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硅集成电路芯片工厂设计规范GB50809-2012

发布时间:2022-12-05
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中华人民共和国国家标准

多晶硅工厂设计规范

Codefordesignofpolysiliconplant

GB51034-2014

 

  主编部门:中国有色金属工业协会

  批准部门:中华人民共和国住房和城乡建设部

  施行日期:2015年5月1日

  中华人民共和国住房和城乡建设部公告

  第530号

  住房城乡建设部关于发布国家标准《多晶硅工厂设计规范》的公告

  现批准《多晶硅工厂设计规范》为国家标准,编号为GB51034-2014,自2015年5月1日起实施。其中,第4.2.8、6.1.3(9)、6.1.6(3)、6.2.8(3)、8.1.1、8.2.1(2、3、5)、8.2.5(3)、8.3.1(2、3)、8.3.2(2)、8.6.4、9.1.3、9.3.4、9.4.3、9.5.2、10.1.3、10.3.4、10.3.6、10.3.9、11.1.6、11.2.3、12.2.5条(款)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

2014年8月27日


前言

  本规范是根据住房城乡建设部《关于印发<2011年工程建设标准规范制订、修订计划>的通知》(建标[2011]17号)的要求,由中国有色工程有限公司、中国恩菲工程技术有限公司会同有关单位共同编制完成的。

  在本规范编制过程中,编制组进行了广泛深入的调查研究,认真总结了我国多晶硅行业的设计、科研、建设和管理经验,并在广泛征求意见的基础上,通过反复讨论、修改和完善,最后经审查定稿。

  本规范共分12章和3个附录,主要内容包括:总则,术语,基本规定,厂址选择及厂区规划,工艺设计,电气及自动化,辅助设施,建筑结构,给水、排水和消防,采暖、通风与空气调节,环境保护、安全和卫生,节能、余热回收等。

  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。

  本规范由住房城乡建设部负责管理和对强制性条文的解释,由中国有色金属工业工程建设标准规范管理处负责日常管理工作,由中国恩菲工程技术有限公司负责具体技术内容的解释。在本规范执行过程中如有意见和建议,请寄送中国恩菲工程技术有限公司(地址:北京市海淀区复兴路12号,邮政编码:100038),以供今后修订时参考。

  本规范主编单位、参编单位、参加单位、主要起草人和主要审查人:

  主编单位:中国有色工程有限公司

  中国恩菲工程技术有限公司

  参编单位:华陆工程科技有限公司

  洛阳中硅高科技有限公司

  多晶硅制备技术国家工程实验室

  江西赛维LDK光伏硅科技有限公司

  参加单位:国电内蒙古晶阳能源有限公司

  昆明冶研新材料股份有限公司

  主要起草人:严大洲杨永亮毋克力肖荣晖汤传斌郑红梅罗英陈希勇吴崇义唐广怀陈维平薛民权付小林姚又省杨健吴昌元朱龄赵晓静李超杨志国孙兵司文学姜利霞张升学谢冬晖万烨王利强高晓辉

  主要审查人:朱黎辉袁桐杨铁荣贺东江周齐领江元升陈廷显崔树玉银波刘毅

以下规范内容由合景净化工程公司http://www.hejiejh.com/进行整理编辑


1总则

  1.0.1为规范多晶硅工厂的工程设计,提高工程设计质量,做到技术先进、经济合理、安全可靠、环保节能,制定本规范。

  1.0.2本规范适用于采用三氯氢硅氢还原法的新建、扩建和改建多晶硅工厂的工程设计,也适用于硅烷歧化法多晶硅厂中三氯氢硅合成、四氯化硅氢化和氯硅烷提纯的工程设计。

  1.0.3多晶硅工厂设计应积极采用节能、环保、高效、先进的装备和工艺,提高资源、能源利用率,实现物料、能源综合利用和清洁生产。

  1.0.4多晶硅工厂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。


2术语

  2.0.1三氯氢硅氢还原法trichlorosilanehydrogenreduc-tionprocess

  经过不断完善的多晶硅生产主流工艺,是将高纯三氯氢硅与高纯氢气按一定比例通入还原炉,发生还原或热分解反应,在1050℃左右的高纯硅芯基体表面上沉积生长多晶硅;同时具备回收、利用生产过程中伴随产生的氢气、氯化氢、四氯化硅等副产物以及副产热能,最大限度地实现“物料内部循环、能量综合利用”的多晶硅生产工艺。

