集成电路厂房动力站系统设计

杨乐辉 李元昊 武晔秋



集成电路厂房动力站系统设计

杨乐辉1李元昊2武晔秋3

（1.陕西同济土木建筑设计有限公司 西安 710002； 2.西安热工研究院有限公司 西安 710054； 3.山西大同大学建筑与测绘工程学院 大同 037001）

针对集成电路厂房生产工艺特点，介绍了其动力站冷冻水系统、压缩空气系统、空分制氮系统、热水系统、纯水系统及事故通风系统设计及设备选择。

集成电路厂房；动力站系统；设计；设备选择

0 引言

集成电路产业是当今信息技术产业得以高速发展的基础及源动力，其发展规模和技术水平已经成为衡量一个国家的产业竞争力、综合国力的重要标志之一。相比一般的工业厂房项目，集成电路厂房项目建设具有高、尖、精的特征。专业种类多、工艺复杂，既有复杂的土建设施，又有苛刻的高等级无尘洁净车间，涉及电力、仪控、暖通、消防、热能动力、特殊气体、剧毒化学品、超纯水及废水处理等特殊工艺[1]。动力站是为主厂房提供动力的主要辅助建筑，是厂区的心脏，主要包括热水系统、冷冻水系统、压缩空气系统、空分氮气系统和事故通风系统等。厂房动力站内设置冷冻站、换热站和纯水站。动力需求总表见表1。

表1 动力需求总表

续表1 动力需求总表

1 动力站系统设计

1.1 冷冻水系统

根据冷热负荷需求，在7号动力站内增设一台双制式的水源热泵机组，同时在2号厂房动力站内设置单制冷的冷冻站。

1.1.1 计算冷负荷及设备选型

根据表1所示动力用量表，冷负荷分述如下：

7号动力站扩容增加3700kW制冷量的双制式水源热泵机组，冷负荷需求差值为：26458-6906-3700=15852kW。

选择4台1500RT（5276kW）的10kV高压启动离心式冷水机组，3用1备，单台电机功率为908kW。冷却水用冷却塔置于2号厂房的屋面，冷却水泵置于动力站内。

夏季制冷工况下，若只负担2号厂房一层及厂区其他所有建筑冷负荷，总量为14414kW，新增冷负荷为14414-6906=7508kW，在2号厂房增加1台1500RT（5276kW）的10kV高压启动离心式冷水机组，可满足使用要求。

冬季制冷工况下，1号厂房的冬季冷负荷需求为2180kW，2号厂房一层的冬季冷负荷需求为2682kW，总冷负荷需求为2180+2682=4862kW。总的冬季制冷需求由2号厂房的1台1500RT（5276kW）的10kV高压启动离心式冷水机组提供即可满足。

1.1.2 系统组成及原理

系统由冷水机组、冷冻水循环泵、定压补水装置、管道、阀门及附件等组成。

冷冻水系统采用闭式系统，冷水机组制备的7℃冷冻水由冷冻水泵送至新风空调机组的冷却盘管、循环空调机组、工艺冷却水板式换热器等。从循环空调机组等用冷设备回来的冷冻水回水（12℃）由冷冻水泵加压后送回冷冻机组；设置在站房的定压补水装置提供冷冻水系统的定压补水，补水采用已有RO水。冷水机组根据负荷的大小进行调节，并提供不同的冷量。

冷却水供/回水温度为32/37℃。冷冻水管道采用无缝钢管，阀门采用碳钢蝶阀。冷冻水管道采用橡塑保温。

1.1.3 测量及控制

冷水机组本身配有微电脑控制，能根据冷负荷变化自动进行能量调节，配有机组安全运行的必要显示，报警、自动停机等保护设施，本设计增设如下测量控制设施。

当用户负荷低于20%时，多余的水从供回水总管之间的旁通管回流。新增冷水机组和水泵运行状态接入原有集中监测系统；冷水机组冷冻水供、回水管设压力表、温度计；水泵吸水、压水管上设压力表；冷水机组与冷冻水循环泵，冷却水循环泵，冷却塔连锁；冷冻水供回水干管之间设压差旁路控制装置。

1.1.4 环保与节能

（1）环保措施

选择使用环保冷媒R134a的冷水机组；

选用低噪声、低振动设备，设备基础采用隔振垫，设备与管道之间的连接采用柔性连接，以减少噪声和振动的传递；

室内墙面敷设吸音材料；

运行为中央监控，只需定期去现场巡视。

（2）节能措施

设置节能板换，冬季时冷水机组停止运行，由冷却塔代替冷水机组，节能环保；

选用节能设备；

冷水机组的主电动机采用水冷却，比较经济；

冷水机组的冷却水循环使用有利于节能。

1.2 压缩空气系统

1.2.1 设备选型

根据表1所示动力用量表，压缩空气需求如下：

1号厂房工艺设备所需压缩空气量规划合计为297m3/min。2号厂房压缩空气用气量为905m3/min，全厂区工艺设备所需压缩空气量规划合计为1218m3/min，按0.95的使用系数，合计使用气量为1157m3/min。

7号动力站现有120m3/min的离心式空压机2台，77m3/min及123m3/min的离心式空压机各1台，总装机容量为440m3/min。500m3/min的干燥机1台及250m3/min的干燥机2台，可以满足1号厂房所有用气需求。

7号动力站配置4台250m3/min、0.85MPa的水冷无油离心空压机，电机功率为1600kW/10kV，3用1备，并配置500m3/min的压缩热干燥机1台，满足1号及2号厂房的压缩空气使用要求。新增管道与现有管道并网，预留接口。根据2号厂房生产规模增加情况分阶段购置空压机。

