楊樂輝 李元昊 武曄秋

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集成電路廠房動力站系統(tǒng)設(shè)計

楊樂輝1李元昊2武曄秋3

（1.陜西同濟土木建筑設(shè)計有限公司 西安 710002； 2.西安熱工研究院有限公司 西安 710054； 3.山西大同大學(xué)建筑與測繪工程學(xué)院 大同 037001）

針對集成電路廠房生產(chǎn)工藝特點，介紹了其動力站冷凍水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、空分制氮系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)、純水系統(tǒng)及事故通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計及設(shè)備選擇。

集成電路廠房；動力站系統(tǒng)；設(shè)計；設(shè)備選擇

0 引言

集成電路產(chǎn)業(yè)是當(dāng)今信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)得以高速發(fā)展的基礎(chǔ)及源動力，其發(fā)展規(guī)模和技術(shù)水平已經(jīng)成為衡量一個國家的產(chǎn)業(yè)競爭力、綜合國力的重要標(biāo)志之一。相比一般的工業(yè)廠房項目，集成電路廠房項目建設(shè)具有高、尖、精的特征。專業(yè)種類多、工藝復(fù)雜，既有復(fù)雜的土建設(shè)施，又有苛刻的高等級無塵潔凈車間，涉及電力、儀控、暖通、消防、熱能動力、特殊氣體、劇毒化學(xué)品、超純水及廢水處理等特殊工藝[1]。動力站是為主廠房提供動力的主要輔助建筑，是廠區(qū)的心臟，主要包括熱水系統(tǒng)、冷凍水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、空分氮氣系統(tǒng)和事故通風(fēng)系統(tǒng)等。廠房動力站內(nèi)設(shè)置冷凍站、換熱站和純水站。動力需求總表見表1。

表1 動力需求總表

續(xù)表1 動力需求總表

1 動力站系統(tǒng)設(shè)計

1.1 冷凍水系統(tǒng)

根據(jù)冷熱負(fù)荷需求，在7號動力站內(nèi)增設(shè)一臺雙制式的水源熱泵機組，同時在2號廠房動力站內(nèi)設(shè)置單制冷的冷凍站。

1.1.1 計算冷負(fù)荷及設(shè)備選型

根據(jù)表1所示動力用量表，冷負(fù)荷分述如下：

7號動力站擴容增加3700kW制冷量的雙制式水源熱泵機組，冷負(fù)荷需求差值為：26458-6906-3700=15852kW。

選擇4臺1500RT（5276kW）的10kV高壓啟動離心式冷水機組，3用1備，單臺電機功率為908kW。冷卻水用冷卻塔置于2號廠房的屋面，冷卻水泵置于動力站內(nèi)。

夏季制冷工況下，若只負(fù)擔(dān)2號廠房一層及廠區(qū)其他所有建筑冷負(fù)荷，總量為14414kW，新增冷負(fù)荷為14414-6906=7508kW，在2號廠房增加1臺1500RT（5276kW）的10kV高壓啟動離心式冷水機組，可滿足使用要求。

冬季制冷工況下，1號廠房的冬季冷負(fù)荷需求為2180kW，2號廠房一層的冬季冷負(fù)荷需求為2682kW，總冷負(fù)荷需求為2180+2682=4862kW?？偟亩局评湫枨笥?號廠房的1臺1500RT（5276kW）的10kV高壓啟動離心式冷水機組提供即可滿足。

1.1.2 系統(tǒng)組成及原理

系統(tǒng)由冷水機組、冷凍水循環(huán)泵、定壓補水裝置、管道、閥門及附件等組成。

冷凍水系統(tǒng)采用閉式系統(tǒng)，冷水機組制備的7℃冷凍水由冷凍水泵送至新風(fēng)空調(diào)機組的冷卻盤管、循環(huán)空調(diào)機組、工藝?yán)鋮s水板式換熱器等。從循環(huán)空調(diào)機組等用冷設(shè)備回來的冷凍水回水（12℃）由冷凍水泵加壓后送回冷凍機組；設(shè)置在站房的定壓補水裝置提供冷凍水系統(tǒng)的定壓補水，補水采用已有RO水。冷水機組根據(jù)負(fù)荷的大小進行調(diào)節(jié)，并提供不同的冷量。

