高纯氨装卸管路问题的探讨

沈钦赐(联氨精密气体(厦门)有限公司，福建 厦门 361101)

0 引言

随着国内经济的发展，电子行业和半导体行业逐渐兴起，对于各种高纯度的气体特别是电子特气的需求越来越大。高纯氨在近十年中蓬勃发展，逐渐从最初的国外进口走向了大规模本土化生产。价格也是大幅度下降，从最初的进口价格120 元/kg左右，到现在的10 元/kg 左右。高纯氨的主要用户是半导体、太阳能、LED 等信息和电子技术制造产业领域。高纯氨等电子特气本土化的成功也从另外一个角度印证了，只要中国人做的行业都会做成“白菜价”，一方面对来自于国外的同类技术和产品产生显著的挤出效应，避免中国在该领域被别人卡住脖子。同时大大缓解了下游厂家的生产成本压力，有利于助力“中国智造”。

可是高纯氨企业在蓬勃发展的同时也遇到了相应的困扰。由于涉氨企业近年来经常发生安全事故(多是早期设计，安全方面没引起重视)。近些年来新建的高纯氨企业也属于涉氨企业，可是大都实现自动化生产，产线的各种安全连锁为安全稳定运行保驾护航以保证产品品质和稳定供应产品。国家对于高纯氨企业的管控还是按照普通的涉氨企业来要求。高纯氨企业历经各种生产过程提纯到的高纯度产品很可能因为政府相关法规而被污染降级甚至导致下游的安全事故和质量事故。

1 国家相关法律法规滞后于装卸高纯氨的生产管理需要

《TSG 07—2019 特种设备及气瓶充装许可规则》C3.4.2 章节“移动式压力容器专用的充装台(线)，以及充装装置的配置的第5 点规定[1]：充装冷冻液化气体的装卸用管以及紧固件的材料，应当能够满足低温性能要求，禁止使用软管充装液氯、液氨、液化石油气、液化天然气等液化危险化学品。”

2020 年5 月8 号发布的中华人民共和国应急管理部办公厅文件—应急管理部办公厅关于印发《重大危险源企业专项检查督导工作方案》的通知(应急厅〔2020〕23 号)。该文件的附件《专项检查督导的重点内容》第九项[2]如下描述：”九、液化烃、液氨、液氯等易燃易爆、有毒有害液化气体的充装是否使用万向管道充装系统。”

目前政府对于高纯氨(纯度大于等于99.9995%)生产企业管控等同于普通氨(≤99.9%)，要求所有的氨装卸用管都必须使用万向臂(鹤管)。目前万向臂(鹤管)都是适用于普通氨的装卸。高纯氨产品经过提纯后再使用万向臂(鹤管)装卸，将面临被污染降低品质的风险。

在液氨行业使用万向臂(鹤管)基本是对于纯度要求≤99.9%的液氨产品，其对于纯度的要求不高。

国内大部分高纯氨生产企业的氨纯度为7N(99.99999%)，杂质含量为ppb 级别(10-9)，如英德赛、液化空气、科立德、久策、金宏等。为了保障安全和品质，大都会使用进口不锈钢316 软管充装高纯氨罐箱。高纯氨企业大都会每年更换新的软管并每半年做一次耐压测试以保证生产安全。

2 装卸高纯氨存在问题和隐患

2.1 使用硬管装卸高纯液氨的安全风险

使用硬管装卸，因其不具备适当的柔软性.高纯氨罐箱停放位置要求非常精确，稍有偏离即导致连接点泄漏。同时因在充装中，罐箱的高度随充装量增加而慢慢变低(轮胎承压变大)，本应连接好的接点部分也会因硬管缺乏柔性慢慢变形，最终导致泄漏和产品污染。

2.2 使用万向臂(鹤管)装卸高纯液氨的风险

(1)万向臂(鹤管)的连接采用的是普通O 型橡胶密封圈；而进口的不锈钢316 软管使用的是高纯气体专用的VCR 接头(Vacuum Coupling Radius Seal 真空连接径向密封)采用无镀层的垫片。以世伟洛克的VCR 垫片为例，其VCR 垫片的最大氦检漏率是4×10-11std cm3/s[3]。万向臂(鹤管)使用的O 型橡胶密封圈很难到达这个级别的密封性能，目前也没有相应的厂家能够提供O 型密封圈和万向节的氦检漏率测试数据。同时O 型橡胶密封圈实际使用过程中特别是在断开吹扫的时候容易遇冷收缩(液氨吹扫时压力下降，液氨吸热汽化)，导致泄漏。一旦泄漏就容易造成充装站的氨气探测器报警，造成产线停机等安全连锁。更为致命的是充装过程中，液氨会吸热，装卸管路表面会有冷凝水。如果管路有微漏漏点(如O 型圈和万向节)，氨浓度不足以触发充装站氨气探讨警报时；因氨和水很容易结合，导致经过提纯处理的高纯度产品在装卸过程中受到了冷凝水等的污染。此外，断开吹扫过程时泄漏，空气中的水份和空气等杂质可以进入充装站管路；进而污染充装管路。高纯氨企业又要花费很多成本来吹扫清洗管路。

