Com base na construção real de uma instalação de produção de água ultrapura com resistividade superior a 18,2 MΩ·cm, este artigo apresenta os processos fundamentais de produção de água ultrapura. Ele dá ênfase especial aos materiais de tubulação usados em vários estágios do tratamento de água e fornece um relato detalhado da instalação de tubulação de água ultrapura com base na experiência prática.
I. Visão Geral do Sistema de Água Ultrapura
Com o desenvolvimento da indústria eletrônica, os requisitos de qualidade da água durante a fabricação e processamento de chips tornaram-se cada vez mais rigorosos. Para garantir a produção de circuitos integrados em escala ultra-grande-, água de alta-pureza-juntamente com matérias-primas, gases e produtos químicos de alta-pureza-é um fator crítico. Os sistemas de água ultrapura transformam a água municipal padrão em água ultrapura que atende a padrões rigorosos em relação ao conteúdo de íons e ao tamanho das partículas.
Geralmente, um sistema de água ultrapura consiste em três seções principais:
Área de produção de água ultrapura (seção CUB),
Área de polimento e circulação de água ultrapura (seção FAB),
Rede de tubulações de distribuição de água ultrapura (diversas áreas de utilização da FAB).
A área de produção de água ultrapura é a mais complexa e pode ser subdividida em três partes:
Pré-tratamento,
Purificação primária,
Tratamento de água ultrapura.
A seção de pré-tratamento inclui principalmente filtração de areia e torres de carvão ativado (alguns fabricantes também adicionam tanques de reação e tanques de flotação de ar dissolvido antes da filtração de areia);
A seção de purificação primária inclui principalmente torres de troca de ânions/cátions, torres de desgaseificação (DG), filtros de segurança, esterilizadores UV e unidades de osmose reversa de vários-estágios;
A seção de água ultrapura inclui principalmente MDG (módulos de desoxigenação de membrana), esterilizadores TOC-UV, trocadores de íons de leito-misto (MB) e filtros de ponto-de{3}}uso.
No entanto, como a tubulação pode re-contaminar a água durante o transporte para o equipamento de processo, normalmente é instalado um sistema de polimento e circulação dentro da FAB. Este sistema é centrado em unidades de leito misto (MB) complementadas por equipamentos de ultrafiltração (UF) para remover impurezas lixiviadas na água da rede de tubulação durante a distribuição para as linhas de produção.
II. Materiais de tubulação comumente usados em cada estágio do sistema de água ultrapura
A seleção dos materiais de tubulação corretos é crucial para sistemas de água ultrapura; a escolha deve garantir a qualidade da água e, ao mesmo tempo, ser economicamente razoável. Os materiais de tubulação comumente usados em sistemas de água ultrapura incluem PVC, SGP, SGP (RL), SUS304, CPVC, SUS316 e PVDF. A tubulação de PVC ou SUS304 é normalmente usada durante o estágio de pré-tratamento da produção de água ultrapura. A tubulação de aço-revestida de borracha (SGP-RL) é geralmente usada para conexões laterais-de equipamentos, enquanto a tubulação SUS304 é usada em torno de máquinas vibratórias, como bombas de água; A tubulação CPVC ou SUS304 é usada para as linhas de fluxo principais durante o estágio de purificação primária. Devido à alta pressão, a seção entre a bomba de alta-pressão e a unidade de osmose reversa (RO) requer tubulação SCH80 SUS304 e flanges classificados para 2,0 MPa. Como os processos de OR têm requisitos específicos de temperatura da água, os trocadores de calor são normalmente instalados a montante da unidade de OR e a tubulação SUS304 deve ser usada nas suas proximidades. As tubulações SUS316 e CPVC são geralmente usadas para as principais linhas de fluxo durante a fase de produção de água ultrapura. As principais linhas de fluxo na zona de circulação de polimento normalmente utilizam tubulação SUS316 (conexões soldadas que exigem penetração total/formação de cordão de solda de dupla face) e tubulação de PVDF, enquanto a tubulação de CPVC é usada para linhas de recuperação de água ultrapura. A tubulação de PVC padrão é usada para linhas de descarga de águas residuais em todas as etapas de tratamento de água mencionadas acima. A tubulação-de PVC resistente a impactos é necessária para linhas de dosagem de produtos químicos (como aquelas para ácidos e álcalis) dentro do processo de produção de água pura. A tubulação SUS304 é usada para o sistema de nitrogênio que atende o sistema de água pura, enquanto a tubulação SUS316 é usada para as linhas de nitrogênio no sistema de polimento de água ultrapura. A tubulação SUS304 ou SGP é geralmente usada para sistemas de ar comprimido que alimentam válvulas pneumáticas; se for usada tubulação SGP, um filtro deverá ser instalado antes que a linha entre em qualquer painel de controle elétrico.
