。
目前,电子工业飞速发展,特别是超大规模集成电路为代表的半导体产业的发展,生产工艺对厂房均有洁净的要求。为了最大限度地减少管道对洁净室空气洁净度的影响,要求管道尽量在洁净区外敷设,因此,纯水管道无论是在技术夹层、技术夹道、技术竖井内,还是纯水站房内的管道,均要求采用架空敷设,同时要做到安全可靠、方便操作和维护。
4.2.2 穿管处的密封是保证电子厂房洁净室空气洁净度的重要环节。本条文主要是防止洁净室外未净化空气渗入室内;洁净室内的洁净空气向外渗漏也会造成能量的浪费,甚至影响室内的洁净度。实践证明采用套管方式是行之有效的。当实在无法做套管的部位也必须采取严格的密封措施。主要的密封方法有微孔海绵、有机硅橡胶、橡胶圈及环氧树脂冷胶等。
4.2.4 电子工业纯水的输配管道多采用塑料管道,而塑料管材的热胀系数较大,是钢管的十余倍甚至二十倍。塑料管因温度变化,引起的伸缩量特别大,尤其是热水管道。因此,必须重视纯水输配管道因温度变化引起的伸缩变形。纯水管路因为纯度的考虑,不宜使用金属波纹管等型式的补偿器来克服伸缩变形,所以在管路设计过程中应考虑尽量利用管路自身的柔性来满足补偿要求。
4.2.5 在进行纯水管路系统的设计过程中,必须综合考虑管路系统的类型、流量控制原则、管路平衡技术和压差控制方法。管路系统恒定压差的实现可以通过同程式以及放大管径的异程式回水循环系统等方式来完成。
4.2.6 在进行纯水管路系统的设计过程中,必须尽量避免死水滞留管路的设计。要求不循环支管的长度应该尽量短,其长度不得大于3倍管径。
4.2.7 此条文是对纯水管路系统循环供水的具体要求。在进行纯水管路系统的设计过程中,需要准确计算生产设备满负荷运行时的用水量,并结合生产运行的实际情况,以及电子产业的高速发展和更新换代的速度,同时借鉴欧洲、日本等国家的设计经验和我国的国情,来确定纯水循环附加水量,从而计算纯水系统的总供水量。条文要求供水管路和回水管路的最小流速的目的同样是为了减少纯水在管道内的停留时间,减少管道材料微量溶出物对纯水水质的影响,同时避免生物膜在管路系统的生长,保证纯水管路系统能长期稳定运行。
4.2.8 慢开阀在经常启闭的过程中摩擦小,微粒物产生少,是减少管道内微粒产生的主要管件。
4.2.9 电子工业纯水的特点是水的导电性差、黏度低、流速高、其雷诺数高(通常大于2×104)。因此流量计的选择必须考虑到这个特殊性。
流量计的选择应该根据仪表性能、流体特性、安装条件、环境条件和经济因素等条件综合考虑。从性能要求来说,作为过程控制连续监测的仪表一般要求要有良好的可靠性及重复性(精密度)。从流体特性来说,由于所输送的是纯水,要求检测元件尽量与水少接触,减少不纯物质的析出和细微颗粒的产生,同时与纯水直接接触的检测元件要避免滞水区域的形成,并且能够耐受管路系统高温灭菌和化学清洗的要求。超声波流量计与电磁流量计同为非接触式仪表,具有检测件中无阻碍物,压损小等特点,但是电磁流量计只能用于测量导电性流体的流量,对于电导率低于测量阈值的流体流量时会产生测量误差,甚至不能测量。超声波流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用来测量流量的仪表。自20世纪80年代以来超声波流量计新品种大量涌现,已经成为新型流量计的主要品种之一。超声波流量计可以测非导电性流体,对纯水的水质无影响且造价基本与管径大小无关,因此它在纯水输配系统的应用比电磁流量计等其他流量计要广泛得多。
4.2.10 定期清洗是保证管道内水质的重要手段,主要是防止长期运行后,内壁产生沉积物及微生物积聚导致纯水水质下降。
5 纯水回收和节水
5.1 一般规定
5.1.1 电子工业纯水系统的设计应对整个工程项目的用水特点进行深入分析,并应对全厂的用水进行详细的水量平衡,宜按分质用水的要求,使各工序的排水能有效利用到纯水制备系统或其他对水质要求相对较低的工序或系统。
5.1.2 改建、扩建工程设计,对原有高水耗水处理工艺和设备应予以改造后采用或更新。
5.1.3 在缺水城市和地区,应按当地有关规定采用严格的节水措施。
5.1.1 电子工业尤其是作为当今明星产业的电子高科技产业,如芯片制造、芯片封装、TFT-LCD和LED等产业,在工艺生产过程中均需大量使用超纯水作为清洗用水。中国水资源短缺,淡水资源总量约每年26200亿m3,人均占有量为每年2392m3,为世界人均占有量的1/4,名列第110位。由于各地区处于不同的水文带及受季风气候影响,水资源与土地、矿产资源分布和工业用水结构不相适应。水污染严重,水质型缺水更加剧了水资源的短缺。高速扩张的产能和日益匮乏的水资源的尖锐对立,使得电子高科技产业的用水形态发生着深刻的变化,如何合理的制水、用水,怎样综合利用水资源以应对当前电子高科技产业所面临的用水挑战,是科学研究和工程设计都无法回避的重要课题。
在用水量最大的电子工业如芯片制造和TFT-LCD产业,通常企业用水分为工艺系统用水、动力系统用水和生活用水3大类。其中,工艺用水和动力系统用水又占了绝大部分。以一个8英寸芯片制造工厂为例,工艺系统用水约占整个全厂用水量的70%,而动力系统用水量约占全厂用水量的23%,而生活用水量仅占全厂用水量的7%。由此可见,如何做到工艺系统用水和动力系统用水的节约高效使用是这类工厂节水的两大努力方向。