  2.0.2多晶硅polysilicon

  单质硅的一种形态,硅原子以晶格形态排列成许多晶核,晶核长成晶面取向不同的晶粒,晶粒组合结晶成多晶硅。根据用途可分为太阳能级和半导体级。

  2.0.3还原尾气干法回收reductionoff-gasrecoverybydrymethod

  一种相对于传统湿法回收尾气工艺的方法,利用尾气中各组分物理化学性质的差异采用冷凝、吸收、解析、吸附等方法,将其逐一分开回收、提纯,再重新返回生产系统循环利用。

  2.0.4四氯化硅氢化silicontetrachloridehydrogenation

  一种处理多晶硅副产物四氯化硅的方法,与氢反应将其转换成三氯氢硅。

  2.0.5三氯氢硅合成trichlorosilanesynthesis

  一种制取三氯氢硅的方法,将硅粉和氯化氢通入有一定温度的反应器内通过化学反应生成三氯氢硅。

  2.0.6氯硅烷精馏chlorosilanedistillation

  一种通过气液交换,实现传质、传热,使氯硅烷混合物得到高纯度分离的方法。

  2.0.7液氯汽化liquidchlorinevaporization

  一种将液氯加热蒸发成氯气的方法。

  2.0.8氯化氢合成hydrogenchloridesynthesis

  通过化学反应将氢气、氯气生成氯化氢气体的方法。

  2.0.9盐酸解析hydrochloricacidstripping

  一种将氯化氢从盐酸中解析出来的方法。

  2.0.10还原炉reductionreactor

  一种生产棒状多晶硅的专用设备。

  2.0.11二氯二氢硅反歧化inversedisproportionatingofdi-chlorosilane

  一种回收利用二氯二氢硅的方法,通过化学反应将二氯二氢硅与四氯化硅转化成三氯氢硅。

  2.0.12多晶硅后处理polysiliconhandling

  根据客户和产品分析检测的要求,多晶硅出炉后进一步处理的统称,包括切除头尾、钻棒、滚圆、破碎、分拣、称重、腐蚀、清洗、干燥及包装等。

  2.0.13氯硅烷chlorosilane

  硅烷(SiH4)中的氢原子部分或全部被氯原子取代后的物质统称。通常包括四氯化硅(SiCl4)、三氯氢硅(SiHCl3)、二氯二氢硅(SiH2Cl2)、一氯三氢硅(SiH3Cl)等。

  2.0.14还原尾气reductionoff-gas

  还原炉内生成多晶硅的反应过程中未参与反应的原料和生成的副产物的混合气体,主要包括氢气、气态氯硅烷及氯化氢等。

  2.0.15防爆防护墙explosion-proofprotectivewall

  具有一定防爆能力的隔墙,能防止爆炸产生的飞散物对设施及人员的伤害。


3基本规定

  3.0.1太阳能级多晶硅工厂的设计规模应符合国家现行有关光伏制造行业规范条件的要求。

  3.0.2多晶硅工厂应采用符合国家现行有关光伏制造行业规范条件要求的先进工艺技术、节能环保的工艺设备以及安全设施。

  3.0.3多晶硅工厂设计应符合现行国家标准《多晶硅企业单位产品能源消耗限额》GB29447等有关安全、环保、节能、消防以及劳动卫生的规定。


4厂址选择及厂区规划

4.1厂址选择

  4.1.1厂址选择应符合国家产业政策、用地政策、区域规划及行业专项规划的要求,并应按国家有关法律、法规及前期工作的规定进行。

  4.1.2厂址选择时,应对建厂条件进行调查,应论证和评价厂址对当地经济、社会和环境的影响,并应满足防灾、安全、环保及卫生防护的要求。

  4.1.3厂址选择应符合现行国家标准《工业企业总平面设计规范》GB50187及《化工企业总图运输设计规范》GB50489的相关规定,并应符合国家现行有关光伏制造行业规范条件的要求。

  4.1.4厂址宜布局于能源充足、水资源有保障、基础设施配套成熟、产业链布局合理的化工园区,宜采用电厂-多晶硅-化工联营的建厂模式。

  4.1.5厂址应具有满足工程建设要求的工程地质和水文地质条件,并应避开有用矿藏和文物遗址区。

  4.1.6厂址应位于城镇、居民区、工业园区全年最小频率风向的上风侧,不应选在窝风及全年静风频率较高的区域。

  4.1.7配套居住区应与厂区用地同时选择,并宜依托当地城镇的居住设施。

  4.1.8厂址标高宜高于防洪标准的洪水位0.5m以上;不能满足要求时,厂区应有防洪设施,并应在初期工程中一次建成。当厂址位于内涝地区,并有排涝设施时,厂址标高应高于设计内涝水位0.5m以上。

  4.1.9厂址选择应利用荒地、劣地、山坡地及非耕地,并应促进建设用地的集约利用和优化配置。

4.2厂区规划

  4.2.1厂区近期规划应与企业长远发展、区域规划相一致,宜利用城市或园区已有的水、电、汽、消防、污水处理等公用设施;分期建设的工厂,近远期工程应统一规划,近期工程应集中、紧凑、合理布置,并应与远期工程合理衔接。

  4.2.2厂区应根据工厂规模、生产工艺流程、运输、环保、防火、安全、卫生等要求,并结合当地自然条件规划。

  4.2.3厂区规划应利用地形、地势、工程地质及水文地质条件,合理布置建(构)筑物,并应减少土(石)方工程量和基础工程费用。

  4.2.4厂区应按功能分区规划,可分为生产区、公用工程及辅助设施区、储运区、行政办公及生活服务区。可能散发可燃气体的工艺装置、罐组、装卸区或全厂性污水处理场等设施,宜布置在人员集中场所、明火或散发火花地点的全年最小频率风向的上风侧;行政办公及生活服务区宜布置在厂区全年最小频率风向的下风侧,且环境洁净的地段;公用工程及辅助设施区宜布置在生产区与行政办公及生活服务区之间。

  4.2.5厂区总平面设计应满足生产要求,应根据场地和气象条件布置;厂区总平面布置应满足节能环保的要求,并应保持生产系统流程和人流、物流的顺畅。车间布置应符合下列规定:

  1还原车间、多晶硅后处理及检测分析等有洁净车间等级要求的生产单元应布置在厂区有害气体和固体尘埃释放源的全年最小频率风向的下风侧。

  2多晶硅后处理、硅芯制备、检测分析及产品库宜贴邻还原厂房。

  3氯硅烷精馏、四氯化硅冷氢化以及还原尾气干法回收等生产单元在满足生产、操作、安装及检修的条件下,应采用框架结构或露天布置,宜集中布置。

  4液氯库、氯硅烷罐区、氢气罐区等宜靠近厂区一侧布置,并应设置安全的装卸场地、装卸通道和装卸设施;构成重大危险源的装置与厂外周边区域的防火间距应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016、《石油化工企业设计防火规范》GB50160的有关规定。

