張亞斌

摘? ?要：隨著近年來我國科學(xué)技術(shù)水平的快速發(fā)展，各類電子工業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)和制造技術(shù)也獲得了顯著提升。半導(dǎo)體電子元器件的生產(chǎn)、制造和加工過程能夠直接影響到我國電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平，更能帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。在半導(dǎo)體工廠的生產(chǎn)制造過程中，冷水系統(tǒng)作為重要的輔助類型系統(tǒng)之一，其提供的水蓄冷和設(shè)備冷卻水預(yù)冷這兩種典型節(jié)能功能能夠有效幫助半導(dǎo)體材料加工實(shí)現(xiàn)效率和質(zhì)量的雙重提升。本文結(jié)合半導(dǎo)體工廠冷水系統(tǒng)及其相關(guān)設(shè)備的節(jié)能特性，從整體項(xiàng)目管理方式的角度入手進(jìn)行深入的研究與分析，希望以此為后續(xù)的類似項(xiàng)目工程提供一定的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體工廠? 冷水系統(tǒng)? 節(jié)能管理? 效果評價

中圖分類號：TU831.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）09（c）-0176-02

改革開放以來，我國工業(yè)制造水平實(shí)現(xiàn)了突破式的發(fā)展與進(jìn)步。各類技術(shù)難題和壁壘被持續(xù)不斷地打破。在電子產(chǎn)品的加工和生產(chǎn)領(lǐng)域，自20世紀(jì)90年代末以來，半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)獲得了快速的升級和發(fā)展。眾多芯片半導(dǎo)體生產(chǎn)工廠不斷建成投產(chǎn)，為我國電子產(chǎn)品的功能性和全面性發(fā)展提供了優(yōu)質(zhì)的電子元器件材料。一般來說，生產(chǎn)和加工芯片的工廠在日常運(yùn)營中的能源消耗量十分巨大，而在當(dāng)今節(jié)能減排理念深入人心的時代背景中，從加工環(huán)節(jié)中落實(shí)節(jié)能減排的環(huán)保化核心理念已成為半導(dǎo)體工廠發(fā)展的必由之路。各類創(chuàng)新型節(jié)能技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用都能夠大幅度減少傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的能源消耗量，實(shí)現(xiàn)能源利用和管理模式的創(chuàng)新。新型半導(dǎo)體工廠所采用的冷水系統(tǒng)普遍具有優(yōu)良的節(jié)能性能，現(xiàn)針對半導(dǎo)體工廠冷水系統(tǒng)的節(jié)能管理方式及相關(guān)核心內(nèi)容進(jìn)行研究。

1? 半導(dǎo)體工廠冷水系統(tǒng)概述

常規(guī)的半導(dǎo)體工廠所使用的冷水系統(tǒng)組成成分由獨(dú)立電器柜、冷卻塔、冷卻水泵、加藥裝置等構(gòu)成。在實(shí)際應(yīng)用過程中，一次、二次分水箱和集水箱都需要采取冷凍水泵統(tǒng)一供應(yīng)冷凍水的方式，起到循環(huán)冷卻制冷的功能。半導(dǎo)體工廠日常生產(chǎn)中需要應(yīng)用到冷凍水的生產(chǎn)環(huán)節(jié)較多且分布較為分散，在冷水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)過程中，應(yīng)在充分滿足生產(chǎn)需要的同時，盡可能的保證其具備較高的能源利用效率和環(huán)境友好程度。

2? 水蓄冷節(jié)能項(xiàng)目

2.1 項(xiàng)目建設(shè)目的

通過建設(shè)水蓄冷節(jié)能項(xiàng)目，可在半導(dǎo)體工廠夜間低谷用電期采取集中制冷措施，并大幅度節(jié)約用電成本。將生產(chǎn)所需的水提前降溫至可利用狀態(tài)，在白天用電高峰時段使用。以此消除頂峰和低谷電價之間的不平衡效應(yīng)，整體實(shí)現(xiàn)節(jié)約生產(chǎn)成本的目的。