电子工厂要达到高效用水通常采取两种途径:循环使用和回收利用。循环使用通常在生产工艺设备的设计制造过程中加以考虑,而回收利用则是水系统工程师必须要考虑的问题。如何保证不同水质和水量的用后纯水的有效回收和利用,就离不开对全厂用水系统的水量平衡。水量平衡是指在一个确定的用水系统内,输入水量之和等于输出水量之和。电子工业企业的水量平衡是以电子工业企业为主要的考核对象,通过对各用水系统的用水水质和消耗水量的分析,根据水量的平衡关系分析用水的合理程度。
由此本条强调通过详细的水量平衡以实现合理高效用水,以达到全厂的高水回用率,而非简单的工艺用水系统的高回用率。
5.1.2 在调查过程中发现,很多改建、扩建的工程,其现有的水处理工艺和设备中仍有不少值得改进之处,如多介质过滤器、活性炭过滤器末段反洗水回用,在线仪表分析测试用水的回收等,因此特作此原则性规定。
5.1.3 随着国民经济的发展和城市生活水平的提高,我国很多地区特别在北方和某些沿海城市发生水资源短缺和污染问题。水资源的本身不足和水源的污染已成为我国国民经济发展的一个制约因素。因此很多地方实行水资源的统一规划与管理,把用水问题,特别是将节水工作纳入社会经济发展规划,建立与健全相应的规章制度,认真贯彻开源节流并重方针,加强节水的科学管理,这些地方的节水措施相比国家要求更严格,因此在这些地方和区域建设的项目应该要同时满足当地的更严格的节水措施。
5.2 纯水回收
5.2.1 纯水回收设计应与电子产品生产工艺设计密切配合,并应根据工程实际情况、回收水质、水量,结合当前的技术、经济条件等合理确定回收率,并宜符合下列要求:
1 应用于集成电路生产的超纯水系统,其纯水回收率不宜低于75%。
2 应用于集成电路封装测试生产线的纯水系统,其背面减薄废水和划片废水应予回收利用。
3 应用于TFT-LCD生产线的超纯水系统,其纯水回收率不宜低于50%。
5.2.2 经管路系统收集的用后纯水应连续检测其电导率、pH值和TOC,当检测值符合回用要求时,应予以回用;不符合回用要求时,应将其排放至废水处理系统。
5.2.3 回收水处理系统流程的拟定和设备的选择,应根据工程的 具体情况、回收水水质、水量以及处理后的用途等因素综合确定。当不能取得回收水水质资料时,可按已建同类工程经验或经科学实验后确定。
5.2.1 随着社会的急速变迁和科学技术的不断进步,对节水工作的简单定性评估已经不能满足需要,如何确定一个科学而且合理的定量指标来反映出建设项目的用水情况和用水效率,是指导合理化用水和高效用水的重要一环。回收率是用于评价电子工业建设项目用水效率的重要指标。当一个建设项目的工艺流程、产量和员工人数确定后,其总用水量通常变化不大,要减少对新鲜水的使用就必须提高回用率。
必须注意的是,在本规范中所规定的是直接与工艺生产相关的工艺用水回收率,而非全厂用水回收率。事实上在工程项目中,全厂高的回收率才是工程设计优化的终极目标。因此电子工业纯水系统的设计不应仅仅局限于纯水系统的设计来考虑节水,设计人员必须要有全局观,站在整个工程建设项目的高度来统一规划全厂的用水系统,根据用后纯水的水质和水量,结合目前成熟可靠的工程技术和经济条件,尽可能地做到水的循环利用和重复使用,实现高效率的一水多用,达到真正的高效用水的效果。
不同类型的工厂其用水特性往往不一样,用水标准也不一样,节水潜力也各有差异。因此,规范根据对目前国内已经建成投产的相关建设项目的调查结果,结合目前国内外同类工程的实际运行结果,对几类用水量大的电子产业的工艺用水回收率进行了规定,用以指导和规范电子工业纯水系统节水的设计。
5.2.2 纯水作为清洗用水经过工艺生产设备使用后,如何有效做到“清污分流”,选择收集低污染度的清洗废水作为纯水制备的原水或其他次级用水的原水,是实现纯水系统和全厂高回用率的关键所在。用后纯水的重复利用,既要达到高的回用率,同时也必须保证工艺设备的用水安全,因此确定回收水水质对纯水系统设计影响巨大。回收水水质必须根据回收系统的处理工艺和处理能力来确定。在设计初期必须做好相关的技术评估工作,既要确定可供安全回收的回收水水质,也必须考虑到回收水水质变化对纯水系统的影响和冲击。本条款是根据对目前建成项目的调研结果,对相关产业的回收水水质给予规定。
5.3 节水措施
5.3.1 水处理单元排水回收再用,其设计应符合下列要求:
1 水质应符合相应用途的水质要求。
2 应重复使用或根据用水水质要求不同顺序,使用于水处理系统或水处理单元。
3 应根据拟回收水量和需水量进行全厂范围内的水量平衡计算。
4 应设置相应的调储设施。
5 当回收水量不能满足需求水量要求时,可补充新鲜水。
5.3.2 在大中型纯水制备系统中,下列排水应回收至纯水制备系统:
1 多介质过滤器、活性炭过滤器反洗末段的清洗水和预过滤阶段的出水。
2 阴、阳离子交换器再生末段的清洗水。
3 混合床离子交换器再生末段的清洗水。
4 EDI的循环浓水排水。
5 精处理系统末端超滤装置排放浓水。
5.3.3 下列排水应予以回收至纯水制备系统:
1 溶解氧分析仪排水。
2 颗粒计数仪排水。
3 总有机碳分析仪排水。
5.3.4 设备冷却水应循环使用。采用直流且为新鲜水时,应回收利用。
5.3.5 换热设备的蒸汽凝结水应予回收利用。
5.3.6 纯水站应对耗用的自用水量进行计量。
5.3.2~5.3.6 所列各项措施都是目前在纯水制备系统中所实施的简单有效的节水措施,具有投入小,见效快的特点。