冷卻水供/回水溫度為32/37℃。冷凍水管道采用無縫鋼管，閥門采用碳鋼蝶閥。冷凍水管道采用橡塑保溫。

1.1.3 測量及控制

冷水機組本身配有微電腦控制，能根據(jù)冷負(fù)荷變化自動進行能量調(diào)節(jié)，配有機組安全運行的必要顯示，報警、自動停機等保護設(shè)施，本設(shè)計增設(shè)如下測量控制設(shè)施。

當(dāng)用戶負(fù)荷低于20%時，多余的水從供回水總管之間的旁通管回流。新增冷水機組和水泵運行狀態(tài)接入原有集中監(jiān)測系統(tǒng)；冷水機組冷凍水供、回水管設(shè)壓力表、溫度計；水泵吸水、壓水管上設(shè)壓力表；冷水機組與冷凍水循環(huán)泵，冷卻水循環(huán)泵，冷卻塔連鎖；冷凍水供回水干管之間設(shè)壓差旁路控制裝置。

1.1.4 環(huán)保與節(jié)能

（1）環(huán)保措施

選擇使用環(huán)保冷媒R134a的冷水機組；

選用低噪聲、低振動設(shè)備，設(shè)備基礎(chǔ)采用隔振墊，設(shè)備與管道之間的連接采用柔性連接，以減少噪聲和振動的傳遞；

室內(nèi)墻面敷設(shè)吸音材料；

運行為中央監(jiān)控，只需定期去現(xiàn)場巡視。

（2）節(jié)能措施

設(shè)置節(jié)能板換，冬季時冷水機組停止運行，由冷卻塔代替冷水機組，節(jié)能環(huán)保；

選用節(jié)能設(shè)備；

冷水機組的主電動機采用水冷卻，比較經(jīng)濟；

冷水機組的冷卻水循環(huán)使用有利于節(jié)能。

1.2 壓縮空氣系統(tǒng)

1.2.1 設(shè)備選型

根據(jù)表1所示動力用量表，壓縮空氣需求如下：

1號廠房工藝設(shè)備所需壓縮空氣量規(guī)劃合計為297m3/min。2號廠房壓縮空氣用氣量為905m3/min，全廠區(qū)工藝設(shè)備所需壓縮空氣量規(guī)劃合計為1218m3/min，按0.95的使用系數(shù)，合計使用氣量為1157m3/min。

7號動力站現(xiàn)有120m3/min的離心式空壓機2臺，77m3/min及123m3/min的離心式空壓機各1臺，總裝機容量為440m3/min。500m3/min的干燥機1臺及250m3/min的干燥機2臺，可以滿足1號廠房所有用氣需求。

7號動力站配置4臺250m3/min、0.85MPa的水冷無油離心空壓機，電機功率為1600kW/10kV，3用1備，并配置500m3/min的壓縮熱干燥機1臺，滿足1號及2號廠房的壓縮空氣使用要求。新增管道與現(xiàn)有管道并網(wǎng)，預(yù)留接口。根據(jù)2號廠房生產(chǎn)規(guī)模增加情況分階段購置空壓機。

2號廠房一層工藝設(shè)備所需壓縮空氣量規(guī)劃合計為180m3/min，按0.95的使用系數(shù)，設(shè)計使用氣量為171m3/min。

需增加1臺250m3/min、0.85MPa的水冷無油離心空壓機，現(xiàn)有的123m3/min的離心式空壓機作為備用機組，現(xiàn)有干燥機滿足使用要求。

