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洁净厂房高纯气体输配管道选材原则

发布时间:2022-06-15 10:43人气:

      洁净厂房中的气体管道是指气体压力≤0.8Mpa的氢气、氧气、氮气、压缩空气、燃气等一般气体和高纯气体管道及真空管道。其具体的安装要求可参考JGJ71-1990《洁净室施工及验收规范》的有关规定。

      为了保证将高纯度、高洁净的气体送至用气点,不仅取决于制气和净化设备的精度,在很大程度上还受到管路系统诸多因素的影响,因此,管材的选择应恪守下列原则,并应在设计图上注明管材材质。

1.渗透性小

      又称为透气性。气体从高压一侧透过材料向低压一侧流动的现象称为渗透。气体的渗透量与材料两侧的压差和材料的截面积成正比。高纯气体中的水分是以ppm、ppb、ppt来计量的,由于选材不当,会使管外的水分、氧等杂质渗入管内,污染高纯度的气体。表1是不同材料的渗透性的一组实测数据。

表1 不同材料对氧的渗透

材料

透气性能大气中氧的渗透ppm

材料

透气性能大气中氧的渗透ppm

不锈钢管

0

聚乙烯

11

铜管

0

聚四氟乙烯

13

有20μm孔的金属管

20

聚乙烯化合物

27

聚氯乙烯

0.6

天然橡胶

40

氯丁橡胶

7



2.出气率低

      在材料晶格内部或晶格间存在着某些气体杂质,如氮、碳氢化合物等。在高纯气体的输送过程中,这些杂质气体会缓慢地释放出来,污染高纯气体,尤其是要求杂质含量达ppb级的高纯气体更易被污染。所以选材时要选用出气率低的材料,如低碳不锈钢管,且内表面应经进一步的处理,进一步降低出气率。

3.吸附性能差

    水分等杂质是极性分子,吸附性很强,橡胶、塑料或一些粗糙的表面均极易吸附水分等杂质。所以使用吸附性能好的材料输送高纯气体会污染高纯气体。表2列出不同管道材料的吸附性和渗透性。可见,凡是与高纯气体接触的部分均不得使用橡胶、塑料制品。

表2 不同管道材料渗透性、吸附性比较

管道材料

渗透性

吸附性

管道材料

渗透性

吸附性

不锈钢

真空橡胶

较小

紫铜

对水吸附性强

乳胶

聚四氟乙烯

很小




4.内表面光滑、耐磨损

      管材的这一特性对输送高纯气体至为重要。管材内表面的光滑度高,可以防止污染粒子和水汽在管内滞留和吸附,耐磨性好可以减少管材本身在高速气流的冲刷(击)下产生的金属粉末,避免高纯气体的污染。表3对铜管和不锈钢管在高速气流冲刷下的产尘量作了比较。可见,不锈钢管的耐磨性优于铜管。

表3 管材含尘量比较

管材

氮气

氧气

粒径(μm)

粒/英尺3

粒径(μm)

粒/英尺3

铜管

0.12~0.8

29700

0.12~0.8

25650

不锈钢管(316L)

0.12~0.8

12500

0.12~0.8

18500

 5.耐腐蚀

      在生产工艺中,使用腐蚀性强的气体时必须选用耐腐蚀的不锈钢管,不得使用普通无缝钢管或镀锌钢管,不然会污染高纯气体。   

6.管材的性能稳定,在焊接处理时管材组织不发生变化

      在输送大流量的高纯气体时,管道的连接,原则上全部采用焊接。这就要考虑管材在焊接时,受高温热影响的部位不能发生组织变化,含碳量过高的钢管在高温下会析出碳,产生局部腐蚀应力,增加了焊接部位的渗透性(透气性),破坏了输送气体的纯度、干燥度和洁净度,使得先前的一切努力付诸东流。所以选用低碳钢管如316L不锈钢管就合适多了。另外,镀锌钢管的焊接会破坏镀锌层,如在焊后将管内外实施补镀锌,其实际操作恰是极不容易,补镀如不完美,反而加速该处的腐蚀速度。因此高纯度气体管道不得使用镀锌钢管。


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