6 纯水站房
6.1 一般规定
6.1.1 纯水站房的总平面布置应符合厂区总体规划的要求,并应符合下列要求:
1 应靠近主要用水设备。
2 环境卫生条件应良好。
3 应有方便的交通、运输和水电条件。
4 分期建设时,应有扩建余地。
6.1.2 纯水站房宜与其他建筑物合建;合建建筑物为多层时,纯水站宜设于地上一层或二层。
6.1.3 纯水站房设计应满足主要水处理单元运行观察、流量计量、水质监(检)测,以及水质取样等必要要求。
6.1.4 需经常监视或操作的设备、仪表、阀门、取样装置等,应布置在便于监视操作的部位。
6.1.5 纯水站内管道应用不同标识标明管内介质种类及流向。
6.1.6 设备或管道结露影响环境,引起设备或物品受损害时,设备或管道应作防结露保冷层;防结露保冷层的设计和构造,应符合现行国家标准《设备及管道保冷技术通则》GB/T 11790的有关规定。
6.1.7 操作气动阀门和混合离子交换树脂的气源应经除油、干燥处理,并宜设置稳压装置。
6.1.8 在使用腐蚀性和有毒化学药剂的场所,必须设置紧急淋浴洗眼器等安全防护设施,并应符合下列要求:
1 在一般性有毒、有腐蚀性的化学药剂装卸、贮存和使用区域内,紧急淋浴洗眼器应按20m~30m设置一个。
2 在剧毒、强腐蚀性以及酸、碱化学药剂装卸、贮存和使用区域内,紧急淋浴洗眼器必须设置在事故易发处3m~6m内,并应避开化学药剂喷射方向布置。
3 紧急淋浴洗眼器应同层设置,不得越层使用。通向紧急淋浴洗眼器的通道应畅通无阻。
6.1.9 站内明沟应设置盖板。
6.1.10 在纯水站房化学药剂贮存和装卸区域,必须采取防止泄漏的化学药剂漫流或进入室外雨水管网、污水管网的措施。
6.1.1 纯水站在厂区的总平面布置,涉及因素较多,一般应根据下列因素,经技术经济比较后确定:
1 靠近主要用水设备,可缩短供水距离,从而节省管材,节约投资,降低能耗,由于供水管路短,可减少纯水水质降低的风险。
2 纯水站对环境卫生有一定要求,故应布置在环境清洁,远离如煤场、灰场等污染源;应位于散发有害气体、烟、雾、粉尘等污染源全年最小频率风向的下风侧;远离振动冲击和强噪声源。
3 纯水站应适当考虑交通运输条件,以便于主要水处理设备的运送和化学药品的装卸与输送。
纯水站常是某些电子工厂用水大户,耗水耗电较大,故应考虑供水供电的合理性。
4 从调查中发现,国内部分纯水站进行扩建。这其中又有两种情况:一是原已考虑了扩建,且在扩建端留有足够的面积(场地),便很容易扩建;二是原未考虑留有扩建余地的,就只好另建筑水系统。基于上述情况,本款规定如果能够预期到将来的发展,就应留有扩建余地。
6.1.2 从调查得知,近年来所建纯水站大多与其他建筑物合建,这不仅有利于厂区总平面布置,而且可减少占地面积。
当合建建筑物为多层时,纯水站设于第一、二层,至少有如下两大优点:
1 站内水池、较重的塔槽类等设备以及空气压缩机、鼓风机等高噪声设备可设于第一层。
2 便于酸、碱、盐等药剂的装卸、贮存和输送。
6.1.3、6.1.4 调查中发现,有的水站未设检(监)测仪表,有能甚至也未设取样装置,给运行管理带来诸多不便。
纯水的重要性,对某些电子产品来说自不待言,一旦出了问题,不但工厂(企业)可能停产,而且很可能导致出现大部分在线产品都可能成为不合格品这样的重大事故。因此,纯水站应根据水处理工艺要求和管理实际情况,设置相应的检测仪表和取样装置。
搞好水质监测是保证纯水质量的极为重要的环节。水质检测包括取样分析和在线监测(在线监测可实现连续测量,并可进一步实现系统的自动化控制)。
通过分析和监测,操作者可以及时了解水质动态和运行状况:
1 根据监测结果,调节水处理单元的工况。
2 监测水处理设备的性能、效率及运行状况。
3 确保水处理设备安全、正常运行。
4 当水质出现不合格或有异常波动时,便于查找原因,采取措施并检查效果。
6.1.5 纯水站内管道繁多,为避免管道间混淆,应在管外壁模印、打印明显耐久的标志或挂牌,标明管内流体的种类、流向等,以利于运行操作、维修乃至改扩建。
6.1.7 操作气动阀门和混合离子交换树脂的压缩空气应经除油、干燥等净化处理,以防止压缩空气中的油、水等杂质污染树脂。树脂一旦被油污染,将使树脂交换容量迅速下降和水质变差,并可出现树脂抱团,影响流过床层的水流等诸多问题。
电子工业厂房的气源,多为由动力厂房的压缩空气供给系统统一供应,当其负荷波动较大时,宜在纯水站设置储气罐或其他稳压装置。
6.1.8 本条为强制性条文。在使用腐蚀性、有毒有害化学药剂的场所,存在操作人员被化学药剂灼伤,皮肤(包括黏膜和眼睛)被化学药剂刺激、渗透,或因皮肤组织吸收化学药剂导致内部器官受损的危险。紧急淋浴洗眼器是安全和劳动保护必备的设备,是接触有毒、腐蚀性物质的场合必备的应急保护设施,当现场作业者的眼睛或者身体接触有毒有害以及具有其他腐蚀性化学药剂的时候,可以利用这些设备对眼睛和身体进行紧急冲洗或者冲淋,主要是避免化学药剂对人体造成进一步伤害。但是这些设备只是对眼睛和身体进行初步的处理,不能代替医学治疗,情况严重的,必须尽快进行进一步的医学治疗。