  5原辅材料及产品应根据性质分类储存,并应布置在便于运输的地段。

  6电力、动力、热力及供水设施宜位于负荷中心或接近服务对象,管线输送宜短捷。总降压变电站应接近还原车间、热氢化车间等用电负荷大的生产单元,并应保证进出线方便;还原车间、热氢化车间的余热回收或热能转换设施应接近或紧靠还原车间、热氢化车间、氯硅烷精馏装置。

  7相对独立的生产单元的工艺辅助设施宜就近配置,应减少非相关系统对其的影响。

  8循环水站宜布置于通风良好的场所,应远离无组织排放的粉尘或可溶性化学物质的地段。

  9三废处理站应布置在厂区全年最小频率风向的上风侧,并远离生活区,应符合安全卫生要求。

  10各生产单元宜采用集中控制,控制室应布置于爆炸危险区域外,应满足相关安全要求。

  11生产区域内的生活设施宜独立布置或紧邻布置在一侧,并应位于甲类设施全年最小频率风向的下风侧,生活设施的设计应满足防火防爆的要求。

  12办公楼、食堂等生产行政管理设施应与生产区分开布置,并宜布置在厂区全年最小频率风向的下风侧,宜根据城市干道和厂区道路情况确定工厂主要出入口的位置。

  4.2.6厂区道路布置除应满足生产和消防的要求外,还应符合下列规定:

  1应满足通道两侧建(构)筑物及露天设施对防火、安全、卫生间距的要求;

  2应满足各种管线、管廊、道路、竖向设计及绿化布置的要求;

  3应满足施工、安装及检修的要求;

  4应满足预留发展用地的要求。

  4.2.7厂区绿化应符合下列规定:

  1应依据当地的气候条件、土壤等因素布置和选择;

  2应与厂区总平面布置、管网相适应,并应与周围环境、建(构)筑物相协调;

  3不应妨碍生产操作、设备检修、消防作业和物料运输;

  4应根据生产特点、污染状况选择有利于安全生产和职业卫生的植物。

  4.2.8厂区内或附近必须设置四氯化硅等还原反应副产物综合利用或处理设施,四氯化硅等还原反应副产物应综合利用,并应做到无害化处理。

  4.2.9地下管线与建(构)筑物、其他管线的水平距离应根据工程地质条件、构架基础形式、检查井结构、管线埋深、管道直径和管内介质的性质等因素确定,并宜符合本规范附录A、附录B的规定。


5工艺设计

5.1一般规定

  5.1.1三氯氢硅氢还原法多晶硅生产工艺流程的设计和工艺设备的选型应符合下列规定:

  1应对建设规模、产品方案、建厂条件、原料与燃料性能及价格、能源消耗、经济效益等进行技术经济比较后确定工艺流程和主要设备;

  2应选择符合国家制造标准、节能环保、先进高效、安全可靠的工艺设备;

  3应采用符合循环经济要求的新技术、新工艺、新设备;

  4物料平衡和能量平衡应根据选定的工艺流程进行计算;

  5不同工序的系统设计、设备选型与配备应根据每个工序和单体设备的运转效率及中间产品的操作需求综合平衡后确定,并应保证生产系统的操作弹性和余量,同时应满足生产负荷变化和生产安全的要求;

  6在高海拔、高寒和湿热地区建厂,应根据海拔高度对工艺计算、设备选型进行修正,所选用的设备应满足其特殊环境要求。

  5.1.2工艺布置应符合下列规定:

  1总平面布置应满足工艺流程的要求,宜留有发展空间;

  2工艺车间宜根据工艺流程和设备选型确定,并应在平面和空间上,满足施工、安装、操作、维护、监测和通行的要求。

  5.1.3工艺流程选择、设备选型及工艺布置,应根据多晶硅生产主要物料的易燃、易爆、有毒及火灾危险等危害特性确定。

  5.1.4寒冷地区的管路系统应采取防冻措施。

  5.1.5新建、改建或扩建工厂内各生产单元的蒸汽、电力及综合能耗总额,不应大于现行国家标准《多晶硅企业单位产品能源消耗限额》GB29447中规定的限额准入值。

  5.1.6工艺生产装置应设有事故紧急排放设施,工艺废气应根据介质种类、粉尘含量和危险性单独或全厂分类、集中回收处理。

  5.1.7工艺设计范围应包括三氯氢硅合成和四氯化硅氢化、氯硅烷提纯、三氯氢硅氢还原、还原尾气干法回收、多晶硅产品后处理、二氯二氢硅(DCS)反歧化等生产车间或单元,以及相应的工艺辅助设施。

  5.1.8工艺生产系统内的设备、管道的材质以及管阀件,应根据物料性质和工况条件选取,并应采取相应的安全防护措施。

  5.1.9工艺主要生产房间洁净度的设计要求宜符合本规范附录C的规定。

5.2三氯氢硅合成和四氯化硅氢化

  5.2.1多晶硅工厂应有四氯化硅(STC)氢化装置,企业可根据生产规模、当地三氯氢硅供应以及投资规模等方面综合比较后确定是否增加三氯氢硅合成装置。

  5.2.2三氯氢硅合成工序的原料之一的氯化氢(HCl)可采用氯化氢合成或盐酸解析工艺制取。

  5.2.3液氯汽化工序的液氯汽化器应采用热水加热,水温宜为40℃~70℃,不应使用蒸汽加热,并应设置冬、夏季不同温度的冷、热水汽化液氯。液氯汽化工序的设计应符合现行国家标准《氯气安全规程》GB11984的有关规定。