(2)万向节的润滑油脂的渗透率对于高纯氨的影响有多大，特别是高纯氨管路在抽真空的情况下，目前没有相应的行业经验数据；也没有相应的厂家能够提供这类的测试数据。一般企业也没有相应的高精度油脂检测仪器(因为产品杂质为ppb 级别，不能用测试粗氨的油份的方法来测试高纯氨的油份)，对于这块的管控是通过定期取样送到第三方实验室分析。如果贸然使用万向臂(鹤管)进行充装高纯氨，很可能万向节渗透的油脂对于产品已污染，因企业不能及时发现而流向客户，最终在客户产品造成污染，甚至安全事故。那对于高纯氨企业和客户都是致命的。如果真出来这种问题，这种损失是巨大的。

(3)万向臂(鹤管)在实际使用时，经常会出现阀门、O 型密封圈或其他连接点泄漏。比如连接万向臂时，有时需要用力拽一下连接管才能让O 型密封圈卡住，起到密封作用；不然就会漏。几乎没有厂家能提供万向臂(鹤管)的氦检漏率测试数据；而世伟洛克FJ 序列的不锈钢316L 软管最大氦检漏率是1×10-5std cm3/s 且实际使用过程中没有发现泄漏，密封性和安全性较高[4]。

(4)如果使用万向臂(鹤管)进行装卸高纯氨，由于鹤管各节点之间采用万向节和普通O 型橡胶密封圈连接和密封，充装过程中高纯氨产品可能会受到油污、金属碎屑、空气、水份的污染，从而达不到电子行业的纯度要求，甚至会导致安全事故。抛开万向节和O 型密封圈的渗透率和漏率不说，O 型密封圈在实际使用过程中会使用黄油等油脂进行润滑以便连接和拆卸万向臂(鹤管)；不然O 型密封圈生涩，接头不好对接到位。若没有使用黄油在对接密封接头的过程中可能导致密封圈磨损进而导致泄漏。而油脂对高纯氨来说是千方百计要拿掉的杂质。使用O 型密封圈能带进油脂污染高纯氨产品，何况还有前文提到的万向节的润滑油脂也有可能污染产品的风险。

3 国内高纯氨产业亟需开发符合使用要求的装卸用管

现在市场上并没有成熟的即符合法规又能够符合高纯氨产品要求的装卸用管，也没有厂家去开发相应的产品。可能因为这块的市场用量小，没有厂家愿意把资源和精力投放到这一块上。因为高纯氨企业也就那么几家，投入了开发的成本和回收效益可能不成正比。另外，高纯氨行业也没有相应的行业协会去推动组织专家进行论证以进一步推动政府法技术修改。目前政府对高纯企业氨都是按照普通的涉氨企业来管控。高纯氨企业也是各自为战，基本很少进行相应的技术交流。面对《TSG 07—2019 特种设备及气瓶充装许可规则》和(应急厅〔2020〕23 号)附件《专项检查督导的重点内容》实施；高纯氨企业的充装许可证和安全生产许可证在办证和换证时甚至政府部门的日常检查时将受很大挑战。

4 亟需讨论制订高纯氨装卸装备条件和操作技术标准

国内的高纯氨生产、充装企业，在保障安全和品质的前提下，现行《TSG 07—2019 特种设备及气瓶充装许可规则》中“液氨禁止使用软管充装”和(应急厅〔2020〕23 号)附件《专项检查督导的重点内容》的第九项“液化烃、液氨、液氯等易燃易爆、有毒有害液化气体的充装是否使用万向管道充装系统。”的规定与高纯氨的生产实际脱节，不能发挥指导产业生产和引领相关技术进步的作用。行业及政府有关部门应该引起高度的重视，尽快组织讨论制订我国高纯氨装卸装备条件和操作技术标准。

5 结语

综上所述，在没有成熟的技术条件下，法规将可能导致高纯氨生产企业提高相应的行政成本(面临处罚和勒令整改)和运行成本(合格的产品经过万向臂可能被污染，用硬管可能泄漏或产品污染等)，甚至导致相应企业因不能使用现有的管路而产生的品质问题或造成下游客户的安全问题被客诉而破产或被迫停产。笔者迫切希望引发同业技术人员深入探讨，提供资源或技术，解决行业发展的这一难题。