紧急淋浴洗眼器的设置位置与所使用的化学药剂的腐蚀性、毒性以及温度有关,设置应满足事故发生时的使用要求,应保证操作人员能在短时间内快步到达紧急淋浴洗眼器的使用点。为保证受伤的操作人员能顺利找到紧急淋浴洗眼器,紧急淋浴洗眼器要求同层设置,通向紧急淋浴洗眼器的通道应该畅通无阻。而且在安装紧急淋浴洗眼器的周围,需要有醒目的标志,形象地告诉操作人员洗眼器的位置、用途和使用方法。
6.1.9 本条为强制性条文。本条规定出于对人身安全考虑。明沟设盖板以防操作运行人员或外来参观人员等万一不慎踏入沟内。考虑到纯水站内有化学药剂的使用,制水过程中排出的废水通常有酸碱废水,盖板不仅需要有足够的强度,从长久使用的要求来看,盖板还必须能防腐蚀,因此通常采用铸铁盖板或玻璃钢格栅。
6.1.10 本条为强制性条文,近年来发生了多起因为化学药剂泄漏而造成的环境污染事件,引起了社会的普遍关注。这些事故的发生,都暴露出生产单位对生产事故造成的环境污染事件的严重性认识不足,所采取的安全防范设施不到位。为了避免化学药剂泄漏所造成的环境次生污染,设置必要的防范设施和措施至关重要。因此本条强调在化学药剂的使用区域应采取必要措施预防、减轻可能发生的泄漏事故对环境造成的危害。
6.2 设备布置
6.2.1 设备布置应适应生产工艺调整的灵活性,并应满足电子产品生产工艺技术改造和扩大生产规模的需求。
6.2.2 设备布置应综合协凋运行操作、施工安装、维修、公用动力管线及各种技术设施的需求,并应符合下列要求:
1 应按水处理工艺流程顺序和设备功能分区有序布置。
2 应布置合理、紧凑。
3 应减少对主操作区的噪声干扰。
4 精处理或终端处理系统宜靠近主要用水设备。
6.2.3 纯水站应设置必要的辅助间,其组成和面积应根据水站规模、企业的生产管理要求等确定。
6.2.4 空气压缩机、鼓风机等高噪声设备,宜布置在单独房间内,并应采取减噪措施。
6.2.5 水处理设备布置在室外时,其运行操作部位及阀门、仪表、取样装置等宜集中布置,并应根据当地气候情况采取相应的防冻、防雨、防晒、防风等保护措施。
6.2.6 反渗透装置的两端,应有足够的装卸膜元件的操作空间。
6.2.7 在地面上不便操作、检修的水处理设备和阀门等,应设置操作扶梯、检修平台和起吊装置。
6.2.8 酸碱等药剂贮存、配制设备区应避开人流通道,宜靠近制水区及货运入口。
6.2.9 酸碱等药剂贮存、配制设备区,应设置防护围堤,堤内设备基础、地面、排水沟等应采取严格的防腐、防渗处理;不能满足排放标准的地面排水应纳入废水处理系统进行处理。
6.2.10 设备间应有足够的操作维修通道和必要的安全距离。主要操作通道的净距不宜小于2. 0m,辅助操作通道的净距不宜小于0. 8m,设备之间的净距不宜小于0. 6m。通道均应适合维修的需要。
6.2.11 控制室和化验室应布置在通风采光良好且噪声、震动较小的部位,并宜设置空气调节装置。纯水站房内的控制室、化验室,不宜与高压配电室、鼓风机房和化学药剂间毗邻设置。
6.2.12 化学药剂贮存、配制、装卸、转输等设备的布置,应符合有关安全规定。
6.2.13 改建、扩建工程的设备布置,应符合下列要求:
1 应改善原有不合理的布局和不良运行条件。
2 应合理利用、改造原有设施。
3 应减少对原有系统运行的影响。
4 应与原有设备布置相协调。
6.2.1 设备布置应与电子产品发展的灵活性、产品更新换代快、技术改造以及扩大生产规模等相适应。
1 设备布置应具有适当灵活性,要考虑能适应水处理工艺和设备的调整。
2 水站主体结构宜采用大空间及大跨度柱网,水处理工艺部分的设备布置处,不宜采用内墙承重体系,以便于水处理工艺变更和设备调整。
3 根据需要,适当预留面积或扩建余地。
6.2.2 本条是水处理设备的布置原则。在设备布置时,则应充分考虑运行操作、施工安装、维护管理、公用动力管线以及各种技术设施的综合协调。
1 水处理站房内的设备布置,一般按水处理工艺流程的先后顺序,按设备的不同性质分门别类,分区集中有序布置,以使站房水处理功能分区明确,设备布置整齐合理、操作维护方便。
2 水处理构筑物及水处理设备布置合理、紧凑,在满足构筑物施工、设备安装、运行调试、管道敷设及维护管理等要求的前提下,尽量节省占地面积。
3 噪声大的设备(如空气压缩机、鼓风机等),尽量远离值班控制室、分析化验室等,以免影响检(监)测仪表的正常检(监)测和分析化验数据的准确性。
4 为保证使用点处纯水的水质符合要求,规定精处理或终端处理系统宜设在临近用水设备处,以缩短高纯水管道的敷设长度,尽可能减少污染和水质降低。
6.2.3 站内应设置相应的辅助间。如值班控制室、设备维修、分析化验室等。其组成和面积应在充分利用工厂(企业)、车间协作条件的前提下,根据水站规模、水质要求、机修体制和操作管理等需要确定。如当工厂(企业)有中心化验室时,水站可不再单独设置分析化验室或减小面积;当就近有生活设施可利用时,可不再单独设置,避免重复建设,以减小基建投资。
6.2.4 当纯水站需设置空气压缩机、鼓风机时,由于运转时发出较大噪声,特别是空气压缩机运转时振动较大。为避免由此而影响高性能仪表的正常使用以及水质分析化验数据的准确性等,故规定宜布置在单独隔间内,以便于采取相应的减振降噪措施。
6.2.5 根据调查,有的水处理设备布置在室外。在室外露天布置后,只要考虑防护措施和操作、检修方便,是可以安全可靠地运行的。但宜集中布置,以便于采取防护措施。