  5.2.4三氯氢硅合成工序应采用干、湿结合的除尘工艺,并应提高单次运行时间。

  5.2.5三氯氢硅合成工序的工艺尾气应采用吸附装置回收氢气和氯化氢。

  5.2.6合成和冷氢化工序宜设置硅粉干燥工序,干燥用气应回收循环使用。

  5.2.7四氯化硅氢化装置应根据多晶硅生产规模、所在地区能源价格、投资成本及建设周期综合经济比较后确定采取高温氢化上艺、固定床冷氢化工艺或流化床冷氢化工艺。

  5.2.8氢化装置宜与氢化冷凝液提纯装置临近布置。

  5.2.9冷氢化装置应配套残液回收装置,并应就近配置。

  5.2.10冷氢化装置宜独立设置于敞开或半敞开式的构筑物内,制冷系统可布置于建筑物内;附属辅助系统宜在满足防火间距的基础上毗连布置。

  5.2.11主要设备选型应符合下列规定:

  1氢气压缩机应选择密封性好、噪声小、故障率低的机型,宜设置备用机;

  2宜选用运行稳定、故障率低、密封好的泵,应设置备用机。

5.3氯硅烷提纯

  5.3.1提纯流程和塔内件应根据物料原料组分、提纯难易程度以及产品要求比较分析后确定。

  5.3.2氯硅烷提纯宜选用差压耦合提纯技术。

  5.3.3氯硅烷提纯工序的布置应符合下列规定:

  1大直径塔宜独立、露天布置,用法兰连接的多节组合塔以及直径不大于600mm的塔宜布置于框架结构内;

  2塔的布置宜采用单排形式,并应按提纯流程顺序以塔的外壁或中心线对齐,还应设置联合平台,各塔平台的连接走道结构应能满足各塔伸缩量及基础沉降的不同要求;

  3附属设备宜靠近塔布置,并应留有安装、生产、维修空间;

  4差压耦合塔的差压耦合再沸器、冷凝器和回流罐的标高宜逐渐降低。

  5.3.4氯硅烷提纯工序宜选择运行稳定、故障率低、密封好的泵,应设置备用机。

  5.3.5精馏控制方式应根据产品采出位置、进料方式、塔内温度和压力变化确定。可采用精馏段指标控制、提馏段指标控制或压力控制。

5.4三氯氢硅氢还原

  5.4.1太阳能级多晶硅还原电耗应符合国家有关光伏制造行业规范条件的要求。

  5.4.2还原炉供料系统应接近或紧靠还原车间布置。

  5.4.3还原炉室应根据炉型的大小设置吊装行车,并宜配备专有的拆卸硅棒工具。

  5.4.4热能回收利用装置应根据生产工艺系统的特性,回收还原炉内硅棒的辐射热量。

  5.4.5生产太阳能级多晶硅的还原炉室应采用不低于三级过滤的洁净新风,生产半导体级多晶硅的还原炉室洁净度应大于8级。

  5.4.6主工艺物料系统和还原炉夹套冷却系统应设安全阀等安全设施。

5.5还原尾气干法回收

  5.5.1还原尾气干法回收设计范围应包括气体压缩、氯硅烷深冷分离、氢气吸附,以及再生后气处理等单元。

  5.5.2还原尾气除尘工序宜在前端增加过滤器或采用其他解决尾气中无定形硅的技术。

  5.5.3氯硅烷分离工序宜采用高压深冷方式回收氯硅烷,并宜采用高压低温吸收、低压高温解析方式回收氯化氢。

  5.5.4还原尾气干法回收工序布置宜符合下列规定:

  1宜临近还原车间布置;

  2还原尾气干法回收工序的气体压缩系统、氯硅烷深冷分离、吸附提纯氢系统宜独立设置于敞开或半敞开式的构筑物内,制冷系统宜布置于密闭建筑物内;附属辅助系统宜在满足防火间距的基础上毗连布置。

  5.5.5还原尾气干法回收工序的主要设备选型应符合下列规定:

  1各系统内的设备能力应互相匹配,并应保证生产的连续性;

  2氢气压缩机应选择密封性好、噪声小、故障率低、低电耗的机型,宜设置备用机;

  3宜选用运行稳定、故障率低、密封好的泵,应设置备用机。

5.6硅芯制备及多晶硅产品后处理

  5.6.1硅芯制备工艺可采用区熔法拉制和切割法。工艺路线选择应根据硅芯生产规模、能源价格等情况,经技术经济分析比较后确定。

  5.6.2采用区熔法拉制硅芯应设置电磁屏蔽。

  5.6.3硅芯制备的房间应设置在洁净车间内。

  5.6.4多晶硅后处理应包括产品运输、破碎、分拣、包装、腐蚀清洗等工序,其中运输、破碎、分拣、包装工序应符合下列规定:

  1硅棒破碎系统的位置应根据运输硅棒路径、中间仓库位置及厂房工艺布置确定,并应靠近还原车间;

  2硅棒运输车内衬板宜采用耐磨、不吸尘的非金属材料;

  3硅棒破碎方式应根据生产规模、物料性能和产品粒度确定,可采用人工破碎或机械破碎;

