高纯气体管道的设计要点:

1.对于不同特性的气体，应规划独立的供气区域，一般分为三个区域:腐蚀性/有毒气体区、可燃气体区和惰性气体区。性质相同的气体应集中管理。可燃气体区域应特别规划防爆墙和泄漏口。如果空之间出现短缺，可以将惰性气体放在有毒/腐蚀性气体区域。

2.管道设计需要考虑运输距离。距离越长，成本越高，风险也越高。一般合理的设计流量为20毫升/秒，可燃气体小于10毫升/秒，有毒/腐蚀性气体小于8毫升/秒，在消耗设计方面，应考虑使用点的压力和管径。前者与气体特性有关，而后者使用点的管径一般为1/4”~ 3/。

3.根据用气设备的分布，高纯气体的管网不宜过大或过长；建议使用未密封的环形管道，在系统末端连续排放少量气体，这样管网中始终有高纯气体循环，不会出现“死空”对高纯气体的污染。

4.管道内不流动气体的“死空室”应减少，不应设置盲管。特种气体气瓶与气体设备之间应设置吹扫控制装置和多阀控制装置，控制各阀的启闭顺序和吹除系统，以保证供气系统安全可靠运行，防止“死区”的形成和污染物的滞留，降低气体纯度。

5.对高纯气体纯度要求不同的气体设备，应采用分级高纯气体输送系统；也可采用同级输送系统，但在纯度要求高的气体设备附近设置终端气体净化装置。

6.为了检测高纯气体的纯度和杂质含量，除了必要的连续检测仪器，如测量水分含量或氧杂质含量的分析仪外，输送系统还应设置检测取样口进行定期取样，以便按照规定的时间取样，分析高纯气体中各种杂质的含量。

7.在亚微米集成电路的生产中，需要供应10-9种高纯气体。为了保证终端气体处理设备处的气体纯度，将气体中的杂质含量控制在规定值内，一般在设备前设置终端净化装置或终端高精度气体过滤器。

高纯气体管道及附件材料的选择

选择渗透性低、除气率低、吸附性差的材料。目前，在超大规模集成电路的前处理中，高纯气体输送系统的管道材料采用不锈钢光亮退火管和不锈钢电抛光管，但高纯气体中总杂质含量小于或等于1的管道采用SS316L-EP管。01.0× 10-6.

注:管道型式采用气体特性设计，惰性气体采用普通单层管。工艺反应气体选用高级不锈钢管；与芯片接触但不参与工艺反应的气体是SS316L-BA管。

对于自燃爆炸，有毒性的特殊气体，如SiH4、PH3、AsH3等。，应考虑采用双层套管，其内/外管一般由S316l-EP/S316l-AP制成。这种设计的主要目的是为了直接保护内管免受外力，并阻挡内管从外管泄漏的气体，这些气体可以通过相关的检测设备进行检测。目前常用的设计方法有正压和负压。负压设计是将内外管之间的空间抽成空，正压设计是充氮气维持正压。两者均可连接压力表或压力报警器，检测泄漏状态。

常用的方法有机械喷砂、化学溶液清洗、化学抛光、电抛光等。目前广泛使用的管材有光亮退火管和电抛光管

高纯气体概述；

高纯气体工业术语，通常是指通过现代净化技术可以达到一定纯度等级的气体。对于不同类型的气体，纯度指数是不同的。例如，对于氢、氮、氦和氩，通常意味着纯度等于或高于99.999%；对于氧气，纯度为99.199%的可以称为高纯氧；至于碳氢化合物，纯度为99199%的可视为高纯度气体。高纯气体有着广泛的应用领域。在半导体工业中，高纯氮、氢、氩和氦可用作载气、保护气体和制备混合气体的基础气体。

高纯气体根据分子结构的不同可分为有机高纯气体和无机高纯气体。

有机高纯气体。

1.烷烃:

甲烷、乙烷、丙烷、环丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、氯甲烷、氯乙烷、三氟甲烷、环氧乙烷、胂、膦、硼烷、硅烷等。；

2.烯烃:

乙烯、丙烯、丙烯、1-丁烯、异丁烯、顺-2-丁烯、1.2-丁二烯、1.3-丁二烯、氯乙烯等。；

3.炔烃:

乙炔、1-丁炔、2-丁炔、甲基乙炔、乙烯基乙炔等。；

4.其他:

二甲醚、甲硫醇、熏蒸剂、氢、氧、氮、氩、氦、氖、氪、氙等。2.氨、氯、二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮、一氧化二氮、硫化碳、氯化氢、溴化氢、硫化氢等。；3.三氟化硼、三氯化硼、四氟化碳、四氟化硅、四氯化硅、六氟化硫等

石油化工专用气体的安全储存和运输

1.瓶盖一定要戴好，以免在汽车突然刹车和装卸时撞开瓶阀的危险，特别是运输高纯氢气等易燃气体。

2.危险品应该用专车运输。最好直接从厂家发货，有合格的押运人员和有知识的搬运工。它们应该轻载和卸载。

3.夏季运输时应提供遮阳设施，避免日晒。

4.有专门的储气库。气瓶仓库应通风、干燥、清洁，避免阳光直射。气瓶仓库应清楚地标明“气瓶储存”字样，并显示适当的危险标志。

5.严禁混合高纯氧、空气体和可燃气体。同时，严禁烟火，运输工具上应配备消防器材。

6.放置气瓶时要戴上瓶盖。站立时应妥善固定，防止倒瓶时损坏瓶阀。

7.气瓶在户外使用时，应防止生锈和腐蚀。库存瓶应定期检查。如果色标、合格证、漏项不清楚有疑问，应及时与厂家联系，分析确认后才能使用。

8、有专人负责管理、验收验证、登记发放。

9.空瓶和真瓶应分开放置，并有明显的标记，无论是仓库还是使用地点。有毒气体钢瓶和钢瓶内的气体相互接触时会引起燃烧和爆炸。产生毒物的气瓶应分间存放，附近应设置防毒用具和消防器材。

10.此外，最好根据生产需要的实际情况尽快购买燃气，防止使用过期气瓶，同时减少许多不安全因素。

高纯气体管道的选择；

高纯气体管道是高纯气体供应系统的重要组成部分，是将符合要求的高纯气体输送到用气点并保持质量合格的关键，包括系统设计、管件及附件选择、施工安装、试验测试等。半导体技术是20世纪以来最伟大、最重要的技术。半导体制造技术贯穿于供应高纯气体、精炼原硅、制造晶圆、封装和测试集成电路的全过程。反映当今世界高科技水平的微电子产品，正以高性能、低成本为目标，向高密度、高集成度高速发展。对气体杂质含量的限制更加严格，相应的高纯度、高洁净气体输配系统及其管道变得非常必要和重要。亚微米集成电路中高纯气体杂质的控制水平为0.1x 10-6，详见下表:

比如集成电路工厂的生产线有宽度0.18um、直径200mm的芯片，高纯气体中各种杂质的控制水平为10x10-9。使用的气体见下表:

预计不久将实现纳米线宽，杂质H2O、O2、CO、CO 2、TH C等含量。在气体中会低于10-12。如果用管道输送这种高纯气体，能否输送到用气点，仍保持质量合格的关键是供气系统的合理设计、管件和附件的正确选择、正确的施工安装和合格的试验。

供气系统:

目前高纯气体供应系统一般有三种主要形式:

1.现场采气和管道供气；

2.购买液化气，气化，管道供气；

3.购买的气瓶和供应的气瓶。

具体项目采用的方法主要是根据工厂所在城市或地区的生产规模、用气量、气体质量和气体市场供应情况，通过技术经济比较确定的。

1.1现场采气及管道供气系统如下:

该系统适用于用气量大、用气量多的工厂。如果气体生产设备的气体纯度不能满足要求，可以在气体生产车间或用户人群中增加净化设备。储液罐作为系统的备件，在高峰负荷时用于调峰，在低负荷时用于维持管道系统的压力

1.2外购液化气。气化后管道供气系统简要系统如下:

一般大中城市都有专业化生产供应，燃气质量高。目前用气量在30 nm ~ 3/h以上的用户一般采用这种供气方式。供应商负责整个运输过程，使用专用低温液体罐车运输，直至低温液体放入用户储罐。

1.3气瓶组供气系统，简要系统如下:

当普通气体的作用量很小时，采用这种系统。为了连续供气，一般至少需要切换2瓶。在一些大容量用户中，也采用这种供气方式，但小钢瓶不适合，代替集装箱钢瓶或长管钢瓶卡车，特别是一些大型专用供气系统。

1.4三种供气系统的比较:

对于某个天然气厂来说。通常，会采用这些方法中的一种或多种。在实际使用中，应根据工厂及其周边的具体情况，经过技术经济比较后选择。要保证供气质量，便于管理和操作，降低成本，做到安全、可靠、经济。

1.5管道系统布局

高纯气体管道系统的布置与普通气体管道不同，一般要求管道不宜大而长，不应有“盲管”等不易吹扫的死角。在主管或支管的末端，应设置必要的排污口和取样口。

在一些非连续用户中，少量气体在管道末端连续释放空，使管道中的气体始终流动，不会有“死空间”。根据工艺气体的质量要求，必要时应设置末端净化装置。一种进入洁净车间的高纯气体管道

控制阀、过滤器、减压装置、压力表、流量计、在线分析仪器等。位于气体人口室的中央，用于统一管理和控制。

2管道和管道附件材料:

对于高纯气体管道，应根据工艺对气体纯度、允许杂质含量和颗粒含量的不同要求，采用相应质量的管道。例如，由于其生产工艺复杂，加工精细，半导体行业不仅需要清洁的生产环境，而且对生产过程中所需的各种高纯度气体也有具体而严格的要求。从微米技术到亚微米和深亚微米技术，对气体中杂质含量和水分含量的要求极其严格。10-6已经不能满足要求，需要达到10-9甚至10-12，粉尘粒径要控制在0.00。因此，输送管道的管道材料特性必须满足高纯度和超高纯度气体的要求。

2.1管道材料特性对于输送高纯气体的管道来说，影响气体质量的管道材料的主要特性是透气性、气体出口率、吸附性、表面粗糙度、耐磨性和耐腐蚀性。

气体渗透性

气体从高压侧通过材料流向低压侧的现象成为气体渗透。由于空气体中氧和氮的分压最大，气体分子相对较小，所以管道材料对气体的渗透性主要表现为氧和氮的渗透性，一般对氧的渗透性测试很多。

从表中可以看出，输送ppm级和纯度要求较高的气体，必须从气体渗透的角度选择不锈钢管或钢管。如果我们不当选择不符合要求的管道材料，无论我们采取什么净化措施，都无济于事。

2.1.2除气率:

管道材料在材料熔炼过程中形成的晶间或晶格中有一些杂质，如氮、碳氢化合物等。这些杂质在高纯气体输送过程中会缓慢释放，污染高纯气体，尤其是杂质在ppb以上的高纯气体。

一般低碳不锈钢管的出气率极低。

2.1.3吸附性:

因为水等杂质是极性分子，吸附性很强。橡胶、塑料或一些表面粗糙的材料容易吸附水等杂质，而铜材料对水的吸附性很强，所以用这些材料输送高纯气体时容易被污染。除输送ppm级以下氧气的紫铜管道外，高纯气体不使用铜管和塑料管，与气体接触的垫片和填充物不允许使用橡胶和塑料材料。

2.1.4表面粗糙度和耐磨性:

为了保证输送气体的纯度，要求管道材料的内表面具有非常高的光洁度，这可以防止污染颗粒和水分停留在管壁上，并且在吹扫过程中容易被吹走。

管道光洁耐磨，在高速气流冲刷下能产生较少的金属颗粒。有这样一个测试数据和粒子数的对照表

从表中可以看出，不锈钢比铜管产生的颗粒少，所以不锈钢管的耐磨性比钢管好。

防腐蚀:

在微电子生产中，经常使用一些高腐蚀性气体。此时必须使用耐腐蚀的管道，否则管道会被腐蚀，表面会产生锈斑，同时管道大面积剥落穿孔，不仅会污染气体，还会造成安全事故。

2.1.6内表面处理

为了进一步提高管道材料的性能，对管道内表面进行处理，一般有酸洗钝化、光亮退火和电解抛光三种方法。

试验数据和实践证明，经过表面处理。管道材料的粗糙度降低。除气率降低。表面吸附减弱。不同材质钢管表面处理后的RA

有关值，请参见下表:

2.2管道材料和连接:

纯度小于99.99%的燃气管道应采用10#或20#无缝钢管和铜管。镀锌管用螺纹连接。

总杂质含量≤10-100ppm的气体管道应采用304不锈钢光亮退火管、304不锈钢管净化处理和紫铜管。这些管道是通过焊接连接的。总杂质含量≤1-10ppm的气体管道可采用对焊、承插焊或套管焊。采用316L不锈钢光亮退火管和304不锈钢电抛光管。管道连接应采用焊接，内壁无疤痕对焊，高纯氩气保护焊。

总杂质含量≤1ppm的高纯气体管道必须使用316L不锈钢电抛光管。管道连接应在专用洁净室中进行焊接、内壁不留疤痕的对焊和高纯氩气保护焊。如PO2、PH 2、PN2、A r、H e、N2管均为不锈钢316LEP管；CDA采用不锈钢304BA管。

2.3管道阀门和连接件:

燃气管道广泛采用截止阀、隔膜阀和波纹管阀，根据气体纯度、毒性和易燃性的要求选择合适的阀门。

纯度小于99.9999%的燃气管道采用304不锈钢球阀，可采用法兰连接。法兰垫片为软金属垫片、聚四氟乙烯垫片、总杂质含量≤10ppm的气体管道、隔膜阀和波纹管阀。易燃易爆气体必须采用波纹管阀门。阀门与套圈连接，由软金属制成。

隔膜阀具有与波纹管阀相同的密封性能，但也具有死腔小空的突出特点，易于吹脱和清洗，污染小。对于纯度要求严格的管道和危险性较大的气体管道，推荐使用隔膜阀。阀门用VCR套圈和软金属垫圈连接。

PO2、PH2、PN2、A r、he、N2和CDA供应管道的阀门为不锈钢波纹管阀门，材质与主管相同。

3建筑和安装

高纯气体和高纯气体管道的建设不同于一般工业气体管道。稍有疏忽就会污染气体，影响产品质量。因此，管道施工应由专业团队进行，严格遵守设计和施工规范，认真负责地对待每一个细节，才能做出合格的管道工程

3.1螺纹连接对于气体体积大、纯度要求低的气体管道，当采用镀锌钢管时，应采用螺纹连接。螺纹连接应使用聚四氟乙烯密封带作为密封材料，不得使用传统的油麻。密封带应缠绕正确。如果缠绕不能太厚或太长，或者缠绕太厚或超过管螺纹末端的凹槽太多，拧紧螺纹时密封带会被螺纹切断，管道内会形成大的污染物。因此，为了避免缠绕密封带，有必要从槽中为端螺纹留下2- 3个凸齿。

3.2焊接连接管可采用对焊、承插焊或套管连接进行焊接。

对于要求高纯度的管道，应采用内壁无疤的对焊。高纯氩保护焊。

对于纯度要求相对较低的管道，可以采用承插焊接或套管焊接。承插焊由于气体残留空相对较大。吹气困难，现在广泛采用套管焊接。套管焊接时，套管与主管的材质和内表面等级应相同，接头的间隙不宜过大，搭接部分不宜过长，合适的搭接长度应在5 mm以内，加工套管内管时，应干扰主管，使主管能被套管紧紧包裹并焊接，焊渣不会落入管内。而且气死时间空也小，容易吹掉。

3.3法兰连接

对于管道与设备、管道与阀门之间的连接，对于一些要求不高的气体管道，可采用法兰连接，垫片可采用软金属垫片或聚四氟乙烯垫片。不使用石棉垫片或全橡胶，因为石棉会产生粉尘，橡胶透气性高，吸水性强，容易老化。

3.4表面密封连接器的连接

法兰连接时气体与密封材料接触面大，

表面磨损也大，所以高纯气体管道不采用法兰连接。大部分采用表面密封连接器，大部分采用V CR密封。交流连接模式

气体不接触密封材料，循环面几乎没有磨损。它被纵向压力压缩。如果选择质量优良的金属垫，可以密封良好，不会泄漏或污染

少，所以应用广泛。选择时，接头材料应与主管材料一致，内表面应具有相同的光滑度。

3.5管道切割

切管不得使用氧乙炔火焰，切割应使用机械切管机、不锈钢电锯或等离子法。槽口表面应光滑平整，端面倾斜偏差不大于管道外径的0.05和1毫米。用纯氩气清洗管道内切口处的杂物和灰尘，去除油污。