6.2.6 布置反渗透装置时,应注意使操作维护人员能无障碍地接近所有压力容器的进水和浓水端,从事元件装卸和故障排除。当装填元件时,压力容器进水端与其最近的设备、建筑物墙、柱以及支撑件间至少应有1支元件的长度;当取出膜件时,通常还需要更多的空间,以便于使用相应的工具将元件推向压力容器的浓水端。
6.2.7 为便于设备、管道和阀件的搬运、操作和维修,在水站设计中应统筹考虑。如吊装方式及起吊荷载等,应根据设备的大小、起吊件重量、起吊频繁程度等,由设计人员确定。
6.2.8 出于人身安全考虑,酸碱等药剂贮存、配置设备区应避开人流通道;靠近制水区及货运入口,可以缩短药剂搬运和输送距离,避免二次搬运。
6.2.9 本条是为防止危害扩大而制定。防液堤可将事故时酸碱等液体限制在防液堤内,便于及时处置,避免危害蔓延扩大和污染地下水。
防液堤的高度宜按堤内有效容量不小于其中最大一个贮罐容量,并考虑适当超高,以策安全。
6.2.13 改、扩建和新建纯水站设备布置原则是一致的。但改、扩建比新建约束条件多,难度大,特别是应考虑历史情况和现实条件,故强调合理利用、改造原有设施,并与原有设备布置相协调、相衔接,不影响原有系统的运行。力求通过改、扩建,改善原有不合理的布置和不良运行条件,提高工厂(企业)经济效益。
6.3 管道布置
6.3.1 管道布置应符合下列要求:
1 应合理安排、组织好各类管道的走向、安全距离。
2 应管线短、附件少,并应整齐美观。
3 应便于安装、操作和维修。
4 不应影响交通运输和设备起吊。
5 管道布置应避免液袋和气袋;无法避免时,应根据操作、检修的要求设置放空、放净。
6 在管架上敷设的管道,净距不应小于50mm,法兰外缘与相邻管道的净距,不应小于25mm。
7 管道外壁或管道隔热层外壁距临近管架、构架柱壁或建筑外壁等的净距,不应小于100mm。
8 管道上安装有特殊管件、仪表测量元件或小型设备时,应根据实际需要加大管道间的净距。
6.3.2 必须跨越人行通道的管道,其净高不应低于2. 2m。
6.3.3 腐蚀性介质、有毒介质管道架空敷设时,应避免法兰、螺纹等易泄漏部位置于人行通道或设备上方。
6.3.4 酸碱液管道严禁敷设在配电盘、控制盘等电气设备上方。
6.3.5 管道不宜穿越伸缩缝,沉降缝或变形缝。必须穿越时,对于非纯水管道,可在设计压力和输送介质允许情况下设置补偿器等装置提高管路的补偿能力;对于有较高水质要求的纯水管路,应通过改变管路走向等方式增强管路的自然补偿能力。
6.3.6 设于室内的鼓风式二氧化碳脱气塔的排气管应用管道引至室外,排风口宜设置汽水分离装置。
6.3.1 纯水站内管道较多,管道布置时应进行全面、合理、紧凑的管道综合,使管道之间、管道和设备、管道与建筑物、构筑物之间,在平面及竖向布置上相互协调、紧凑合理、整齐美观,符合相关规定要求。
6.3.3 本条为强制性条文。腐蚀性介质和有毒介质的管道,当必须架空敷设在人行通道上方时,应采取如下防护措施:
1 腐蚀性介质和有毒介质的管道、管件、阀门,其材质、连接方法等必须分别具有密封、耐压、耐腐蚀等相应措施,同时容易造成泄漏的部位不得位于人行通道和设备上方。
2 在人员通过处和设备上方应设置防护罩。
6.3.4 本条为强制性条文。酸碱液管道敷设在电气设备上方,如果因为泄漏造成电气设备短路或其他损坏,不仅影响纯水系统的正常运行,还有可能造成人身伤亡等重大事故。
6.3.6 本条规定旨在改善室内工作环境和空气质量。
6.4 土建
6.4.1 纯水站房的跨度、柱距和层高等除有特殊要求外,宜按建筑统一模数设计。
6.4.2 纯水站房的高度应根据设备吊装所需空间、设备接口高度、管道、桥架安装标高以及检修维护需求确定。设备最上部部件与站房顶板梁底的净距不宜小于0. 8m。
6.4.3 纯水站房楼地面的荷载应根据工艺设备安装和检修的要求确定。
6.4.4 纯水站房的出、入口应便于操作人员通行,并应至少有一个门能满足纯水站房内设备的最大检修部件出入要求。
6.4.5 站房内的设备检修需要使用车辆等运输工具时,纯水站房门的高度和宽度应满足车辆等运输工具通行的需要。
6.4.6 两层和两层以上的纯水站房应按设备检修部件的大小设置吊装孔和通道。吊装孔的位置应设置在出入口附近和便于搬运的区域。
6.4.7 纯水站房内设备吊装平台、高位平台,以及水池、罐顶和坑洞边缘距相邻楼板或地面高度1. 2m及以上时,其周围的开敞边缘应设置防护栏杆。设备吊装平台、高位平台,以及水池、罐顶和坑洞边缘使用工具或其他物品时,应在其周围的开敞边缘设置带踢脚板的防护栏杆,并应符合下列要求:
1 开敞边缘距相邻楼板或地面的高度小于2m时,防护栏杆的高度不应小于900mm。
2 开敞边缘距相邻楼板或地面的高度大于等于2m且不超过20m时,防护栏杆的高度不应小于1050mm。
3 开敞边缘距相邻楼板或地面的高度大于等于20m时,防护栏杆的高度不应小于1200mm。
6.4.7 本条为强制性条文。防护围栏系指沿水池、罐顶、平台及坑洞等开敞边缘固定安装的防护装置,是防止操作维护人员在工作过程中高处坠落、跌伤的有效安全屏障。同时,针对高空安装、维护检修等作业需要使用工具或其他物件的场所,为防止高空坠物伤人,要求设置带踢脚板的防护栏杆。
6.5 电气
6.5.1 纯水站房内的供电负荷级别和供电方式,应根据工艺要求、环境特征等因素确定,并应符合现行国家标准《供配电系统设计规范》GB 50052的有关规定。