1.2.2 系統(tǒng)簡述

（1）系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由空壓機、壓縮熱吸附式干燥器、兩級過濾器、儲氣罐、管道、閥門及附件等組成。

（2）系統(tǒng)原理

來自室外的空氣經(jīng)空壓機初級過濾、壓縮后，經(jīng)前置過濾器除去塵埃和部分水分后進入壓縮熱吸附式干燥器，最后經(jīng)過兩級過濾器過濾后獲得壓力露點小于-40℃、塵埃粒徑≤0.01μm的干燥凈化壓縮空氣，進入壓縮空氣儲氣罐，送至各使用點，使用點的供氣壓力為0.5～0.7MPa。

壓縮空氣管道采用SUS304管，閥門為不銹鋼球閥。

（3）測量及控制

空壓機本身配有微電腦控制，配有機組安全運行的必要顯示，報警、自動停機等保護設(shè)施，本設(shè)計增設(shè)如下測量控制項目：

新增空壓機、壓縮熱吸附式干燥器接入現(xiàn)有集中監(jiān)控系統(tǒng)；

供氣干管設(shè)流量計；

空壓機選用低噪聲、低振動設(shè)備，設(shè)備基礎(chǔ)采用隔振基礎(chǔ)，以降低噪音；

室內(nèi)墻面敷設(shè)吸音材料；

運行為中央監(jiān)控，只需定期去現(xiàn)場巡視。

1.3 空分制氮系統(tǒng)

1號廠房規(guī)劃合計氮氣用量587m3/h，2號廠房規(guī)劃合計氮氣用量1443m3/h，總用氣量為587+1443=2030m3/h，現(xiàn)有空分制氮設(shè)備1600m3/h，液氮儲罐作為備用系統(tǒng)。

1號廠房規(guī)劃+2號廠房一層合計氮氣用量954m3/h，現(xiàn)有空分制氮設(shè)備1600m3/h，液氮儲罐作為備用系統(tǒng)，滿足使用要求。

1.4 熱水系統(tǒng)

7號動力站制冷機房現(xiàn)有三臺RSL2180M水源熱泵機組（單臺制冷量2180kW，制熱量2380kW）一臺RSL370水源熱泵機組（制冷量366kW，制熱量403kW），總制冷量6906kW，總制熱量7543kW。

預(yù)留機位處再增設(shè)一臺雙制式的水源熱泵機組，制熱量為4074kW（制冷量為3700kW），擴容后總制熱的裝機容量為7543+4074-2380=9273kW，可以滿足整個園區(qū)的熱負(fù)荷需求（9090kW），同時滿足1號廠房滿產(chǎn)后的冷負(fù)荷需求。

1.5 純水系統(tǒng)

1號廠房規(guī)劃合計純水用量為76.4t/h，2號廠房規(guī)劃合計純水用量為226t/h，使用系數(shù)為0.8，總的純水用量為（76.4+218）×0.8=236t/h。

現(xiàn)有純水站供水能力為120噸/h，在2號廠房動力站建造3套60t/h的EDI純水制備系統(tǒng)，2用1備，滿足1、2號廠房總的純水用量要求。

2號廠房一層規(guī)劃純水用量為28.4t/h，1號廠房與2號廠房一層合計純水用量為28.4+76.4=104.8t/h，現(xiàn)有純水站可滿足使用需求。2號廠房一層所需純水可從現(xiàn)有純水站接入，2號廠房純水制備系統(tǒng)適時配備，兩站管網(wǎng)并網(wǎng)，設(shè)備互為備用。

1.6 事故通風(fēng)系統(tǒng)

對動力站設(shè)置事故通風(fēng)系統(tǒng)，換氣次數(shù)為12次/h，自然補風(fēng)。事故通風(fēng)分別在房間內(nèi)、外便于操作的地點設(shè)置手動開關(guān)。當(dāng)機房內(nèi)的制冷劑或其他易燃易爆等有害氣體泄漏時，布置在房間內(nèi)的氣體探測器發(fā)出聲光警報，同時聯(lián)鎖事故風(fēng)機啟動，迅速將泄漏氣體排出室外。