3.6管道吹扫

在系统安装和投入使用之前，输送的高纯气体应彻底吹净输配管道系统。这样不仅可以吹走安装时意外落入系统的尘粒，还可以发挥管道系统的干燥功能，去除管壁甚至管材吸收的一些湿气。吹扫方式有三种:泵送空式连续吹扫式和间歇吹扫式，根据系统的不同情况同时使用一种或两种方式。

一吸空吸式

为了加速置换管道系统盲区的滞留气体，在系统中设置了真空泵，但是真空泵的运行要小心，防止真空泵油进入管道系统，会给系统带来非常困难的清洗工作。真空表安装在系统末端，靠近真空泵，泵压至几十帕，连续泵压至少8小时。首先有小股气流流过系统，泵送4小时，然后切断气流再泵送4小时，最后关闭真空泵观察压力变化。如果压力稳定，没有变化，说明系统的密封性能良好，管道吸收的水分也会在抽水空时被排除。

连续吹扫型

系统内杂质分布均匀，系统排放气体和废气的浓度视为系统杂质浓度。然而，实际情况是系统中的杂质将由于湍流而重新分布，无论清洁吹扫与底部气体一起进行到哪里。同时，系统中存在大量的“滞止区”，这些“滞止区”中的气体不易受到吹扫气体的干扰。这些杂质只能靠浓度差慢慢扩散，然后被带出系统，所以吹扫时间会更长。连续吹扫对系统中不凝的氧气、氮气等气体非常有效，但对湿气或某些气体，如从铜中逸出的氢气，效果相当差，因此吹扫需要更长的时间。铜管的吹扫时间一般是不锈钢管的8-20倍。

间歇吹扫类型:

由于“滞止区”内的气体在连续模式下不易吹脱，因此采用“增压泄压”的间歇吹扫方式，即背景气流以一定速度冲刷系统各部分，对各部分造成一定程度的扰动，造成“滞止气体”扰动和滞止压力消失，开始重新分布杂质。在此之后，立即开始泄压，以便系统所有部分的压力瞬间降低。此时排出的杂质含量才是系统中真正的杂质含量，特别是对于固体和液体颗粒污染物等机械杂质的去除效果，明显优于“连续式”，但操作至少要重复8-10次。

4.测试和检测

4.1测试

管道系统安装完毕并通过无损检测后，应按要求进行试压。

各类高纯气体管道和干压缩空气体管道应使用气体作为试验介质，并采取有效的安全措施；根据减少污染或避免污染。试验介质应经过净化；测试压力、测试方法等。耐压试验应符合现行国家标准《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235的有关规定。高纯度气体的管道系统必须进行泄漏测试。泄漏试验应符合下列要求:

压力试验合格后，应进行泄漏试验。

测试介质应为空气体或氮气。输送高纯气体的管道应使用纯度> 99.999%的氮气作为泄漏试验介质。

b .泄漏试验压力应为设计压力；

c渗漏试验时间，应连续试验24h；

d .泄漏试验可根据具体情况结合系统调试。

e对于泄漏试验，泄漏量可按公式4.1计算，每小时平均泄漏量不超过1%。

4.2检测

在线或定期检测高纯气体中允许的杂质含量是确保产品质量所必需的。一般微电子生产中控制的杂质包括H2O、O2、N2、CO、CO2、TH C、粉尘等。

现在气相色谱可以实现在线检测，检测浓度达到ppt级别。在线或定期检测高纯气体中允许的杂质含量是确保产品质量所必需的。一般微电子生产中控制的杂质包括H2O、O2、N2、CO、CO2、THC粉尘等。现在气相色谱可以实现在线检测，检测浓度可以达到ppt级别。微量氧分析仪的检测也达到ppt级别，可以实现在线检测。

微水分析可达到-110℃的压力露点。分析的准确性与含水量有关。压力露点的误差一般为110℃时为13℃，-90℃时为12℃，-70℃时为10.5℃。