Basado en la construcción real de una instalación que produce agua ultrapura con una resistividad superior a 18,2 MΩ·cm, este artículo presenta los procesos fundamentales de la producción de agua ultrapura. Pone especial énfasis en los materiales de las tuberías utilizados en las distintas etapas del tratamiento del agua y proporciona una descripción detallada de la instalación de tuberías de agua ultrapura basada en la experiencia práctica.
I. Descripción general del sistema de agua ultrapura
Con el desarrollo de la industria electrónica, los requisitos de calidad del agua durante la fabricación y el procesamiento de chips se han vuelto cada vez más estrictos. Para garantizar la producción de circuitos integrados de ultra-gran-escala, un agua de alta-pureza-junto con materias primas, gases y productos químicos de alta-pureza-es un factor crítico. Los sistemas de agua ultrapura transforman el agua municipal estándar en agua ultrapura que cumple con estándares rigurosos en cuanto a contenido de iones y tamaño de partículas.
Generalmente, un sistema de agua ultrapura consta de tres secciones principales:
Área de producción de agua ultrapura (sección CUB),
Área de circulación y pulido con agua ultrapura (sección FAB),
Red de tuberías de distribución de agua ultrapura (varias áreas de uso dentro de la FAB).
El área de producción de agua ultrapura es la más compleja y se puede subdividir en tres partes:
Pre-tratamiento,
Purificación primaria,
Tratamiento de agua ultrapura.
La sección de pre-tratamiento incluye principalmente filtración de arena y torres de carbón activado (algunos fabricantes también agregan tanques de reacción y tanques de flotación de aire disuelto antes de la filtración de arena);
La sección de purificación primaria incluye principalmente torres de intercambio aniónico/catiónico, torres de desgasificación (DG), filtros de seguridad, esterilizadores UV y unidades de ósmosis inversa de múltiples-etapas;
La sección de agua ultrapura incluye principalmente MDG (módulos de desoxigenación de membrana), esterilizadores UV TOC-, intercambiadores de iones de lecho mixto-(MB) y filtros de punto-de-uso.
Sin embargo, dado que las tuberías pueden volver a contaminar el agua durante el transporte al equipo de proceso, normalmente se instala un sistema de pulido y circulación dentro de la FAB. Este sistema se centra en unidades de lecho mixto-(MB) complementadas con equipos de ultrafiltración (UF) para eliminar las impurezas lixiviadas en el agua desde la red de tuberías durante la distribución a las líneas de producción.
II. Materiales de tubería comúnmente utilizados en cada etapa del sistema de agua ultrapura
Seleccionar los materiales de tubería adecuados es crucial para los sistemas de agua ultrapura; la elección debe garantizar la calidad del agua sin dejar de ser económicamente razonable. Los materiales de tubería comúnmente utilizados en sistemas de agua ultrapura incluyen PVC, SGP, SGP (RL), SUS304, CPVC, SUS316 y PVDF. Las tuberías de PVC o SUS304 se suelen utilizar durante la etapa de pretratamiento de la producción de agua ultrapura. Las tuberías de acero revestidas de caucho- (SGP-RL) se usan generalmente para conexiones laterales de equipos-, mientras que las tuberías SUS304 se usan alrededor de maquinaria vibratoria, como bombas de agua; Se utilizan tuberías de CPVC o SUS304 para las líneas de flujo principales durante la etapa de purificación primaria. Debido a la alta presión, la sección entre la bomba de alta-presión y la unidad de ósmosis inversa (RO) requiere tuberías y bridas SCH80 SUS304 con clasificación para 2,0 MPa. Dado que los procesos de RO tienen requisitos específicos de temperatura del agua, los intercambiadores de calor generalmente se instalan aguas arriba de la unidad de RO y se deben usar tuberías SUS304 en sus proximidades. Las tuberías SUS316 y CPVC se utilizan generalmente para las líneas de flujo principales durante la etapa de producción de agua ultrapura. Las líneas de flujo principales en la zona de circulación de pulido generalmente utilizan tuberías SUS316 (conexiones soldadas que requieren penetración total/formación de cordón de soldadura de doble cara) y tuberías de PVDF, mientras que las tuberías de CPVC se usan para líneas de recuperación de agua ultrapura. Se utilizan tuberías de PVC estándar para las líneas de descarga de aguas residuales en todas las etapas de tratamiento de agua antes mencionadas. Se requieren tuberías de PVC-resistentes a impactos para las líneas de dosificación de productos químicos (como las de ácidos y álcalis) dentro del proceso de producción de agua pura. Las tuberías SUS304 se utilizan para el sistema de nitrógeno que sirve al sistema de agua pura, mientras que las tuberías SUS316 se utilizan para las líneas de nitrógeno en el sistema de pulido de agua ultrapura. Las tuberías SUS304 o SGP se utilizan generalmente para sistemas de aire comprimido que alimentan válvulas neumáticas; Si se utiliza tubería SGP, se debe instalar un filtro antes de que la línea ingrese a cualquier panel de control eléctrico.