2 集成電路廠房動力站系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)注意的問題

2.1 動力站位置

由于動力站至主車間的各系統(tǒng)均采用管道輸送介質(zhì)，為減少管路輸送損失，降低能耗，應(yīng)盡可能將動力站布置在靠近主車間的位置。同時應(yīng)分析能耗較高的工藝設(shè)備布置路線，使其動力主管線以短、平、直的方式接入。

2.2 站內(nèi)設(shè)備及管道布置

由于動力站內(nèi)設(shè)備品種，數(shù)量較多，合理布置設(shè)備非常重要，一方面盡可能將同類型的設(shè)備集中布置，便于管理；另一方面要兼顧減少各系統(tǒng)的管路連接，站內(nèi)管道管徑大，與設(shè)備連接多，應(yīng)盡量采用地上沿墻、柱或支吊架形式敷設(shè)。冷卻塔設(shè)在動力站屋頂，儲氣罐布置在動力站室外。

2.3 配電及控制

由于動力站用電負(fù)荷較大，其低壓配電應(yīng)盡量設(shè)置在動力站，靠端頭布置，另一端可作為預(yù)留發(fā)展端，為改善操作人員的工作條件、設(shè)置專門的控制值班室，布置在值班人員便于觀察所有機器運轉(zhuǎn)的部位，并作隔聲處理。

2.4 噪聲通風(fēng)

由于空壓機放散管及制氮機吸附氣體管發(fā)出的噪聲超標(biāo)，在其出口應(yīng)加裝消聲器；空壓機、水泵等設(shè)備的基礎(chǔ)配套設(shè)計減振裝置，以減少設(shè)備振動帶來的噪聲。動力站盡量采用兩側(cè)開窗自然通風(fēng)和采光。

3 結(jié)論

在確定集成電路廠房動力站系統(tǒng)方案時，設(shè)計人員應(yīng)充分了解生產(chǎn)線工藝流程，仔細(xì)研究運行過程中所需水、氣的耗量及參數(shù)特點，確保系統(tǒng)設(shè)計安全、經(jīng)濟、合理。

[1] 顧曉文.氨綸工程動力站系統(tǒng)設(shè)計[J].暖通空調(diào),2013,33(2):69-71.

[2] GB50736-2012,民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[3] GB50472-2008,電子工業(yè)潔凈廠房設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2008.

[4] GB50029-2003,壓縮空氣站設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2003.

[5] GB50019-2003,采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.

[6] GB50019-2015,工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2015.

[7] 褚金堯.某公司苯酐增塑劑項目暖通動力設(shè)計[J].發(fā)電與空調(diào),2015,166(36):84-88.

[8] 李忠.創(chuàng)芯公司集成電路廠房項目的質(zhì)量管理研究[D].蘭州:蘭州大學(xué),2015.

Mechanical Power House System Design of an Integrated Circuit Project

Yang Lehui1Li Yuanhao2Wu Yeqiu3

( 1.Shanxi Tongji Architectural Design Civil Engineering Co., Ltd, Xi’an, 710002; 2.Xi’an Thermal Power Research Institute Co., Ltd, Xi’an, 710054; 3.Shanxi Datong University, Datong, 037001 )

According to the characteristics of the integrated circuit processing, presents designs of the chilled water system, compressed air system, nitrogen system, hot water system, pure water system, emergency ventilation system and equipment selection in the mechanical power house of the project.

integrated circuit workshop; mechanical power house system; design; equipment selection

TU27

A

1671-6612（2018）02-141-04

楊樂輝（1982.03-），男，碩士，暖通工程師，E-mail：ylh0305@126.com

李元昊（1982.12-），男，學(xué)士，暖通工程師，E-mail：945835302@qq.com

2017-06-05