6.5.2 电机、启动控制装置、灯具和导线型式的选择,应与纯水站房内不同区域的环境特征相适应。现场的配电柜宜采取必要的防水、防腐措施。
6.5.3 纯水制备系统宜设置专用的配电箱。
6.5.4 纯水站房及构筑物工作面上照度值的确定,应符合现行国家标准《建筑照明设计标准》GB 50034的有关规定。
6.5.5 在纯水站房的主要位置及通道,宜设置应急照明。
6.6 采暖通风
6.6.1 纯水站房内工作地点的夏季环境温度,应根据设备散热量的大小确定,并应符合现行国家有关工业企业设计卫生标准的规定。
6.6.2 设置集中采暖的纯水站房内,值班室、控制室和分析室等冬季室内计算温度不宜低于18℃,其他区域的冬季室内计算温度不宜低于10℃。
6.6.3 纯水站房内放散有害物质的设备应采用局部排风;当局部排风达不到卫生要求时,应辅以全面排风。
6.6.4 化学药剂间应设置机械通风,并应分别在室内外便于操作的地点设置应急启动按钮。
6.6.5 采用全面排风时,宜采用自然通风。自然通风不能满足卫生、环保或生产工艺要求时,应采用机械通风或自然与机械联合通风。
6.7 给水排水和消防
6.7.1 纯水站内的生活给水可采用一路供水。给水系统同时供给紧急淋浴洗眼器时,应采取可靠的保障措施。
6.7.2 纯水站房内高于40℃的排水不得直接排入室外排水管网。
6.7.3 防火设计应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016,《建筑灭火器配置设计规范》GB 50140的有关规定。
7 药品贮存、计量和输送
7.1 一般规定
7.1.1 药品贮存量应根据药品的消耗量、供应情况、包装和运输条件等因素确定,宜按10d~30d消耗量计算确定。药品由本地供应时,可适当减少贮存天数。
7.1.2 药品贮存间的设计应符合下列要求:
1 药品贮存间宜靠近厂区主要道路。
2 房间应有良好的通风和排水条件,其墙面和地面应采取有效的防腐措施。
7.1.3 药品的存放应符合下列要求:
1 药品应分类保存在通风、干燥、远离热源处,且宜放在平台或垫板上,不同品种药品应设有明显标志,并应分类存放。
2 药品干贮存时,其堆积高度宜为1. 5m~2. 0m。
3 药品湿贮存时,贮槽应设置盖板或护沿。
7.1.4 药品贮存间应根据药品的性质、贮存及使用条件设置安全防护措施。
7.1.5 药品贮存、配置、投加、计量设备和输送管道以及建筑物,应采取相应的防水、防腐、通风、除尘、采暖和冲洗等措施。
7.1.6 不同离子交换器宜设置专用酸、碱再生计量设备。
7.1.1 本条提出了纯水站水处理药品的贮存原则。
有些工厂对纯水站水处理药品露天随意堆放,造成有些药品的变质,有些药品受到污染或腐蚀并危害周围环境,导致投加已失效的药品,造成处理效率下降。基于以上情况,本条规定纯水站水处理药品宜放在全厂室内仓库贮存。考虑到药品的配制方便,在纯水站内设贮存间,贮存一定量的药品,以备正常使用。
设计时除考虑药品消耗量外,库容大小还同工厂所在地的运输条件有关。例如地处偏僻、交通不便的一些工厂,药品仓库又远离车站或码头,如果库容量过小,不但运输成本增加,而且还可能用药中断,影响纯水站生产。贮存量还应考虑药品市场供应情况。
根据国内一些工厂的情况,总贮存量一般均为10d~30d的用量。
7.1.2 本条规定了药品仓库及贮存间设计的一般原则。
1 药品贮存仓库和贮存间靠近厂区主要道路,主要是为了运输、搬卸、输送药品方便。
2 许多药品都具有腐蚀性,有些还是液体药品,易挥发,如果不小心泄漏或贮罐被打翻,挥发到空气中的药品会影响人体健康,泄漏的药品也会污染墙面或地面。故本条规定房间应有良好的通风和排水条件,墙面和地面应根据药品的性质采取相应的防腐措施。
7.1.3 本条规定了药品存放的一般原则。
1 从保证药品不失效,防止不同药品相互接触发生不良反应和误用,以及安全等方面考虑,条文对药品的存放作了具体规定。
2 依据药品的堆积高度和贮存量,便可以计算出药品贮存所需的设计面积。根据药品存取方便,目前国内药品的堆积高度一般为1. 5m~2m。
7.1.4 纯水制备过程中所用药品的性质、状态、包装多种多样,有的有毒,有的吸潮,有的不吸潮,有的易水解,有的不易水解,有的易挥发,有的不易挥发,有的有腐蚀性,有的无腐蚀性,有的药品要求避光保存等等。因此,药品贮存间的设计应根据药品性质、状态与其贮存、使用条件,在建筑标准、防火等级、卫生和环境保护等方面,按各自有关标准、规范的规定,设置必要的安全生产防护措施。
7.2 酸、碱及盐
7.2.1 酸、碱及盐等药剂的装卸和贮存设备,应采取安全和事故紧急排放、检修及清洗的措施。装卸及贮存设备应设置防护及水冲洗设施。
7.2.2 盐酸贮槽宜采用液面密封设施,排气口应设置中和、吸收处理设施。浓硫酸贮槽排气口宜装设除湿器。高纯度碱贮槽排气口宜设置二氧化碳吸收器。
7.2.3 装卸输送浓酸、碱液体,可采用负压抽吸泵输送或重力自流,不宜采用压缩空气输送。化学药剂采用固体碱及盐时,应设置吊运和溶解设备。
8 控制及仪表
8.1一般规定
8.1.1 电子工业纯水系统的设计应按系统规模、出水水质、制水工艺、设备选型等技术因素结合经济条件、运行管理水平等要求确定合适的自动化程度,设计与选配控制系统和现场测量仪器仪表。
8.1.2 电子工业纯水系统的自动控制设计,应同时保证手动控制装置操作的可能。