III. Construcción de sistema de agua ultrapura
La construcción de la estación de agua ultrapura presenta el mayor desafío y comprende tres componentes principales: entrega e instalación de equipos, fabricación e instalación de soportes de tuberías compartidos e instalación de tuberías. Al trasladar equipos, se debe preparar un plan de elevación detallado-particularmente para equipos con sobrepeso, gran tamaño o frágiles-para evitar estrictamente prácticas de instalación imprudentes o peligrosas. Dos aspectos clave requieren atención durante la construcción de bastidores de soporte compartido: primero, la conexión entre el bastidor y la estructura civil debe ser robusta, idealmente utilizando placas de acero integradas. Si por algún motivo no es posible el preincrustamiento, se deben utilizar pernos de anclaje químico para asegurar los soportes a las vigas; No se permiten tornillos de expansión simples y estándar. En ningún caso se deben utilizar placas de hierro y simples tornillos de expansión para anclar los soportes al forjado. En segundo lugar, toda la sección del soporte para tuberías debe mantenerse nivelada para evitar que la tubería se doble o se dañe debido a tensiones desiguales en los puntos de contacto entre la tubería y el soporte. Con respecto a la instalación de tuberías en la estación de agua, si bien las líneas CDA, de nitrógeno y de vapor del intercambiador de calor o de agua fría/caliente se pueden instalar sistema-por-sistema, la instalación de otras tuberías de la estación se divide en dos partes principales: tuberías de bastidor y tuberías adyacentes al equipo-. Estas dos partes pueden desarrollarse simultáneamente durante la fase inicial de construcción. Una vez que se completen las secciones rectas del bastidor y las tuberías que rodean inmediatamente el equipo, se debe ejecutar la conexión entre las tuberías -adyacentes al equipo y las tuberías del bastidor para formar un sistema de tuberías cerrado. La instalación de tuberías para sistemas de agua ultrapura difiere significativamente de la de tuberías de servicios generales; Más allá de garantizar la estanqueidad del sistema, un requisito fundamental es mantener la limpieza de las tuberías durante todo el proceso de instalación. A continuación, analizaré las técnicas de instalación específicas para tuberías de CPVC (cloruro de polivinilo clorado) y PVDF (fluoruro de polivinilideno) en sistemas de agua ultrapura.