2号厂房一层工艺设备所需压缩空气量规划合计为180m3/min，按0.95的使用系数，设计使用气量为171m3/min。

需增加1台250m3/min、0.85MPa的水冷无油离心空压机，现有的123m3/min的离心式空压机作为备用机组，现有干燥机满足使用要求。

1.2.2 系统简述

（1）系统组成

系统由空压机、压缩热吸附式干燥器、两级过滤器、储气罐、管道、阀门及附件等组成。

（2）系统原理

来自室外的空气经空压机初级过滤、压缩后，经前置过滤器除去尘埃和部分水分后进入压缩热吸附式干燥器，最后经过两级过滤器过滤后获得压力露点小于-40℃、尘埃粒径≤0.01μm的干燥净化压缩空气，进入压缩空气储气罐，送至各使用点，使用点的供气压力为0.5～0.7MPa。

压缩空气管道采用SUS304管，阀门为不锈钢球阀。

（3）测量及控制

空压机本身配有微电脑控制，配有机组安全运行的必要显示，报警、自动停机等保护设施，本设计增设如下测量控制项目：

新增空压机、压缩热吸附式干燥器接入现有集中监控系统；

供气干管设流量计；

空压机选用低噪声、低振动设备，设备基础采用隔振基础，以降低噪音；

室内墙面敷设吸音材料；

运行为中央监控，只需定期去现场巡视。

1.3 空分制氮系统

1号厂房规划合计氮气用量587m3/h，2号厂房规划合计氮气用量1443m3/h，总用气量为587+1443=2030m3/h，现有空分制氮设备1600m3/h，液氮储罐作为备用系统。

1号厂房规划+2号厂房一层合计氮气用量954m3/h，现有空分制氮设备1600m3/h，液氮储罐作为备用系统，满足使用要求。

1.4 热水系统

7号动力站制冷机房现有三台RSL2180M水源热泵机组（单台制冷量2180kW，制热量2380kW）一台RSL370水源热泵机组（制冷量366kW，制热量403kW），总制冷量6906kW，总制热量7543kW。

预留机位处再增设一台双制式的水源热泵机组，制热量为4074kW（制冷量为3700kW），扩容后总制热的装机容量为7543+4074-2380=9273kW，可以满足整个园区的热负荷需求（9090kW），同时满足1号厂房满产后的冷负荷需求。

1.5 纯水系统

1号厂房规划合计纯水用量为76.4t/h，2号厂房规划合计纯水用量为226t/h，使用系数为0.8，总的纯水用量为（76.4+218）×0.8=236t/h。

现有纯水站供水能力为120吨/h，在2号厂房动力站建造3套60t/h的EDI纯水制备系统，2用1备，满足1、2号厂房总的纯水用量要求。

2号厂房一层规划纯水用量为28.4t/h，1号厂房与2号厂房一层合计纯水用量为28.4+76.4=104.8t/h，现有纯水站可满足使用需求。2号厂房一层所需纯水可从现有纯水站接入，2号厂房纯水制备系统适时配备，两站管网并网，设备互为备用。

1.6 事故通风系统

对动力站设置事故通风系统，换气次数为12次/h，自然补风。事故通风分别在房间内、外便于操作的地点设置手动开关。当机房内的制冷剂或其他易燃易爆等有害气体泄漏时，布置在房间内的气体探测器发出声光警报，同时联锁事故风机启动，迅速将泄漏气体排出室外。

2 集成电路厂房动力站系统设计应注意的问题

2.1 动力站位置

由于动力站至主车间的各系统均采用管道输送介质，为减少管路输送损失，降低能耗，应尽可能将动力站布置在靠近主车间的位置。同时应分析能耗较高的工艺设备布置路线，使其动力主管线以短、平、直的方式接入。

2.2 站内设备及管道布置

由于动力站内设备品种，数量较多，合理布置设备非常重要，一方面尽可能将同类型的设备集中布置，便于管理；另一方面要兼顾减少各系统的管路连接，站内管道管径大，与设备连接多，应尽量采用地上沿墙、柱或支吊架形式敷设。冷却塔设在动力站屋顶，储气罐布置在动力站室外。

2.3 配电及控制

由于动力站用电负荷较大，其低压配电应尽量设置在动力站，靠端头布置，另一端可作为预留发展端，为改善操作人员的工作条件、设置专门的控制值班室，布置在值班人员便于观察所有机器运转的部位，并作隔声处理。

2.4 噪声通风

由于空压机放散管及制氮机吸附气体管发出的噪声超标，在其出口应加装消声器；空压机、水泵等设备的基础配套设计减振装置，以减少设备振动带来的噪声。动力站尽量采用两侧开窗自然通风和采光。

3 结论

在确定集成电路厂房动力站系统方案时，设计人员应充分了解生产线工艺流程，仔细研究运行过程中所需水、气的耗量及参数特点，确保系统设计安全、经济、合理。

[1] 顾晓文.氨纶工程动力站系统设计[J].暖通空调,2013,33(2):69-71.

[2] GB50736-2012,民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[3] GB50472-2008,电子工业洁净厂房设计规范[S].北京:中国计划出版社,2008.

[4] GB50029-2003,压缩空气站设计规范[S].北京:中国计划出版社,2003.

[5] GB50019-2003,采暖通风与空气调节设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2003.

[6] GB50019-2015,工业建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2015.

[7] 褚金尧.某公司苯酐增塑剂项目暖通动力设计[J].发电与空调,2015,166(36):84-88.

[8] 李忠.创芯公司集成电路厂房项目的质量管理研究[D].兰州:兰州大学,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

杨乐辉（1982.03-），男，硕士，暖通工程师，E-mail：ylh0305@126.com

李元昊（1982.12-），男，学士，暖通工程师，E-mail：945835302@qq.com

2017-06-05