III. Construção de sistema de água ultrapura
A construção da estação de água ultrapura apresenta o maior desafio e compreende três componentes principais: entrega e instalação de equipamentos, fabricação e instalação de suportes de tubos compartilhados e instalação de tubulação. Ao transportar equipamentos, um plano de içamento detalhado deve ser preparado-especialmente para equipamentos com excesso de peso, grandes dimensões ou frágeis-para evitar rigorosamente práticas de instalação imprudentes ou perigosas. Dois aspectos fundamentais requerem atenção durante a construção de estantes de apoio compartilhadas: primeiro, a ligação entre a estante e a estrutura civil deve ser robusta, utilizando idealmente placas de aço embutidas. Se a pré-incorporação não for possível por qualquer motivo, deverão ser utilizados chumbadores químicos para fixar os suportes às vigas; parafusos de expansão simples e padrão não são permitidos. Em nenhuma hipótese deverão ser utilizadas placas de ferro e parafusos simples de expansão para ancoragem dos suportes à laje. Em segundo lugar, toda a seção do rack de tubos deve ser mantida nivelada para evitar dobras ou danos causados por tensões irregulares nos pontos de contato entre o tubo e o rack. Em relação à instalação de tubulação na estação de água, embora as linhas de CDA, nitrogênio e vapor do trocador de calor ou água quente/fria possam ser instaladas sistema-por{10}}sistema, a instalação de outras tubulações da estação é dividida em duas partes principais: tubulação de rack e tubulação-adjacente do equipamento. Estas duas partes podem prosseguir simultaneamente durante a fase inicial de construção. Depois que as seções retas no rack e a tubulação imediatamente ao redor do equipamento estiverem concluídas, a conexão entre a tubulação{{14}adjacente ao equipamento e a tubulação do rack deverá ser executada para formar um sistema de tubulação fechado. A instalação da tubulação do sistema de água ultrapura difere significativamente daquela da tubulação de serviços públicos gerais; além de garantir a estanqueidade do sistema, um requisito crítico é manter a limpeza dos tubos durante todo o processo de instalação. Abaixo, discutirei as técnicas de instalação específicas para tubulações de CPVC (Cloreto de Polivinila Clorado) e PVDF (Fluoreto de Polivinilideno) em sistemas de água ultrapura.