  4破碎工具与产品接触部分,应选用硬度大和强度高的材料;

  5破碎系统应设置除尘装置;

  6破碎粒度应符合现行国家标准《硅多晶》GB/T12963和《太阳能级多晶硅》GB/T25074有关块状多晶硅的尺寸范围要求;

  7破碎、分拣、包装应设置在洁净区内。

  5.6.5腐蚀清洗工序应符合下列规定:

  1腐蚀清洗应设置在洁净区内;

  2腐蚀清洗室内应设置单独的物料进出口,并应与人员出入口分开;

  3供酸室应与腐蚀清洗室分开布置,供酸室应布置在便于酸桶运输的地方,并应采取防护措施;

  4腐蚀清洗设备内酸腐蚀部位应设置强制排风,废气应处理达标后再排放;

  5输送强酸的管道应采用双层套管,外层宜采用透明聚氯乙烯(PVC)管。

5.7分析检测

  5.7.1多晶硅工厂应设置单独的分析检测室,并宜在四氯化硅氢化、还原尾气干法回收、三废处理站等装置区内设置在线分析装置。

  5.7.2分析检测室不应与甲、乙类房间布置在同一防火分区内,可独立设置于一侧。

  5.7.3分析检测应包括下列内容:

  1氯硅烷的含量、杂质、含碳化合物分析;

  2硅粉的含量、杂质、粒度、碳含量分析;

  3液氩中氧、氮含量分析;

  4液氮中氧含量的分析,氮气中氢含量、氧含量和露点分析;

  5氢气中氧含量、氮含量、氯硅烷含量、露点分析;

  6水中氯离子(Cl-)、氟离子(F-)、化学含氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、酸碱度(pH值)、硬度、全碱度、悬浮物、总磷、正磷分析;

  7大气中氯化氢、氟化物、氮氧化物分析;

  8多晶硅质量指标分析,指标分析包括多晶硅的导电类型、电阻率、少子寿命、氧含量、碳含量、表面金属杂质含量、体金属杂质含量的分析;

  9合成原料氯化氢的纯度分析;

  10液氯中三氯化氮、水含量分析。

  5.7.4分析检测室中除化学分析外,其他分析检测室应设置在洁净区。


6电气及自动化

6.1电气

  6.1.1供配电系统设计应符合下列规定:

  1应根据多晶硅工厂特点、规模和发展规划设计;

  2设计方案应依据多晶硅生产规模、负荷性质、用电容量及供电条件确定;

  3应采用高效、节能、环保、安全、性能先进的电气产品。

  6.1.2负荷分级及供电要求应符合下列规定:

  1多晶硅工厂的双回路供电要求应符合现行国家标准《供配电系统设计规范》GB50052的规定。

  2负荷分级及供电要求应符合现行国家标准《供配电系统设计规范》GB50052的规定。

  3还原装置中还原炉电极、炉体及底盘冷却循环水泵、冷氢化装置的洗涤塔循环泵、整理装置的废气洗涤系统、工艺废气洗涤循环泵、消防系统等用电负荷应属于一级负荷中的特别重要负荷;工艺采取其他措施时,可按现行国家标准《供配电系统设计规范》GB50052的规定确定负荷等级。

  4宜采用下列电源之一作为多晶硅工厂的应急电源:

  1)供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路宜采用10kV系统电源;

  2)柴油发电机。

  6.1.3电源电压选择及供电系统应符合下列规定:

  1供电电压应根据多晶硅生产规模、当地公共电网现状及发展规划确定。

  2变、配电所位置应根据负荷的容量及总图布置情况靠近负荷中心,且总变电所宜靠近还原车间。

  3装置一级的配电电压宜采用10kV,低压配电电压应采用220V/380V。总变电所归用户管理时,还原变压器宜由二级10kV配电站或总变电所直供。

  4供配电系统宜采取滤波等方式抑制高次谐波,并宜符合现行国家标准《电能质量公用电网谐波》GB/T14549的规定。

  5还原调功设备宜采用多种电压等级、叠层控制原理。

  6供配电系统应减少无功损耗,宜采用高压与低压补偿相结合及集中补偿与就地补偿相结合的无功补偿方式。企业计费处最大负荷时的功率因数不应低于0.90。

  7低压系统接地形式宜采用TN-S或TN-C-S系统。

  8消防负荷供配电设计应按现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016和《石油化工企业设计防火规范》GB50160的规定执行。

  9应急电源与正常电源之间必须采取防止并列运行的措施。

  10还原炉整流变压器和调功电气设备应为还原炉的专用成套设备,不属于车间变、配电所的设备,可布置在还原车间的非防爆区域内。

  11还原炉成套调压变压器宜为环氧树脂绝缘的干式变压器。

  6.1.4环境特性及配电设备选型应符合下列规定:

  1爆炸危险区域划分应根据工艺装置特点确定,并应符合现行国家标准《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB50058的有关规定。爆炸危险环境内的电力设备选择应按现行国家标准《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB50058的有关规定执行。

  2有洁净要求且为防爆区域的生产车间内,宜选择不易积尘、便于擦拭的防爆配电设备。

  6.1.5照明系统应符合下列规定:

  1照明设计应按国家现行标准《建筑照明设计标准》GB50034和《石油化工企业照度设计标准》SH/T3027的有关规定执行。

  2生产装置应设照明配电箱、照明灯具和插座。

  3工作照明灯具应按环境条件、厂房结构及生产装置条件选型和配置,光源可选用荧光灯、金卤灯等,并应满足照度要求;工业洁净车间内的照明光源宜采用高效荧光灯。

  4应急照明灯具的选择和布置应根据环境条件、生产要求及安全要求确定,并应采用应急电源供电或选择带蓄电池的应急灯。

  5厂区道路应设立柱式路灯。路灯照明宜采用节电装置供电,宜采用光电、时间自动控制及手动控制。

  6.1.6防雷及接地系统可由电气系统工作接地、设备接地、静电接地、防雷保护接地组成,应符合下列规定:

  1变电所内的配电变压器低压侧380/220V的中性点应直接接地,接地电阻不应超过4Ω。

  2电气设备外露可导电部分和电缆铠装层均应可靠接地,电缆桥架应可靠接地,工艺设备应可靠接地。

  3对爆炸、火灾危险场所内可能产生静电危险的设备和管道应采取静电接地措施,每组专设的静电接地体的接地电阻值应小于100Ω。

  4建(构)筑物应按现行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057的规定采取防雷保护措施,防雷接地装置的接地电阻应符合现行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057的有关规定。

  5变压器中性点接地、防静电接地、设备接地、防雷接地等共用接地装置时,总接地电阻不应大于4Ω;工作接地、保护接地、防雷接地与电子信息系统接地共用接地方式时,接地电阻不应大于1Ω。

6.2自动化

  6.2.1仪表和控制系统选型应符合下列规定:

  1分散型控制系统(DCS)及相关设备选型应符合国家现行标准《石油化工分散控制系统设计规范》SH/T3092、《分散型控制系统工程设计规范》HG/T20573及《石油化工安全仪表系统设计规范》GB50770的有关规定;

  2分散型控制系统(DCS)、安全仪表系统(SIS)、安全栅等设备宜由分散型控制系统(DCS)供货商统一提供;

  3多晶硅工厂的罐区、还原炉室等场合应设置工业电视监控系统;

  4自控仪表选型应符合现行行业标准《石油化工自动化仪表选型设计规范》SH3005、《自动化仪表选型设计规范》HG/T20507的有关规定。

  6.2.2温度仪表选型应符合下列规定:

  1温度刻度应采用直读式,温度仪表正常使用温度应为量程的50%~70%,最高测量值不应超过量程的90%。

  2就地温度指示仪表宜选用带外保护套管的万向型双金属温度计。温度宜为—80℃~500℃,刻度盘直径宜为100mm。

  3集中检测温度仪表选型应符合下列规定:

  1)—200℃~500℃的介质宜选用Pt100热电阻或一体化温度变送器;

  2)超出500℃的介质宜选用K型热电偶或电偶型一体化温度变送器,热电偶的允差等级应为Ⅰ级;

  3)温度套管的材质应按介质的特性选择,用于测量硅粉介质的温度计套管宜选用耐磨材料,测温元件的接线盒宜为不锈钢;

  4)还原炉内、中、外硅芯(棒)的温度测量仪表宜采用高温红外测温仪,且宜选用双色红外测温仪。

  6.2.3压力仪表的选型应符合下列规定:

  1测量稳定压力时,正常操作压力应为量程的1/3~2/3;测量脉冲压力时,正常操作压力应为量程的1/3~1/2;测量压力高于4.0MPa时,正常操作压力应为量程的1/3~3/5。

  2就地压力仪表宜选用不锈钢型弹簧管压力表,并宜径向无边,刻度盘直径宜选用100mm;精度宜选用1.5级,精密测量和校验用压力表的精确度宜为0.4级、0.25级或0.16级。弹簧管压力表受压检测元件宜选用不锈钢材质。

  3特殊介质的压力测量仪表选型应符合下列规定:

  1)微压测量宜采用膜盒压力表或差压压力表;

              2)氯硅烷介质宜采用隔膜式压力表;

  3)氧气应选用氧气压力表;

  4)黏稠、易结晶、含有固体颗粒或腐蚀性的介质应选用隔膜压力表或膜片压力表,隔膜或膜片的材质应根据测量介质的特性选择;

  5)安装于振动场所或振动部位时,宜选用不锈钢耐振压力表;

  6)安装在爆破片后的压力表宜采用带有记忆功能的压力表;

  7)测量硅粉压力应采取防堵措施。

  4压力和差压变送器的选型应符合下列规定:

              1)采用标准信号传输时,可选用压力和差压变送器,精度不应低于±0.075%;也可选用法兰隔膜式压力变送器,精度不应低于±0.2%。

  2)微压、负压测量宜选用绝对压力变送器及差压变送器。

  3)黏稠、易结晶、含有固体颗粒或腐蚀性的介质应选用法兰隔膜式压力和差压变送器;当采取灌隔离液、吹气或冲洗液等措施时,宜选用一般的压力和差压变送器。

  4)对于易冷凝、结晶的仪表,宜采用法兰隔膜式压力和差压变送器。

  6.2.4流量仪表的选型应符合下列规定:

  1流量仪表的最大流量刻度读数不应超过90%,正常流量的刻度读数宜为50%~70%,最小流量的线性刻度读数不应小于10%,最小流量的方根刻度读数不应小于30%;

  2循环冷却水宜选用电磁流量计,但测量脱盐水及超纯水的流量时,不应使用电磁流量计;

  3含有杂质或硅粉的氯硅烷宜选用靶式流量计;

  4还原炉氢气进料流量控制仪表宜选择精度不小于±0.5%且大量程比的控制仪表,并宜具有温、压补偿和控制程序组态功能,不宜使用科氏力质量流量计及对工艺管道过多缩径;