IV. Instalación de tuberías de CPVC y PVDF en sistemas de agua ultrapura
Los materiales de tuberías de CPVC y PVDF cumplen con los estrictos requisitos de los sistemas de agua ultrapura con respecto a la lixiviación de iones metálicos y carbono orgánico, la ausencia de partículas finas y la prevención del crecimiento bacteriano viable. Dado que los materiales y accesorios de las tuberías se procesan y empaquetan en entornos ultra-limpios, su instalación implica procedimientos específicos. Para tuberías de CPVC, se debe utilizar adhesivo para tuberías de plástico "No. 85" de fabricación japonesa-. El corte de tuberías debe realizarse con una sierra de cinta eléctrica o un cortatubos giratorio; Se debe evitar el uso de sierras de mano siempre que sea posible (ya que dejan difícil-eliminar-rebabas en los extremos cortados). Se deben eliminar completamente las rebabas en los extremos cortados y se debe aplicar un chaflán de 2 a 3 mm al extremo de la tubería. Esto evita que el adhesivo entre en el encaje durante la unión-un error que podría reducir el área de la superficie de unión y provocar fugas en la unión. El adhesivo debe aplicarse uniformemente a las superficies de unión de accesorios y tuberías. Antes de la aplicación, retire el polvo superficial de la superficie interior de los accesorios y de la superficie exterior de las tuberías con un paño blanco, luego desengrase y límpielos con un paño sin pelusa-humedecido con acetona. Más allá de esto, mantener la limpieza durante la instalación es crucial.-Esta es la principal diferencia entre la instalación de tuberías de CPVC y la de tuberías de PVC estándar. Estrictamente hablando, la unión de tuberías de CPVC debe realizarse en un ambiente de sala limpia, y las conexiones finales se deben realizar en el sitio mediante bridas. Sin embargo, debido a las condiciones específicas del sitio, el corte, la unión y la instalación a menudo se realizan en el sitio. En tales casos, el área de trabajo debe mantenerse relativamente limpia (libre de polvo pesado). Las operaciones de pegado no deben realizarse directamente sobre el terreno; en su lugar, se debe utilizar una plataforma de fabricación dedicada. Los trabajadores deben usar guantes desechables especializados para salas blancas; Está prohibido tocar las paredes interiores de la tubería con las manos desnudas (ya que los aceites de la piel transferidos a la pared interior son difíciles de eliminar). Utilice un extractor de cables o una herramienta similar al insertar tuberías y marque la tubería para verificar que la profundidad de inserción sea suficiente. Se debe utilizar PTFE (politetrafluoroetileno) como material de sellado entre bridas. Las tuberías deben protegerse durante el almacenamiento colocándolas sobre lonas o láminas de plástico.
Los sistemas de tuberías de PVDF se basan completamente en conexiones soldadas. La limpieza durante el funcionamiento y el estricto control del entorno de instalación son primordiales. La soldadura de tuberías de PVDF se debe realizar dentro de un recinto limpio exclusivo; Los ambientes generales de las habitaciones no son adecuados. El personal que ingresa al área de fabricación limpia debe ponerse calzado especializado, y los extremos de las tuberías y los accesorios deben permanecer sellados hasta que estén dentro del área limpia. Los materiales de embalaje de los accesorios sólo deben retirarse inmediatamente antes de la instalación. Se deben usar guantes de PVC limpios y desechables durante la soldadura, y los extremos de las tuberías deben desengrasarse y limpiarse con alcohol isopropílico, etanol o acetona antes de comenzar la soldadura. Para la limpieza sólo se deben utilizar paños de sala limpia sin pelusa- y los paños sucios se deben reemplazar de inmediato. El personal que ayude en el proceso de soldadura también debe usar guantes de algodón limpios. Se debe realizar una inspección visual inmediatamente después de completar cada soldadura; el cordón de soldadura alrededor de la junta debe tener una altura uniforme y sobresalir de la superficie exterior de la tubería. Una vez soldadas las tuberías de PVDF, los extremos de las tuberías se deben sellar rápidamente antes de transportarlas al sitio de instalación, donde se emplean conexiones de bridas-que utilizan juntas de PTFE-. Durante la instalación, se toman medidas precisas-in situ para producir planos detallados de fabricación e instalación, después de lo cual personal especializado lleva a cabo la soldadura y la fabricación. Los equipos de soldadura e instalación operan con responsabilidades claramente definidas para maximizar la eficiencia operativa.
V. Conclusión
En resumen, la construcción de sistemas de agua ultrapura requiere no solo el cumplimiento de estrictos estándares-de estanqueidad sino, más importante aún, centrarse en fomentar la "conciencia de la limpieza" entre el personal de construcción. Los trabajadores deben seguir concienzudamente los protocolos de instalación limpia de tuberías y ejecutar tareas de acuerdo a los requerimientos específicos de cada etapa de tratamiento de agua. Este enfoque evita la contaminación causada por prácticas de construcción inadecuadas-que de otro modo podrían comprometer la calidad del agua, no cumplir con las especificaciones del cliente y provocar incidentes relacionados con la calidad-.