2.2 項(xiàng)目節(jié)能原理與應(yīng)用方式

半導(dǎo)體工廠原本的生活水箱可以結(jié)合生產(chǎn)規(guī)模和工藝的需要進(jìn)行方向性改造。在原本生活用水箱的基礎(chǔ)上改造為儲水冷水箱。同時，為了不影響正常的生活用水需要，還可額外配建一個體積稍小的生活水箱。當(dāng)夜晚用電量低，電價處于低谷時將冷水存儲到冷水箱中。待白天大規(guī)模恢復(fù)生產(chǎn)后，通過新風(fēng)降溫等方式充分利用儲藏的冷水進(jìn)行生產(chǎn)。從而建立冷水循環(huán)系統(tǒng)，在炎熱的夏季充分降低生產(chǎn)成本和能源消耗。

2.3 項(xiàng)目優(yōu)勢與前景

這種通過改造原有水箱并建設(shè)冷水儲藏和循環(huán)利用系統(tǒng)的方式能夠充分適應(yīng)現(xiàn)階段多數(shù)半導(dǎo)體工廠的實(shí)際生產(chǎn)需要，且充分利用了原有的廠區(qū)設(shè)施，無需投入過多的額外建造成本。在初始投資額度上實(shí)現(xiàn)了良好的管控，這套系統(tǒng)建設(shè)并投入運(yùn)營后，能夠在不影響其他相關(guān)設(shè)備運(yùn)行的情況下進(jìn)一步提供生產(chǎn)和操作的便捷程度，也有利于半導(dǎo)體工廠在生產(chǎn)和運(yùn)營工程中獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 項(xiàng)目管理和運(yùn)行重點(diǎn)

項(xiàng)目投入運(yùn)營后，應(yīng)注意運(yùn)行過程的合理控制。在夜間蓄冷時段，由于室外的溫度急劇下降且大部分辦公區(qū)內(nèi)的空調(diào)關(guān)閉，整個廠區(qū)內(nèi)的用電負(fù)荷將呈明顯的下降趨勢。此時產(chǎn)生的多余制冷量能夠充分滿足水池蓄冷的實(shí)際需要。因此，在廠區(qū)整體用電輸出的基礎(chǔ)上可適當(dāng)縮小電量供應(yīng)范圍。另一方面，在白天生產(chǎn)取冷的過程中，受到新風(fēng)系統(tǒng)大量能量的使用需要，制冷量所產(chǎn)生的較高用電負(fù)荷會加載在水蓄冷系統(tǒng)之上，此時新風(fēng)預(yù)處理系統(tǒng)和水蓄冷系統(tǒng)需要同時開啟，這時要注意控制廠區(qū)的最大電量荷載。不管是蓄冷還是取冷過程，蓄冷系統(tǒng)都應(yīng)該區(qū)別于常規(guī)的關(guān)閉時空調(diào)系統(tǒng)，作為開放式系統(tǒng)使用。為了滿足各種規(guī)模的生產(chǎn)需要，取冷泵和相關(guān)閥門的選型也應(yīng)充分考慮到各種工況下的水壓大小。須優(yōu)先選用耐高壓差的閥門，以保證生產(chǎn)過程的穩(wěn)定和安全。此類開放式用水系統(tǒng)操作的頻繁程度較高，因此在閥門選材和安裝上一定要確保質(zhì)量過關(guān)，避免造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

3? 設(shè)備冷卻水預(yù)冷節(jié)能項(xiàng)目

3.1 項(xiàng)目目的

在每年的秋冬季節(jié)，一般在10月至次年4月，室外氣溫較低。這時可利用冷卻塔的閑置能源和自然環(huán)境的低溫環(huán)境共同作用于水體的冷卻過程中。從而降低半導(dǎo)體工廠制備和使用冷凍水的能源消耗和冷凍水的使用量，從而間接達(dá)到節(jié)約能源的目的。