8.1.3 电子工业纯水系统应根据制水工艺、制水设备及其介质输送系统的特点及监控功能需求情况,确定测量与控制对象、内容和控制参数,选择相应的监控系统,配置控制装置和现场传感器、变送器、阀门和执行机构等外部设备。
8.1.4 现场仪表应按介质输送系统和制水设备的控制参数,选配压力、液位、流量、温度传感器及其显示与控制仪表。
8.1.1 由于电子工业各行业生产工艺用纯水的水质、制备工艺和纯水用量等设计指标,以及纯水站规模、过程测量与控制需求情况等不尽相同,应结合各行业纯水站特点、规模和监控功能的具体要求,设计与合理选配各类制水设备、监控系统和现场测量仪器仪表。
8.1.3 根据各行业纯水站制备工艺及其制水设备与介质输送系统配置和控制功能,设计确定纯水制备过程测量与控制技术条件,选择监控系统及其外部设备的配置。本条文中所称的介质是指水系统中原水、纯水、中水、热(冷)媒水及工艺用液体化学品等。
8.1.4 现场仪表包括常用的液位、流量、压力、温度传感器及其显示与控制仪表,应视各行业纯水站监控参数、部位及具体要求,设计选配现场仪表。
8.2 纯水系统监控系统设计选型
8.2.1 纯水系统监控系统应按纯水制备过程测量与控制技术指标、控制对象及范围、联锁控制等技术条件和监控功能的需求,选择监控系统的类型。
8.2.2 小型监控系统宜采用集中式控制系统,选用具有配套控制装置的成套制水设备,并宜设置自动与手动工作模式,设计时可不再另行选配控制系统。
8.2.3 大、中型监控系统应采用集散型控制系统,有条件时宜选用现场总线型控制系统。
8.2.4 纯水系统现场仪表、在线测量仪器、传感器、变送器、阀门、执行机构以及制水设备专用控制器等设计选型,应与所采用的监控系统类型相配套。
8.2.1 随着现代科技的迅速发展和计算机技术广泛应用,纯水站过程测量与控制已普遍采用计算机监控技术,传统的仪表控制向智能化专用控制器方向发展;监控系统分为专用控制器、集中式、集散型(DCS)和现场总线型(FCS)等类型,各类计算机监控系统的应用软硬件已有定型的配套产品。根据电子工业纯水站监控系统现状与发展趋势调查情况,目前各行业纯水站在纯水质量、制备技术、纯水站规模及监控技术等方面存在较大差异,本条文针对各行业纯水站过程测量与控制技术条件及监控功能需求等具体情况,按纯水站测量与控制单元分布状况和监控系统容量(监控点数)区划,合理选择监控系统类型。
8.2.2 目前,产水量小、水质要求不高的纯水站,一般由纯水设备制造厂商提供具有配套控制装置或专用控制器的成套设备,并设置自动和手动工作模式,均属小型的集中式控制系统。本条文建议小型监控系统的纯水站选用配套控制装置的成套制程设备,则可不再另行设计控制系统。
8.2.3 本条文对大中型监控系统的纯水站提出优先采用集散型控制系统,因其具有应用广泛、技术成熟、适应性强和系统稳定可靠等特点,尤其对纯水站监控系统更具较强的适用性,也是当前规模较大的纯水站普遍采用的监控技术。
8.2.4 在监控系统选型后,现场仪表、在线测量仪器、传感器、变送器、阀门、执行机构,以及制水系统专用控制器等设计选配,必须与之相配套,便于系统集成,联网控制。
8.3 现场控制系统及集中监控系统设计
8. 3. 1 纯水系统现场控制系统应根据预处理、脱盐处理、精处理工艺设备及其过程测量与控制单元,按集散型控制系统现场控制站的区划,分区设计现场控制装置。
8. 3. 2 纯水制备系统控制装置的设计,应符合下列要求:
1 纯水制备系统应按相应制水设备的工艺规程和流量、压力、温度、水质等控制参数与技术指标,分区(段)设计控制装置。
2 纯水制备系统现场控制装置应采用可编程控制技术对制水设备运行状态进行控制、检测与监视,运行参数设定与调控,以及故障与越限报警、数据传输通信。
8. 3. 3 液体化学品输送加药系统控制装置的设计应符合下列要求:
1 纯水制备过程用液体化学品的贮存与输送系统的传输泵的启动与控制装置设计,应具有液位检测与显示、液位控制与越限报警等功能,并应与现场化学品计量槽液位开关相连锁。
2 液体化学品现场计量槽加药系统宜采用计量泵自控装置,并宜与计量槽液位开关连锁控制。
8. 3. 4 具有配套专用控制器的制水设备和现场测量仪器仪表,其通信接口应符合中央控制站系统集成的要求。现场仪器仪表的配置应符合纯水制备过程测量参数的量程、精度和控制功能等要求。
8. 3. 5 纯水系统动力配电系统应按用电设备和监控系统的用电要求,根据负荷需要提供正常电源和备用电源。设计与选配的动力配电控制柜,宜提供监视、测量、显示、控制和故障报警、通信以及自动与手动控制等功能。动力电缆及控制电缆的布置应符合国家现行有关建筑电气及智能化设计的规定。动力桥架与控制桥架应分开设置,合并设置时,应在桥架内设置隔板。现场控制装置(柜)应符合国家现行有关电气安全的规定,并应具有相应的防水及防腐性能和安全标示。
8. 3. 6 集中监控系统主控柜及计算机管理系统,应满足工艺条件,运行监控和操作与管理等系统功能的要求。
8.3.1 纯水站集散型控制系统的设计选型,采用“分布-集中”控制模式设计与选配现场控制系统(现场控制站)和集中监控系统(中央控制站)。现场控制系统具有多个各自独立的控制装置和现场实时运行控制、测量、调节、联锁及通信等功能,中央控制站具有集中监控、运行管理和相当操作级别的终端。