4. Instalação de tubulações de CPVC e PVDF em sistemas de água ultrapura
Os materiais de tubulação CPVC e PVDF atendem aos rigorosos requisitos dos sistemas de água ultrapura em relação à lixiviação de íons metálicos e carbono orgânico, à ausência de partículas finas e à prevenção do crescimento bacteriano viável. Como os materiais de tubulação e acessórios são processados e embalados em ambientes ultra{1}}limpos, sua instalação envolve procedimentos específicos. Para tubulação de CPVC, deve-se usar adesivo para tubos de plástico-de fabricação japonesa "No. 85". O corte de tubos deve ser realizado com serra de fita elétrica ou cortador de tubos rotativo; o uso de serras manuais deve ser evitado sempre que possível (pois dificultam-a-remoção de rebarbas nas pontas cortadas). As rebarbas nas extremidades cortadas devem ser completamente removidas e um chanfro de 2–3 mm deve ser aplicado na extremidade do tubo. Isso evita que o adesivo seja raspado no encaixe durante a colagem-um erro que pode reduzir a área de superfície de colagem e causar vazamentos na junta. O adesivo deve ser aplicado uniformemente nas superfícies de ligação das conexões e tubos. Antes da aplicação, remova a poeira superficial da superfície interna das conexões e da superfície externa dos tubos usando um pano branco, depois desengordure e limpe-os com um pano-sem fiapos umedecido com acetona. Além disso, manter a limpeza durante a instalação é crucial-esta é a principal diferença entre a instalação da tubulação de CPVC e a da tubulação de PVC padrão. Estritamente falando, a colagem de tubos de CPVC deve ser realizada em um ambiente de sala limpa, com conexões finais feitas no-local usando flanges. No entanto, devido às condições específicas do local, o corte, a colagem e a instalação geralmente ocorrem no-local. Nesses casos, a área de trabalho deve ser mantida relativamente limpa (livre de poeira pesada). As operações de colagem não devem ser realizadas diretamente no solo; em vez disso, deve ser usada uma plataforma de fabricação dedicada. Os trabalhadores devem usar luvas descartáveis especializadas para salas limpas; é proibido tocar nas paredes internas do tubo com as mãos desprotegidas (pois a oleosidade da pele transferida para a parede interna é difícil de lavar). Use um extrator de cabo ou ferramenta semelhante ao inserir tubos e marque o tubo para verificar se a profundidade de inserção é suficiente. PTFE (politetrafluoretileno) deve ser usado como material de vedação entre os flanges. Os tubos devem ser protegidos durante o armazenamento, colocando-os sobre lonas ou lonas plásticas.
Os sistemas de tubulação PVDF dependem inteiramente de conexões soldadas. A limpeza durante a operação e o controle rigoroso do ambiente de instalação são fundamentais. A soldagem de tubos PVDF deve ser realizada dentro de um gabinete limpo e dedicado; ambientes gerais de sala são inadequados. O pessoal que entra na área de fabricação limpa deve usar calçados especializados, e as extremidades dos tubos e conexões devem permanecer seladas até que estejam dentro da área limpa. Os materiais de embalagem das conexões só devem ser removidos imediatamente antes da instalação. Luvas descartáveis de PVC limpas devem ser usadas durante a soldagem e as extremidades dos tubos devem ser desengraxadas e limpas com álcool isopropílico, etanol ou acetona antes do início da soldagem. Somente panos-sem fiapos devem ser usados para limpeza, e os panos sujos devem ser substituídos imediatamente. O pessoal que auxilia no processo de soldagem também deve usar luvas de algodão limpas. Uma inspeção visual deve ser realizada imediatamente após a conclusão de cada soldagem; o cordão de solda ao redor da junta deve ter altura uniforme e sobressair acima da superfície externa do tubo. Depois que a tubulação de PVDF for soldada, as extremidades do tubo deverão ser vedadas imediatamente antes do transporte para o local de instalação, onde serão empregadas conexões de flange-utilizando juntas de PTFE-. Durante a instalação, são feitas medições-precisas no local para produzir desenhos detalhados de fabricação e instalação, após os quais pessoal especializado realiza a soldagem e a fabricação. As equipes de soldagem e instalação operam com responsabilidades claramente definidas para maximizar a eficiência operacional.
V. Conclusão
Em resumo, a construção de sistemas de água ultrapura exige não apenas a adesão a padrões rígidos-de estanqueidade do sistema, mas, mais importante ainda, um foco na promoção da "consciência sobre limpeza" entre o pessoal da construção. Os trabalhadores devem seguir conscientemente os protocolos para instalação de tubulações limpas e executar as tarefas de acordo com os requisitos específicos de cada etapa do tratamento de água. Essa abordagem evita a contaminação causada por práticas de construção inadequadas-que poderiam comprometer a qualidade da água, deixar de atender às especificações do cliente e levar a incidentes-relacionados à qualidade.