  5氯硅烷介质的流量仪表宜选用质量流量计、靶式流量计、可变面积流量计、容积式流量计。差压式流量仪表宜用于其他介质。

  6.2.5液位仪表的选型应符合下列规定:

  1就地指示的液位测量宜选用磁性浮子液位计,磁性浮子液位计的选型应符合下列规定:

  1)测量黏度高于600mPa·s的介质不宜使用磁性浮子液位计;

  2)最大长度不宜大于4000mm;

  3)当介质密度400kg/m3~2000kg/m3时,介质密度差应大于150kg/m3;

  4)易冻、易凝介质应选用电伴热;

  5)低温介质应选用防霜式仪表。

  2远传指示液位仪表的选型应符合下列规定:

  1)宜采用差压变送器或双法兰差压变送器,当差压变送器不能满足最小或最大量程要求时,可选用雷达、磁致等形式的液位变送器;

  2)含固体颗粒介质的液位测量应采用超声波液位计、导波雷达液位计或放射性料位仪计;

  3)罐区液位测量宜采用带有现场就地指示仪表的雷达或伺服液位计,用于控制或控制室监视的液位仪表精度不应低于±3mm;用于计量的液位仪表精度不应低于±1mm。

  3液(界)位开关宜选用外浮筒液位开关或音叉液位开关。

  6.2.6压力、差压、流量、液位变送器宜选用智能变送器。变送器应符合下列规定:

  1外壳材料宜为不锈钢;接液材质应根据介质选择,但不应低于316SS。

  2现场指示表头宜为数字液晶表头,环境温度低于—20℃时宜采用发光二极管(LED)表头。

  3安装支架宜采用碳钢,在腐蚀环境下可采用不锈钢。

  4需要配二阀组或三阀组的变送器应成套提供。

  6.2.7调节阀的选型应符合下列规定:

  1泄漏量小、阀前后压差较小的场合宜选用单座调节阀;

  2泄漏量要求不严、阀前后压差大的场合宜选用双座调节阀;

  3阀前后压差较大、介质不含固体颗粒的场合宜选用套筒调节阀;

  4高压差调节阀宜采用角型调节阀;

  5对调节精度要求不高、无气源的场合可选用自力式调节阀;

  6含有固体介质的场合应选用陶瓷滑板阀、耐磨球阀或盘阀等耐磨阀。

  6.2.8可燃、有毒气体检测仪表设计及选型应符合现行国家标准《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》GB50493的有关规定,并应符合下列规定:

  1对于氯硅烷的泄漏检测宜选用氯化氢有毒气体检测器;

  2可燃气体、有毒气体检测报警系统宜独立设置;

  3报警信号必须发送至现场报警器和有人值守的控制室或现场操作室的指示报警设备,并必须进行声光报警;

  4便携式可燃气体或有毒气体检测报警器的配备,应根据生产装置的场地条件、工艺介质的易燃易爆及毒性和操作人员数量等确定。

  6.2.9分析仪表选型应符合下列规定:

  1分析仪表应根据工艺要求和控制技术选择。

  2样品预处理系统应根据样品的可燃性、与水反应、样品有毒的特点进行设计。样品预处理系统应配置氮气吹扫系统和干燥器。

  3色谱的大气平衡阀(SSO阀)应采用哈氏C材质。色谱样品阀驱动气应采用氮气。

  6.2.10控制室的设置应符合下列规定:

  1中心控制室内应设有操作员间、机柜间、工程师站间、维修间、不间断电源(UPS)间、空调室及管理和生活设施,并应符合现行行业标准《石油化工控制室设计规范》SH/T3006和《控制室设计规定》HG/T20508的有关规定;

  2控制室室内温度,冬季宜保持在18℃~20℃,夏季宜保持在25℃~30℃,相对湿度宜保持在40%~70%;

  3公用工程装置宜设就地控制室,控制室内宜设独立的不间断电源(UPS),与主装置相关的工艺参数可通信至中心控制室;

  4还原工段为易燃、易爆且需要操作人员进行现场监控和操作的区域,可在还原车间现场设置防爆屏进行监控。

  6.2.11仪表电源、接地、气源、热源应符合下列规定:

  1在中心控制室及就地控制室设置不间断电源(UPS)电源时,使用时间不应小于30min;仪表及控制系统供电设计应按现行行业标准《石油化工仪表供电设计规范》SH/T3082和《仪表供电设计规定》HG/T20509的有关规定执行。

  2仪表接地系统可包括保护接地和工作接地,工作接地可包括信号回路接地、屏蔽接地、本质安全仪表系统接地;采用等电位连接的原则,接地电阻应符合有关分散型控制系统(DCS)厂商的要求。仪表接地设计应按现行行业标准《石油化工仪表接地设计规范》SH/T3081和《仪表系统接地设计规范》HG/T20513的有关规定执行。3仪表气源应采用净化空气,仪表进口空气压力不应小于0.6MPa,空气压缩机出口空气压力不宜小于0.7MPa,露点温度应低于当地最低极端温度10℃。仪表供气设计应符合现行行业标准《石油化工仪表供气设计规范》SH/T3020和《仪表供气设计规定》HG/T20510的有关规定。4仪表伴热应采用电伴热或蒸汽伴热形式,并应符合现行行业标准《石油化工仪表及管道伴热和绝热设计规范》SH/T3126和《仪表及管线伴热和绝热保温设计规范》HG/T20514的有关规定。