现场控制系统分区设计与纯水站各类制水设备的现场布置密切相关,在纯水站总体设计过程中控制专业与工艺专业等应及时沟通、综合协调,合理布置和区划现场控制系统。现场控制装置的监控点数要留有适当余量。
8.3.2 制水设备是纯水站测量与控制的基本对象和现场控制系统的主要组成部分,应根据工艺流程、制水设备分段(级)控制参数与技术指标,设计分区(段)控制装置。
1 纯水制备系统包括预处理、脱盐处理、精处理等系统,应按相应工艺规程、制水设备分段(级)控制技术条件,设计与选配现场控制装置。
2 目前,纯水制备系统现场控制装置已普遍采用PLC可编程控制器,满足现场控制功能的要求,具有技术成熟、操作便捷和系统运行稳定等特点。本条文阐明的纯水制备系统现场控制装置一系列控制功能,除涉及安全因素和有关设计规范的规定外,设计时可按具体要求选择。
8.3.3 液体化学品输送加药系统,包括预处理用絮聚剂,酸、碱再生剂等液体化学品的贮存、输送、现场计量槽及加药装置,其中酸、碱再生剂属危险化学品,化学品用量较大的纯水站宜采取集中供配方式、管道输送,便于管理与控制现场化学品存放量。
1 本款对纯水站使用的酸、碱及其他用量较大的液体化学品的贮存与输送系统规定了传输泵的启停与控制装置应具有控制、连锁和手动与自动控制等功能,系统应安全可靠。对用量较少的液体化学品可按具体要求而定。
2 液体化学品现场计量槽加药系统,一般采用计量泵自控装置,便于工艺控制,并附有连锁控制等功能。
8.3.4 本条文提出按集散型控制模式对配置专用控制器的制水设备和现场测量仪器仪表的选型及其通信接口,必须符合监控系统的设计选型及系统集成、联网控制等要求。
8.3.5 本条文根据纯水站用电设备和监控系统用电要求,实行分路配电,其中动力供电电源AC220/380V,监控系统一般为AC220V50Hz、并配置备用电源;条文规定了动力配电控制柜具有基本控制功能,应符合电气设计与系统集成等有关规定和要求。
8.3.6 集中监控系统根据集散型控制系统集中监控功能与要求,系统按需集成、设计与选配主控柜及计算机管理系统等硬件,中央控制站集中监控功能主要包括纯水站运行状态监视与控制,系统检测与显示,参数设定与调控,故障与越限报警,数据处理、贮存与输出,以及通信与运行管理等。
纯水站集散型控制系统功能通过计算机软件来实现,应按系统的功能、工艺条件和测量与控制及运行管理等要求,选配适用性强、操作方便、安全可靠的软件产品,包括中央控制站集中监控与管理软件、PLC现场控制软件等。
8.4 仪表设置
8.4.1 离子交换除盐系统控制仪表的设置,应根据制水工艺、系统连接和控制方式确定,并应符合下列要求:
1 单元制串联除盐系统,阴离子交换器出口应安装电导率表,阳、阴离子交换器应分别安装累计流量计监控失效终点。
2 母管制并联除盐系统,阳、阴离子交换器出口应分别安装监控失效终点的仪表。阴离子交换器出口应安装电导率表,每台离子交换器出口应安装累计流量计监控失效终点。
3 混合离子交换器出口宜安装电导率表、累计流量表监控失效终点。需要采用硅表监控失效终点时,可采用多通道式硅表用于多台离子交换器。
4 钠离子交换器和弱酸离子交换器出水应设置累计流量表监控失效终点。
5 酸、碱、盐再生稀释水管道上应设置流量计,水箱、贮存槽、计量箱及废水池应设置液位计。
8.4.2 反渗透装置控制仪表的设置应符合下列要求:
1 反渗透装置的产水和浓水应设置流量表。大型系统的进水也应设置流量表。
2 反渗透装置的进水和产水应设置电导率表。
3 反渗透系统进水没有加酸装置时,进水总管应设置pH值表;第二级反渗透装置进水加碱时,也应设置pH值表。
4 反渗透系统进水应设置氧化还原电位表或余氯表。
5 反渗透系统高压泵的进、出口应分别设置低压开关和高压开关。反渗透装置的各段之间应设置压力表。
8.4.3 电脱盐装置进水、产水和浓水应设置电导率表和压力表。
附录A 水质全分析报告
表A 水质全分析报告
附录B 离子交换器设计参数
B.0.1 顺流再生式离子交换器的设计宜符合表B. 0. 1的规定。
B.0.2 逆流再生式离子交换器的设计宜符合表B. 0. 2的规定。
B.0.3 浮动床离子交换器的设计宜符合表B. 0. 3的规定。
B.0.4 双室床、双室浮动床离子交换器的设计宜符合表B. 0. 4的规定。
本规范用词说明
1 为便于在执行本规范条文时区别对待,对要求严格程度不同的用词说明如下:
1)表示很严格,非这样做不可的:
正面词采用“必须”,反面词采用“严禁”;
2)表示严格,在正常情况下均应这样做的:
正面词采用“应”,反面词采用“不应”或“不得”;
3)表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样做的:
正面词采用“宜”,反面词采用“不宜”;
4)表示有选择,在一定条件下可以这样做的,采用“可”。
2 条文中指明应按其他有关标准执行的写法为:“应符合……的规定”或“应按……执行”。
引用标准名录
《室外给水设计规范》GB 50013
《建筑设计防火规范》GB 50016
《建筑照明设计标准》GB 50034
《供配电系统设计规范》GB 50052
《工业用水软化除盐设计规范》GB/T 50109
《建筑灭火器配置设计规范》GB 50140
《设备及管道保冷技术通则》GB/T 11790