3.2 項(xiàng)目節(jié)能方式

半導(dǎo)體工廠原有的冷卻水送水溫度和回水溫度之間會存在一定差異，通常在3℃～5℃。可充分利用這一溫度上的差值，在冷卻過程中減少冷凍水的使用量或借助其他外部環(huán)境加快水體溫度的降低。由于秋冬季節(jié)氣溫較低，水體冷卻的速度較其他季節(jié)有明顯的加快，大量冷卻塔也因此閑置。此時，利用這些閑置的設(shè)備為設(shè)備冷卻水進(jìn)行冷卻，既能充分發(fā)揮這些設(shè)備的潛在價值，也可進(jìn)一步縮減工廠生產(chǎn)的整體成本。

3.3 項(xiàng)目優(yōu)勢與前景

設(shè)備冷卻水預(yù)冷節(jié)能項(xiàng)目的優(yōu)勢十分明顯，由于半導(dǎo)體工廠內(nèi)的冷卻塔都是既有的，只需要額外增加一部板式熱交換器，并使用水泵搭建一套循環(huán)管路即可。通過水泵的水循環(huán)促進(jìn)作用，推動冷卻水的循環(huán)并加快其冷卻效果。因此項(xiàng)目所產(chǎn)生的額外建設(shè)成本較低。結(jié)合以往半導(dǎo)體工廠建設(shè)設(shè)備冷卻水預(yù)冷節(jié)能系統(tǒng)的實(shí)際效果來看。在系統(tǒng)建設(shè)完畢并投入使用后，約一至兩年即可收回全部成本，并且該系統(tǒng)會在后續(xù)的生產(chǎn)運(yùn)營過程中為企業(yè)帶來巨大的成本優(yōu)勢。

4? 其他節(jié)能項(xiàng)目與管理方式

除了上述兩類冷水系統(tǒng)外，冷凍機(jī)水回收、冷水系統(tǒng)的節(jié)能改造等也能顯著提升能源利用效率并減少不必要的成本浪費(fèi)。在冷水系統(tǒng)的運(yùn)行、監(jiān)管和維護(hù)過程中，應(yīng)及時處理各類故障，縮短設(shè)備異常給生產(chǎn)過程帶來的不利影響。冷水系統(tǒng)的組成成分中，冷凍機(jī)是較為關(guān)鍵的設(shè)備之一，日常維護(hù)時要注意關(guān)注其排氣量及排氣周期，并盡量避免成本較高的冷媒泄漏，嚴(yán)格控制其對環(huán)境的影響。同時應(yīng)關(guān)注保溫層的完整情況，防止意外破損影響冷水系統(tǒng)的制冷效率。落實(shí)冷動機(jī)數(shù)據(jù)的記錄等工作，為日常維護(hù)和檢修提供真實(shí)有效的參考數(shù)據(jù)。此外，冷卻塔風(fēng)機(jī)內(nèi)部的電路系統(tǒng)在夏季極易形成冷凝水。在夏季到來前要做好排查工作，保證冷卻水和管道的清潔，適當(dāng)增加排污次數(shù)，以此實(shí)現(xiàn)冷卻水導(dǎo)電率的有效控制。高溫條件下的風(fēng)機(jī)設(shè)備對于冷水系統(tǒng)十分關(guān)鍵，在定期檢修維護(hù)的基礎(chǔ)上還應(yīng)設(shè)置備用風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，避免意外故障影響正常的生產(chǎn)作業(yè)進(jìn)度。

5? 結(jié)語

現(xiàn)階段半導(dǎo)體工廠可采取的節(jié)能減排措施所涉及到的領(lǐng)域主要是生產(chǎn)成本控制和能源消耗等幾個方面。冷水系統(tǒng)所帶來的成本控制范圍相較于其建設(shè)的投入來說，對企業(yè)具有顯著的益處。在各類先進(jìn)水循環(huán)設(shè)備和冷卻設(shè)施的引入和應(yīng)用過程中，企業(yè)的節(jié)能減排效果還可進(jìn)一步提升。在國家積極推進(jìn)企業(yè)節(jié)能生產(chǎn)的時代背景下，半導(dǎo)體工廠急需結(jié)合自身產(chǎn)業(yè)規(guī)模和發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃創(chuàng)新生產(chǎn)制造技術(shù)，并在生產(chǎn)過程的能源消耗方面持續(xù)優(yōu)化。

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