7辅助设施

7.1压缩空气站

  7.1.1压缩空气站设计应满足工艺和仪表用气要求,并应符合现行国家标准《工业自动化仪表气源压力范围和质量》GB4830和《压缩空气站设计规范》GB50029的有关规定。

  7.1.2空气压缩机的吸风口应位于空气洁净处,应在厂区有害气体和固体尘埃释放源的全年最小频率风向的下风侧。

  7.1.3空气压缩机的选型和台数应根据各车间用气量、自身用气量、压力要求,以及气路系统损耗确定,并应设置备用机组或可替代气源。空气压缩机应选用效率高、低噪声的节能机型。

7.2制氮站

  7.2.1制氮站可与压缩空气站设置在同一建筑物内,也可靠近压缩空气站;制氮用的压缩空气与作为仪表气源的压缩空气可由同个机组产出,也可分机组独立产出。

  7.2.2氮气质量应符合下列规定:

  1压力应大于或等于0.7MPa;

  2氮气纯度应大于或等于99.999%;

  3露点应小于或等于—65℃。

  7.2.3制氮站供气量应包含工艺生产系统置换用气、保护用气及管网损耗的总用量,并应大于生产事故的最大用量。

  7.2.4制氮站的液氮储存量应根据制氮机组事故状况下恢复正常产气的时间确定,应保证主生产系统的安全用量。

  7.2.5制氮系统应具有自动调节气量功能,并应根据用气需求降低或提高产气负荷。

7.3制氢站

  7.3.1制氢站设计应符合现行国家标准《氢气站设计规范》GB50177的有关规定,并应独立设置。

  7.3.2制氢工艺路线选择应根据所在地区原料储备、原料价格、能源结构、能源价格等情况,经技术经济分析比较后确定,并应选择安全可靠、环保的节能设备。

  7.3.3氢气纯度应大于99.999%,露点应小于—65℃。

7.4导热油

  7.4.1导热油产品型号应根据最高使用温度、价格及使用寿命技术经济比较后确定。

  7.4.2导热油加热系统设计应符合现行行业标准《导热油加热炉系统规范》SY/T0524的有关规定,并应靠近主要的负荷中心区,管线布置应短捷。

  7.4.3厂区管网宜架空敷设,管道宜利用自然弯曲补偿管道热伸长。

7.5纯水制备

  7.5.1硅芯、石墨件及硅料清洗应采用纯水。

  7.5.2纯水站位置应满足工艺总体布局的要求,并应就近用水设备布置。

  7.5.3纯水水质指标不应低于表7.5.3的规定。

  表7.5.3纯水水质指标


 

 

 


  注:表中第11项~第34项采用电感耦合等离子体质谱(ICP/MS)检测。

  7.5.4纯水储存和分配应符合下列规定:

  1纯水储存罐体和输送管道材料应满足生产工艺的水质要求,宜选择洁净聚氯乙烯管(Clean-PVC)、聚偏二氟乙烯管(PVDF)等管材,管道附件与阀门等应采用与管道相同的材质。

  2纯水输送管道系统应采用循环方式。设计和安装时,不应出现使水滞留和不易清洁的部位。循环干管的流速宜大于1.5m/s,不循环的支管长度不应大于管径的6倍。

  3纯水储罐和输送系统应设置清洗系统。

  7.5.5纯水制备、储存和分配应符合现行国家标准《电子工业纯水系统设计规范》GB50685的有关规定。

7.6制冷

  7.6.1工艺生产用冷要求低于—30℃时,宜采用直接蒸发式制冷系统。

  7.6.2工艺生产等系统所需的冷冻站宜集中设置,并应临近负荷中心布置。

  7.6.3冷冻系统设计宜采用闭式循环系统。

  7.6.4采用乙二醇作为载冷剂时,乙二醇水溶液储罐容积应满足系统停车时系统内部乙二醇水溶液的储存要求,受场地限制时,应设置临时储罐。

7.7蒸汽

  7.7.1蒸汽源选择应符合下列规定:

  1蒸汽源选择应根据生产规模、热负荷及所在地区的能源结构、政策等因素综合论证确定;

  2应利用工厂周边已有的热电厂或区域供热站等蒸汽系统,当外部汽源不能满足所需热负荷时,应自建锅炉房供汽。

  7.7.2锅炉房设计应符合现行国家标准《锅炉房设计规范》GB50041的有关规定,并应符合下列规定:

  1宜采用燃气、燃油锅炉;环境许可时,可采用燃煤锅炉;锅炉选用应符合环保要求。

  2宜选用饱和蒸汽锅炉。

  3锅炉容量和数量应适应热负荷变化,数量不应少于2台,且不宜超过5台,可设置备用锅炉。

  4锅炉宜选用相同型号。

  5锅炉房应留有扩建场地。

  7.7.3蒸汽压力的确定应符合下列规定:

  1应在满足用户需要的前提下选择供汽压力;

  2应根据生产工艺和空气调节用汽情况选择蒸汽管网输送压力,全厂蒸汽管网压力等级不宜多于3个等级;

  3蒸汽减温减压系统宜集中设置,应满足工艺装置开车时的用汽负荷要求;

  4减压阀后应设置安全阀。

  7.7.4蒸汽系统设计应符合下列规定:

  1用汽设备进口或蒸汽系统总管宜设置蒸汽计量装置;

  2全厂蒸汽冷凝水宜回收利用。


8建筑结构

8.1一般规定

  8.1.1建(构)筑物的火灾危险性分类、耐火等级不应低于表8.1.1的规定。

  表8.1.1建(构)筑物的火灾危险性分类、耐火等级